專利名稱：用于部件表面的覆蓋層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于保護(hù)部件表面免于熾熱金屬噴濺物的覆蓋層。
主要用于部件在焊接加工中作為熾熱金屬噴濺物防護(hù)層的表面覆蓋層已是公知技術(shù)。這種技術(shù)的變化較多，從單件制造和小批量生產(chǎn)所用的臨時(shí)性方案，如以鋁膠帶方式固定的鋁膜，一直到大批量生產(chǎn)所用的復(fù)雜方案，如鋼制復(fù)合結(jié)構(gòu)的方式，它與被防護(hù)部件用螺栓固定在一起。
經(jīng)常出現(xiàn)的情況是，在部件需要進(jìn)行焊接連接的附近部位已經(jīng)存在精加工或加工完畢的表面。如果有焊接噴濺物落到這些表面上，則會首先在部件局部上熔化而后被固化在上面。除掉這種冷卻后的噴濺物十分麻煩，例如需要進(jìn)行車削，銑削或磨削。經(jīng)常還有殘留的缺口、邊緣或凸起，它們至少會對部件的外觀/美觀產(chǎn)生不利影響。更加不利的是可能在冶金學(xué)方面的影響。由于大量的高溫焊接噴濺物產(chǎn)生的強(qiáng)烈局部受熱可導(dǎo)致晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，對強(qiáng)度/耐久性造成不利影響，例如在有限的局部范圍出現(xiàn)晶粒變粗、脆化、硬化、退火、收縮，形成縮孔和裂紋等。這種缺陷部位可由于裂紋的產(chǎn)生和生長，使部件出現(xiàn)變形或斷裂，最終使部件報(bào)廢。各種表面涂層同樣會受到焊接噴濺物的局部損壞和破壞。所以在許多情況下要求在部件上設(shè)置隔離層，以防止焊接噴濺物和部件表面之間的接觸。
焊接噴濺物的熱含量與質(zhì)量、溫度和速度有關(guān)，它根據(jù)焊接方法的不同有很大區(qū)別，其中旋轉(zhuǎn)摩擦焊由于其運(yùn)動(dòng)特性和能量密度，特別易于產(chǎn)生噴濺物。
熾熱的金屬噴濺物不僅會在焊接時(shí)產(chǎn)生。在制造過程中由于高度集中的、無法準(zhǔn)確控制的能量輸入產(chǎn)生了局部熔化部件物料的地方，就會出現(xiàn)無控制地釋放金屬噴濺物，它處在熔融狀態(tài)或紅熱狀態(tài)并以很大的速度抵達(dá)部件和設(shè)備的表面。例如有關(guān)的加工方法是氣焊切割，以及用高能激光源進(jìn)行切割、鉆孔和切削等加工。旋轉(zhuǎn)的磨削輪和切割輪也會由于很高的金屬切削量產(chǎn)生有害的金屬噴濺物。所有這些均要求采用覆蓋層保護(hù)部件表面。
從以上情況出發(fā)，本發(fā)明提出的任務(wù)是，提供一種用于保護(hù)部件表面免于熾熱的金屬噴濺物的覆蓋層，其制造簡單、價(jià)廉，而且可再生，同時(shí)其操作可靠和簡便，并且具有足夠的強(qiáng)度和壽命。
以上任務(wù)通過權(quán)利要求1的特征部分的特征a)至c)得到解決，并且結(jié)合該權(quán)利要求前序部分的上位特征。
該覆蓋層的材料采用具有足夠溫度穩(wěn)定性的橡膠彈性材料，其可通過粘接貼在部件表面上。如果所述覆蓋層材料的“黏性”不足，特別是在離心力/慣性力作用下的動(dòng)態(tài)應(yīng)力情況下，可增加合適的黏結(jié)劑。重要的是該覆蓋層可從部件上方便地重新取下，最好取下時(shí)不會被破壞。
改善粘合作用的可能是，使覆蓋層與部件相對的表面形狀與部件表面相吻合，即兩者的形狀匹配。其條件是，部件表面也是光滑的，例如通過精加工實(shí)現(xiàn)。
所述覆蓋層的“耐擊穿性”通過一個(gè)最小厚度確定，它必須耐受落在其上的金屬噴濺物的最大預(yù)計(jì)能量，也就是說其動(dòng)能和熱能。該厚度也和相應(yīng)的釋放噴濺物的加工方法相關(guān)。通過適當(dāng)?shù)钠ヅ淇晒?jié)省覆蓋層材料，即減少覆蓋層的重量和成本。
在從屬權(quán)利要求中，給出了獨(dú)立權(quán)利要求所述覆蓋層的優(yōu)選方案。
下面對照附圖
對本發(fā)明加以詳細(xì)說明。圖中表示的是穿過一臺汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的縱向半剖圖，其中有三個(gè)片狀的、采用摩擦方式焊接的部件，帶有兩個(gè)防金屬噴濺物覆蓋層。圖中的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子7由3個(gè)片狀的、同軸布置的、軸向上前后排列的部件8、9、10組成，并通過旋轉(zhuǎn)摩擦焊接連接，其中從對稱原因出發(fā)即給出了其軸線A以上的部分。所述其汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子7處在一種“半成品”狀態(tài)，也就是說，它還有多個(gè)加工量范圍有待于切削。凡是最終輪廓明顯不同于實(shí)際輪廓的地方均將最終輪廓用虛線單獨(dú)表示。這體現(xiàn)在后面加工葉片固定座的區(qū)域，即在徑向外部區(qū)域(圖中的上部)部件8、9、10的加厚區(qū)。焊接區(qū)16、17表示接合后的狀態(tài)，其中產(chǎn)生的多余材料(“物料”)用涂黑表示。在旋轉(zhuǎn)摩擦焊接中，高速旋轉(zhuǎn)動(dòng)能通過摩擦在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換成熱能，使焊接區(qū)的材料進(jìn)入黏性熔化狀態(tài)，并在焊接區(qū)出現(xiàn)凸起的鉤狀部分。該焊接過程相當(dāng)于冶金學(xué)上的熔化過程伴隨著極強(qiáng)的能量和材料的轉(zhuǎn)換/變形，并在所有情況下會釋放出高能金屬噴濺物，它具有可觀的速度，即動(dòng)能，會落到相鄰的部件表面上并給其造成損壞。
在圖中表示的制造狀態(tài)中，焊接區(qū)17(部件9和10之間)正在進(jìn)行焊縫連接。直接受到噴濺物威脅的部件表面14、15上有本發(fā)明所述覆蓋層12，它一直延伸到焊接區(qū)17近旁。某種至發(fā)熱區(qū)的最小距離可保證覆蓋層的邊緣不會熔化或燃燒。覆蓋層1、2的幾何形狀精確地與部件表面14、15相吻合，并且通過黏性貼在后者上面。因?yàn)樗龈采w層1、2的“耐擊穿性”在每個(gè)位置上應(yīng)當(dāng)是相當(dāng)?shù)?，所以它最好具有至少大致恒定和相同的厚度D1、D2(D1＝D2＝常數(shù))。因?yàn)楦采w層1、2中至少有一個(gè)在摩擦焊接時(shí)與所屬的部件一同旋轉(zhuǎn)，所以兩者必須以專門的方式承受離心力載荷。所有部件8、9、10均具有中心孔11、12、13，它們非常適于用來作為支承體。為此覆蓋層1、2具有輪轂狀的區(qū)域3、4，它與孔12、13以形狀連接方式嵌合，并且在所有的面上“鉤緊”。為了強(qiáng)化的目的，區(qū)域3、4和防噴濺物的實(shí)際區(qū)域相比，作了加厚處理。因?yàn)椴荒芘懦饘賴姙R物穿過區(qū)域3、4的開孔，通過反射方式改變方向進(jìn)入軸向上相鄰的部件區(qū)，將孔12、13用形狀剛性的蓋子5、6封閉，該蓋子具有凸緣狀的彈性部分3、4，它可被壓入或卡緊(摩擦連接或形狀連接，未詳細(xì)畫出)。所述蓋子5、6采用的一種廉價(jià)和輕型的材料是發(fā)泡硬塑料。覆蓋層1、2的優(yōu)選材料是硅橡膠，因?yàn)樗哂小澳途脧椥浴?、“表面黏性”和“溫度穩(wěn)定性”的特性，這些特性以最佳方式統(tǒng)一在一起。要選擇的硅成分不得含有液態(tài)組分，例如以油的形式存在的組分，以避免部件表面受到“污染”，例如在隨后的裂紋檢測中。在極端負(fù)載的情況下，可額外涂敷黏合劑，其本身同樣要盡可能易于從部件上除掉不留殘余物。
所述覆蓋層的制造最好使用一個(gè)模具(“外?！?，它的幾何形狀盡量與部件表面相一致。對有加工裕量的部件最好在加工區(qū)域沒有相關(guān)的尺寸偏差。
所要求的覆蓋層厚度最好采用一個(gè)背面模具(“內(nèi)?！?實(shí)現(xiàn)，它和“外?！敝g以確定的間隔固定。在實(shí)際中將膏狀的硅橡膠物料以過量體積放置到“外?！敝校儆脙?nèi)模相對擠壓，使過量的物料從邊緣溢出。在這種狀態(tài)下讓橡膠硬化，然后割掉多余的邊緣。為了順利脫模，需要在“外?！焙汀皟?nèi)?！鄙贤糠竺撃缣胤』撃?。
橡膠彈性的性質(zhì)可使各種形狀連接成為可能，例如采用包圍、咬邊等方式，而采用整體的剛性覆蓋層是無法實(shí)現(xiàn)這種形狀的。一般而言，由于覆蓋層具有彈性，其安裝和取下十分容易。
權(quán)利要求
1.一種用于部件表面的覆蓋層，其防止部件在部件本體或相鄰部件加工過程中受到因局部產(chǎn)生的熔融液態(tài)材料而形成的熾熱金屬噴濺物的損害，特別是在燃?xì)廨啓C(jī)部件的旋轉(zhuǎn)摩擦焊接過程中，用以避免金屬噴濺物與部件之間的金屬接觸和構(gòu)件局部大量受熱，本發(fā)明的特征是a)所述覆蓋層(1、2)的材料是一種具有橡膠彈性的，以黏接/粘貼方式固定在構(gòu)件(9、10)上并可從構(gòu)件上再次剝離下來的塑料，它具有足夠高的耐溫性，b)所述覆蓋層(1、2)面對構(gòu)件一側(cè)的幾何形狀精確地與構(gòu)件表面(14、15)的幾何形狀相吻合，并且c)所述覆蓋層(1、2)的厚度(D1、D2)與所預(yù)計(jì)的具有最大能量的金屬噴濺物的能量含量包括動(dòng)能相匹配，所以在被保護(hù)的部件表面(14、15)的任何位置上所述厚度都不小于一個(gè)特定的最小尺寸。
2.如權(quán)利要求1所述的覆蓋層，其特征是，所述覆蓋層(1、2)用硅橡膠制成，它實(shí)際上不會釋放出可影響部件表面(14、15)的液態(tài)成分。
3.如權(quán)利要求1或2所述的覆蓋層，其特征是，所述覆蓋層(1、2)作為可多次使用的具有自穩(wěn)定性質(zhì)的整合件構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的覆蓋層，其特征是，所述覆蓋層的厚度(D1、D2)在被保護(hù)的部件表面(14、15)的任何位置上至少大致相等。
5.如權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的覆蓋層，用于制造燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子，即采用旋轉(zhuǎn)摩擦焊接法連接以同軸方式順序排列的具有中心孔的片狀部件，其特征是，所述覆蓋層(1、2)具有輪轂形狀的，與構(gòu)件(9、10)上的孔(12、13)以形狀連接方式嵌合的，用于承受離心力的部分(3、4)。
6.如權(quán)利要求5所述的覆蓋層，其特征是，所述輪轂形狀的部分(3、4)借助形狀為剛性的蓋子(5、6)防止穿通。
全文摘要
用于部件表面的覆蓋層,作為部件本體或相鄰部件加工過程中熾熱金屬噴濺物的防護(hù)層。所述覆蓋層的材料是一種具有橡膠彈性的,以黏接/粘貼方式固定在構(gòu)件上并可從構(gòu)件上再次剝離下來的塑料,它具有足夠高的耐溫性,所述覆蓋層面對構(gòu)件的幾何形狀精確地與構(gòu)件表面的幾何形狀相吻合,所述覆蓋層的厚度與具有最大能量的金屬噴濺物的能量含量相匹配,在任何位置上厚度都不小于一個(gè)特定的最小尺寸。
文檔編號B23K5/00GK1271635SQ0010860
公開日2000年11月1日 申請日期2000年4月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月27日
發(fā)明者B·庫佩茨, A·梅廷格 申請人:慕尼黑發(fā)動(dòng)機(jī)及渦輪機(jī)聯(lián)合股份公司