[發明專利]具有制造輔助特征的用于熱氣體路徑部件的試樣塊

有效

• 申請號: 201710552234.0
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN107587903B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: H.沙巴納;M.赫貝爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D25/00
• 分類號: F01D25/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 郭帆揚;譚祐祥

本發明提供了一種具有制造輔助特征的用于熱氣體路徑部件的試樣塊。在一個實施例中，所述試樣塊包括：主體，其具有外表面；和多個研磨深度指示器，其在主體的外表面中。在另一個實施例中，所述試樣塊包括：主體，其具有構造成與切口的邊緣周邊配合的邊緣周邊，并且主體的邊緣周邊的至少一部分的壁厚大于切口的邊緣周邊的壁厚。實施例可以一起或單獨地使用。

技術領域

本發明大體涉及熱氣體路徑部件，并且更具體地涉及用于替換熱氣體路徑部件的切口的試樣塊(coupon)。

背景技術

熱氣體路徑部件在渦輪機械中用來以形成能量的方式導向工作流體。熱氣體路徑部件可呈現多種形式，例如渦輪機械葉片(轉子葉片或靜止的靜葉)，其包括導向工作流體以形成能量的翼型件。轉子葉片聯接到渦輪轉子且用來轉動渦輪轉子，靜止的靜葉聯接到渦輪機械的殼體以將工作流體朝轉子葉片導向。

最先進的熱氣體路徑部件中的一些包括近壁冷卻構型，以冷卻部件的外壁。然而，近壁冷卻構型為制造帶來顯著的挑戰。近年來，已經出現作為一種用于這樣的超高效近壁冷卻布置的可靠制造方法的增材制造，例如，直接金屬激光熔融(DMLM)或選擇性激光熔融(SLM)。增材制造技術的出現也提供了替換諸如渦輪機械葉片的前邊緣或后邊緣的熱氣體路徑部件的部段的能力。例如，渦輪機械葉片的前邊緣的一部分可以被移除，這在葉片中留下切口，并且可以將新部段(在本說明書稱為“試樣塊”)聯接在切口中。試樣塊可替換舊的渦輪機械葉片的磨損部段，或者作為新渦輪機械葉片的零件而添加。試樣塊僅可替換渦輪機械葉片的內部冷卻結構，或者可以提供在原始渦輪機械葉片中未提供的附加的或改進的冷卻結構，例如，近壁冷卻通道、內部冷卻通道、沖擊套管、銷組等。

盡管用于形成試樣塊的增材制造在發展，但使用試樣塊來替換熱氣體路徑部件的部段帶來許多制造方面的挑戰。

為了釋放用于部件的較大區段的靶向替換的這種方法的潛力，需要試樣塊與精密加工切口的精確匹配以獲得可靠的接合質量。用于接合的間隙(在試樣塊和部件中的切口之間的間隙)依賴于試樣塊和原始部件的輪廓修整的精度。任何不匹配都會導致間隙距離的偏差。如果選擇窄間隙硬釬焊工藝，則需要間隙寬度低于100μm的嚴格的間隙公差。為了獲得這樣嚴格的公差并確保兩零件之間的最佳配合，試樣塊和原始部件的電火花線切割加工(EDM)使用相同的加工路徑。在一種方法中，線EDM控制程序被準備并首先用于試樣塊的精密加工。然后，相同的控制程序被第二次使用以加工熱氣體路徑部件中的匹配切口。在此第二步驟期間，僅補償切割工具的寬度(即，EDM線厚度)，從而在增材制造的試樣塊和原始部件之間實現幾乎“零間隙”的配合。即便這種方法，在試樣塊和原始部件中的切口之間仍可能存在間隙。

對于使用試樣塊替換的另一個挑戰是在試樣塊接合之后提供精確的手動輪廓再修整。特別地，在帶有接近熱氣體表面的冷卻通道的部件的輪廓再修整期間，可能會違反最小壁厚要求，并且可能破壞近壁冷卻方案。當壁厚公差嚴格并且當在研磨過程期間沒有為研磨操作者提供關于剩余壁厚的直接反饋時，這種情況特別麻煩。可能需要在熱氣體側和近壁冷卻通道之間的最小壁厚(例如，1.2毫米)來實現機械完整性和壽命評估。

在試樣塊的接合和輪廓再修整步驟實施之后，一個或多個保護性涂層(例如，結合涂層和熱障涂層)被施加。(多個)涂層帶來的一個問題是現有冷卻通道不可避免地被涂層過度噴涂物阻塞。常規地，在施加(多個)涂層之后，需要對堵塞的冷卻通道進行再開通步驟，以便滿足熱氣體路徑部件的氣流要求。由于冷卻通道布置，近壁冷卻通道出口孔的這種再開通必須非常小心地完成，以避免阻塞出口孔的任何風險。特別地，開口中急劇彎曲的角度可能導致鉸孔工具斷裂，從而形成額外的阻塞。因此，該工藝是耗時且昂貴的。

發明內容

本發明的第一方面提供了一種用于替換渦輪機械的熱氣體路徑部件中的切口的試樣塊（coupon），該試樣塊包括：主體，其具有外表面；和多個研磨深度指示器，其在主體的外表面中。