修理过程和修理的构件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种修理过程和修理的构件。具体而言，公开了一种基质复合材料构件修理过程。基质复合材料修理过程包括将修理材料应用于基质复合材料构件、利用外部固定机构将修理材料固定于基质复合材料构件、并且在由外部固定机构固定期间固化修理材料来将修理材料粘结于基质复合材料构件。基质复合材料构件选自由陶瓷基质复合材料、聚合物基质复合材料和金属基质复合材料构成的集合。在另一个实施例中，修理过程包括将部分地固化的修理材料应用于基质复合材料构件、并且固化修理材料来将修理材料粘结于基质复合材料构件，外部固定机构在整个固化周期内固定修理材料。在另一个实施例中，外部固定机构在修理过程期间消耗或分解。
【专利说明】修理过程和修理的构件
[0001] 政府许可权 本发明是在能源部授予的合同号DE-FC26-05NT42643下通过政府资助而完成的。政府 在本发明中具有一定权利。
【技术领域】
[0002] 本发明涉及一种修理过程和修理的构件。更具体而言，本发明涉及一种基质复合 材料修理过程和修理的基质复合材料构件。
【背景技术】
[0003] 燃气涡轮连续地暴露于严苛条件，包括较高温度和压力，以便改善效率。较高温度 和压力对燃气涡轮构件可具有有害影响，诸如蠕变破坏、疲劳和开裂。该破坏可需要构件的 修理和替换，这两者都是昂贵和耗时的。
[0004] 构件的修理和替换通常导致显著的操作延迟、损失产量和降低总体操作效率。当 构件（诸如涡轮叶片）受损时，涡轮可停机，且叶片被移除以用于修理。除了移除受损叶片 和再次安装修理的叶片所需的时间之外，整个涡轮在修理期间可处于操作中。
[0005] -种修理方法包括移除受损构件、局部地混合破坏部位，且经历基于热处理的修 理过程。这是耗时的，且导致显著的生产力损失。在没有热处理的情况下使涡轮回到操作 状态的尝试涉及移除受损构件，切除受损部分，且使具有露出区域的构件回到装置。具有该 带露出区域的构件的装置在降低或减小的能力下操作。
[0006] 不存在以上缺陷的修理过程在本领域中将是合乎需要的。
【发明内容】
[0007] 在示范实施例中，一种修理过程包括将修理材料应用于基质复合材料构件、利用 外部固定机构将修理材料固定于基质复合材料构件、并且在由外部固定机构固定期间固化 修理材料来将修理材料粘结于基质复合材料构件。基质复合材料构件选自由陶瓷基质复合 材料、聚合物基质复合材料和金属基质复合材料构成的集合。
[0008] 在另一个示范实施例中，一种修理过程包括将部分地固化的修理材料应用于基 质复合材料构件、利用外部固定机构将修理材料固定于基质复合材料构件，外部固定机构 在整个固化周期内固定修理材料、并且固化修理材料来将修理材料粘结于基质复合材料构 件。基质复合材料构件选自由陶瓷基质复合材料、聚合物基质复合材料和金属基质复合材 料构成的集合。
[0009] 在另一个示范实施例中，一种修理过程包括将未固化的修理材料应用于基质复合 材料构件、利用外部固定机构将修理材料暂时地固定于基质复合材料构件、并且消耗或分 解外部固定机构。复合材料基质构件选自由陶瓷基质复合材料、聚合物基质复合材料和金 属基质复合材料构成的集合。
[0010] 一种修理过程，包括：将修理材料应用于基质复合材料构件；利用外部固定机构 将修理材料固定于基质复合材料构件；在由外部固定机构固定期间，固化修理材料来将修 理材料粘结于基质复合材料构件；并且其中，基质复合材料构件选自由陶瓷基质复合材料、 聚合物基质复合材料和金属基质复合材料构成的集合。
[0011] 优选地，外部固定机构对于修理材料而言是不可透过的。
[0012] 优选地，外部固定机构包括硅树脂。
[0013] 优选地，外部固定机构包括环氧树脂。
[0014] 优选地，外部固定机构包括聚合物。
[0015] 优选地，外部固定机构包括有机粘结补片。
[0016] 优选地，外部固定机构将修理材料保持在基质复合材料构件的受损部分内。
[0017] 优选地，通过介质转移装置来应用修理材料。
[0018] 优选地，通过喷雾来应用修理材料。
[0019] 优选地，通过应用粘合联接来利用外部固定机构固定修理材料。
[0020] 优选地，通过应用热来固化修理材料。
[0021] 优选地，通过应用紫外线来固化修理材料。
[0022] 优选地，通过应用电子束辐射来固化修理材料。
[0023] 优选地，基质复合材料构件为旋转构件。
[0024] 优选地，外部固定机构抵抗旋出。
[0025] 优选地，外部固定机构为可移除的。
[0026] 优选地，外部固定机构在固化过程期间消耗或分解。
[0027] 一种由权利要求1的修理过程形成的修理产品。
[0028] -种修理过程，包括：将部分地固化的修理材料应用于基质复合材料构件；利用 外部固定机构将修理材料固定于基质复合材料构件，外部固定机构在整个固化周期内固定 修理材料；固化修理材料来将修理材料粘结于基质复合材料构件；并且其中，基质复合材 料构件选自由陶瓷基质复合材料、聚合物基质复合材料和金属基质复合材料构成的集合。
[0029] -种修理过程，包括：将未固化的修理材料应用于基质复合材料构件；利用外部 固定机构将修理材料暂时地固定于基质复合材料构件；消耗或分解外部固定机构；并且其 中，复合材料基质构件选自由陶瓷基质复合材料、聚合物基质复合材料和金属基质复合材 料构成的集合。
[0030] 根据结合附图作出的优选实施例的以下更详细的说明，本发明的其它特征和优点 将是清楚的，附图通过举例的方式示出本发明的原理。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1示出根据本公开的实施例的修理过程。
[0032] 图2示出对应于图1的修理过程的截面视图。
[0033] 图3示出根据本公开的实施例的修理过程的截面视图。
[0034] 图4示出根据本公开的实施例的修理过程。
[0035] 图5示出对应于图4的修理过程的截面视图。
[0036] 图6为能够执行根据本公开的修理过程的实施例的固化系统的侧视图。
[0037] 在任何可能的地方，相同的参考标号将在所有附图中使用以表示相同的零件。
【具体实施方式】
[0038] 提供了一种修理基质复合材料构件的示范过程。与未使用本文公开的一个或更多 个特征的过程相比，本公开的实施例：减少修理时间，减少修理成本、减少装置停机时间，提 高构件破坏之后的装置能力，提高修理效率，或以上的组合。
[0039] 基质复合材料选自以下材料构成的集合，但不限于：陶瓷基质复合材料（CMC)、聚 合物基质复合材料（PMC)、金属基质复合材料（MMC)、或它们的组合。参看图1和图2,在一 个实施例中，如在图2中的分段步骤A中所示，诸如涡轮叶片（或动叶）108的基质复合材 料构件100未受损。在图2和图3中，步骤A示出沿A-A方向截取的图1，步骤B示出沿 B-B方向截取的图1，步骤C示出沿C-C方向截取的图1，且步骤D示出沿D-D方向截取的图 1。在其它实施例中，基质复合材料构件1〇〇为或包括片、喷嘴、燃烧器衬套、静叶、围带、流 路框架、襟翼（flap)、密封件、涡轮机构件或它们的组合。未受损的涡轮叶片108具有连续 的且完全无损的涂层212。涂层212包括但不限于热障涂层、环境阻隔涂层（EBC)、基质复 合材料、碳化硅或它们的组合。涡轮叶片108的本体部分213包括基质复合材料或由基质 复合材料限定。本体部分213在本体边缘214处由一个或多个层涂布或限定。距本体边缘 214远的层形成外面106。
[0040] 在一个实施例中，基质复合材料构件100例如由于操作磨损和磨耗、外来物体接 触、外表面接触、老化、制造或它们的组合而受损（步骤101)。如图2的步骤B所示，基质复 合材料构件100的受损部分112能够在基质复合材料构件100的外面106上看到。在一个 实施例中，受损部分112延伸穿过涂层212,且部分地延伸到本体部分213中。
[0041] 在基质复合材料构件100受损（步骤101)之后，利用修理材料120填充受损部分 112 (步骤102)。适合的修理材料包括但不限于具有匹配的热膨胀系数的EBC、CMC、PMC和 MMC材料，或它们的组合。以未固化、部分地固化、固化或它们的组合的方式应用修理材料 120。修理材料120利用介质转移装置、注射器、喷射器或它们的组合来应用于基质复合材 料构件100。在一个实施例中，修理材料120从基质复合材料构件100的外面106突出。
[0042] 外部固定机构121应用到修理材料120上（步骤103)。在一个实施例中，外部固 定机构121对于热和/或其它辐射源而言是可透过的，对于修理材料120而言是不可透过 或大致不可透过的，且将修理材料120保持在受损部分112中。适合的外部固定机构121 包括但不限于硅树脂、环氧树脂、聚合物、有机粘结补片和它们的组合。在一个实施例中，夕卜 部固定机构121覆盖修理材料120,且暂时地或永久地粘合于基质复合材料构件100。如在 本文中使用的，用语"暂时地"是指预定的周期。例如，在一个实施例中，外部固定机构121 粘合于基质复合材料构件100,直到通过操作而消耗或分解，或被移除。在一个实施例中，如 果外部固定机构121未损坏或移除，则外部固定机构121在基质复合材料构件100的整个 操作寿命内粘合于基质复合材料构件1〇〇上。
[0043] 在一个实施例中，外部固定机构121粘合地联接于基质复合材料构件100,且将修 理材料120固定于基质复合材料构件100。外部固定机构121不是基质复合材料构件100 或修理材料120的一部分。在另一个实施例中，外部固定机构121抵抗基质复合材料构件 100的旋出（spinning off)。例如，在一个实施例中，基质复合材料构件100为润轮叶片 108,且在燃气涡轮使涡轮叶片108旋转时，外部固定机构121粘合。
[0044] 基质复合材料构件100,包括图2的步骤C所示的修理材料120和外部固定机构 121，被加热（步骤104)。在一个实施例中，热破坏外部固定机构121，并且/或者将修理材 料120固化于受损部分112。在一个实施例中，修理材料120通过紫外线（UV)辐射或电子 束（EB)辐射来固化。在一个实施例中，热通过燃气涡轮的操作来生成。在一个实施例中， 外部固定机构121的破坏露出了从外面106凸出的修理材料120的固化凸起122。如图2 的步骤D所示，修理材料120的固化凸起122被加工（步骤105)，以形成修理材料120与外 面106之间的齐平表面113。
[0045] 在一个实施例中，如图3的步骤A所示，基质复合材料构件100未受损。如图3的 步骤B所示，受损部分112贯穿本体部分213和涂层212而延伸。利用修理材料120填充 受损部分112 (步骤102)，其从第一侧331和（例如，与第一侧331相对的）第二侧332上 的外表面106突出。如图3的步骤C所示，外部固定机构121应用到第一侧331和第二侧 332上的修理材料120上（步骤103)，从而粘合于涡轮叶片108的外表面106。涡轮叶片 108被加热（步骤104)，且在一个实施例中，热消耗或分解第一侧331和第二侧332上的外 部固定机构121，同时将修理材料120固化于涡轮叶片108。在一个实施例中，如图3的步 骤D所示，第一侧331和第二侧332被加工（步骤105)来形成修理材料120与外面106之 间的齐平表面113。
[0046] 参看图4和5,在一个实施例中，多个受损部分112形成（步骤101)在基质复合 材料构件100的本体部分213中。例如，在一个实施例中，如图5的步骤B所示，受损部分 112为完全穿透孔401和部分穿透孔402。在图5中，步骤A示出沿A-A方向截取的图4,步 骤B示出沿B-B方向截取的图4,步骤C示出沿C-C方向截取的图4,且步骤D示出沿D-D 方向截取的图4。受损部分112包括但不限于完全穿透孔401、部分穿透孔402、凹坑损伤 601 (见图6)、完全穿透裂纹、部分穿透裂纹、脱落部分，或它们的组合。利用修理材料120 填充受损部分112 (步骤102)。由外部固定机构121覆盖修理材料120 (步骤103)，外部固 定机构121如图5的步骤C所示那样粘合于基质复合材料构件100 (诸如涡轮叶片108)的 外面106。
[0047] 在一个实施例中，第一区对应于基质复合材料构件100的非修理材料，且第二区 对应于修理材料120。基质复合材料构件100的非修理材料具有第一微结构，且修理材料 120具有第二微结构。修理材料120的第二微结构不同于基质复合材料构件100的非修理 材料的第一微结构。在一个实施例中，第二微结构看起来相对于加工的基质复合材料构件 100的齐平表面113上的第一微结构而脱色。再次应用涂层（诸如但不限于EBC、TBC或它 们的组合）将外面106限定为单介质。基质复合材料构件100上的再次应用的涂层看起来 未受损。
[0048] 参看图6,在一个实施例中，基质复合材料构件100具有外面106上的凹坑损伤 601。凹坑损伤601填充有修理材料120。在一个实施例中，粘结材料与修理材料120互混。 在一个实施例中，粘结材料应用到修理材料120上。在一个实施例中，外部固定机构121的 快速固化通过使用催化剂604来实现。催化剂604为任何适合的粘结剂活化项目，诸如但 不限于UV辐射、EB辐射、射频（RF)、X射线或它们的组合。
[0049] 在一个实施例中，提供柔性工作工具605以将催化剂604输送至外部固定机构 121，同时基质复合材料构件100保持固定于系统，诸如燃气涡轮。在一个实施例中，外部固 定机构121快速地固化在修理材料120上。固化的外部固定机构121形成比未固化的外部 固定机构121刚性更大的保持部分。
[0050] 尽管已经参照优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员将理解的是，可作出 各种变化，且等同物可替代其元件，而不脱离本发明的范围。此外，可制作出许多改型，以使 特定情形或材料适合本发明的教导，而不脱离其基本范围。因此，期望本发明不限于公开为 用于执行本发明而构想出的最佳实施方式的特定实施例，相反地，本发明将包括落入所附 权利要求的范围内的全部实施例。
【权利要求】
1. 一种修理过程，包括： 将修理材料应用于基质复合材料构件； 利用外部固定机构将所述修理材料固定于所述基质复合材料构件； 在由所述外部固定机构固定期间，固化所述修理材料来将所述修理材料粘结于所述基 质复合材料构件；并且 其中，所述基质复合材料构件选自由陶瓷基质复合材料、聚合物基质复合材料和金属 基质复合材料构成的集合。
2. 根据权利要求1所述的修理过程，其特征在于，所述外部固定机构对于所述修理材 料而言是不可透过的。
3. 根据权利要求1所述的修理过程，其特征在于，所述外部固定机构包括硅树脂。
4. 根据权利要求1所述的修理过程，其特征在于，所述外部固定机构包括环氧树脂。
5. 根据权利要求1所述的修理过程，其特征在于，所述外部固定机构包括聚合物。
6. 根据权利要求1所述的修理过程，其特征在于，所述外部固定机构包括有机粘结补 片。
7. 根据权利要求1所述的修理过程，其特征在于，所述外部固定机构将所述修理材料 保持在所述基质复合材料构件的受损部分内。
8. 根据权利要求1所述的修理过程，其特征在于，通过介质转移装置来应用所述修理 材料。
9. 根据权利要求1所述的修理过程，其特征在于，通过喷雾来应用所述修理材料。
10. 根据权利要求1所述的修理过程，其特征在于，通过应用粘合联接来利用所述外 部固定机构固定所述修理材料。
【文档编号】F01D5/28GK104110276SQ201410154489
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2013年4月17日
【发明者】H.C.罗伯茨三世, S.F.辛普森 申请人:通用电气公司