本公开内容一般涉及用于具有内部几何形状的工件的射线照相和计算机断层扫描(ct)检查的方法。所公开的方法能够在例如am工件和/或精密铸造涡轮机叶片的内部几何形状内分布造影剂，随后在检查后完全去除造影剂及其所有残余。
背景技术：
许多现代发动机和下一代涡轮发动机需要具有错综复杂的几何形状的部件和零件，所述部件和零件需要新类型的材料和制造技术来生产。
涡轮机叶片通常包括空心翼型件，所述空心翼型件具有沿叶片的翼展延伸的径向通道，所述叶片具有用于在发动机的操作期间接纳加压冷却空气的至少一个或多个入口。在叶片中的各种冷却通道中，包括设置在前缘和后缘之间的翼型件中间的蛇形通道，翼型件通常包括延伸穿过叶片用于接纳加压冷却空气的入口，所述入口包括局部特征，例如短扰流器肋或销，用于增加翼型件的加热侧壁和内部冷却空气之间的热传递。
通常由高强度、超合金金属材料制造这些涡轮机叶片涉及众多步骤。首先，制造精密陶瓷芯，以符合涡轮机叶片内所需的错综复杂的冷却通道。精密模或模具也需要被创建，其限定涡轮机叶片的精密3-d外表面，包括其翼型件、平台和集成楔形榫。陶瓷芯在两个半模内装配，所述两个半模在其间形成限定所得到的叶片的金属部分的空间或空隙。将蜡注入装配模内，以填充空隙且围绕包封在其中的陶瓷芯。将两个半模分开且从模制蜡中取出。模制蜡具有所需叶片的精确构造，并且随后用陶瓷材料涂布以形成围绕陶瓷壳。随后，使蜡熔融且从壳中去除，留下相应的在陶瓷壳和内部陶瓷芯之间的空隙或空间。熔融的超合金金属随后浇注到壳内以填充其中的空隙，且再次包封在壳中包含的陶瓷芯。使熔融金属冷却且固化，且随后适当地去除外部壳和内部芯，留下在其中能够发现内部冷却通道的所需金属涡轮机叶片。
其他喷气航空器发动机零件，例如燃料喷嘴近期已使用am技术进行制造，与消减制造方法形成对比，所述am技术涉及一种或多种材料的积累，以制备净(net)或近净形状(nns)物体。am技术能够由广泛多样的材料制造复杂部件。一般地，独立物体可由计算机辅助设计(cad)模型制造。应用包括复杂工件的直接制造、用于熔模铸造的模型、用于注塑成型和压铸的金属模具、以及用于砂型铸造的模具和芯。在设计周期期间制造原型物体以增强通讯和概念的测试是am工艺的其他常见用法。
航空器发动机零件的日益复杂的内部几何形状已导致对所生产零件的检查中的困难。此外，am技术从原型制作操作转移到完全制造生产工艺已产生关于所制造零件的非破坏性测试的更先进技术的需要。随着工件的大小增加和所产生的工件的内部几何形状变得更加复杂，已出现关于更强大的射线照相和ct检查技术的需要。
用于医学ct和射线照相检查的造影剂的使用是已知的。所制造零件的ct成像依赖于碘化锌造影剂。参见schilling等人，“x-raycomputedmicrotomographyofinternaldamageinfiberreinforcedpolymermatrixcomposites，”compositesscienceandtechnology65(2005)2071-2078。碘化锌是用于ct扫描的常用造影剂。ct检查已被使用于使用了常规技术的某些增材制造零件中。参见vanbael等人，“micro-ctbasedimprovementofgeometricalandmechanicalcontrollabilityofselectivelasermeltedti5al4vporousstructures，”materialsscienceandengineering(2011)7423-7431。
本发明人已发现随着零件的内部几何形状的复杂性和总体大小增加，传统ct造影剂在ct检查中丧失其有效性。因为增材制造中的进展已导致具有更复杂内部几何形状的更大工件，所以ct检查的传统方法丧失其有效性。存在特别是就大规模增材制造零件或精密铸造工件而言，关于工业造影剂和使用这些试剂的检查方法的需要，所述检查方法能够将造影剂沉积在工件的内部几何形状内，且通过在检查后对工件非破坏性的过程去除造影剂。
技术实现要素：
本发明涉及检查方法。检查方法包括下述步骤：将包含造影剂的造影浆料应用于具有至少一个内部通道的工件；将造影剂或其氧化物沉积在内部通道内；使用射线照相检查技术检查工件；和从工件的内部通道中去除造影剂。
在一个实施例中，造影剂是钨或钨合金。在另一个实施例中，造影剂是锇或锇合金。造影剂可氧化，并且液体部分可在加热后蒸发。在本发明的一个方面，去除造影剂包括浸出过程，所述浸出过程可能需要在具有试剂例如氢氟酸或酸或氨的浴中清洗和/或浸没工件。
在一个实施例中，造影剂包含锇，加热形成氧化锇，并且浸出用氨清洗执行。在一个实施例中，造影剂包含钨，加热形成氧化钨，并且浸出使用氢氟酸执行。工件包含铁、钢、钴铬、铬镍铁合金、铝和钛。
具体实施方式
下文阐述的详述预期作为各种配置的描述，并且不预期代表其中可实践本文描述的概念的唯一配置。详述包括用于提供各种概念的充分理解的目的的具体细节。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，这些概念可无需这些具体细节而进行实践。
本发明涉及使用ct或另一种射线照相方法检查工件的方法。该方法使用造影剂用于非破坏性检查，该造影剂包括悬浮于或溶解于液体载体中的一种或多种高原子序数的金属(例如钨或锇)。造影剂必须与待检查的工件的基础金属(例如铝、钴、镍)是非反应性的。液体载体可为单独或与悬浮剂组合的水或有机溶剂。本发明的工艺能够在工件中提供指示的确定证据，而无需运行后续测试，以测定指示是在不存在造影剂的情况下射线照相方法的分辨率以下的通裂纹还是薄壁。
造影剂可使用泵或重力进料经由测试物品内的夹具而引入工件。造影剂随后至少部分沉积在工件中的一个或多个内部通道内。工件随后使用射线照相方法(例如ct扫描)进行检查。在检查后，造影剂从零件处去除。造影剂的去除可包括冲洗或使用加压清洁或清洗液。
在一个实施例中，该工艺涉及允许造影剂填充且粘附至表面指示(surfaceindications)的固化(即加热)步骤。因为本发明的造影剂允许更高分辨率的检查，所以可检测且表征出在没有试剂的情况下无法看见或完全表征的缺陷。这消除另外的昂贵的验证、测试和/或检查步骤。
根据本发明的工件可为使用直接激光熔融或dmlm增材制造的零件，例如增材制造的燃料喷嘴。工件可为铸造部件例如超合金涡轮机叶片。具有内部通道的任何工业制造的结构特别是金属结构可获益于通过本发明提供的更高分辨率的检查。
在am工件的情况下，例如使用粉末床激光熔融工艺制造的零件(例如用于喷气航空器发动机的燃料喷嘴)，检查方法可遵循使用涉及在逐层基础上形成工件的工艺制备零件，使用包括下述步骤的工艺：(a)照射粉末床中的粉末层，以形成熔融区域；(b)通过使重涂臂从粉末床的第一侧经过粉末床而在粉末床上提供后续粉末层；和(c)重复步骤(a)和(b)，直至工件在粉末床中形成，和(d)从粉末床中取出工件。另外的步骤例如热处理或清洁可在检查之前发生。可替代地，这些加工后步骤可在根据本发明检查后发生。
当工件在精密铸造工艺中制备(例如涡轮机叶片)时，检查方法可遵循使用涉及下述步骤的工艺来制备零件：(a)将液态金属(例如超合金)浇注到铸模内且固化，以在铸芯和外壳模具周围形成铸造部件，和(b)去除外壳模具和铸芯。这些去除步骤可使用机械(破坏)和/或化学(浸出)过程发生。另外的步骤例如热处理或清洁可在检查之前发生。可替代地，这些加工后步骤可在根据本发明检查后发生。铸模可使用失蜡工艺进行制备，所述失蜡工艺涉及用一次性模型材料(例如蜡或塑料)围绕铸芯的至少一部分，以形成芯组件，在芯组件周围形成外壳模具，和从外壳模具处去除一次性模型材料。
本发明的检查方法允许检查各种材料，主要是具有使得射线照相检查变得困难的内部腔的金属。例如，工件或零件可具有含薄壁的内部腔。本发明可用于检查潜在指示例如那些壁中的裂纹。
造影浆料的应用可通过重力进料至零件或通过泵而发生。浆料可直接应用于零件的开口，暴露其内部腔。可替代地，浆料可通过附接至零件或工件的夹具而添加。浆料设计为将造影剂分布在工件的内部腔各处。在一个实施例中，造影剂是钨或钨合金。在另一个实施例中，造影剂是锇或锇合金。浆料可包括其他试剂例如悬浮剂或帮助在检查后最终去除浆料的试剂。
造影剂沉积在其中需要检查的工件的内部部分各处。来自浆料的造影剂的沉积可通过用浆料冲洗零件而发生。可替代地，零件可在用浆料填充或冲洗后进行加热。加热步骤可用于驱除浆料的液体部分或液体部分的一些。加热还可使如应用的造影剂反应，以形成另一种造影剂。例如，如果造影剂是钨，则加热可导致钨中的一些或全部转换为氧化钨(wo2-wo4)。如果造影剂是锇，则加热可促使锇反应为氧化锇(oso2-oso4)。可替代地，造影剂可作为金属氧化物的浆料应用。在这种情况下，加热步骤可为不必要的，或简单地用于在检查前蒸发浆料中的液体中的一些或全部。
一旦造影剂加入零件或工件，并且执行任何加热或固化步骤，零件就可使用射线照相方法例如ct扫描进行检查。检查步骤类似于本领域已知的那些，除了造影剂允许更高功率的扫描和增加的分辨率。更高功率允许瑕疵的更有力检测且可消除关于工业工艺，特别是关于用am技术或精密铸造技术制造的零件所需的测试中的一些。
在检查后，去除造影剂。这可通过用水冲洗或清洗零件来完成。在其中浆料经由夹具添加的情况下，清洗试剂可通过相同夹具应用。以其固化形式的造影剂可对经由化学浸出过程的去除特别敏感。例如，当造影剂是氧化钨时，它可使用包含酸例如氢氟酸的清洗液用化学方法去除。当造影剂是氧化锇时，浸出试剂可为氨水清洗。清洗液可为清洗试剂的组合，并且可与其他清洗试剂例如有机溶剂一起使用。例如，如果浸出使用氨水溶液或氢氟酸水溶液完成，则可存在在有机溶剂中的后续清洗，以帮助零件内的水的去除。
该书面说明书使用例子来公开本发明，包括优选实施例，以及允许本领域任何技术人员实践本发明，包括制备且使用任何装置或系统且执行任何并入的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他例子。此类其他例子预期在权利要求的范围内，如果它们具有与权利要求的文字语言并无不同的结构元件，或如果它们包括与权利要求的文字语言无实质差异的等价结构元件。来自所述各个实施例的方面以及关于每个此类方面的其他已知等价物，可通过本领域普通技术人员混合且匹配，以构建根据本专利申请的原理的另外的实施例和技术。