用具有全息效果的预限定图形表示标记机械部件的表面的方法与流程

本发明涉及标记燃气涡轮发动机部件的领域。

本发明的应用领域是用具有全息效果的预限定图形标记航空涡轮发动机部件，特别地能够识别和验证它们。

在航空领域，已知应用序列号(例如，以基于十六进制代码的形式或以数据矩阵代码的形式)到发动机的某些部件，用于识别这些部件(其中，这被称为“标记”)。使用这种编号，可以确定部件的真实性及其起源。

对于航空涡轮发动机的涡轮和压缩机叶片来说特别地需要标记。具体地，叶片是至关重要的备件，因此确定其起源很重要，以考虑更换这些部件对所讨论的涡轮或压缩机寿命的影响。

部件，以及特别地航空涡轮发动机的涡轮或压缩机叶片，可以多种方式被标记。因此，激光标记是已知的，其中激光实施多次通过，从而通过移除材料在标记部件上标记一个印记。机械标记也是已知的，其中使用锤子或施加连续冲击的气动活塞，从而在标记部件上印记一个序列号。还已知的是通过手动或自动铣床实施的标记。

依赖于移除材料或使标记部件变形的原理以在其上赋予所需图形的标记技术对标记部件的材料健康度存在明显缺点。特别地，当部件由单晶合金制成时，材料的变形或移除可导致局部重结晶或不可逆转的微观结构缺陷。

此外，当部件被标记有一种具有全息式效果的预限定图形时，已知的标记方法依赖于添加材料，如通过修改感光胶片或通过使图像重叠再聚合物中。

然而，通过添加材料标记的这些技术实施很复杂和昂贵，特别地是在由单晶合金制成的部件上实施时。

发明目的和内容

本发明的主要目的是通过提出一种可以简单和快速方式用具有全息效果的预限定图形标记机械部件的表面的方法来减轻这种缺点，同时避免上述缺点。

根据本发明，通过一种用具有全息式效果的预限定图形标记机械部件的表面的方法实现该目的，该方法包括使用激光源将连续的激光脉冲应用到标记部件的外表面，不同的掩模插入在激光源和部件的外表面之间，每个掩模都具有特定图案，每次激光脉冲具有至少20兆瓦每平方厘米(MW/cm²)的功率密度以及小于或等于100纳秒(ns)的持续时间。

在本文中使用术语“具有全息式效果的图形”是指这样一种图形，对于该图形，光反射随观察到所述图形的角度而变化(图形根据相对于观察者眼睛的其倾角可出现或消失，从而形成有深度的错觉或浮雕)。

申请人已观察到的是，在上述条件下通过不同的掩模应用连续的激光脉冲能够在燃气涡轮发动机部件上标记一种具有全息式效果的预限定图形，同时烧蚀很少的材料，并且具有耐氧化条件和高温的极好能力。

特别地，已经发现的是，由这种激光脉冲在标记部件的表面留下的印记非常浅(小于1微米)。也观察到的是，由这种激光脉冲制成的印记持久，即使其在强氧化环境中受到高温(约1100℃)。

因此，对于标记涡轮机或压缩机叶片的应用，本发明的方法可适用于接触气体的叶片部分(如，翼面)，从而避免与在隐藏区域中标记叶片相关的所有缺点。特别地，即使当叶片安装在发动机中时，可以通过它们的标记识别叶片。

此外，已经发现的是，本发明的方法同样有效(在几乎不烧蚀(little ablation)材料和长寿命方面)，无论标记部件由金属(特别地镍、铝、钛、铁等)、复合材料(特别地由碳纤维和环氧树脂基质)，或陶瓷(特别地氧化锆)制成。

最后，通过本发明方法获得的可视结果取决于被应用到该部件外表面的连续的多种激光脉冲。特别地，功率密度和/或掩模直径和/或掩模的特定图案对于应用到该部件外表面的每次脉冲可以不同。

聚焦透镜可插入在激光源和该部件的外表面之间，以修改由激光源所发出光束的尺寸。激光源可以是Nd-YAG激光。此外，每次激光脉冲可具有至少0.5毫米(mm)的冲击直径，从而使所产生的标记对肉眼可见。

当标记部件由金属制成时，每个激光脉冲优选地具有在0.04吉瓦每平方厘米(GW/cm²)到0.55GW/cm²范围内的功率密度。

当标记部件由具有碳纤维和环氧树脂基质的复合材料制成时，每次激光脉冲优选地具有在0.15W/cm²到2W/cm²范围内的功率密度。

当标记部件由陶瓷制成时，每次激光脉冲优选地具有在0.10GW/cm²到0.34GW/cm²范围内的功率密度。

本发明还提供了使用如上限定的方法标记航空涡轮发动机的风机的、涡轮的或压缩机的叶片。

附图说明

本发明的其它特征和优点从参考附图进行的以下描述中显而易见，附图中示出了一种不具有限制性特征的执行方案。在附图中：

·图1是用于实施该方法的示例设置的图解视图；以及

·图2到5示出了本发明方法的执行方案。

具体实施方式

本发明应用于用具有全息式效果的预限定图形标记燃气涡轮发动机的任何部件的表面。

术语“预限定图形”用于指任何预限定的几何形状或设计，诸如例如标志、序列号、数据矩阵码等。

术语“全息式效果”用于指这样图形，对于该图形，光反射随观察到所述图形的角度而变化。

本发明的一种非限制应用示例是航空涡轮发动机的风机、涡轮的或压缩机的表面标记叶片。

本发明的方法包括将连续激光脉冲应用到标记部件的外表面，采用插入在激光源和该部件外表面之间的多种掩模，每个掩模都具有特定图案，使得该图案彼此被添加，它们限定了需要在该部件上标记的图形。

根据本发明，应用到该部件外表面的每次激光脉冲具有至少20MW/cm²的功率密度，以及小于或等于100ns的持续时间。

图1概略性地示出了一种可用于实施本发明标记方法的设置的示例。

标记部件10(如，涡轮叶片)具有外表面10a，其上要实施的标记由保持件夹具12支撑。该部件的外表面10a朝向上面。

激光源14，如产生波长1.064微米(μm)的辐射的双频Nd-YAG类型的激光被定位在保持件夹具12以上并且被构造成传输具有至少20MW/cm²的功率密度和小于或等于100ns的持续时间的脉冲。

此外，具有特定图形图案的掩模16插入在激光源和标记部件10的外表面10a之间。同样，聚焦透镜18(可收敛或发散)被定位在激光14和掩模16之间，以使由激光器发出的激光束的尺寸与掩模的尺寸相匹配。

因此，激光14产生由聚焦透镜18聚焦成光束的辐射，该光束在照明部件的外表面的所选区域之前穿过掩模16。由激光14所产生的激光脉冲在该区域中产生等离子体，等离子体的膨胀伴随着大量能量的释放(热机械能和声能)，在标记部件的表面导致局部修改。当由该激光产生的激光脉冲具有以上指定的设置(即，至少20MW/cm²的功率密度，以及小于或等于100ns的持续时间)时，在部件表面的该局部修改产生一个留在该部件表面的印记。

通过在这种状况下应用连续的激光脉冲，在改变了掩模和改变了在连续脉冲之间脉冲的功率密度的同时，通过本发明方法获得的标记包括形成一种具有全息式效果的设计的不同掩模图案的叠加。

本发明的标记方法可以应用于任何类型的材料。特别地，它很好地适于标记由金属、陶瓷或复合材料制成的部件。该方法也适用于涂敷部件表面的任何材料。

当标记部件由金属制成时，所应用的激光脉冲具有优选地位于0.04GW/cm²到0.55GW/cm²范围内的功率密度，以获得一个完全清楚的印记。

更准确地，对于由镍制成的部件，所应用的功率密度有利地位于0.10GW/cm²到0.52GW/cm²的范围内。对于由铝制成的部件，所应用的功率密度位于0.20GW/cm²到0.55GW/cm²的范围内，以及对于由钢制成的部件，所应用的功率密度优选地位于0.10GW/cm²到0.50GW/cm²的范围内。

此外，当标记部件由具有碳纤维和环氧树脂基质的复合材料制成时，每次激光脉冲优选地具有在0.15GW/cm²到2GW/cm²范围内的功率密度，以获得一个完全清楚的印记。

最后，当标记部件由陶瓷制成时，每次激光脉冲优选地具有位于0.10GW/cm²到0.34GW/cm²范围内的功率密度，以获得一个完全清楚的印记。

参考图2到5，接下来是本发明的标记方法的执行方案的描述。

在这个示例中，标记部件由镍基高温合金制成。该部件的外表面受到连续的三次激光脉冲，三个不同的掩模插入在激光源和该部件的外表面之间。

图2示出了插入在激光源和该标记部件的外表面之间的第一掩模16-1。第一掩模具有约15毫米的直径以及特定的图形图案(由半径分割的圆，在中心存在更高对比度的正方形)。

具有0.09GW/cm²的功率密度P1的第一激光脉冲通过第一掩模16-1被应用到该部件的外表面。

图3示出了第二掩模16-2，在被应用到该部件的外表面中使用第二激光脉冲时使用。第二掩模16-2具有约10毫米的直径和特定的图形图案(在外围部分20中具有低不透明度的不透明圆)。

具有0.130GW/cm²的功率密度P2的第二激光脉冲通过第二掩模16-2被应用到该部件的外表面。

图4显示了第三掩模16-3，在被应用到部件外表面中使用第三激光脉冲时使用。该第三掩模16-3具有约6毫米的直径以及特定的图形图案(在中心具有S形图案的圆)。

具有0.300GW/cm²的功率密度P3的第三激光脉冲通过第三掩模16-3被应用到该部件的外表面。

图5示出了通过应用这三个激光脉冲到部件外表面所获得的结果。在该图中可以看到一个在部件外表面上形成的印记，该印记具有通过添加所使用的这三个掩模的图形图案所构成的图形。

此外，在该图中示出的这三个图像是沿三个不同的观察角度看到的印记的视图。因此可以看出，在部件表面上标记的图形随相对于观察者眼睛的其倾角可出现或消失，从而形成有深度的错觉或浮雕。