[发明专利]多联体涡轮导向叶片热障涂层柔性加工平台及喷涂方法

说明书

一种多联体涡轮导向叶片热障涂层柔性加工平台及喷涂方法，该平台包括喷涂隔音间、等离子喷涂/超音速火焰喷涂装置、两机械手、工件输送装置和喷枪，所述机械手包括底座、手臂和控制器，所述手臂安装在所述底座上并与所述控制器连接，所述喷枪通过快速拆卸夹持装置与其中一台所述机械手的手臂连接，另一台所述机械手的手臂上安装有抓取装置，两台所述机械手具有联动功能，所述等离子喷涂/超音速火焰喷涂装置与所述喷枪连接，所述等离子喷涂/超音速火焰喷涂装置、工件输送装置和所述抓取装置分别与所述控制器连接，以对喷涂送粉、喷涂急停、自动抓取和工件输送实现集成控制。本发明还公开了该平台的喷涂方法。

技术领域

本发明涉及特种加工技术领域，特别是一种多联体涡轮导向叶片热障涂层柔性加工平台及喷涂方法。

背景技术

热障涂层(Thermal Barrier Coating，TBC)被广泛应用于燃气涡轮发动机热端部件表面，其具有良好的隔热、抗高温氧化和腐蚀性能，会显著提高热端部件服役温度和服役寿命，是现代燃气涡轮发动机(燃气轮机、航空发动机等)不可或缺的涡轮叶片制造的关键技术之一。热喷涂热障涂层技术自上世纪80年代起批量应用于涡轮叶片表面，至今为止多数燃气涡轮发动机的高压涡轮导向叶片、低压涡轮导向叶片仍然采用热喷涂技术制备热障涂层，其中最常用的技术是使用超音速火焰喷涂(High velocity oxyfuel spraying,HVOF)和大气等离子喷涂(Atmospheric plasma spraying,APS)分别在叶片表面制备MCrAlY金属粘结层和8YSZ(6～8％Y₂O₃部分稳定ZrO₂)陶瓷功能层。

高、低压涡轮导向叶片基本以双联体或多联体形式进行喷涂，多数多联导向叶片由于叶身尺寸较小、型面复杂(叶身曲率变化大)、部分导向叶片在叶身上存在几百个以上冷却气膜孔、各联间喉道狭窄存在遮蔽问题，要获得叶片不同位置涂层厚度、结合力和质量稳定的高性能涂层，难度极大。从热喷涂工艺角度，喷涂过程中角度越接近90°和控制合适的喷涂距离、均匀合适的摆动速率，才能获得高质量和高均匀性的涂层。国内目前部分尚采用人工喷涂方式，难以保证叶片涂层质量一致性和稳定性，即使改进采用机械手夹持喷枪结合旋转转台角度调整的方式喷涂进一步提高涂层质量一致性，仍然存在以下局限性：1)平台精度不足，两个独立个体(机械手和转台)相互位置不固定，无法形成三维加工模型和实现快速离线编程；2)喷枪夹持机械手具有较高的自由度，但工件夹持转台一般仅具有旋转功能，导致部分难喷涂区域相对自由度不足，不能获得最佳的控制喷涂角度、距离和轨迹；3)转台或机械手安装面等原始精度和长时间使用的重复定位精度不足，会引起涂层质量一致性难以达到较高的控制水平；4)更换一种规格的多联体涡轮导向叶片，需要重新开展程序编制和系统验证，利用人工示教的方式生产喷涂轨迹和程序，往往将曲面近似平面规划喷涂路径，精度低、生产效率低且效果不佳。

因而，实现多联体涡轮导向叶片热障涂层柔性加工和高质量加工，必须克服上述技术的缺点，开发柔性高精度机械手喷涂平台，并建立相应喷涂方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高精度的多联体涡轮导向叶片热障涂层柔性加工平台及喷涂方法，以实现不同工件表面热障涂层柔性喷涂加工平台；多联体涡轮导向叶片的高质量涂层制备；基于平台快速的自动化程序编制和喷涂方法。即可保证喷涂质量、质量一致性，又可保证喷涂效率，实现多联体涡轮导向叶片柔性喷涂加工。