複合元件的製造方法
2023-06-04 10:00:21 1
專利名稱：複合元件的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種如權利要求1所述的複合元件的製造方法。本發明還涉及一種用所述方法製造的複合元件。本發明還涉及一種渦輪機，特別是具有這種複合元件的燃氣輪機。
背景技術：
放電加工(EDM)和電化學加工(ECM)為人們所熟知的加工方法。在對高硬度材料進行高精確度加工時，通常用EDM和ECM對工件進行加工，同時在加工過程中可以避免局部熱負載，例如在加工渦輪部件的情況下。該方法特別用於製造冷卻孔，例如在加工過程中薄膜冷卻空氣流經的孔。
在EDM中，至少將一個電極靠近工件固定，並由於電位差在工件和電極間產生電火化。該電火花導致工件材料被腐蝕。在ECM中，一個充當電極作用的工件通過一電解質與另一電極電耦合。特別是，用ECM可以加工任意幾何形狀。
很明顯，為使用EDM或ECM，工件表面必須導電。這樣對於由複合物形成的工件進行加工時便會產生困難。此類複合物通常包含非導電材料，例如陶瓷。特別常見的是在金屬基底上或環繞金屬基底提供一種或者多種非導電材料作為塗層，從而保護金屬基底在使用中不受熱、侵蝕、化學腐蝕或者磨損的影響。與此特別相關的行業如航天和發電行業，其中渦輪翼片需要在很高的速度和溫度下運轉。
在現有技術中已經提出了若干種有利於對包含非導電材料如塗層的複合物進行電加工的方法。
專利EP 0 366 466公開了一種EDM方法，其中首先用超聲鑽對複合工件進行加工，從而除去一些非導電材料，並提供到達下層的導電材料的通道。之後，可以用常見方式對導電材料進行EDM。該技術的缺陷在於超聲鑽不能垂直於加工表面進行加工，這就限制了該方法只能對工件的某些結構適用。
US 5,177,037介紹了幾種類型的複合陶瓷，該複合陶瓷通過摻雜金屬和/或碳而具有導電性。還公開了在非導電材料上塗抹適當的電解液，從而使材料導電。之後，可以對導電複合物進行EDM。但是，以該方式塗抹材料會影響塗層的完整性，這是非常不理想的。另外，要求洗滌材料，以除去摻雜劑。這樣便使加工過程大大複雜化。摻雜劑在材料中的集中和分散很難控制。這樣，很可能摻雜添加劑不能取得必要的導電性。
DD 274 999和US 4,818,834中公開了使用雷射鑽加工非導電陶瓷塗層從而暴露出導電基底的方法，之後可以進行諸如ECM或EDM的電加工。但是，使用常規雷射鑽的方法可以獲得的幾何形狀僅限於基本圓形截面，包括依據雷射束在表面上的入射角而在元件表面上形成的橢圓開口。再者，在已知技術中，所產生的開口直徑基本限於在工作範圍內的雷射束的直徑。另外，因為使用了很高的熱能以及雷射鑽的工作範圍會深入金屬基底，因而金屬基底至少部分受到一定程度的雷射加工，且至少受到局部熱負載。結果，金屬基底的結構便會發生很大的不良變形。雷射加工塗層與金屬基底之間的粘合便會局部受到嚴重削弱，從而產生潛在的後繼損害最終，當前的雷射鑽方法為熱加工方法，這正是在電加工方法使用初期應該避免的。儘管經過電加工可以獲得高精確度，但其幾何精度受限，且當前例如在冷卻孔的製造中，因為冷卻孔加工過程而流經孔的冷卻空氣的質量流量的公差在平均質量流量的±10％的範圍。
總之，儘管以上介紹的組合加工過程得到廣泛應用並在一定程度上令人滿意，但是最近特別是在燃氣輪機技術領域的發展導致對精確冷卻空氣控制和最佳機械元件完整性的需求的增加，並且產生了以避免或至少將與上述現有技術有關的缺陷降至最低的強烈需求。
發明內容
因此，本發明的目的在於克服現有技術的上述缺陷。
特別是，本發明的一個目的是提供一種如前面部分所述的方法，該方法可以在複合工件上高精度地加工任何幾何形狀，例如在燃氣渦輪翼片上加工薄膜冷卻孔，該燃氣渦輪翼片在外表面上具有熱障塗層。
通過如權利要求1所述的方法可實現該目的。本發明的有利實施例和應用在進一步的權利要求中給出。
本發明的理念在於不是用一聚焦高能雷射束簡單地「燒」穿複合元件的非導電部，而是利用一聚焦直徑基本小於待加工幾何尺寸的聚焦雷射設備，之後用雷射束掃描所需的輪廓，並主要在非導電錶面上引導雷射束的焦點，從而在複合元件的非導電部上非常精確地刻下所需的幾何形狀，並去除非導電材料。進行該步驟的一種可能的方法是在表面上以多個基本平行、略微偏移的軌跡引導雷射束焦點，直到完全覆蓋所需幾何形狀的區域為止。可以在一方向上重複此操作，該方向基本垂直於第一組軌跡的方向。在一實施例中，焦點的移動可通過使用一可移動偏轉組件例如一鏡子或者鏡子系統實現；假如高能雷射束在光纖中的傳輸可以在沒有過多能力損失和潛在光纖損壞的情況下實現，則還可以使用稜鏡或者可移動末端光纖。總之，可很容易地程控為在工件表面上導引聚焦雷射束以刻出預定幾何形狀的雷射系統是商業可購的，並廣泛用於雕刻文字或標記。這種系統因此被認為是現有技術，並為本領域的技術人員所熟知，隨後將不作進一步詳述。在文中還假定，雷射焦點「基本小於」待製造幾何形狀對於本領域的技術人員來說具有明確、清楚的含義，即焦點必須足夠小而不會影響(或幹涉)待製造幾何形狀。這取決於待製造幾何形狀的尺寸和複雜程度，也就是說，所需要的邊緣越尖銳，焦點必須越小。換而言之，所用雷射束的「空間頻率」必須大於所需幾何形狀的空間頻譜。可以說，根據經驗法則(rule or thumb)，所用雷射束的直徑應以大約3的因子減小，對於橢圓形、圓形或具有光滑輪廓的更一般幾何形狀來說，該因子則例如為5或者更高，且至少處於這樣的量級，例如對於具有邊緣輪廓的幾何形狀來說，該因子超過25。作為進一步的經驗法則，雷射強度必須高於2·108W/cm2，以能夠立刻蒸發材料。在製造橫截面尺寸大約從幾十分之一毫米至幾毫米的圓形冷卻氣孔而言，200微米至300微米的焦點直徑是理想的，這樣加工時間將會很短。較小的焦點直徑還可以大大提高加工精度，特別是在加工非圓形幾何形狀時。本發明可以在複合元件的非導電部中高精度地雷射加工非圓形、非橢圓形和邊緣開口，且圓形孔的加工時間較短。雷射束的直徑廣泛理解為空中聚焦模式(focussing Airy pattern)中心部分的直徑。此外比較有利的是，特別是在加工複合工件的覆蓋導電部的非導電部時，最好連續控制雷射加工的深度，從而避免對導電部即金屬基底的不期望的雷射加工。在本發明的一實施例中，用一個所謂的錐光偏振探測器或幹涉探測器(conoscopic probe)連續監控加工深度。這種探測器例如可由愛爾蘭光學儀器公司提供，由於該探測器已為公知的現有技術，故不再作進一步討論。
該加工過程可以包括在加工元件表面測量時將雷射束旋轉至不同入射角的步驟。這樣可加工出任意三維幾何形狀。
還希望交替地切換雷射器，從而優選以超過500Hz、例如在3kHz與50kHz之間的調製頻率脈衝調製該雷射器。這例如可以通過使用一Q轉換雷射器實現。使用較短的雷射脈衝可以在EDM加工過程中引起火化。因為較短脈衝具有較高的雷射能量，從而可以去除較小塊材料，與雷射鑽或雷射切削相對，該過程可以被稱為雷射侵蝕加工。用後一種方法雷射能所產生的熱量可長時間地施加在框架上，因此該熱量會在較大範圍上影響工件；例如，為從金屬基底上足夠量地移去陶瓷TBC從而暴露出金屬基底以進行電加工，便意味著如果沒有熔化或者重新凝固發生的話，基底在其表面上被加熱到至少接近於熔化。這就會在微觀金屬結構上產生負面效應，並對基底和塗層之間的強度產生負面效應。因為根據本發明的方法對能量的使用較少，雷射加工步驟的效應被限制在局部，並沒有或者只有很少的不適當熱量流入元件。
還令人驚訝地發現，加工甚至可以以非常平的入射角進行。與其中相對於元件表面測量入射角被限制在高於21度的較陡角度的現有技術的雷射加工過程相比，因為雷射的反射，根據本發明的方法允許入射角在12到15度的較低範圍內進行加工。
在本發明一實施例中，該兩個加工步驟在不同的加工器械上進行。這便大大提高了各工具的利用率，因為兩個加工步驟在不同的工件上進行且同時進行，從而降低了生產成本。工件在任一器械上的精確定位成為一問題，普通技術人員可以利用技術常識和在兩個加工器械上的細心校準解決該問題。在這一點上，本發明的一實施例包括將元件或者後一複合元件的一部分從一個器械移到另一器械的步驟。
在本發明的另一雷射加工方法中，導電部至少部分被非導電部覆蓋，且首先進行非導電部的雷射加工，直到在非導電部上得到所需的幾何形狀，並暴露出導電部；隨後對導電部進行電加工。
在本發明的又一方法中，首先對非導電部進行加工，隨後將非導電部連接到導電部上。導電部可以在連接步驟之前進行電加工，或者在將電加工的非導電部已經連接上後進行電加工，這樣電加工便可以穿過雷射加工開口進行。
雷射加工還可以在將非導電部和導電部連接在一起後進行。電加工可在連接之前進行或者導電部經雷射加工暴露出來後進行。
在根據本發明的又一方法中，在導電基底上製造非導電塗層，例如燃氣渦輪翼片上的陶瓷熱障塗層。在實施該方法的一模式中，製造該塗層以覆蓋導電部，之後例如製造冷卻氣孔，利用雷射加工步驟將塗層加工成所述幾何形狀，以暴露出基底，隨後對基底進行電加工，從而通過所述雷射加工開口提供電加工工具的通道。在該方法的第二種實施模式中，開口如渦輪翼片上的冷卻孔通過在一未塗覆導電工件上進行電加工的步驟製造。隨後，至少在導電工件的一表面上施加塗層，從而至少一些此前製造的開口被塗層覆蓋。之後，在與下面的導電基底中的開口匹配的位置上進行雷射加工，從而最終得到一貫穿複合元件的導電部和非導電部的開口，例如冷卻氣孔。
本領域的普通技術人員應當理解的是，非導電部自身可以為一複合層，例如覆蓋金屬基底的熱障塗層，且其自身可以覆蓋抗磨損塗層和/或抗化學腐蝕塗層和/或抗衝擊保護塗層。
如前面所提到，本發明涉及的電加工過程可以是放電加工過程或電化學過程；具體選擇取決於各種參數，例如將要加工的材料、將要加工的幾何形狀、工作速度、具有的專門技術或技術訣竅等等。
現在參照附圖對本發明的實施例進行詳細說明，其中圖1為一燃氣渦輪發動機的示意圖；圖2為將要加工的示範性複合元件的截面圖；圖3為將採用根據本發明的方法加工的區域的橫截面放大視圖以及所用雷射加工組件的示意圖；圖4為將要加工的區域中的元件的俯視圖，其示出了雷射束在工件表面上的可能移動；圖5為雷射加工步驟之後的圖3的截面圖；圖6為電加工步驟之後的圖3和圖5的截面圖；圖7為採用根據本發明的雷射加工步驟可獲得的另一可能幾何形狀的示例；圖8為採用根據本發明的雷射加工步驟可獲得的其它可能幾何形狀的示例。
為方便對本發明的完全理解，這些附圖被簡化，以強調該元件；因此，當將所示實施例轉化到實踐中時，將包含附圖中未示出的一些細節。
具體實施例方式
圖1為一燃氣渦輪發動機的粗略示意圖。該發動機主要包括一用以壓縮氣流的壓縮機A、一在其中將壓縮氣流與燃料混合的燃燒室B，所述燃料與所述壓縮氣流一起燃燒，從而產生高溫煙道氣流，該氣流隨後在渦輪C中膨脹，從而提供可用動力，以驅動壓縮機A和可選負載如發電機D。壓縮機A和渦輪C包括布置在多級靜態葉柵和動態葉柵中的翼片。特別地，第一渦輪級的翼片在工作中要承受高熱負載，並需要冷卻。
由於本領域的技術人員可很容易地理解本發明可應用於燃燒室的被塗覆元件以及與燃氣輪機完全不同領域的不同複合元件上，下文將以冷卻渦輪翼片的製造為例詳細討論本發明，但這並不限制權利要求書的範圍。
作為需要組合加工的複合元件的典型示例，圖2示出了一渦輪翼片1的示例，其中該渦輪翼片1應用於圖1所示的燃氣渦輪發動機的渦輪C中。該翼片通常包括一中空鑄造金屬構件，該構件具有冷卻空氣通道3和位於後緣處的冷卻空氣狹縫4。冷卻空氣通道3和冷卻空氣狹縫4通常在鑄造過程中生產，且即使需要，也只需很少的加工。該金屬構件可以由尤其是鎳基合金、如本領域的普通技術人員所熟知的因科內爾(Inconel)或者MarM組成，並可經單一結晶或者定向凝固過程鑄造而成。因此，該金屬構件具有非常複雜的微觀結構和高的機械抗力。因此，利用切削技術進行進一步加工幾乎是不切實際的。另外，對此類高阻抗材料的切削技術(甚至更大範圍的雷射切削技術)將會導致局部熱衝擊，並因此對金屬微觀結構帶來很不希望的改變。因此，電加工技術如放電加工EDM和電化學加工ECM都是對將受到高溫作用的金屬渦輪翼片進一步加工的可選方法。另一方面，經受高溫輻射的該類金屬渦輪翼片通常塗覆一熱障塗層TBC 5，其通常包括耐高溫陶瓷如氧化鋯ZrO2和氧化鋁Al2O3。在附圖中，該塗層通常具有1毫米的幾十分之一到幾毫米的厚度，為了看得更清楚，該厚度相對於金屬構件被放大。冷卻空氣通道3在實踐中為實際上藉助工具不可接近的彎曲空腔，且非導電陶瓷塗層5阻止電加工工具接近翼片的導電金屬部2。不用說，非導電塗層不能通過電加工過程進行加工。如圖2所示的渦輪翼片通常需要多個如虛線6所示的冷卻氣孔，該冷卻氣孔使冷卻空氣從冷卻空氣通道3流至翼片的外表面，從而防止熱的渦輪工作流體直接接觸翼片，並顯著降低翼片在渦輪操作過程中的熱負載。多數冷卻孔不能以合理的成本按照所要求的精度進行鑄造，因此就需要採用高精確度的加工過程。
圖3為圖2所示細節III的視圖。將被加工的冷卻氣孔的輪廓以虛線7示出。雖然在該實施例中，該冷卻氣孔在金屬導電部2中呈圓柱形，但這並非構成一種限制。在非導電部5中將加工一扇形輪廓。由孔的中心線6限定的平均入射角以Ψ表示；最小和最大入射角分別以Ψ最小以及Ψ最大表示。可以理解，開口角度可以相對於中心線6不對稱，還可以在不同的方向上變化。在採用傳統的雷射鑽方法時，必須用一雷射束燒穿塗層5。工作區域中的雷射束的直徑將等於將要加工的圓形橫截面孔的直徑。很顯然，被加工孔的幾何尺寸便被局限為圓形橫截面，或者當投影在元件表面上時為橢圓形。另外，可以理解，使用該方法僅可以加工出對稱的圓錐形開口，該開口的角度大致等於雷射束的會聚角。還可以理解，使用該方法時，相當多的熱會流入周圍材料，另外雷射鑽將會不經意地發生在下面的金屬基底的至少一部分上。由於這些影響，便會在金屬微觀結構中發生有害的局部結構變化，且大大削弱元件的導電部分和非導電部分之間的結合，從而產生一雷射嚴重損壞的部位。實踐進一步表明，在使用傳統雷射鑽技術時，必須接受相當大的誤差。通常所製造的冷卻氣孔的冷卻空氣流量的誤差被確定為高達平均值的±10％。
現在，根據本發明，採用了一發射雷射束9的雷射器8。該雷射束通過一個在此由凸透鏡10代表的準直系統進行聚焦。應當理解，實踐中使用的光學系統將更複雜，而且優選使用反射鏡光學器件，因為它們不會產生任何傳輸損失。一偏轉組件如鏡子11被用來限定雷射束的方向。該鏡子可以沿箭頭12所示橫向移動，並可如箭頭13所示進行旋轉運動。光學元件和工件的布置被選擇為使雷射束焦點14靠近非導電部的表面，並優選位於非導電部5的內部。關於偏轉組件以及整個光學配置，可以理解的是，所示裝置被大大簡化，以闡明其基本功能。本領域的技術人員可以理解，包括多個可移動鏡子的裝置對焦點和/或雷射束工作範圍可以進行很好的位置控制。再者，也可使用其它偏轉裝置如稜鏡或在其端部具有聚焦光學器件的光纖，其並不改變本發明的範圍。還需要指出的是，可能移動雷射束、甚至將雷射束沿預編程的路線移動的雷射系統可從雕刻雷射系統中獲得。一實施例中使用的雷射器為NdYAG(釹釔鋁石榴石，Y5Al5O12)雷射器；但是，應該理解的是，也可以使用其它可替換類型的雷射器。雷射器的功率取決於所加工的非導電塗層的性能。本領域的普通技術人員應該理解，速度和造價也是有關的考慮因素。額定功率在35W和400W之間、雷射強度超過2·108W/cm2的雷射器非常適合於大多數應用。另外，還需要指出，在一優選實施例，雷射操作可通過控制裝置15被優選在3kHz-50kHz的範圍內脈衝調製。如果雷射器8為Q轉換雷射器則是比較有利的。光學組件被選擇，以獲得一非常窄小的焦點。這樣，如果焦點非常靠近所加工材料的表面，雷射束的加工直徑便會很小。如上所述，本發明的要點在於加工直徑基本小於所加工的幾何尺寸。因此，在加工量級為0.5mm直徑的開口時，便可以使用10μm-30μm直徑的加工雷射束。在使用(窄角度)深照型聚焦系統、即使用高聚焦長度的準直光學器件時，雷射束的可用部分可相對較大，例如為10mm。
已經確定的是，在雷射鑽技術的應用中，由於雷射束的反射當角度變小時，最小入射角Ψ最小被限制為大約21度。已經發現，在採用本發明的方法中，雷射加工可在低於20度、甚至為12度、在一優選實施例中為15度的角度Ψ下進行。
圖4為沿入射雷射束的方向看到的圖3所示細節的俯視圖。為加工一圓形輪廓，如上所述，具有明顯小於待加工輪廓的的直徑DL的雷射束9例如在非導電部5的表面上以一組平行軌跡17導引，如圖4a和4b所示。雷射束的軌跡可以完全如圖4a所示處於將被去除的輪廓之內，其中，在整個加工步驟中，雷射器連續或者脈動地工作；或者是，掃描區域大於幾何形狀，雷射器以超出加工範圍以外的方式操作，且雷射束位於將被去除的輪廓之外，如圖4b虛線所示的雷射束軌跡。如圖4c所示，對於適當輪廓，也可運用雷射束的螺旋形或者類螺旋形運動。另外，如圖4d所示，也可採用圓形臺階或者橢圓形臺階掃描模式。可以採用另一套與第一套軌跡成一定角度的軌跡，例如基本垂直於第一套軌跡。用於雕刻和標記的雷射組件可商業購得，其中雷射束的路徑已經被很容易地為多種輪廓編程設計，這種組件可以有利地用於所提出的方法中。雷射束和/或工件還可以旋轉至不同的傾斜角度，從而可以加工任意形式的三維形狀，例如圖3所示的圓錐形幾何形狀，其中在雷射加工中，入射角從Ψ最小到Ψ最大變化。加工深度例如可通過一錐光偏振探測器(幹涉探測器)連續監控。
圖5示出了雷射加工步驟之後的圖3的細節。已在非導電塗層上製造出開口18，從而暴露出導電部2，以為一電加工工具19提供通路，隨後可以進行電加工步驟。
參照圖6，加工過程已完成。非導電部5中的雷射加工開口18和導電部中的電加工開口20形成一冷卻氣孔。已經發現，採用本發明的方法可以大大提高所加工的冷卻氣孔的精度，且冷卻空氣的質量流量的變化可以低至±1％。
圖7示出了冷卻元件表面上的扇形冷卻空氣出口。圖7a示出了該開口的俯視圖，圖7b示出了截面圖。在工作中，冷卻空氣通過在導電部2中電加工出的孔20供給。出口20的輪廓通過雷射加工在非導電部2中形成。開口16的輪廓為梯形。這些輪廓在燃氣渦輪翼片中廣泛應用。本領域的技術人員應該理解的是，所示的幾何形狀不能通過如上所述的常規雷射鑽技術製造，但可採用根據本發明的方法很容易地得到，其中，藉助於小的雷射束，幾乎可以製造任意輪廓，而且，在雷射加工中，通過改變雷射束入射角，還可以很容易地改變截面輪廓。
即使如圖8所示的幾何形狀(其中非導電部中的開口18向著表面漸縮)也可以通過從非導電部進入的工具很容易地製造。
在實施本發明的一可替換模式中，在將非導電部連接到導電部2上之前，通過雷射器對非導電部5進行加工。在此情況下，確保非導電部5和導電部2的相對正確定位很重要，以確保在電加工過程中從導電部2上完全去除所希望的材料。這種定位可以通過該器械中的掃描和定位部件執行。類似地，可以在將導電部2連接到非導電部5上之前對導電部2進行加工。
在實施本發明的另一可替換模式中，非導電部5和導電部2可以獨立但同時加工。可以用兩種不同的器械進行該加工。
但是，也可以在一單一器械上同時進行加工，該器械同時具有一雷射器和一電加工裝置。再者，加工時，層2和層3的相對正確定位很重要，以確保兩部分上的孔完全對齊。
雖然已經詳細描述了燃氣渦輪翼片的加工方法，但很顯然，該方法還可以用於加工其它熱負載發動機元件、如燃氣渦輪機燃燒室壁構件中的冷卻氣孔。對於本領域的技術人員來說，顯而易見的是，該方法可以方便地用於加工其它複合元件或者塗覆元件，因而該非導電層並不限於熱障塗層，還可以用於防磨損、減少摩擦、抗化學腐蝕等，並可以為包含上述塗層的任意適當組合的任何複合層。
附圖標記列表1 複合元件
2 導電部，基底3 空腔，冷卻空氣通道4 冷卻空氣狹縫5 非導電部，保護層6 冷卻空氣孔的軸線7 冷卻空氣孔的輪廓8 雷射器9 雷射束10 準直光學器件11 偏轉組件12 橫向移動13 旋轉運動14 雷射束焦點15 控制裝置16 輪廓17 雷射束在工件表面上的軌跡，掃描軌跡18 雷射加工開口19 電加工工具20 電加工開口A 壓縮機B 燃燒室C 渦輪D 發電機Ψ 入射角
權利要求
1.一種複合元件(1)的製造方法，所述元件包括一非導電部(5)和一導電部(2)，並具有至少一個明確定義的加工幾何形狀(18、20)，其中該非導電部經雷射器加工，該導電部經電加工，所述方法包括以下步驟使用一具有焦點直徑(DL)的聚焦雷射器設備，該焦點直徑(DL)基本上小於所要加工的幾何形狀；將雷射器(9)置於該非導電部的表面上，以使該表面上的雷射束直徑(DL)基本上小於所要加工的幾何形狀；最好將該焦點主要置於該非導電部的表面上或內部；使用該聚焦雷射設備的雷射束；沿一限定路徑(17)在該非導電部的表面上導引該雷射束，從而在該非導電部(5)上刻出所需的幾何形狀(18)。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，進一步包括使用一可移動偏轉組件(11)、特別是一鏡子組件以引導該雷射束的步驟。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，進一步依次包括以下步驟雷射加工該非導電部(5)；以及將該雷射加工的非導電部連接在該導電部(2)上。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，進一步包括在將該導電部(2)連接到該非導電部(5)上之前電加工該導電部(2)的步驟。
5.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，進一步依次包括以下步驟將該非導電部(5)和該導電部(2)連接在一起；以及雷射加工該連接到導電部上的非導電部。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，進一步包括在將該非導電部(5)連接到該導電部(2)上之前電加工該導電部(2)的步驟。
7.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，在該雷射加工步驟之前，進一步依次包括以下步驟用一導電基底(2)作為該導電部；在該導電基底的至少一部分表面上產生一非導電塗層(5)，以形成該非導電部。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，進一步包括在該塗覆步驟之前電加工該導電基底(2)的步驟。
9.如權利要求1、2、3、5或7所述的方法，其特徵在於，進一步包括以下步驟對該非導電部(5)進行雷射加工；一旦完成該雷射加工，便暴露出該導電部；使一電加工工具(19)穿過該非導電部上的雷射加工開口(18)接近該導電部；在該導電部上進行雷射加工。
10.如上述任一權利要求所述的方法，其特徵在於，進一步包括使用放電加工過程或者電化學加工過程作為該電加工過程的步驟。
11.如上述任一權利要求所述的方法，其特徵在於，包括在該非導電部上製造出非圓形橫截面開口的步驟。
12.如上述任一權利要求所述的方法，其特徵在於，進一步包括相對於該非導電部的表面至少旋轉雷射束(9)和元件(1)中的至少一個以形成不同入射角(ψ)的步驟。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，包括在該非導電部上製造任意三維形狀的開口的步驟。
14.如上述任一權利要求所述的方法，其特徵在於，包括相對於該非導電部的表面以小於20度的入射角(ψ)進行該雷射加工的步驟。
15.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，包括相對於該非導電部表面以20度到12度之間的入射角(ψ)進行該雷射加工的步驟。
16.如上述任一權利要求所述的方法，其特徵在於，包括脈動調製該雷射束的步驟。
17.如權利要求16所述的方法，其特徵在於，進一步包括以超過500Hz的頻率脈衝調製該雷射束的步驟。
18.如權利要求16或17所述的方法，其特徵在於，進一步包括使用一Q轉換雷射器的步驟。
19.如上述任一權利要求所述的方法，其特徵在於，在不同的器械上進行該電加工和雷射加工。
20.如權利要求19所述的方法，其特徵在於，包括在該電加工過程和該雷射加工過程之間將該元件從一第一加工器械移動到一第二加工器械的步驟。
21.一種利用上述任一權利要求所述方法製造的複合元件。
22.如權利要求21所述的複合元件，其特徵在於，該複合元件為渦輪機、特別是燃氣渦輪發動機(A、B、C)的元件。
23.如權利要求21或22所述的複合元件，其特徵在於，該非導電部由熱障材料、耐磨材料或兩者構成。
24.如權利要求21至23之一所述的複合元件，其特徵在於，該非導電部由氧化鋯ZrO2和氧化鋁Al2O3中的一個構成或由包括二者中的至少一個的複合層構成。
25.如權利要求21至24之一所述的複合元件，其特徵在於，一冷卻氣孔(18、20)、特別是薄膜冷卻氣孔利用根據上述權利要求1-20中任何一項所述的方法製成。
26.一種渦輪機，特別是燃氣渦輪發動機(A、B、C)，其包括權利要求21-25中任何一項所述的複合元件。
全文摘要
一種複合元件(1)，如渦輪翼片，其包括一導電部(2)和一非導電部(5)，例如熱障塗層、耐磨塗層或二者均有。在該元件的加工中，對該導電部採用雷射加工步驟，對該非導電部採用電加工步驟。該雷射加工步驟優選通過一高頻脈衝調製雷射器進行。聚焦雷射束的工作直徑(DL)基本上小於所要加工的輪廓(16)的尺寸。該輪廓由雷射束(9)沿一預定軌跡(17)掃描，從而在該工件上刻出所需輪廓。
文檔編號B23K26/40GK1658995SQ03813619
公開日2005年8月24日 申請日期2003年6月4日 優先權日2002年6月12日
發明者弗格斯·萊弗斯, 尤裡·塞拉 申請人:阿爾斯通技術有限公司