專利名稱：用于對透平葉片進(jìn)行等離子噴鍍的方法和噴鍍裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種借助熱等離子噴鍍對一沿著葉片軸線定向的透平葉片進(jìn)行等離子噴鍍的方法。本發(fā)明還涉及一種實(shí)施該方法的噴鍍裝置。
歐洲專利申請公開說明書EP 1033 417 A1給出了一種用于對一透平葉片進(jìn)行等離子噴鍍的噴鍍方法?？赡苠兏苍谕钙饺~片上的鍍層之一由一種MCrAlX合金構(gòu)成，其中M為鐵、鈷或鎳中的一種或多種元素，Cr為鉻，Al為鋁，X為包括釔、錸及稀土元素在內(nèi)的一組元素的一種或多種。金屬層通過熱噴鍍用VPS(真空等離子體噴涂)或LPPS(低壓等離子體噴涂)方法鍍覆在透平葉片上。燃?xì)馔钙饺~片尤其由一種鎳基或鐵基或鈷基超級合金制成。MCrAlX合金尤其用來防止腐蝕和防止氧化。但是它也經(jīng)常用作一陶瓷絕熱層和基材之間的粘合層。在鍍覆一層后通常緊接著進(jìn)行一次在后的熱處理。對于按VPS方法或LPPS方法鍍覆一層MCrAlX層來說，典型的工序持續(xù)時(shí)間約為30分鐘，而燃?xì)馔钙饺~片在后的熱處理工序持續(xù)時(shí)間約為100分鐘。等離子噴鍍用一等離子體槍或一等離子焰炬噴槍來完成。這樣一種等離子焰炬噴槍經(jīng)常用來在噴鍍之前對待噴鍍的構(gòu)件進(jìn)行加熱。待噴鍍的透平葉片常規(guī)設(shè)置在一轉(zhuǎn)臺上，而等離子焰炬噴槍設(shè)置在一個(gè)多軸遙控機(jī)械裝置上。在噴鍍期間透平葉片保持在一個(gè)約1100°K至1200°K的噴鍍溫度。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于對一透平葉片進(jìn)行等離子噴鍍的方法，該方法能提高熱等離子體噴涂鍍層的質(zhì)量。本發(fā)明的另一個(gè)要解決的技術(shù)問題是提供一種實(shí)施該方法的噴鍍裝置。
按照本發(fā)明，上述針對方法所要解決的技術(shù)問題是這樣解決的在一種對一沿著葉片軸線定向的透平葉片進(jìn)行等離子噴鍍的方法中同時(shí)使用至少三個(gè)等離子焰炬噴槍來進(jìn)行熱等離子噴鍍。
本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識在傳統(tǒng)的使用唯一一個(gè)等離子焰炬噴槍的應(yīng)用中，透平葉片的噴鍍會(huì)出現(xiàn)一些質(zhì)量問題。尤其在一些如葉片部分和相鄰葉片平臺之間過渡區(qū)的關(guān)鍵表面會(huì)出現(xiàn)不希望的鍍層過厚，因?yàn)橐环矫孀鳛槠脚_噴鍍的邊界區(qū)、另一方面作為葉片部分噴鍍的邊界區(qū)會(huì)導(dǎo)致按常規(guī)方法來說不可避免的重疊，從而導(dǎo)致層厚加大。此外，在只用一個(gè)焰炬噴槍來噴鍍時(shí)會(huì)由于過小的噴鍍角而在鍍層上生成氣孔。這樣生成的氣孔會(huì)導(dǎo)致對本身由該鍍層保護(hù)的基材的腐蝕。此外，按照本發(fā)明的認(rèn)識，在僅用一個(gè)焰炬噴槍進(jìn)行噴鍍時(shí)對待噴涂的構(gòu)件產(chǎn)生一種不利的溫度控制，因?yàn)閮H用一個(gè)焰炬噴槍只可能對構(gòu)件進(jìn)行不足夠均勻的加熱。使用至少三個(gè)等離子焰炬噴槍雖然最初給人一種成本相當(dāng)高的感覺，但它適合于避免上述缺點(diǎn)。此外，使用至少三個(gè)焰炬噴槍提供了對特別大的透平葉片(如一固定式燃?xì)馔钙阶詈蟮膭?dòng)葉片組的動(dòng)葉片，其線性膨脹大于50厘米)進(jìn)行高質(zhì)量噴鍍的可能性。最后，使用至少三個(gè)焰炬噴槍可達(dá)到一個(gè)特別恒定的層厚分布。
A)優(yōu)選三個(gè)焰炬噴槍之一用于加熱透平葉片。通過此尤其能保證透平葉片被加熱到一均勻的溫度，且在噴鍍過程還保持這樣一種均勻的溫度。
B)優(yōu)選這些等離子焰炬噴槍中至少有兩個(gè)彼此獨(dú)立地被控制。從而，這些等離子焰炬噴槍彼此去耦，且在噴鍍過程期間能彼此獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，這樣一來可以得到一個(gè)與噴鍍過程所有階段都適配的入射角、噴鍍速率的最佳化。尤其在一側(cè)對葉片部分進(jìn)行噴鍍、在另一側(cè)對平臺進(jìn)行噴鍍的分布可以這樣實(shí)現(xiàn)，使得一個(gè)或兩個(gè)焰炬噴槍用于對葉片進(jìn)行噴鍍，而其他的或另一個(gè)焰炬噴槍用于對平臺進(jìn)行噴鍍。
C)優(yōu)選透平葉片沿葉片軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
D)另一種優(yōu)選方式是所述焰炬噴槍中的第一焰炬噴槍沿著第一噴鍍方向向著透平葉片噴鍍，并繞著與該第一噴鍍方向垂直的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，該第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線位于一個(gè)由第一噴鍍方向和葉片軸線形成的平面內(nèi)。在這種結(jié)構(gòu)簡單的實(shí)施方式中也僅改變該第一焰炬噴槍向透平葉片噴鍍的角度。這種角度變化通過繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。
E)又一種優(yōu)選方式是所述焰炬噴槍中的第二焰炬噴槍沿著第二噴鍍方向向著透平葉片噴鍍，且繞著與該第二噴鍍方向垂直的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，該第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線位于一個(gè)由第二噴鍍方向和葉片軸線形成的平面內(nèi)，其中第一噴鍍方向和第二噴鍍方向彼此成一夾角＞90°。從而該第二焰炬噴槍也以一個(gè)結(jié)構(gòu)很簡單的方式僅繞著轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，且由此可改變其噴鍍角。在這種情況下，這兩個(gè)焰炬噴槍彼此形成一個(gè)鈍角，從而通過這兩個(gè)焰炬噴槍或者僅對葉片部分實(shí)現(xiàn)特別好的噴鍍，或者僅對平臺實(shí)現(xiàn)特別好的噴鍍。在用這兩個(gè)焰炬噴槍對平臺噴鍍時(shí)，每個(gè)焰炬噴槍配屬于一個(gè)平臺。在一個(gè)動(dòng)葉片中，這樣一種設(shè)置在葉片頂部的平臺還稱作包帶。
F)優(yōu)選第一和第二焰炬噴槍共同沿著葉片軸線移動(dòng)。這可進(jìn)一步優(yōu)選通過一個(gè)傳動(dòng)鏈傳動(dòng)或皮帶傳動(dòng)來完成，這種傳動(dòng)位于噴鍍腔室之外，且兩焰炬噴槍這樣固定在其上，使得兩焰炬噴槍共同跟隨傳動(dòng)鏈或皮帶沿著葉片軸線方向移動(dòng)。
G)優(yōu)選第三焰炬噴槍沿著第三噴鍍方向向著透平葉片噴鍍，且繞著第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，該第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸線位于一個(gè)由此第三噴鍍方向和葉片軸線形成的平面中。從而該第三焰炬噴槍也以結(jié)構(gòu)簡單的方式僅繞著第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
H)第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸線優(yōu)選平行于葉片軸線或者垂直于葉片軸線。
I)第三焰炬噴槍優(yōu)選沿著一個(gè)垂直于該平面的方向運(yùn)動(dòng)。
J)第三焰炬噴槍優(yōu)選沿著第三噴鍍方向運(yùn)動(dòng)。
K)第三焰炬噴槍優(yōu)選平行于葉片軸線運(yùn)動(dòng)。
上述第三焰炬噴槍的諸多附加運(yùn)動(dòng)方式雖然會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，但其特別優(yōu)點(diǎn)在于，在對透平葉片進(jìn)行等離子噴鍍時(shí)從葉片一旁噴射漏過的噴涂粉末量必然會(huì)少于在焰炬噴槍與透平葉片保持不變距離的情況。
L)該方法優(yōu)選在真空中完成。這可能是一個(gè)在約為10-4至10-6毫巴(mbar)下的真空等離子噴鍍(VPS)方法。尤其可考慮一種在約為10-1至10-2毫巴下(mbar)的方法(低壓等離子噴鍍，LPPS)。
M)該方法優(yōu)選應(yīng)用于對一個(gè)由鎳基或鈷基超級合金制成的基材進(jìn)行等離子噴鍍，其中將如本說明書開始部分所描述的一種MCrAlX保護(hù)層涂覆在基體上。
按照本發(fā)明，上述針對噴鍍裝置所要解決的技術(shù)問題是這樣解決的借助如上述任一種可能的方法對一透平葉片進(jìn)行噴鍍的噴鍍裝置。
下面以示例方式結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)說明。這些圖是局部示意圖，且未按尺寸比例示出。


圖1示出一種用于進(jìn)行等離子噴鍍的噴鍍裝置。
圖2至4示出一種利用三個(gè)等離子焰炬噴槍對一透平葉片進(jìn)行噴鍍的方法，其中這三個(gè)等離子焰炬噴槍各具有一個(gè)彼此不同的運(yùn)動(dòng)方式。
相同附圖標(biāo)記在這多幅附圖中有相同的代表意義。
圖1示出了一臺噴鍍裝置。該噴鍍裝置1具有一個(gè)噴鍍腔室3。一個(gè)前腔室5與該噴鍍腔室3真空密封地相連接。一個(gè)沿著葉片軸線9定向的透平葉片11設(shè)置在此噴鍍腔室3中。該透平葉片11安放在一個(gè)送入到該噴鍍腔室3中的葉片操作機(jī)構(gòu)13上。通過一個(gè)與噴鍍腔室3相連通的擴(kuò)展腔室15，一個(gè)焰炬噴槍操作機(jī)構(gòu)17行進(jìn)到該噴鍍腔室3中。第一等離子焰炬噴槍19和第二等離子焰炬噴槍21設(shè)置在一焰炬噴槍支架25上。第三等離子焰炬噴槍23設(shè)置在焰炬噴槍操作機(jī)構(gòu)17上。三個(gè)等離子焰炬噴槍19、21、23彼此脫耦，因而可彼此無關(guān)地加以控制和運(yùn)動(dòng)。
常規(guī)的僅采用一個(gè)等離子焰炬噴槍的噴鍍方法會(huì)對透平葉片11的鍍層質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，而借助三個(gè)等離子體19、21、23進(jìn)行噴鍍得到了質(zhì)量特別好的透平葉片鍍層。這尤其涉及減少所謂的過量噴涂(Overspray)，即減少了那些由于只采用一個(gè)焰炬噴槍而進(jìn)行多次疊噴而出現(xiàn)過厚鍍層厚度的區(qū)域。通過使用多個(gè)焰炬噴槍，尤其是通過讓等離子焰炬噴槍19和21對該透平葉片11的葉片部分進(jìn)行噴鍍、用第三個(gè)等離子焰炬噴槍23對透平葉片11的平臺(Plattform)部分進(jìn)行噴鍍大大減少了這種過量噴涂。此外，在特別大的透平葉片情況可以將三個(gè)等離子焰炬噴槍19、21、23之一用來對透平葉片進(jìn)行加熱，通過此可以精確地在那些需要的地方實(shí)現(xiàn)有目的地?zé)彷斎?，這樣一來再次使鍍層質(zhì)量得到改善?？偠灾?，在特別大的透平葉片，大約其長度方向數(shù)量級為1米時(shí)通過采用至少三個(gè)等離子焰炬噴槍19、21、23才可能使鍍層有足夠好的質(zhì)量。最后采用三個(gè)等離子焰炬噴槍19、21、23還可以使透平葉片11整體上層厚不變。
圖2示出了一種從結(jié)構(gòu)上看特別簡單的三個(gè)等離子焰炬噴槍19、21、23的配置方式。透平葉片11是一個(gè)由鎳基或鈷基超級合金基材30制成的燃?xì)馔钙饺~片。它具有一個(gè)葉片部分33，該葉片部分在其頂部被一頂部平臺31和在根部側(cè)被一根部平臺35限定。在兩平臺31、35和葉片部分33之間有一倒圓過渡區(qū)域37，該區(qū)域在僅僅采用一個(gè)等離子焰炬噴槍時(shí)尤其會(huì)導(dǎo)致如上面所述的過量噴涂。透平葉片11這樣固定在葉片操作機(jī)構(gòu)13上，使得該葉片借助葉片操作機(jī)構(gòu)13可圍繞葉片軸線9沿一轉(zhuǎn)動(dòng)方向43轉(zhuǎn)動(dòng)。此外該葉片沿著葉片軸線9在一軸向41上作軸向移動(dòng)。第一等離子焰炬噴槍19沿第一噴鍍方向67向著透平葉片11噴鍍，該第一等離子焰炬噴槍19可繞著第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線66沿著轉(zhuǎn)動(dòng)方向65轉(zhuǎn)動(dòng)。第二等離子焰炬噴槍21沿第二噴鍍方向63向著透平葉片11噴鍍，該第二等離子焰炬噴槍21可繞著第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線62沿著轉(zhuǎn)動(dòng)方向61轉(zhuǎn)動(dòng)。該第一等離子焰炬噴槍19沿著平行于葉片軸線9的方向設(shè)置在葉片11的根部區(qū)，而第二等離子體噴21沿著此方向設(shè)置在透平葉片11頂部的高度。第一噴鍍方向67與第二噴鍍方向構(gòu)成一個(gè)大于90°的夾角α。在此結(jié)構(gòu)中，第一等離子焰炬噴槍19用于對頂部平臺31進(jìn)行噴鍍，而第二等離子焰炬噴槍21用于對根部平臺35進(jìn)行噴鍍。
大約在第一噴鍍方向67與第二噴鍍方向63相交點(diǎn)的高度、且在該透平葉片11的對側(cè)設(shè)置一個(gè)第三等離子焰炬噴槍23。該第三等離子焰炬噴槍23沿著第三噴鍍方向53向著透平葉片11噴鍍。該第三等離子焰炬噴槍23可繞著轉(zhuǎn)動(dòng)軸線56沿著轉(zhuǎn)動(dòng)方向55轉(zhuǎn)動(dòng)。
在對透平葉片11鍍覆一層由一鍍覆材料構(gòu)成的鍍層(優(yōu)選為一種MCrAlX防氧化腐蝕層)之前，對透平葉片11進(jìn)行加熱。這通過所有三個(gè)等離子焰炬噴槍19、21、23同時(shí)加熱可特別均勻地實(shí)現(xiàn)。在達(dá)到所希望的溫度后涂覆該鍍覆材料，其中如所描述的那樣，第一等離子焰炬噴槍19和第二等離子焰炬噴槍21用于對平臺31、35噴鍍，而通過第三等離子焰炬噴槍23對葉片部分33噴鍍。
葉片操作機(jī)構(gòu)13可沿著軸向41運(yùn)動(dòng)，其中焰炬噴槍操作機(jī)構(gòu)17可隨此運(yùn)動(dòng)作同步運(yùn)動(dòng)，從而該焰炬噴槍23總是以相同的噴鍍半徑對透平葉片11進(jìn)行噴鍍。焰炬噴槍19、21與此同步運(yùn)動(dòng)脫耦。
圖3示出了圖2所示噴鍍裝置的一種變化形式，其中該變化涉及到第三等離子焰炬噴槍23。該第三等離子焰炬噴槍23還可沿著一個(gè)與由葉片軸線9和第三噴鍍方向53確定的平面E相垂直的方向運(yùn)動(dòng)。此外，該第三等離子焰炬噴槍23設(shè)置成可沿第三噴鍍方向53運(yùn)動(dòng)地與透平葉片11相隔一定距離。第三等離子焰炬噴槍23的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線56按圖2的布置平行于葉片軸線9，而現(xiàn)在其沿著噴鍍方向53，從而與葉片軸線9相垂直。轉(zhuǎn)動(dòng)軸線56位于平面E中。如圖2中也已給出的那樣，第一等離子焰炬噴槍19和第二等離子焰炬噴槍21的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線66和62也位于平面E中，該平面同時(shí)也由第一噴鍍方向67與葉片軸線9和第二噴鍍方向63與葉片軸線9來形成。
作為另一種變化形式，圖4示出了第一等離子焰炬噴槍19和第二等離子焰炬噴槍21借助一驅(qū)動(dòng)單元71實(shí)現(xiàn)一共同運(yùn)動(dòng)的可能，該驅(qū)動(dòng)單元帶動(dòng)一個(gè)平行于葉片軸線9、供第一和第二等離子焰炬噴槍19、21用的支架72。為此帶動(dòng)一根平行于葉片軸線9的傳動(dòng)鏈73。
權(quán)利要求
1.一種對一沿著葉片軸線(9)方向的透平葉片(11)進(jìn)行等離子噴鍍的方法，其中，同時(shí)使用至少三個(gè)等離子焰炬噴槍(19，21，23)進(jìn)行熱等離子噴鍍。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述等離子焰炬噴槍(19，21，23)之一用于對所述透平葉片(11)進(jìn)行加熱。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述等離子焰炬噴槍(19，21，23)中至少有兩個(gè)彼此獨(dú)立地被控制。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述透平葉片(11)繞其葉片軸線(9)轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述焰炬噴槍中的第一焰炬噴槍(19)沿著第一噴鍍方向(67)向著所述透平葉片(11)噴鍍，并繞著一個(gè)與該第一噴鍍方向(67)垂直的、且位于一個(gè)由該第一噴鍍方向(67)和所述葉片軸線(9)形成的平面(E)中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(66)轉(zhuǎn)動(dòng)。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述焰炬噴槍中的第二焰炬噴槍(21)沿著第二噴鍍方向(63)向著所述透平葉片(11)噴鍍，并繞著一個(gè)與該第二噴鍍方向(63)垂直的、且位于一個(gè)由該第二噴鍍方向(63)和所述葉片軸線(9)形成的平面(E)中的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(62)轉(zhuǎn)動(dòng)，其中第一噴鍍方向(67)和第二噴鍍方向(63)彼此形成一個(gè)大于90°的夾角(α)。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述第一焰炬噴槍(19)和所述第二焰炬噴槍(21)共同沿著所述葉片軸線(9)移動(dòng)。
8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述焰炬噴槍中的第三焰炬噴槍(23)沿著第三噴鍍方向(53)向著所述透平葉片(11)噴鍍，并繞著一個(gè)位于一個(gè)由該第三噴鍍方向(53)和所述葉片軸線(9)形成的平面(E)中的第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(56)轉(zhuǎn)動(dòng)。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(56)與所述葉片軸線(9)平行。
10.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(56)垂直于所述葉片軸線(9)。
11.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述第三焰炬噴槍(23)沿著一個(gè)與所述平面(E)相垂直的方向(51)運(yùn)動(dòng)。
12.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述第三焰炬噴槍(23)沿著所述第三噴鍍方向(53)運(yùn)動(dòng)。
13.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述第三焰炬噴槍(23)平行于所述葉片軸線(9)運(yùn)動(dòng)。
14.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法在真空中完成。
15.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過所述等離子噴鍍在所述透平葉片(11)的一個(gè)由鎳基或鈷基合金制成的基體(30)上涂覆一層由MCrALX構(gòu)成的防腐蝕和防氧化層(81)。
16.一種借助如權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述方法對一透平葉片(11)進(jìn)行噴鍍的噴鍍裝置(1)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種同時(shí)用至少三個(gè)等離子焰炬噴槍對一透平葉片進(jìn)行等離子噴鍍的方法和實(shí)現(xiàn)該方法的噴鍍裝置。由此可得到一個(gè)特別高質(zhì)量的鍍層，尤其是在一個(gè)由鎳基或鈷基超級合金制成的基體上鍍覆MCrAlX。
文檔編號F02C7/00GK1491292SQ02804986
公開日2004年4月21日 申請日期2002年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月14日
發(fā)明者赫爾格·雷曼, 格哈德·喬納, 克勞斯·休瑟, 喬納, 休瑟, 赫爾格 雷曼 申請人:西門子公司, 科泰克兩合公司