[发明专利]具有制造辅助特征的用于热气体路径部件的试样块

说明书

本发明提供了一种具有制造辅助特征的用于热气体路径部件的试样块。在一个实施例中，所述试样块包括：主体，其具有外表面；和多个研磨深度指示器，其在主体的外表面中。在另一个实施例中，所述试样块包括：主体，其具有构造成与切口的边缘周边配合的边缘周边，并且主体的边缘周边的至少一部分的壁厚大于切口的边缘周边的壁厚。实施例可以一起或单独地使用。

技术领域

本发明大体涉及热气体路径部件，并且更具体地涉及用于替换热气体路径部件的切口的试样块(coupon)。

背景技术

热气体路径部件在涡轮机械中用来以形成能量的方式导向工作流体。热气体路径部件可呈现多种形式，例如涡轮机械叶片(转子叶片或静止的静叶)，其包括导向工作流体以形成能量的翼型件。转子叶片联接到涡轮转子且用来转动涡轮转子，静止的静叶联接到涡轮机械的壳体以将工作流体朝转子叶片导向。

最先进的热气体路径部件中的一些包括近壁冷却构型，以冷却部件的外壁。然而，近壁冷却构型为制造带来显著的挑战。近年来，已经出现作为一种用于这样的超高效近壁冷却布置的可靠制造方法的增材制造，例如，直接金属激光熔融(DMLM)或选择性激光熔融(SLM)。增材制造技术的出现也提供了替换诸如涡轮机械叶片的前边缘或后边缘的热气体路径部件的部段的能力。例如，涡轮机械叶片的前边缘的一部分可以被移除，这在叶片中留下切口，并且可以将新部段(在本说明书称为“试样块”)联接在切口中。试样块可替换旧的涡轮机械叶片的磨损部段，或者作为新涡轮机械叶片的零件而添加。试样块仅可替换涡轮机械叶片的内部冷却结构，或者可以提供在原始涡轮机械叶片中未提供的附加的或改进的冷却结构，例如，近壁冷却通道、内部冷却通道、冲击套管、销组等。

尽管用于形成试样块的增材制造在发展，但使用试样块来替换热气体路径部件的部段带来许多制造方面的挑战。

为了释放用于部件的较大区段的靶向替换的这种方法的潜力，需要试样块与精密加工切口的精确匹配以获得可靠的接合质量。用于接合的间隙(在试样块和部件中的切口之间的间隙)依赖于试样块和原始部件的轮廓修整的精度。任何不匹配都会导致间隙距离的偏差。如果选择窄间隙硬钎焊工艺，则需要间隙宽度低于100µm的严格的间隙公差。为了获得这样严格的公差并确保两零件之间的最佳配合，试样块和原始部件的电火花线切割加工(EDM)使用相同的加工路径。在一种方法中，线EDM控制程序被准备并首先用于试样块的精密加工。然后，相同的控制程序被第二次使用以加工热气体路径部件中的匹配切口。在此第二步骤期间，仅补偿切割工具的宽度(即，EDM线厚度)，从而在增材制造的试样块和原始部件之间实现几乎“零间隙”的配合。即便这种方法，在试样块和原始部件中的切口之间仍可能存在间隙。

对于使用试样块替换的另一个挑战是在试样块接合之后提供精确的手动轮廓再修整。特别地，在带有接近热气体表面的冷却通道的部件的轮廓再修整期间，可能会违反最小壁厚要求，并且可能破坏近壁冷却方案。当壁厚公差严格并且当在研磨过程期间没有为研磨操作者提供关于剩余壁厚的直接反馈时，这种情况特别麻烦。可能需要在热气体侧和近壁冷却通道之间的最小壁厚(例如，1.2毫米)来实现机械完整性和寿命评估。

在试样块的接合和轮廓再修整步骤实施之后，一个或多个保护性涂层(例如，结合涂层和热障涂层)被施加。(多个)涂层带来的一个问题是现有冷却通道不可避免地被涂层过度喷涂物阻塞。常规地，在施加(多个)涂层之后，需要对堵塞的冷却通道进行再开通步骤，以便满足热气体路径部件的气流要求。由于冷却通道布置，近壁冷却通道出口孔的这种再开通必须非常小心地完成，以避免阻塞出口孔的任何风险。特别地，开口中急剧弯曲的角度可能导致铰孔工具断裂，从而形成额外的阻塞。因此，该工艺是耗时且昂贵的。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种用于替换涡轮机械的热气体路径部件中的切口的试样块（coupon），该试样块包括：主体，其具有外表面；和多个研磨深度指示器，其在主体的外表面中。