[發明專利]制造渦輪翼型件及其末梢構件的方法

有效

• 申請號: 201880026590.1
• 申請日: 2018-02-15
• 公開（公告）號: CN110536772B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: G.T.加雷;M.K.邁爾;D.G.科尼策爾;W.T.卡特
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B23P15/02
• 分類號: B23P15/02;B22D23/00;B22F7/06;B22F3/105;F01D5/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 楊忠;譚祐祥

描述了制造或修理渦輪葉片或導葉的方法。典型地通過在陶瓷模具中鑄造來制造這些渦輪構件的翼型件部分，并且由鑄造的翼型件和至少陶瓷芯體構成的表面用作用于隨后的對末梢部分進行增材制造的工藝的構建表面。通過移除翼型件和芯體的頂部部分或通過在翼型件和芯體的頂部上放置超薄墊片來形成構建表面。隨后移除由墊片突出的懸突部。這些方法不限于渦輪發動機應用，而是可應用于可受益于鑄造和增材制造工藝的任何金屬物體。本公開還涉及通過這些方法制備的成品和中間產品。

技術領域

本公開大體上涉及一種制造或修理中空金屬物體的方法。更具體地，使用增材制造(AM)技術或AM技術與熔模鑄造技術的混合體來制備中空金屬物體。在制造方法中利用的AM技術不限于直接金屬激光熔化(DMLM)或任何其它激光粉末床熔合增材制造。所產生的中空金屬物體尤其可用作飛行器發動機或其它發電渦輪的構件，例如葉片或定子導葉。

背景技術

超級合金材料由于其對焊接凝固破裂和應變時效破裂的敏感性而成為最難焊接的材料之一。如本文中使用的用語“超級合金”意指在高溫下具有優異的機械強度和抗蠕變性的高度抗腐蝕且抗氧化的合金。超級合金典型地包括高的鎳或鈷含量。超級合金的示例包括在以下商標和品牌名稱下出售的合金：Hastelloy、Inconel合金(例如，IN 738、IN792、IN 939)、Rene合金(例如，Rene N5、Rene 80、Rene 142、Rene 195)、Haynes合金、MarM、CM 247、CM 247 LC、C263、718、X-750、ECY 768、282、X45、PWA 1483和CMSX(例如CMSX-4)單晶合金。

通常通過在短效陶瓷芯體周圍鑄造超級合金材料然后將陶瓷芯體移除以在葉片中形成冷卻室和通道來制造燃氣渦輪翼型件(旋轉葉片和固定導葉兩者)。典型地由高強度的超級合金金屬材料制造這些渦輪葉片涉及最初制造精密陶瓷芯體以適形于渦輪葉片內部所期望的復雜冷卻通路。還形成精密模子或模具，其限定渦輪葉片的精確3-D外部表面，包括其翼型件、平臺和一體的燕尾榫。圖1中顯示了這樣的模具結構10的示意圖。陶瓷芯體11被組裝在兩個模子半部的內部，兩個模子半部在其之間形成空間或空隙，該空間或空隙限定葉片的得到的金屬部分。將蠟注入到組裝的模子中，以填充空隙并包圍封裝在其中的陶瓷芯體。將兩個模子半部分開并將其從模制蠟移除。模制蠟具有期望的葉片的精確構造，并然后利用陶瓷材料來涂覆以形成包圍的陶瓷殼12。然后，蠟熔化并將其從殼12移除，從而在陶瓷殼12與內部陶瓷芯體11和末梢氣室(plenum)14之間留下對應的空隙或空間13。然后，將熔化的超級合金金屬澆注到殼中以填充其中的空隙，并再次封裝容納在殼12中的陶瓷芯體11和末梢氣室14。熔化的金屬冷卻并凝固，且然后適當地移除外部殼12以及內部芯體11和末梢氣室14，從而留下在其中找到內部冷卻通路的期望的金屬渦輪葉片。為了提供用于經由浸出工藝而移除陶瓷芯體材料的路徑，提供了球形斜槽15和末梢銷16，其在浸出時在渦輪葉片內形成隨后必須通過銅焊來封閉的球形斜槽和末梢孔。

美國專利申請公布No. 2010/0200189(轉讓給通用電氣公司)公開了一種如下的方法：如圖2A和圖2B中所顯示的，可通過該方法來封閉翼型件18的外端。在第一步驟中，如圖2A中所顯示的，精確地限定翼型件18的橫截面形狀的末梢板50放置在翼型件18的外端上(沒有陶瓷鑄造模具)，與外壁19接觸。末梢板50通過激光焊接而結合到外壁19。然后將激光能量從端部或外圍邊緣對準末梢板50(參見圖2A中的箭頭“W”)，以便產生貫穿焊縫并使末梢板50的外圍熔合至外壁19。接下來，如圖2B中所顯示的，通過自由成型激光制造工藝來形成末梢壁34，在該工藝中，熔化的合金粉末通過一次或多次經過而沉積在末梢板50上。