[发明专利]用于相匹配的、符合流体技术的表面加工方法

说明书

本发明涉及权利要求1前序部分所述的用于在带有整体叶片的转子单元上加工出相匹配的、符合流体技术的表面的方法。

带有整体叶片的转子单元的叶片例如通过焊接、锻造、钎焊或粘接等材料合理地并无缝隙地与轮毂连接，在一般情况下这种转子单元由于在强度、重量和结构体积上具有优点，因此被越来越多地应用于先进的涡轮机械设计。这里主要涉及在基本上轴向通流的转子中一般常见的、形状连接的涡轮叶片固定(例如以枞树叶断面或燕尾形断面固定)的更换。如同早已承认的那样，对于带有整体叶片的转子单元比起形状连接的结构形式，不仅叶片固定/叶片安装而且叶片修复/叶片更换都是昂贵而困难的。因此需要改进或研究新型的加工和修复方法，其中直线摩擦焊接提供了一种特别显著而重要的范例。尽管其名称为焊接，但是这种接合方法在金属工艺上与其归入焊接不如归入锻造。另一种接合方法是感应焊接，其中根据电感加热通过接合压力同样产生细颗粒的“锻造接合”。

钎焊和粘接方法从原理上同样是可行的，但是至少在接合区会形成热学和力学上的“弱点”。

现实的接合方法全都要求，至少要被接合部件之一在接合区处留有余量。这种要求可以通过部件夹紧和力传导的形式来实现，如同在直线摩擦焊接情况下，或者通过下述准则来实现，即接合区应该全部可再加工，尤其是为了补偿几何形状接合误差。在接合过程本身在通常情况下出现的材料(例如摩擦焊接中的“余料”)，最终同样必须被去除。在各种情况下至少接合区处通过其表面轮廓上的材料去除被再加工和最优化，在此要注意符合流体技术和强度要求。此外要被加工的表面要适配于现有实际表面，为此必须从测量技术方面考虑实际表面。在现代高效加工领域中测量值被符合计算技术的存储，要被加工的表面空间地被计算并通过机械去除而成形，在此所有三个步骤“测量”、“计算”和“加工”都是以相互联系的数据处理为基础的。

由欧洲的公开文本EP 0 837 220 A2可知一种用于修复磨损的压缩机和涡轮机叶片的叶片顶端的方法，在这种方法中磨损的叶片顶端以确定的半径高度h被去掉并通过根据轮廓精确匹配的修复轮廓而替换，修复轮廓的固定通过钎焊或焊接实现。磨损部位被去掉后测量在断开面、而同时也是后来的接合面部位上的剩余叶片的实际几何尺寸，并根据这些测量数据加工成精确匹配的修复轮廓，优选通过三维切削控制条件下的激光切割来进行加工。此外剩余叶片表面从带修复轮廓的断开/接合面在半径方向上直至叶片顶端全部呈切向直线连续。如果确实如此，则只需在钎焊处或焊缝处进行再加工。放弃微不足道的再加工优点不谈这种方法还有优点，即叶片在局部修复以后可以继续应用而不必更换。这种提供了特殊“修补”形式的方法也适合于带有整体叶片的转子单元，但是只适用于叶片顶端处的修复。受方法的限制只能制造相匹配的表面，这种表面的外形线在高度方向上是直线形的(通过直线激光切割)，而不适应于任意的空间曲面，例如从叶片到轮毂的过渡区。修复部件的表面轮廓通过激光加工成最终尺寸必需在其固定在剩余叶片上以前进行，以至于几何形状上的接合误差几乎不再可能被补偿(不存在可加工的余量)。修复部件/修补片在接合以后通过激光切割加工成最终尺寸是不可能的，因为从叶片顶端径向向中心切割的激光射线将至少部分地侵入剩余叶片并损伤剩余叶片。

德国的公开文本DE 40 14 808 A1涉及一种用于机械加工工艺自动化的机械识别系统/视觉系统。该系统能够具体应用于通过激光-焊药-堆焊修整磨损的涡轮机叶片顶端。叶片顶端具有特殊的几何形状，其中薄的、包围轮廓的叶片外壁在径向上突出于本身的端面。当在涡轮机壳体里或壳体衬层里擦过时突出的叶片壁受到磨损，这种磨损可以通过堆焊去除。磨损的叶片壁-端面棱边首先被磨光，即被找平并磨光。由端面棱边构成的、成形的环面通过照相机以光电技术确定并以局部确定的厚度(宽度)换算成数学环形曲线。数据直接用于控制焊接工艺，其中局部的材料覆层(焊药流量、激光强度)要适配于当时的剩余叶片壁厚度。由此使缺陷通过材料覆层与至少邻近的平整的端面连续成外部和内部的实际轮廓，其中肯定需要某种再加工。