用于可用于涡轮发动机中的模块化部件的组装的热等静压系统的制作方法

本申请涉及涡轮发动机、模块化部件和等静压制工艺，并且更具体而言，涉及利用热等静压来组装可用于涡轮发动机中的模块化部件。

背景技术：

热等静压是公知的技术，其通常用于粉末冶金领域中的粉末颗粒的固结以及用于铸造后的部件的致密化。此外，热等静压已被用于扩散结合的过程中。值得注意的是，热等静压组装处理提供最小的附加制造步骤，这是因为各件部件的接合可与热等静压致密化过程同时发生，该热等静压致密化过程通常被用作用于结构铸造部分的后铸（post-cast）操作。因此，需要一种利用热等静压的特性的用于组装模块化部件的更稳健的方法。

技术实现要素：

公开了一种使用热等静压来接合形成例如用于燃气涡轮发动机中的部件的金属构件的方法。该方法可以包括对第一金属构件和第二金属构件的外表面施用表面处理。所使用的表面处理的类型可取决于对部件而言是需要机械接合还是冶金接合。此外，该方法还可以包括对准第一金属构件和第二金属构件的外表面，以在第一金属构件和第二金属构件之间产生包围期望的接合部的密封的腔。一旦第一金属构件和第二金属构件的外表面被对准，该方法就可以包括例如通过热等静压来使第一金属构件和第二金属构件经受热和压力条件，使得来自第一金属构件的材料流动到第二金属构件内的凹部中，以便接合第一金属构件和第二金属构件，以形成期望的固结部件。然后，该固结部件可以被加工并精整以便用于涡轮发动机中。

在至少一个实施例中，接合形成燃气涡轮机中的部件的金属构件的方法可以包括对第一金属构件的外表面施用第一表面处理，以及对第二金属构件的外表面施用第二表面处理。如果对部件而言需要机械接合，则可以利用表面处理来抑制第一和第二金属构件的外表面的结合或冶金接合。在某些实施例中，表面处理可以包括将表面氧化膜或其他类似的膜施加于第一和第二金属构件的外表面，以抑制该外表面的结合或冶金接合。然而，如果对部件而言需要冶金接合，则该方法可以包括清洁第一和第二金属构件的外表面，以去除可抑制结合的任何污染物。然后，用于增强和促进结合的表面处理可以被施用于第一和第二金属构件的外表面。

该方法随后可以包括将第一和第二金属构件定位在一起，使得第一金属构件的外表面与第二金属构件的外表面对准。当第一和第二金属构件的外表面对准时，第二金属构件可以包括处于第二金属构件的外表面中的凹部，当第一和第二金属构件的外表面对准时，该凹部未被第一金属构件的一部分填充。然后，该方法可以包括将第一和第二金属构件密封在一起，使得对准在一起的第一和第二金属构件的外表面被包含在密封的环境内。在某些实施例中，可以通过将局部金属涂层施加于第一和第二金属构件来执行密封。一旦第一和第二金属构件被密封，该方法就可以包括对第一和第二金属构件施加热等静压条件，使得第一金属构件的一部分改变形状以填充第二金属构件中的凹部。当被填充时，该凹部可用作将第一和第二金属构件锁定在一起以形成所期望的部件的锁定特征。

在下面的详细描述、附图和所附权利要求中描述了使用热等静压来接合形成燃气涡轮发动机中的部件的金属构件的方法的这些和其他特征。

附图说明

图1是根据本公开的一个实施例的在经受热等静压之前对准的一对金属构件的顶视示意图。

图2是在金属构件已经受热等静压之后的图1的该一对金属构件的顶视示意图。

图3是根据本公开的一个实施例的接合形成燃气涡轮发动机中的部件的金属构件的方法的流程图。

具体实施方式

如图1-3中所示，公开了使用例如用于燃气涡轮发动机中的涉及热等静压的方法来组装的部件10。该方法可以包括对第一金属构件12和第二金属构件18的外表面施用表面处理。所使用的表面处理的类型可取决于对部件10而言是需要机械接合还是冶金接合。此外，该方法还可以包括对准第一金属构件12和第二金属构件18的外表面14、15、16、20、22、24，以在第一金属构件12和第二金属构件18之间产生包围期望的接合部的密封的腔32。一旦第一金属构件12和第二金属构件18的外表面14、15、16、20、22、24对准，该方法就可以包括例如通过热等静压使第一金属构件12和第二金属构件18经受热和压力条件，使得来自第一金属构件12的部分34流动到密封的凹部26中，以便接合第一金属构件12和第二金属构件18，以形成期望的固结部件10。然后，固结部件10可以被加工并精整以便用于涡轮发动机中。

如图1-2中所示，第一金属构件12可以被构造成大致U形，然而，在其他实施例中，第一金属构件12可具有可在形成部件10的接合部中利用的任何其他期望的形状。第一金属构件12的形状可使得一旦定位成紧靠第二金属构件18并经受等静压，第一金属构件12就被附接到第二金属构件18，并且不能分离。第一金属构件12可由经由延伸体54耦接在一起的第一臂50和第二臂52形成。在至少一个实施例中，第一臂50和第二臂52可大致正交于延伸体54。在另一实施例中，第一臂50或第二臂52中的一者或两者可与延伸体54非正交并且不平行。第一臂50和第二臂52可以具有相等的长度或者可以具有不相等的长度。

在至少一个实施例中，第一金属构件12可包括一个或多个第一内表面14、一个或多个端表面15以及将第一内表面40和第二内表面42耦接在一起的一个或多个内连接表面16。第一内表面40和第二内表面42可以彼此正交或彼此形成锐角，使得一旦第一金属构件12和第二金属构件18被耦接在一起，第一内表面40和第二内表面42就防止沿箭头44的方向的侧向运动。

在至少一个实施例中，第一金属构件12可包括一对第一内表面14、一对端表面15以及内连接表面16。在某些实施例中，端表面15和内连接表面16可以正交于第一内表面14。第二金属构件18可以被构造成大致T形，然而，在其他实施例中，第二金属构件18可具有可在形成部件10的接合部中利用的任何其他期望的形状。如图1和图3中所示，第二金属构件18可以包括构造成接收第一臂50和第二臂52的第一凹部56和第二凹部58。第一凹部56和第二凹部58可由第一侧60、62和第二侧64、66形成。在至少一个实施例中，第二侧64、66可以彼此对准。第一臂50的第一侧60可大致正交于第二侧64。第二臂52的第一侧62可大致正交于第二侧66。在其他实施例中，第一侧60、62可相对于第二侧64、66以其他关系来定位。第二侧64、66应被构造成对准并紧靠第一金属构件12的表面。此外，第二金属构件18可成形为使得当与第一金属构件12对准时，可发生第一金属构件12和第二金属构件18之间的适度紧密贴合。在至少一个实施例中，第二金属构件18可包括一个或多个端表面20、内连接表面22以及一个或多个第一内表面24。在至少一个实施例中，第二金属构件18可具有一对端表面20、内连接表面22以及一对第一内表面24。在某些实施例中，上部水平外表面20和内连接表面22可正交于第一内表面24。第二金属构件18还可包括一对凹部26，其可以被用作部件10的接合区域中的锁定特征。凹部26在图1中被示出为具有半圆形形状，然而，也可以利用任何其他期望的形状。

根据对部件10而言是需要机械接合还是冶金接合，可以对第一金属构件12和第二金属构件18的外表面14、15、16、20、22、24施用各种表面处理。如果需要机械接合，则外表面14、15、16、20、22、24可以利用表面抑制剂处理来处理，例如但不限于表面氧化膜28，或者利用其他处理来处理，例如但不限于在氧化环境（例如，空气）中加热部件以形成氧化膜，以便抑制第一金属构件12的外表面14、15、16与第二金属构件18的外表面20、22、24的冶金接合。然而，如果需要冶金接合，则可以清洁外表面14、15、16、20、22、24以去除污染物，并利用一种或多种表面增强处理来进行处理，所述表面增强处理增强或以其他方式促进第一金属构件12的外表面14、15、16与第二金属构件18的外表面20、22、24之间的结合。用于促进结合的表面处理可以包括但不限于焊剂，例如常用于钎焊操作中并作为还原剂的硼砂。在某些实施例中，为了对准第一金属构件12和第二金属构件18，第一金属构件12的外表面14、15、16和第二金属构件18的外表面20、22、24可以被焊接在一起。在其他实施例中，第一和第二金属构件可以用局部金属涂层30进行处理，例如但不限于可允许封闭第一金属构件12的外表面14、15、16和第二金属构件18的外表面20、22、24之间的任何表面间隙的NiCoCrAIY或CoNiCrAIY。

尽管图1-2图示了在制造部件10中使用的第一金属构件12和第二金属构件18的特定的示例性构造，但部件10可以包括任何构造，这可以包括使用更多或更少数量的部件来制造部件10。例如，部件10被说明性地示出为包括第一金属构件12、第二金属构件18、一对凹部26以及外表面14、15、16、20、22、24。然而，部件10可以包括更多或更少数量的第一金属构件12、第二金属构件18、凹部26、外表面14、15、16、20、22、24或者系统200中的任何数量的任何其他部件。

如图3中所示，提供了一种接合形成燃气涡轮发动机中的部件10的第一金属构件12和第二金属构件18的方法300。方法300可以包括在步骤302处制造第一金属构件12。在步骤304处，该方法可以包括制造第二金属构件18。第二金属构件18可以包括一个或多个凹部26，其可以用作用于将第一金属构件12和第二金属构件18锁定在一起的锁定特征。如果对部件10而言需要机械接合，则方法300可以包括在步骤306处对第一金属构件12的外表面14、15、16和第二金属构件18的外表面20、22、24施用表面抑制剂处理。该表面处理可以包括施用表面氧化膜或其他处理，以抑制第一金属构件12的外表面14、15、16与第二金属构件18的外表面20、22、24之间的结合。然而，如果需要冶金接合，则方法300可以包括清洁外表面14、15、16、20、22、24以去除污染物，并且施用促进第一金属构件12的外表面14、15、16与第二金属构件18的外表面20、22、24之间的结合的表面增强处理。

在步骤310处，方法300可以包括将第一金属构件12的外表面14、15、16与第二金属构件18的外表面20、22、24松散地对准在一起，以便形成第一金属构件12和第二金属构件18之间的接合部。然后，在步骤312处，方法300可以包括将第一金属构件12和第二金属构件18密封在一起，使得对准在一起的第一金属构件12和第二金属构件18的外表面14、15、16、20、22、24被包含在密封的环境或腔32内。第一金属构件12和第二金属构件18的外表面14、15、16、20、22、24可以通过施加如上所述的局部金属涂层30而被密封在一起，该局部金属涂层30可允许封闭第一金属构件12的外表面14、15、16和第二金属构件18的外表面20、22、24之间的任何表面间隙。

方法300可以包括，在步骤314处，使第一金属构件12和第二金属构件18经受热等静压过程或其他类似过程，以将第一金属构件12和第二金属构件18接合在一起。在热等静压处理期间可以施加压力和热，该热具有足以使第一金属构件12的部分34熔化并流动到腔32和第二金属构件18的凹部26中的温度。对第一金属构件12和第二金属构件18施加热使得第一金属构件12的一部分改变形状以填充第二金属构件18中的凹部26的步骤314包括施加具有低于第一金属构件12的该部分的熔点的温度的热。一旦部分34流动到通过部件10的互锁特征限定的凹部26中，这就可导致第一金属构件12和第二金属构件18的接合，以形成固结部件10。在步骤316处，可以利用各种加工和精整操作来加工和精整部件10，例如，可以采用任何常规（例如，铣削或研磨）或非常规（例如，电火花加工（EDM）、电化学加工（ECM）、磨料水射流）的加工操作。重要的是要注意，部件10和方法300不意在限于本文所提供的描述或示例。

提供前述内容是为了说明、解释和描述本发明的实施例的目的。对这些实施例的修改和调整对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且可以在不脱离本发明的范围或精神的情况下做出。