??
摘要
本發(fā)明公開了一種同時用至少三個等離子焰炬 噴槍對一透平葉片進行等離子噴鍍的方法和實現(xiàn)該 方法的噴鍍裝置。由此可得到一個特別高質(zhì)量的鍍 層，尤其是在一個由鎳基或鈷基超級合金制成的基 體上鍍覆MCrAlX。
1. 一種對一沿著葉片軸線(9)方向的透平葉片(11)進行等離子噴鍍的方 法，其中，同時使用至少三個等離子焰炬噴槍(19，21, 23)進行熱等離子噴鍍，其中，所述焰炬噴槍中的第三焰炬噴槍(23)沿著第三噴鍍方向(53)向著 所述透平葉片(11)噴鍍，并繞著一個位于一個由該第三噴鍍方向(53)和所述 葉片軸線(9)形成的平面(E)中的第三轉(zhuǎn)動軸線(5 6)轉(zhuǎn)動。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述第三轉(zhuǎn)動軸線(56) 與所述葉片軸線(9)平行。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述第三轉(zhuǎn)動軸線(56)垂直于所述葉片軸線(9)。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述第三焰炬噴槍(23) 沿著一個與所述平面相垂直的方向(51)運動。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述第三焰炬噴槍(23) 沿著所述第三噴鍍方向(53)運動。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述第三焰炬噴槍(23) 平行于所述葉片軸線(9)運動。
用于對透平葉片進行等離子噴鍍的方法和噴鍍裝置
本申請是申請?zhí)枮?2804986. 1、申請日為2002年2月13日、申請人
為西門子公司、發(fā)明名稱為“用于對透平葉片進行等離子噴鍍的方法和噴 鍍裝置”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種借助熱等離子噴鍍對一沿著葉片軸線定向的透平葉片進行等離子噴鍍的方法。本發(fā)明還涉及一種實施該方法的噴鍍裝置。
背景技術(shù)
歐洲專利申請公開說明書EP 1 033 417 A1給出了 一種用于對一透平葉片進行等離子噴鍍的噴鍍方法。可能鍍覆在透平葉片上的鍍層之一由一種 MCrAlX合金構(gòu)成，其中M為鐵、鈷或鎳中的一種或多種元素，Cr為鉻， A1為銘，X為包括4乙、錸及稀土元素在內(nèi)的一組元素的一種或多種。金屬 層通過熱噴鍍用VPS(真空等離子體噴涂)或LPPS(低壓等離子體噴涂)方法 鍍覆在透平葉片上。燃氣透平葉片尤其由一種鎳基或鐵基或鈷基超級合金 制成。MCrAlX合金尤其用來防止腐蝕和防止氧化。但是它也經(jīng)常用作一陶 瓷絕熱層和基材之間的粘合層。在鍍覆一層后通常緊接著進行一次在后的 熱處理。對于按VPS方法或LPPS方法鍍覆一層MCrAlX層來說，典型的 工序持續(xù)時間約為30分鐘，而燃氣透平葉片在后的熱處理工序持續(xù)時間約 為100分鐘》等離子噴鍍用一等離子體槍或一等離子焰炬噴槍來完成這樣一種等離子焰炬噴槍經(jīng)常用來在噴鍍之前對待噴鍍的構(gòu)件進行加熱。待 噴鍍的透平葉片常規(guī)設(shè)置在一轉(zhuǎn)臺上，而等離子焰炬噴槍設(shè)置在一個多軸 遙控機械裝置上，在噴鍍期間透平葉片保持在一個約1100°K至1200°K的 噴後溫度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于對一透平葉片進行等離子噴鍍的方法，該方法能提高熱等離子體噴涂鍍層的質(zhì)量。本發(fā)明的另一個要 解決的技術(shù)問題是提供一種實施該方法的噴鍍裝置。
按照本發(fā)明，上述針對方法所要解決的技術(shù)問題是這樣解決的：在一 種對一沿著葉片軸線定向的透平葉片進行等離子噴鍍的方法中同時使用至少三個等離子焰炬噴槍來進行熱等離子噴鍍。
本發(fā)明基于這樣的認識：在傳統(tǒng)的使用唯一一個等離子焰炬噴槍的應(yīng) 用中，透平葉片的噴鍍會出現(xiàn)一些質(zhì)量問題。尤其在一些如葉片部分和相 鄰葉片平臺之間過渡區(qū)的關(guān)鍵表面會出現(xiàn)不希望的鍍層過厚，因為一方面 作為平臺噴鍍的邊界區(qū)、另一方面作為葉片部分噴鍍的邊界區(qū)會導(dǎo)致按常 規(guī)方法來說不可避免的重疊，從而導(dǎo)致層厚加大。此外，在只用一個焰炬 噴槍來噴鍍時會由于過小的噴鍍角而在鍍層上生成氣孔。這樣生成的氣孔 會導(dǎo)致對本身由該鍍層保護的基材的腐蝕。此外，按照本發(fā)明的認識，在 僅用一個焰炬噴槍進行噴鍍時對待噴涂的構(gòu)件產(chǎn)生一種不利的溫度控制，
因為僅用一個焰炬噴槍只可能對構(gòu)件進行不足夠均勻的加熱。使用至少三個等離子焰炬噴槍最初給人一種成本相當(dāng)高的感覺，但它適合于避免上述 缺點。此外，使用至少三個焰炬噴槍提供了對特別大的透平葉片(如一固定 式燃氣透平最后的動葉片組的動葉片，其線性膨脹大于50厘米)進行高質(zhì)量 噴鍍的可能性。最后，使用至少三個焰炬噴槍可達到一個特別恒定的層厚 分布。
A)優(yōu)選三個焰炬噴槍之一用于加熱透平葉片。通過此尤其能保證透平葉片被加熱到一均勻的溫度，且在噴鍍過程還保持這樣一種均勻的溫度。
B)優(yōu)選這些等離子焰炬噴槍中至少有兩個彼此獨立地被控制。從而， 這些等離子焰炬噴槍彼此去耦，且在噴鍍過程期間能彼此獨立運動，這樣 一來可以得到一個與噴鍍過程所有階段都適配的入射角、噴鍍速率的最佳 化。尤其在一側(cè)對葉片部分進行噴鍍、在另一側(cè)對平臺進行噴鍍的分布可 以這樣實現(xiàn)，使得一個或兩個焰炬噴槍用于對葉片進行噴鍍，而其他的或 另一個焰炬噴槍用于對平臺進行噴鍍。
C)優(yōu)選透平葉片沿葉片軸線轉(zhuǎn)動。
D)另一種優(yōu)選方式是所述焰炬噴槍中的第一焰炬噴槍沿著第一噴鍍方向向著透平葉片噴鍍，并繞著與該第一噴鍍方向垂直的第一轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動，該第一轉(zhuǎn)動軸線位于一個由第一噴鍍方向和葉片軸線形成的平面內(nèi)。在這種結(jié)構(gòu)簡單的實施方式中也僅改變該第一焰炬噴槍向透平葉片噴鍍的角 度。這種角度變化通過繞第一轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)。
E)又一種優(yōu)選方式是所述焰炬噴槍中的第二焰炬噴槍沿著第二噴鍍方 向向著透平葉片噴鍍，且繞著與該第二噴鍍方向垂直的第二轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動， 該第二轉(zhuǎn)動軸線位于一個由第二噴鍍方向和葉片軸線形成的平面內(nèi)，其中 第一噴鍍方向和第二噴鍍方向彼此成一夾角>90。。從而該第二焰炬噴槍也以 一個結(jié)構(gòu)很簡單的方式僅繞著轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動，且由此可改變其噴鍍角。在 這種情況下，這兩個焰炬噴槍彼此形成一個鈍角，從而通過這兩個焰炬噴 槍或者僅對葉片部分實現(xiàn)特別好的噴鍍，或者僅對平臺實現(xiàn)特別好的噴鍍。
1在用這兩個焰炬噴槍對平臺噴鍍時，每個焰炬噴槍配屬于一個平臺。在一 個動葉片中，這樣一種設(shè)置在葉片頂部的平臺還稱作包帶。
F)優(yōu)選第一和第二焰炬噴槍共同沿著葉片軸線移動。這可進一步優(yōu)選 通過一個傳動鏈傳動或皮帶傳動來完成，這種傳動位于噴鍍腔室之外，且 兩焰炬噴槍這樣固定在其上，使得兩焰炬噴槍共同跟隨傳動鏈或皮帶沿著 葉片軸線方向移動。
G)優(yōu)選第三焰炬噴槍沿著第三噴鍍方向向著透平葉片噴鍍，且繞著第 三轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動，該第三轉(zhuǎn)動軸線位于一個由此第三噴鍍方向和葉片軸線 形成的平面中。從而該第三焰炬噴槍也以結(jié)構(gòu)簡單的方式僅繞著第三轉(zhuǎn)動 軸線轉(zhuǎn)動。
H)第三轉(zhuǎn)動軸線優(yōu)選平行于葉片軸線或者垂直于葉片軸線。
I)第三焰炬噴槍優(yōu)選沿著一個垂直于該平面的方向運動。
J)第三焰炬噴槍優(yōu)選沿著第三噴鍍方向運動。
K)第三焰炬噴槍優(yōu)選平行于葉片軸線運動。
上述第三焰炬噴槍的諸多附加運動方式雖然會導(dǎo)致運動結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，但其特別優(yōu)點在于，在對透平葉片進行等離于噴鍍時從葉片一旁噴射 漏過的噴涂粉末量必然會少于在焰炬噴槍與透平葉片保持不變距離的情況。
L)該方法優(yōu)選在真空中完成。這可能是一個在約為10-4至10-6毫巴(mbar) 下的真空等離子噴鍍(VPS)方法。尤其可考慮一種在約為10-1至10-2毫巴下 (mbar)的方法(低壓等離子噴鍍，LPPS)。
M)該方法優(yōu)選應(yīng)用于對一個由鎳基或鈷基超級合金制成的基材進行等離子噴鍍，其中將如本說明書開始部分所描述的一種MCrAlX保護層涂覆 在基體上。
按照本發(fā)明，上述針對噴鍍裝置所要解決的技術(shù)問題是這樣解決的： 借助如上述任一種可能的方法對一透平葉片進行噴鍍的噴鍍裝置。
附圖說明
下面以示例方式結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細說明。這些圖是局部示意圖， 且未按尺寸比例示出。
圖1示出一種用于進行等離子噴鍍的噴鍍裝置。
圖2至4示出一種利用三個等離子焰炬噴槍對一透平葉片進行噴鍍的
方法，其中這三個等離子焰炬噴槍各具有一個彼此不同的運動方式。
相同附圖標(biāo)記在這多幅附圖中有相同的代表意義^
具體實施方式
圖1示出了一臺噴鍍裝置。該噴鍍裝置1具有一個噴鍍腔室3。一個前腔室5與該噴鍍腔室3真空密封地相連接。一個沿著葉片軸線9定向的透 平葉片11設(shè)置在此噴鍍腔室3中。該透平葉片11安放在一個送入到該噴鍍 腔室3中的葉片操作機構(gòu)13上。通過一個與噴鍍腔室3相連通的擴展腔室，一個焰炬噴槍操作機構(gòu)17行進到該噴鍍腔室3中。第一等離子焰炬噴槍19和第二等離子焰炬噴槍21設(shè)置在一焰炬噴槍支架25上。第三等離子 焰炬噴槍23設(shè)置在焰炬噴槍操作機構(gòu)17上。三個等離子焰炬噴槍19、21、 23彼此脫耦，因而可彼此無關(guān)地加以控制和運動。
常規(guī)的僅采用一個等離子焰炬噴槍的噴鍍方法會對透平葉片1〗的鍍層 質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，而借助三個等離子體19、21、23進行噴鍍得到了質(zhì)量特別好的透平葉片鍍層。這尤其涉及減少所謂的過量噴涂(Overspray),即減 少了那些由于只采用一個焰炬噴槍而進行多次疊噴而出現(xiàn)過厚鍍層厚度的 區(qū)域。通過使用多個焰炬噴槍，尤其是通過讓等離子焰炬噴槍19和21對 該透平葉片11的葉片部分進行噴鍍、用第三個等離子焰炬噴槍23對透平 葉片11的平臺(Plattform)部分進行噴鍍大大減少了這種過量噴涂。此外，在 特別大的透平葉片情況可以將三個等離子焰炬噴槍19、21、23之一用來對 透平葉片進行加熱，通過此可以精確地在那些需要的地方實現(xiàn)有目的地?zé)彷斎耄@樣一來再次使鍍層質(zhì)量得到改善。總而言之，在特別大的透平葉 片，大約其長度方向數(shù)量級為1米時通過采用至少三個等離子焰炬噴槍19、 21、23才可能使鍍層有足夠好的質(zhì)量。最后釆用三個等離子焰炬噴槍19、 21、23還可以使透平葉片11整體上層厚不變。
圖2示出了 一種從結(jié)構(gòu)上看特別簡單的三個等離子焰炬噴槍19、21、
23的配置方式。透平葉片11是一個由鎳基或鈷基超級合金基材30制成的 燃氣透平葉片。它具有一個葉片部分33,該葉片部分在其頂部被一頂部平 臺31和在根部側(cè)被一根部平臺35限定。在兩平臺31、35和葉片部分33 之間有一倒圓過渡區(qū)域37，該區(qū)域在僅僅采用一個等離子焰炬噴槍時尤其會導(dǎo)致如上面所述的過量噴涂。透平葉片11這樣固定在葉片操作機構(gòu)13 上，使得該葉片借助葉片操作機構(gòu)13可圍繞葉片軸線9沿一轉(zhuǎn)動方向43 轉(zhuǎn)動。此外該葉片沿著葉片軸線9在一軸向41上作軸向移動。第一等離子 焰炬噴槍19沿第一噴鍍方向67向著透平葉片11噴鍍，該第一等離子焰炬 噴槍19可繞著第一轉(zhuǎn)動軸線66沿著轉(zhuǎn)動方向65轉(zhuǎn)動。第二等離子焰炬噴 槍21沿第二噴鍍方向63向著透平葉片11噴鍍，該第二等離子焰炬噴槍21 可繞著第二轉(zhuǎn)動軸線62沿著轉(zhuǎn)動方向61轉(zhuǎn)動。該第一等離子焰炬噴槍19 沿著平行于葉片軸線9的方向設(shè)置在葉片11的根部區(qū)，而第二等離子體噴 21沿著此方向設(shè)置在透平葉片11頂部的高度。第一噴鍍方向67與第二噴 鍍方向構(gòu)成一個大于90。的夾角a。在此結(jié)構(gòu)中，第一等離子焰炬噴槍19 用于對頂部平臺31進行噴鍍，而第二等離子焰炬噴槍21用于對根部平臺 35進行噴鍍。
大約在第一噴鍍方向67與第二噴鍍方向63相交點的高度、且在該透 平葉片11的對側(cè)設(shè)置一個第三等離子焰炬噴槍23。該第三等離子焰炬噴槍 23沿著第三噴鍍方向53向著透平葉片11噴鍍。該第三等離子焰炬噴槍23 可繞著轉(zhuǎn)動軸線56沿著轉(zhuǎn)動方向55轉(zhuǎn)動。
在對透平葉片11鍍覆一層由一鍍覆材料構(gòu)成的鍍層(優(yōu)選為一種 MCrAlX防氧化腐蝕層)之前，對透平葉片11進行加熱。這通過所有三個等 離子焰炬噴槍19、21、23同時加熱可特別均勻地實現(xiàn)„在達到所希望的溫 度后涂覆該鍍覆材料，其中如所描述的那樣，第一等離子焰炬噴槍19和第二等離子焰炬噴槍21用于對平臺31、35噴鍍，而通過第三等離子焰炬噴 槍23對葉片部分33噴鍍。
葉片操作機構(gòu)13可沿著軸向41運動，其中焰炬噴槍操作機構(gòu)17可隨 此運動作同步運動，從而該焰炬噴槍23總是以相同的噴鍍半徑對透平葉片 11進行噴鍍。焰炬噴槍19、21與此同步運動脫搞。
圖3示出了圖2所示噴鍍裝置的一種變化形式，其中該變化涉及到第 三等離子焰炬噴槍23。該第三等離子焰炬噴槍23還可沿著一個與由葉片軸 線9和第三噴鍍方向53確定的平面相垂直的方向運動。此外，該第三等離 子焰炬噴槍23設(shè)置成可沿第三噴鍍方向53運動地與透平葉片11相隔一定 距離。第三等離子焰炬噴槍23的轉(zhuǎn)動軸線56按圖2的布置平行于葉片軸 線9，而現(xiàn)在其沿著噴鍍方向53,從而與葉片軸線9相垂直。轉(zhuǎn)動軸線56 位于該平面中。如圖2中也已給出的那樣，第一等離子焰炬噴槍19和第二 等離子焰炬噴槍21的轉(zhuǎn)動軸線66和62也位于該平面中，該平面同時也由 第一噴鍍方向67與葉片軸線9和第二噴彼方向63與葉片軸線9來形成。
作為另一種變化形式，圖4示出了第一等離子焰炬噴槍19和第二等離 子焰炬噴槍21借助一驅(qū)動單元71實現(xiàn)一共同運動的可能，該驅(qū)動單元帶動一個平行于葉片軸線9、供第一和第二等離子焰炬噴槍19、21用的支架 72。為此帶動一根平行于葉片軸線9的傳動鏈73。
