专利名称：借助纳秒激光器在微秒范围内再打开冷却空气孔的制作方法
技术领域：
本发明涉及借助于纳秒激光器在微秒范围内再打开贯通孔，所述贯通孔在覆层时至少部分地被堵塞。
背景技术：
例如涡轮机叶片的高温构件被主动地冷却并且因此具有带有在表面上的扩散部的圆柱形的和/或成型的冷却空气孔。稍后，在再使用这种被脱层并且重新覆层的涡轮机叶片时，能够导致部分地堵塞已经存在的冷却空气孔。必须移除在孔中和在扩散部中的该覆层(下陷的覆层)。这通常借助于特殊的EDM电极来执行。
发明内容
应当提出一种方法，其能够更加快速地执行上述方法。该目的通过一种用于借助激光器移除下陷的覆层以再打开冷却空气孔的方法来实现，其中使用纳秒激光器并且使用I μ S-20 μ S、尤其10 μ s的脉冲时间。在下文中列出其他有利的措施，所述措施能够彼此任意地组合，以便实现其他的优点。
附图示出:图1示出具有堵塞部的冷却空气孔，图2示出涡轮机叶片，图3示出超合金列表。
具体实施例方式描述和附图仅代表本发明的实施例。图1示出具有冷却空气孔19的构件1、120、130，所述冷却空气孔存在于圆柱形部分7上(未示出)，其中在一些冷却空气孔19中从深度h起还在表面区域中存在扩散部25，所述扩散部25为圆柱形部分7的显著的扩宽部。本发明涉及完整的圆柱孔7和具有扩散部25的圆柱孔7 (成型部)。所示出的是在圆柱形部分7中的下陷的覆层15和在孔19的扩散部25中的下陷的覆层14，即在已存在的孔19中的覆层材料。孔19的堵塞部能够是完整的(见图1)或者仅是部分的，如横截面的变窄(没有示出)。同样仅示例地示出直至深度h的下陷的覆层15的深度。所述下陷的覆层15的深度能够位于所述深度h之上或者之下。
优选地使用烧蚀激光器。优选地，这是纳秒激光器，即该纳秒激光器是能够实现在纳秒范围(< 500ns)中的脉冲长度的激光器。激光器的功率优选位于180W-200W，但是其中使用I μ s-20 μ s的、尤其是5 μ s-20 μ S的、更尤其是10 μ S的脉冲持续时间。频率优选位于20kHz-40kHz范围内，尤其是30kHz。激光束(或者通常为高能量的射束，未示出)在下陷的覆层14、15的表面16上方移动，其中优选使用200mm/s-300mm/s的、更优选250mm/s的进给速度。要去除的区域14、15逐层地被去除。这适用于在圆柱形部分7中的下陷的覆层15和在扩散部25中的下陷的覆层14。在此，也优选将焦点位置从已去除的层移动到要去除的层。如果存在扩散部25，那么接下来才从所述扩散部中去除在扩散部25中的下陷的覆层14。因此，这通过纳秒激光器来进行，其中在此使用与在从圆柱形部分7中移除下陷的覆层15时相同的激光器参数。同样优选的是，对于在扩散部25中的下陷的覆层14而言使用小于800ns的、尤其小于600ns的脉冲时间。因此，对于从扩散部25中去除材料14而言，最小脉冲时间为IOOns0移除陶瓷的下陷的覆层14、15或金属的下陷的覆层14、15，或者移除设置在金属的下陷的覆层14、15上的陶瓷的下陷的覆层14、15。因此，在再打开成型部时特别的优点在于，借助在此为如在重新制造时所使用的纳秒激光器的激光器能够再打开成型部，而不必使用所述激光器或者激光仪器或者第二激光仪器。图2示出流体机械的沿着纵轴线121延伸的转子叶片120或导向叶片130的立体图。所述流体机械可以是飞机的或用于发电的发电厂的燃气轮机，也可以是蒸汽轮机或压缩机。叶片120、130沿着纵轴线121相继具有:固定区域400、邻接于固定区域的叶片平台403以及叶身406和叶片梢部415。作为导向叶片130，叶片130可以在其叶片梢部415
处具有另一平台(未示出)。在固定区域400中形成有用于将转子叶片120、130固定在轴或盘上的叶片根部183 (未示出)。叶片根部183例如构成为锤头形。作为揪树形根部或燕尾形根部的其他构形是可行的。叶片120、130对于流过叶身406的介质具有迎流棱边409和出流棱边412。在传统叶片120,130中，在叶片120,130的所有区域400、403、406中使用例如实心的金属材料、尤其是超合金。例如由EP 1204776BU EP 1306454、EP 1319729AU WO99/67435或WO 00/44949已知这样的超合金。在这种情况下，叶片120、130可以通过铸造法，也可以借助定向凝固、通过锻造法、通过铣削法或其组合来制造。将带有一个或多个单晶结构的工件用作机器的在运行中承受高的机械的、热的和/或化学的负荷的构件。这种单晶工件的制造例如通过由熔融物的定向凝固来进行。在此，这涉及一种浇注法，其中液态金属合金凝固为单晶结构、即单晶工件，或者定向凝固。在这种情况下，枝状晶体沿热流定向，并且形成柱状晶体的晶粒结构(柱状地，这就是说在工件的整个长度上分布的晶粒，并且在此根据一般的语言习惯称为定向凝固)，或者形成单晶结构，这就是说整个工件由唯一的晶体构成。在这些方法中，必须避免过渡成球形(多晶的)凝固，因为通过非定向的生长不可避免地构成横向和纵向晶界，所述横向和纵向晶界使定向凝固的或单晶的构件的良好特性不起作用。如果一般性地提到定向凝固组织，则是指不具有晶界或最多具有小角度晶界的单晶和确实具有沿纵向方向分布的晶界但不具有横向晶界的柱状晶体结构。第二种所提到的晶体结构也称为定向凝固组织(directionally solidifiedstructures)ο 由 US-PS 6，024，792 和 EP 0892090A1 已知这样的方法。叶片120、130同样可以具有抗腐蚀或抗氧化的覆层，例如(MCrAlX ;M是铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)中的至少一种元素，X是活性元素并代表钇(Y)和/或硅和/或至少一种稀土元素，或铪(Hf))。由 EP 0486489BU EP 0786017B1、EP 0412397B1 或 EP 1306454A1 已知这样的合金。密度优选地是理论密度的95%。在(作为中间层或最外层的)MCrAlX层上形成保护性氧化铝层(TGO = thermalgrown oxide layer (热生长氧化层))。优选地，层成分具有Co-30N1-28Cr-8Al-0.6Y_0.7Si 或Co-28N1-24Cr-10Al-0.6Y。除这些钴基保护覆层外，也优选地使用镍基保护层，例如 N1-10Cr-12Al-0.6Y-3Re 或 N1-12Co_2ICr-11A1-0.4Y_2Re 或N1-25Co-17Cr-10Al-0.4Y-1.5Re。在MCrAlX上还可以有隔热层，隔热层优选是最外层并例如由ZrO2、Y2O3-ZrO2组成，即，隔热层通过氧化钇和/或氧化钙和/或氧化镁非稳定、部分稳定或完全稳定。隔热层覆盖整个MCrAlX层。通过例如电子束气相淀积(EB-PVD)的适当的覆层方法在隔热层中产生柱状晶粒。其他覆层方法也是可以考虑的，例如气相等离子喷涂(APS)、LPPS (低压等离子喷涂)、VPS (真空等离子喷涂)或CVD (化学气相沉积)。隔热层可以具有多孔的、有微观裂缝或宏观裂缝的晶粒，用于更好地耐热冲击。因此，隔热层优选地比MCrAlX层更为多孔。再处理(Refurbishment)意味着在使用构件120、130之后，必要时必须将保护层去除(例如通过喷砂)。接着，去除腐蚀层和/或氧化层或者说腐蚀产物和/或氧化产物。必要时，还修复在构件120、130中的裂缝。然后，进行构件120、130的再覆层以及构件120、130的重新使用。叶片120、130可以构造成空心的或实心的。如果要冷却叶片120、130，则叶片为空
心的并且必要时还具有薄膜冷却孔418 (由虚线表示)。
权利要求
1.用于借助激光器移除下陷的覆层(14、15)以再打开冷却空气孔(19)的方法，其中使用纳秒激光器并且使用I μ S-20 μ S、尤其10 μ s的脉冲时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中使用20kHz-40kHz的、尤其30kHz的脉冲频率。
3.根据权利要求1或2中的一项或两项所述的方法，其中使用具有180W-200W激光功率的所述激光器。
4.根据权利要求1至3中的一项或多项所述的方法，其中所述激光器、尤其是烧蚀激光器以200mm/s和300mm/s之间的、尤其250mm/s的进给速度在要去除的表面(16)上移动。
5.根据上述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中首先从圆柱形部分(7)中清除所述下陷的覆层(15)并且然后从扩散区域(25)中清除所述下陷的覆层(14)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中为了从所述扩散区域(25)中移除所述下陷的覆层(14)使用纳秒激光器并且使用小于800ns的脉冲时间，尤其使用小于600ns的脉冲时间。
7.根据权利要求5所述的方法，其中为了从所述扩散区域(25)中移除所述下陷的覆层(14)使用纳秒激光器并且优选使用如在从所述圆柱形部分(7)中移除所述下陷的覆层(15)时相同的激光器参数。
8.根据上述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中逐层地去除所述下陷的覆层(14，15)。
9.根据上述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中移除金属的和/或陶瓷的所述下陷的覆层(14，15)。
全文摘要
根据本发明，也使用具有更长的脉冲时间的纳秒激光器，以便从圆柱形的冷却空气孔中移除覆层。
文档编号B23K26/36GK103157906SQ20121054459
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月14日 优先权日2011年12月15日
发明者安德烈亚·玛萨, 罗尔夫·维尔肯赫纳, 亚德里恩·沃尔尼克 申请人:西门子公司