[发明专利]用于借助于电子束熔化法生产涡轮叶片的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生产涡轮叶片的方法，所述涡轮叶片具有叶根部段、连接到叶根部段上的叶身部段和连接到叶身部段上的叶尖部段，其中叶根部段、叶身部段和叶尖部段材料配合地彼此连接，并且其中至少一个用作为冷却通道的空腔延伸穿过叶根部段和叶身部段。

背景技术

一开始所提出的类型的涡轮叶片在现有技术中以最不同的设计方案已知并且例如在燃气轮机中作为转子叶片来构造，在那里所述涡轮叶片将膨胀的热气的流动能量转换为转动能量，所述涡轮叶片具有叶根部段、叶身部段和叶尖部段。

在燃气轮机运行期间，涡轮叶片由于热气的高温和涡轮机轴的高的转速而经受强烈的热负荷和机械负荷。实心地构成的转子叶片一方面提供高的可承受机械负荷的能力。然而，另一方面所述转子叶片限制穿流的热气的最大所允许的温度从而限制燃气轮机的效率。为了提高可承受热的能力，叶根部段和叶身部段因此常常设有形成冷却通道的空腔，所述空腔沿着径向方向延伸并且在燃气常规运行期间由冷却流体穿流。在涡轮叶片中被加热的冷却流体随后经由相应的冷却流体出口离开涡轮叶片并且与膨胀的热气共同地流动经过排气通道离开燃气轮机。

实心地构成的涡轮叶片在其制造方面不受实际中的限制，因为所述涡轮叶片仅能够通过坯件的切削式外加工来制造。而冷却的涡轮叶片由于其因空腔所引起的复杂的形状而大多借助于铸造来制造。为此，至少一个芯插入到限定涡轮叶片的外面的铸模中以产生至少一个空腔。该空腔借助于铸模中的定位机构来定向，以便设定涡轮叶片的所需要的壁厚。随后在铸模和芯之间所剩余的间隙通过加热的液态铸造材料填充。在铸造材料硬化之后，芯随后以化学的方式移除，例如利用适当的溶剂，以便以这种方式露出空腔。

通过具有新研发的设计方案的涡轮叶片，首先生产样品，所述样品随后在燃气轮机中测试。在制造这种样品时越来越频繁地使用增材制造法，因为所述增材制造法提供如下可行性：基于CAD图在最短的时间间隔之内逐层地构造涡轮叶片。原则上具有良好前景的增材制造法是LMD法(激光金属沉积)，其中粉末状的金属材料被输送给载气流并且在去往覆层位置的路径中通过激光射束熔化。LMD法的一个主要的优点在于，也可生产非常复杂的、设有空腔和底切的形状。而γ'份额非常高的金属材料不可加工或者难以加工，例如镍基合金，由所述金属材料通常制造可在很大程度上承受热的涡轮叶片。

一个替选方案是EBM法(电子束熔化)。在此，其是如下方法，其中从粉末床中一层一层地产生金属构件，其方式是：利用电子束熔化并且相应地加固粉末床的区域。由于高的工艺温度，也可加工γ’份额高的金属材料。然而，在执行所述方法期间，需保证：粉末床也在不产生构件层的区域中被烘烤，以便防止由于给粉末加电荷而引起的所谓的“烟雾效应”，所述烟雾效应导致粉末床的粉末不受控地分布在整个结构空间中。相应地，被烘烤的粉末必须事后借助于适当的工具移除。然而，对此被烘烤的粉末必须是可触及的。这种可触及性在位于内部的空腔中原则上不提供，例如在开始所提到的类型的涡轮叶片的限定冷却通道的空腔中不提供。在此背景下，EBM法现今仅仅用于生产实心地构成的涡轮叶片的样品。

发明内容

以现有技术为出发点，本发明的目的是，实现一种用于生产一开始所提出的类型的涡轮叶片的替选的方法。

为了实现该目的，本发明实现一种用于生产一开始所提出的类型的涡轮叶片的方法，所述方法的特征在于，至少利用EMB法逐层地制造叶身部段，并且在从至少一个空腔中移除被烘烤的粉末材料之后利用另一生产技术生产叶尖部段。由于如下事实：在根据本发明的方法中，叶身部段首先在没有叶尖部段的情况下利用EMB方法产生，所以至少一个空腔至少在上侧上保持打开从而是可进入的以便移除被烘烤的粉末材料，所述空腔通过叶身部段限定。相应地，能够利用根据本发明的方法由近似任意的金属材料或者借助于合金快速且便宜地制造叶身部段，这尤其在样品生产中是非常有利的。因此，例如可由超合金生产叶身部段，例如由镍基超合金生产叶身部段。

根据本发明的一个变型形式，利用EMB法共同地逐层制造叶根部段和叶身部段。该变型形式的特征在于，涡轮叶片的大部分近似可直接由CAD图产生。

按照根据本发明的方法的另一变型形式，将叶根部段作为预制构件提供，其中利用EMB法在叶根部段上逐层地构造叶身部段，或者其中事先利用EMB法逐层地制造叶身部段并且随后与叶根部段材料配合地连接，尤其焊接。

如果叶根部段是预制构件，那么该预制构件优选以铸造的方式制造。但是，替选地，也能够使用挑拣出的涡轮叶片的仍完好无缺的叶根部段。