用由金屬基和陶瓷纖維構成的複合物製成的嵌入物製造元件的方法
2023-10-27 19:41:02 2
專利名稱：用由金屬基和陶瓷纖維構成的複合物製成的嵌入物製造元件的方法
技術領域：
本發明涉及製造加入嵌入物的元件，該嵌入物由複合物製成，該複合物類型為在金屬基中包含陶瓷纖維的複合物。
特別是在航空領域，一個不變的目標就是優化元件的強度，使之達到質量最小尺寸最小。因此，一些元件從現在開始可能會包含一種由金屬基複合物製成的嵌入物，該元件也可能是單片的。這種複合物由一種金屬合金基組成，例如鈦(Ti)合金，纖維在該金屬合金基的中心延伸，例如碳化矽(SiC)陶瓷纖維。這種纖維具有比鈦大得多的拉伸強度(典型地4000Mpa比1000Mpa)。因此，由纖維來承受負載，金屬合金基提供與元件的其他部分粘合在一起的功能，同時提供保護和隔離纖維的功能，纖維絕不可彼此接觸。此外，陶瓷纖維能防腐蝕，但必須用金屬強化。
複合物可以用於形成盤體、軸軸體、錘體、殼體和隔離體，如用於葉片等單片元件的加強物。
背景技術：
要生產這種複合嵌入物，要先生產被稱為「鍍層長絲」的長絲，該鍍層長絲由金屬鍍層陶瓷纖維構成。金屬賦予長絲處理長絲所必要的彈性和柔韌性。最好地，一種非常細的碳或鎢長絲位於纖維的中心，沿其軸向，該碳絲覆蓋有碳化矽，同時一薄層碳設置在纖維和金屬的結合處，目的是在不同的熱鬆弛中提供阻礙擴散或緩衝擴散的功能，熱鬆弛在液體金屬沉積在纖維上變冷時出現。
該複合長絲，或者鍍層長絲，可用各種方法製造，例如，通過在電場中金屬的氣體沉積、使用金屬粉末電泳、或者在液體金屬池中熱鍍陶瓷纖維來製造。陶瓷纖維浸入液體金屬的鍍層過程在以本申請人之名申請的專利EP 0 931 846中有敘述。這種過程比提到的其他過程要快很多。因此，可獲得複合長絲或者鍍層長絲，該複合長絲或者鍍層長絲可用於生成複合嵌入物，該複合嵌入物將被包括在元件中。
在已知的生產帶有由金屬合金基複合物製成的嵌入物的元件的過程中，鍍層長絲由稱之為預成型件的工件來形成。通過在兩個固定法蘭間纏繞鍍層長絲來獲得預成型件，固定法蘭繞中心心軸延伸。線圈是螺旋形，獲得的預成型件為盤形，其厚度為鍍層長絲的厚度。為了確保預成型件的結合，固定法蘭包括孔，提供粘合功能的材料，如丙烯酸(類)樹脂，從該孔中噴出。
圖1所示為製造具有複合嵌入物的元件的操作實施例的示意圖。多個預成型件1，均為盤狀，堆在通體圓柱形的容器2中。容器具有環形空腔3，環形空腔3的橫截面為預成型件1的形狀且與容器的軸4垂直。預成型件1堆疊直到整個空腔3的高度被填滿。典型地，這樣堆疊80個預成型件。
隨後進行的是通過脫氣來進行的粘合劑去除操作，這樣從預成型件1中減少如丙烯酸(類)樹脂的粘合劑。這是因為在熱壓制和冷壓制階段中，不能有汙染物存留，更不能與鈦接觸。
環形蓋子5具有與環形空腔互補的凸臺6，環形蓋子5置於容器2的頂部，凸臺6與上預成型件1接觸。蓋子5焊接在容器2上，例如通過電子束焊接，空腔最好保持真空。隨後，該裝置進行熱等靜壓。在該操作過程中，由並列的鍍層長絲構成的嵌入物被壓縮，通過擴散，鍍層長絲的金屬外殼層被焊接在一起並焊接到容器2的空腔3的壁上，以生成緻密的組件——該組件由金屬合金(如鈦合金)構成，在金屬合金中陶瓷纖維(如SiC纖維)環形地延伸。
通過壓縮堆疊的預成型件1，獲得包含由複合物製成的嵌入物的圓柱形元件。當組件冷卻後，該元件可選擇性地進行應力鬆弛處理，陶瓷纖維和金屬成為一體，使它補償陶瓷纖維和金屬間的不同膨脹。
隨後，對元件進行大致加工。例如，如果目標是製造單片壓縮盤——術語「單片」意為由一個帶有盤的元件製成的葉片——該容器與其複合嵌入物一起，加工構成一單片葉盤或整體葉盤，一部分邊緣支撐著包含複合嵌入物的葉片。由於組件的陶瓷複合物陶瓷纖維帶來了高硬度和高強度值，該邊緣的尺寸要比傳統金屬葉盤的尺寸小很多，陶瓷纖維包含在邊緣物質中。特別是這樣的邊緣可以是簡單的環形形狀。
這種製造帶有複合嵌入物的元件的過程具有一些缺點，由於其步驟所需要的時間長度、複雜度和準確度，該過程難以以工業規模實施。
首先，由於陶瓷纖維很脆，在鍍層長絲上端的操作首先必須避免鍍層長絲間的接觸，此時鍍層長絲的焊接沒有考慮進來。
此外，粘合物去除和脫氣操作耗時很長，而且不能確定全部粘合物得到去除。為了確保粘合物完全消失(對於保證後面的鈦合金特性的正確尤其必要)，需要進行多步粘合物去除和脫氣操作。這增加了過程的整個耗時並且增加了整個成本。
此外，如果長絲在兩個法蘭間彎曲時被弄斷，必須構建一個新預成型件，直到現在，還沒有什麼方法能夠解決該問題、恢復線圈。
此外，在容器中放置鍍層長絲預成型件目前還是手工操作。因此，該操作的成本會受到影響，該操作的精度更是會受到影響。現在，在容器中放置鍍層長絲是生產步驟中的關鍵因素，它決定著複合物的性能，對陶瓷纖維依照元件的主應力的方向有著很大的影響。同時，在製造元件的各種步驟過程中，通過保持陶瓷纖維的完整，它還決定著複合物的質量。最後，還是因為放置鍍層長絲的操作相對耗時且由手工完成，它決定著元件的最終成本。因此，對在容器中放置長絲的改進是有益的。
發明專利內容本發明的目的是提供一種允許以工業規模製造元件的過程，尤其是軸對稱元件，該元件包含複合物製成的嵌入物。
根據本發明，用於製造帶有嵌入物的元件的過程，其中嵌入物由複合物製成，複合物由金屬基構成，金屬基中有陶瓷纖維延伸，由複合物製成的嵌入物從多條鍍層長絲得到，每條鍍層長絲由鍍有金屬殼的陶瓷纖維構成，其特徵在於它包括一製造嵌入物的步驟，該步驟為繞一迴轉體(39；62)垂直於所述體的旋轉軸纏繞一鍍層長絲捆或鍍層長絲粘合薄片。
結合附圖，閱讀本發明過程實施例的描述，將使本發明的其他特徵呈現出來，使本發明更清楚地被理解，其中圖1是製造帶有現有技術複合嵌入物的元件操作的立體示意圖；圖2是用於生成鍍層長絲薄片的設備的示意圖，依照本發明執行製造鍍層長絲的過程；圖3是依照圖2設備的第一工作模式生成的薄片的俯視示意圖；圖4是依照圖2設備的第二工作模式生成的薄片的俯視示意圖；圖5是一橫截面示意圖，在與鍍層長絲移動方向垂直的平面上用圖2設備的雷射焊接模式，把兩條長絲焊接在一起；圖6是在纏繞開始時構成元件內部部分的元件的局部剖面示意圖，用於通過纏繞一捆或一片鍍層長絲來實施完成製造帶有複合嵌入物的元件的第一種方法；圖7是在纏繞過程結束始時圖6中的元件的局部剖面示意圖；圖8是圖7中的元件的局部剖面示意圖，在它上面加了一個外環和一個蓋子；圖9是帶有環形空腔的容器的局部剖面示意圖，用於實施完成一個本發明描述的過程的第二種方法，該過程通過纏繞一捆或一片鍍層長絲來製造帶有複合嵌入物的元件；圖10是用於實施執行本發明描述的過程的第二種方法的心軸的局部剖面示意圖，該過程通過纏繞一捆或一片鍍層長絲來製造帶有複合嵌入物的元件；圖11所示為向圖9中的容器固定蓋子的步驟；圖12是在依照本發明製造嵌入物的過程中，在纏繞開始時用輔片接合鍍層長絲薄片步驟的局部剖面示意圖；圖13是在依照本發明製造嵌入物的過程中，在纏繞結束時用輔片接合鍍層長絲薄片步驟的局部剖面示意圖；圖14是圖12的纏繞開始時切割輔片步驟的局部剖面示意圖；圖15是圖12、圖13接合鍍層長絲薄片結束步驟的局部剖面示意圖；圖16是用盤繞複合嵌入物生產元件過程的局部剖面示意圖，盤繞複合嵌入物依照包括圖12和圖13所示的接合薄片的過程生成；圖17是在纏繞薄片過程開始時用於把鍍層長絲薄片焊接到心軸的電焊設備第一實施例的剖面結構示意圖；圖18為在平面35上圖17所示設備的剖面圖；圖19的圖表用時間函數示意性表示本應用中描述的用於把鍍層長絲薄片焊接到支座的電焊過程中電極間流動的電流強度變化，電極施加的壓力變化和薄片的壓縮變化；圖20是在過程結束時用於把薄片焊接到心軸上的圖17的設備；圖21是在本應用中所描述的在把薄片纏繞到心軸的過程的開始和結束時，用於把薄片焊接到金屬支座上的焊接設備的第二實施例的剖面示意圖；圖22是在過程結束時用於把薄片焊接到心軸上的圖21的設備。
具體實施例方式
首先，根據一種已知技術形成多條鍍層長絲，最好是通過這樣的鍍層過程，該過程中陶瓷纖維浸在液體金屬池中。這些長絲分別繞在一繞軸上。每條長絲的直徑為，例如，0.2到0.3mm。
參照圖2，每個繞軸7上面沿其圓周繞有長絲8，多個繞軸7設置在繞軸7的模塊9上。該模塊9使得繞軸7可以這樣放置，它們可以朝著纏繞模塊(在下面提及)來被展開，不會造成長絲8彼此交叉。在這種情況，繞軸模塊9具有等腰三角形的結構，支撐著繞軸7，繞軸7中一半沿著三角形的一邊，一半沿著三角形的另外一邊，三角形的頂點方向朝著位於三角形對稱軸上的一點導向長絲8從繞軸7展開的一側，該三角形構成繞軸模塊9的結構。
在另外一個實施方案中，每個繞軸7支撐著一束(或捆)鍍層長絲。因此，要生成一片由一百條鍍層長絲構成的薄片，需要使用十個繞軸7，每個繞軸沿其外圓周繞有一束十條鍍層長絲。
鍍層長絲8朝著纏繞模塊10展開。該纏繞模塊10此處以示意方式和非細節的方式圖示，因為它的結構對於本領域的技術人員是可以理解的。它相當於紡織領域用的纏繞模塊。纏繞模塊10包括導向裝置，導向裝置使長絲8作為同一層彼此平行撐直，不會相互彼此重疊接觸。目的是構成一種扁平薄片，該扁平薄片由彼此接觸的平行長絲構成。
這樣纏繞的長絲8被拽到雷射焊接模塊11。該模塊包括一支撐平臺12，長絲8在支撐平臺12上移動，在該支撐平臺上方安裝有一臺雷射焊接裝置13。長絲8因此被拽著穿過雷射焊接裝置13。這個裝置最好放在一惰性環境中，例如氬氣環境(氬氣通過噴嘴注入)。例如，雷射焊接裝置13可由摻雜釹鏡鋁石榴石(釔鋁石榴石)雷射器組成，相對於其功率和雷射束衝擊點，該雷射器具有高精度的優點，同時具有光束很細的優點。
在雷射焊接模塊11的下遊，長絲8由用於拉拽長絲8的模塊17自繞軸模塊9在支撐臺12上移動牽引。在這種情形，該牽引模塊17由轉動繞軸17′組成，長絲8繞轉動繞軸17′纏繞。轉動繞軸17′如箭頭18所示的方式轉動。因此，長絲8從繞軸模塊9的繞軸7，沿纏繞模塊10和雷射焊接模塊11，由牽引模塊17來牽引，整個裝置構成用於生成粘合的鍍層長絲8薄片的設備55。粘合薄片在牽引模塊的繞軸17′上纏繞。
圖5所示為橫截面示意圖，橫截面所在平面與長絲8移動的方向垂直，該橫截面在用於把兩長絲8焊接在一起的雷射焊接模塊11上。該焊接使用雷射焊接裝置13點焊完成。每條長絲通過多個焊點與其相鄰的長絲連接。每條長絲8，如前所示，由一鍍有金屬殼15(例如鈦合金)的陶瓷纖維14組成。雷射束，如箭頭16所示，導向至兩連續長絲8間的接觸點方向，與包含所有沿支撐臺12牽引的長絲8軸的平面垂直。這導致它們的金屬殼的局部熔化。雖然雷射使用的是低功率，但是非常集中，所以保證了陶瓷纖維14不會受到此局部熔化的影響。最小體積的金屬殼15被熔化。它足以確保長絲8在這個點聯結在一起。焊接參數這樣優化，金屬熔化產生的焊接熔池不會流出。
雷射束沿重疊兩長絲8的點區域垂直導向長絲8的平面是非常重要的，這樣它才不會損壞陶瓷纖維14，在生成帶有複合嵌入物的元件的應用中，陶瓷纖維14的完整性是在其上進行操作的必要條件。
焊點不需要非常結實。它們的作用僅僅是確保構成粘合薄片的長絲8整體合併在一起，或者相互保持。這種合併僅須使強度足以允許薄片被處理(可能是纏繞和展開)即可，達到如生成帶有複合嵌入物的元件的目的。因此焊接僅需使長絲8保持在一起即可。
圖3和圖4示意性地圖示了雷射焊接模塊11的兩種操作模式，此時薄片由12條鍍層長絲8組成。
在圖3所示的操作模式中，當鍍層長絲8位於雷射焊接裝置13下時，牽引模塊停下來，使得長絲8保持靜止。焊接裝置13隨後在兩相鄰長絲間，沿與長絲在焊接裝置下行進方向垂直的分段，產生一系列的焊點19。為了達到此目的，焊接裝置13在兩長絲8間焊下第一個焊點19，如參照圖5解釋的那樣。隨後它停止並移動，垂直於長絲8的運動方向，這樣與下一個兩長絲8間的接觸點成一線，焊接第二個焊點19，如此進行，直到所有長絲8沿此偏移分段焊接在一起。因此，焊接裝置13垂直於長絲8的運動方向，在焊接裝置13下方焊下一部分焊點19。牽引模塊隨後激活，使長絲8穿過焊接裝置13移動「L」長度，隨後操作在與第一個分段平行的另一分段上重複。
在圖4所示的操作模式中，長絲8在如箭頭20所示的運動方向被連續牽引，該運動由牽引模塊17施加。焊接裝置13如前面一樣進行操作，即焊接操作，隨後沿垂直於長絲8移動的方向20朝著下一個點進行位移，等等，從第一個點到最後一個點，然後以反向方式進行。如果長絲8的移動速度足夠慢，在兩移動的長絲8間焊接焊點19就是可能的。因此，在長絲8間產生一系列的焊點19，它們在長絲構成的薄片上形成之字形狀。
還可以在焊接每個焊點19時停下牽引裝置17來獲得焊點19的之字形分布，牽引裝置17牽引長絲8在兩焊點19間走過一小段距離「|」，同時焊接裝置移動。
也可以僅操作長絲8的運動，長絲8的運動在形成焊點19時慢下來。
這樣的焊點分布優點在於其在長絲8構成的薄片的表面上非常均勻。
不管是哪種情況，在離開雷射焊接模塊11時，長絲8形成粘合的薄片，在此粘合薄片中，長絲8在固定焊接點19聯結在一起。該薄片在其牽引模塊的繞軸17′上纏繞。
此處沒有對生成鍍層長絲8粘合薄片的生產過程的組織階段進行描述。本領域的技術人員可對該階段進行自由調整，例如，在處理的開始，通過纏繞把長絲8纏繞到繞軸17′，長絲8沒有聯結在一起，因此最終的纏繞薄片的最裡面的部分並不是片狀，或者使用另一臺牽引裝置在處理起始時牽引長絲，並在它們開始形成薄片時把他們連接到繞軸17′上。
在圖3所示的分段結構內容中的焊點19段與段間的距離「L」，或者圖4中所示的之字形結構的兩個連續焊點19間的長度距離「|」要根據鍍層長絲8薄片的期望硬度來設定。因此，對於硬的薄片，焊點19要靠得緊一些，而對於柔韌的薄片，焊點19要離得開一些。其他的焊點19的分布結構同樣可以接受。焊點19的結構和距離要根據粘合薄片的應用來選擇，尤其是它要盤卷、彎曲等，同時仍然需要考慮最小空間，以確保在應用的定義條件下整個組件的聯結。焊點19的分布結構具體情況主要決定於鍍層長絲8薄片的應用，而不是決定於過程本身。
考慮到雷射焊接的速度和準確性，因此，可以在自動系統中以工業規模製造鍍層長絲8薄片(鍍層長絲8結合在一起)，達到執行上述過程的目的。因此，可以快速的獲得大量的可作各種用途的鍍層長絲8薄片(可以生產成幾千米長的一片)。此外，薄片通過熔化長絲8的金屬殼15粘合在一起，因此不要要加入材料，尤其是不需要加入粘性粘合劑，因此減去了通常製造帶有複合嵌入物的元件的過程中的所有粘合劑的去除步驟。
根據本發明，現在介紹一種用於製造帶有嵌入物的對稱元件的過程，嵌入物由複合物製成，該過程包括一垂直於迴轉體軸向迴轉體上纏繞一捆或一片鍍層長絲的步驟。
如上面看到的，帶有由複合物製成的嵌入物的對稱元件依照以下步驟生成
——安裝一鍍層長絲繞軸；——從鍍層長絲繞軸加工出一盤裝預成型件；——製造一容器，該容器具有用於放置預成型件的環形空腔；——多個預成型件堆疊在環形空腔中；——該空腔用環形蓋子封閉；——預成型件經歷粘合物去除操作並製造真空；——通過熱等靜壓壓縮組件；——加工組件以獲得最終元件。
因此，在此提出一種過程，該過程包括一把鍍層長絲捆或薄片纏繞成中間部件的步驟，該中間部件隨後加入到容器的空腔中，例如，直接加到容器的內部部分上，內部部分隨後與一外部部分結合在一起。這樣，代替在整個空腔的高度堆疊與空腔寬度相同的預成型件，纏繞好了鍍層長絲捆或薄片，其寬度與空腔高度相應，層數允許空腔的寬度被填滿。
圖6到圖8為實施該過程的第一種方法。在該實施方法中，構成容器內部部分的塊件39要提前加工。術語「容器」是關於軸40的迴轉體，具有設計用於接納鍍層長絲的環形空腔。該容器最好是用與鍍層長絲所鍍的金屬相同的金屬製成，此處為Ti合金。構成容器內部部分的塊件39是關於軸40的整體迴轉體。它的內部部分41具有與容器高相等的高度「H」——術語高度是指軸向尺寸。塊件39在相對於其內部部分41的外圍包括斜面部分42，斜面部分42提供高度為「h」寬度為「d」的第一肩部43，第一肩部43的高度「h」和寬度「d」與容器的環形空腔的高度「h」和寬度「d」相一致。術語「寬度」是指徑向尺寸。從第一肩部43延伸出的是第二肩部44，第二肩部44的徑向尺寸使容器的寬度變完整，它的表面延伸到一個低於環形空腔表面高度的高度。
換而言之，構成容器內部部分的塊件39與容器相一致，在塊件39上，去掉一高度小於容器高度的外環，該外環可通過圖8中的標註46看明白，這就釋放出位於環形空腔外面的徑向空間，該環形空腔構成於容器中。
因此可以在壁上設置一鍍層長絲捆(或列)或薄片47，構成第一肩部43的高度「h」，該肩部43與除去外壁的環形空腔相對應。
為了在部件39上纏繞長絲捆或薄片47，最好是在第一圈時把這些長絲固定在肩部43的壁上。該固定最好通過在兩電極肩通過一中頻電流的接觸焊接過程來獲得，如後面所述。
如果是有鍍層長絲捆(或列)47，為了送出該捆，例如，可以利用與圖2生產薄片的過程中類似的繞軸模塊和纏繞模塊，該彎曲的捆隨後直接纏繞在塊件39上。
如果是有預成型的鍍層長絲粘合片47，它最好是依照上面描述的製造薄片的過程生成。繞在繞軸(例如是如圖2所示用於生產薄片的設備的牽引模塊17的繞軸17′)上的薄片被送出，目的是使薄片被繞在塊件39上，構成容器的內部部分。
也可以用塊件39代替圖2中牽引模塊17的繞軸17′，把薄片直接繞在塊件39上，構成容器的內部部分。鍍層長絲這樣彎曲，形成薄片後纏繞在塊件39上。但是，這種薄片構成操作是可選擇的。
在這三種情況，構成容器內部部分的塊件39此處繞其軸40轉動以纏繞鍍層長絲捆或薄片47。參照圖7，一旦所要數量的長絲層被纏好(此時是許多層，使得相應於環形空腔的肩部43的寬度「d」被填滿)，鍍層長絲捆或鍍層長絲片47(這時是繞圈)最好通過兩個電極間穿過中頻電流(稍後描述)的接觸焊接過程再次鞏固，然後切割。在這種情況，鍍層長絲捆或鍍層長絲片47焊接到底層，如將在對該焊接過程描述中所見到的那樣。
參照圖8，隨後繞構成內部部分的塊件39加上構成容器外部部分的外環46。該圈46可以選擇焊接，最好是接觸焊接，也可以是僅僅卡在其位置上。因此，容器再次被適當地構成，鍍層長絲纏繞在其中的環形空腔此處不是寬度為「d」且堆疊積成高度為「h」的預成型件的形式，而是寬度為「h」的鍍層長絲捆或鍍層長絲片47的形式，鍍層長絲捆或鍍層長絲片47被纏繞，總徑向厚度等於環形空腔的寬度「d」。
然後加上環形蓋子48，該蓋子具有環形凸臺49，環形凸臺49與構成容器內部部分的塊件39的斜面42和外環46的斜面互補，與塊件39的斜面42同心，對著所述斜面42。處於斜面42和50之間的是填有鍍層長絲捆或鍍層長絲片47的環形空腔，蓋子48的環形凸臺49支撐在該鍍層長絲上。
一旦構成容器內部部分的塊件39、外環46和蓋子放置在位，結構再次和現有技術一樣，成為包含有鍍層長絲嵌入物的封閉的容器。該組件隨後焊接，最好是置於真空中通過電子束焊接來焊接，然後用已知方式進行然等靜壓來壓縮。這樣製成複合嵌入物，具有金屬基，金屬基中延伸有陶瓷纖維。因此可以加工該組件來獲得帶有其複合嵌入物的最終元件。也可以加工該組件來把這樣的複合嵌入物取出。
剛剛描述的本過程的一個優點是執行速度快，因為省略了製造和堆疊預成型件的步驟，纏繞捆形或薄片形的鍍層長絲速度要快很多。此外，不需要額外的材料，如粘合劑。一方面，它導致質量良好的複合嵌入物，另一方面，它導致減去了粘合劑去除和脫氣操作，因此節省了相當的時間。
圖9到圖11所示為實施本過程的第二種方法。在本實施方法中，提前製造容器51，它繞軸40成環形，高度為「H」，它包括一環形空腔52，環形空腔52與一高度為「h」寬度為「d」的空腔相對應，它的底壁54′和內壁53′被加工，以獲得更大尺寸的環形空腔52。圖9中，用虛線表示高度為「h」寬度為「d」的環形空腔，用實線表示更深更寬的加工過的空腔。
參照圖10，構成帶有徑向邊緣54的環形心軸53，所述心軸用於裝在容器的加寬的空腔52中。心軸53的尺寸這樣為這樣，當它裝在空腔52中時，得到的空腔是高度為「h」寬度為「d」的空腔，心軸的壁53貼在環形空腔52的內壁53′上，徑向邊緣54貼在其底部邊緣54′。此處，心軸53由與容器51一樣的材料製成，該例中為鈦合金。
如前面一樣，纏繞鍍層長絲捆或鍍層長絲薄片47，這次是纏繞到心軸53上。捆或薄片的總寬度為「h」，纏繞很多層，其總厚度等於「d」，即心軸53的徑向邊緣54的寬度。最好地，捆或薄片的起始部分通過電焊過程(通過在兩電極間接觸，如後面所述)固定到心軸。
一旦所需要數量層的捆或薄片纏繞好，最好是通過在兩電機間的接觸焊接過程(如後面所述)，把後一層固定到前一層，然後切斷捆或薄片。帶有該繞圈的心軸53然後插入到容器51的環形空腔52中，如圖11所示。加上與前面所說的蓋子48相同的蓋子48，組件通過電子束焊接置於真空中焊接，然後通過然等靜壓來壓縮，然後以已知方式加工，獲得帶有其複合插入物的元件。
在所描述的兩實施方法中，鍍層長絲47一個在另一個上進行纏繞，總保持在同一平面。如橫截面圖所示，長絲47的軸構成一格狀結構，其基格為方格。為了提高嵌入物的壓縮性，最好每一層相對於前一層偏移兩連續長絲軸距的一半距離，因此，連續三層長絲的軸相對彼此呈交錯排列。為了達到這個目的，可設置兩個用於送出薄片47的繞軸，或者可設置兩用於送出鍍層長絲捆47的模塊，這兩個繞軸或模塊這樣放置，使得薄片或捆47以交錯結構偏移，同時一個壓在另一個上纏繞到構成容器內部部分的塊件39上或者纏繞到心軸53上。在繞軸或模塊和它們所要纏繞的塊件39或心軸53之間，可以是一用於把長絲一個挨著另一個放置的設備。
現在，將接合圖17到圖22，詳細描述通過在兩個電極間通過中頻電流的接觸焊接，把薄片要麼固定到它所纏繞的金屬座，要麼纏繞到底層薄片的固定過程。
現今，固定鍍層長絲的過程提出在長絲上噴射粘性物，其缺點在前面已經提及。包含焊接薄片的步驟的過程是最重要的(由於通常遇到各種實施困難所以都避免了)，因為需要避免鍍層長絲中的陶瓷纖維有任何損壞。這些纖維的直徑可能是100到200μm或者更大一些，在彎曲和剪切過程中尤其脆弱。鍍層長絲陶瓷纖維的任何損壞將使該長絲的固有優點失效。
下面描述的是定位鍍層長絲或粘合薄片或鍍層長絲捆焊接到金屬支座上的一個過程和一個設備，支座要麼是一金屬支座，要麼是另外一鍍層長絲或者另外一鍍層長絲薄片或鍍層長絲捆。該過程和該設備允許長絲或薄片或捆固定到支座上，同時保持長絲內的陶瓷纖維完好無損。該過程和該設備還允許纏繞或包裹過程中斷損的長絲得到維修。
參照圖17和18，鍍層長絲8薄片29，例如由上述構成薄片的過程構成，要粘合到支座30，尤其是一纏繞支座，如構成容器內部部分的塊件39。圖中所示支座是直的，但支座如果是心軸24時它就是圓形的或者部分圓形的。
為了達到這個目的，要求在纏繞開始時把薄片29固定到支座30。這麼作需要使用在兩電極間焊接並穿過中頻電流的接觸焊接設備31。此處鍍層長絲8以橫截面方式被看見並且沿支座30的外圍延伸。薄片29此處由十條長絲組成。
電焊界設備31包括一連接到正電極33和負電極34的中頻發生器32。在圖17所示的實施方案中，正電極33和負電極34相對於薄片29橫向延伸。在橫截面圖中它們的形狀在其整個寬度是一致的。
正電極33，例如由銅或鎢製成，具有一斜面端部部分37。端部部分37形狀為這樣，電流線最大程度地收斂，達到在正電極33和鍍層長絲8薄片29間沿儘可能窄的線或帶通過。該端部部分37是圓的，這樣就不會剪切長絲8，剪切長絲8會有損壞它們的危險。該端部部分37的半徑這樣選擇，獲得可能的最好的電流收斂線，然而又不會太細小，這樣不會剪切到長絲8。
負電極34也具有形狀，以減小其與薄片20焊接到的支座30的接觸區域，這樣使得電流線收斂，沿儘可能窄的線或帶通過。心軸的幾何形狀，通常為管狀，意味著可以使用圓柱形負電極，這將把接觸區域減小到母線，電流線收斂得最好。
這樣安排電極33、34確保薄片29隨後沿非常窄的帶焊接到支座30。在該帶上電流濃度為常數。
電焊接過程包括這樣的特徵把薄片29的金屬加熱與微鑄結合在一起，通過電極33、34壓在薄片29上來獲得。加熱和壓制的功率和持續時間最好受控，這樣最小的金屬加熱和鑄造，因此影響固態焊接。
薄片29通過電流穿過薄片29和支座30在正電極33和負電極34間流動來加熱，由中頻發生器32產生的電流受控。壓力通過正電極33壓在薄片29上來在該處施加到薄片29上，因此正電極具有第二個功能，即壓力器。其圓形端部部分37的重要性就在於此功能，因為薄片29一定不能剪切。
圖19是一圖表，用虛曲線56表示穿過電極33、34間的電流強度的變化，用X軸上的實曲線57表示最為時間t的函數由正極33施加的壓力的變化。同樣以X軸下的曲線58代表薄片29的壓縮。
電焊過程的執行在下面描述。如提到的那樣，這是固態焊接過程。正電極33和負電極34與鍍層長絲8薄片29和心軸30的內表面分別接觸。在第一階段，壓力僅在倆電極33、34間施加在鍍層長絲8上。壓力升至值P1，保持該值直到t1時刻。P1最好在50到100W間。該「冷」壓階段的功能是確保鍍層長絲8間和鍍層長絲8與它們的支座30的壁間的接觸良好。在後面檢查的案例中，該案例中至少兩層鍍層長絲8焊接在一起，類似地，該階段的目的是確保所有涉及的長絲的相互接觸(一層長絲履行支撐其他層長絲的功能)。良好的接觸確保接下來的階段中適當的電流流動。
在第二階段，在時刻t1，當壓力保持不變為P1，電流升至值I1。最好地，I1在500到1500A之間。這就加熱了鍍層長絲8的金屬鍍層，開始了焊接過程。
在第三階段，在時刻t2，壓力達到P2，大於P1，以實施薄片29的長絲8的額外鑄造。從曲線58可以看到，直至時刻t2都很小且一致的對薄片29的壓縮，由於額外鑄造變大了，這就是說電流流動(因此加熱)和高壓合在一起。然後進行焊接。
在第四階段，時刻t3後，壓力減回至其值P1。
在第五階段，從壓力恢復其值P1的時刻t4開始，電流重設至零，而壓力保持在值P1，目的是在它冷卻時保持焊縫在適當位置，直到時刻t5，開始最後階段，減小電極33、34所施加的壓力至零，結束過程。
從曲線58可注意到，在第四、第五和最後階段，薄片29的壓縮可通過彈性作用稍微減小(就是說薄片的厚度再次有輕微的增加)。壓縮通常在0.05到0.15mm的範圍內。
因此，由於此在兩電極間的焊接過程，鍍層長絲8的金屬殼局部加熱焊接，在它們間和它們與它們的支座間形成結合，在剛剛敘述的案例中是支座30的外表面，沿正電極33的端部部分37和薄片29間的接觸區域的窄帶形成結合。進行該焊接不會傷害陶瓷纖維。更準確地說，通過中頻電流影響局部溫度，鍍層長絲8的殼的組成材料保持固態，但達到焊接(和鑄造)該材料的溫度範圍，並沒有達到材料的熔點。電極施加的壓力，典型地為10DaN數量級，允許焊接被激活。因此，沿該帶，獲得一單一厚度的金屬，陶瓷纖維設在該金屬中，所述纖維沒有被焊接操作損壞。
薄片29因此固定到支座30，使得纏繞過程可以開始。該固定不需要非常結實——它是一足以應付想要的應用的焊接保持帶，此處鍍層長絲8薄片29纏繞到心軸上。
參照圖20，在纏繞結束時執行同樣的操作，把薄片29的端部焊接到就位於它下面的薄片29的底層上。使用的接觸焊接過程類似。優化由中頻發生器32產生的電流和正電極33施加的壓力，最好僅使兩最外層的薄片29在一很窄的寬度上焊接在一起，沿焊接帶，如上面一樣，構成一單一層，該單一層內有兩條陶瓷纖維。並不排除把多層薄片29焊在一起。這不會帶來缺點。這是因為，如果纏繞的目的是構成一元件中的嵌入物，不管什麼情況組件都將在後面進行壓縮。儘管如此，控制能量水平可以到達控制焊接的薄片的深度的目的。電流從正電極33穿過薄片29各層和心軸30到達負電極34。「冷」壓縮過程為電流的適當流動保證了層間接觸。
圖21和22，分別象圖17和20，圖示了一薄片29′，纏繞在心軸30′上，薄片29′在纏繞開始時焊接到心軸30′上(圖21)，至少最後兩層在纏繞結束時焊在一起(圖22)。這些焊接操作此處是使用電焊設備31′完成，電焊設備31′包括一中壓發生器32′(類似於圖17和20中設備31的發生器32)和兩電極，正電極33′和負電極34′。這些電極33′和34′具有與圖17和20的電極33、34相同的圖18中的橫截面形狀，但它們延伸與心軸30′構成的柱體高度相等的長度，而是延伸的短一些。因此，當正電極33′施加到薄片29′時，負電極34′垂直的與正電極33′成一線頂著心軸30′的內表面，沿該接觸線它並不佔據薄片29′的全部寬度，只是該寬度的一部分。該接觸焊接過程如同前面一樣實施，除了電極要沿著薄片29′的寬移動以在薄片29′的整個寬焊接一焊接帶。最好地，薄片29′在與電極33′、34′相同寬度的帶上焊接，後者是靜止的，然後電極33′、34′轉移以焊接以相鄰帶。如果需要，還可僅在電極33′、34′寬的帶上把薄片29′焊接到心軸30′，或者把兩層薄片29′焊接在一起。
如果焊接是以圓周方式沿薄片的周長進行，例如在心軸30的端部，焊接設備需要調整，因為需要把薄片沿與心軸端部曲線同心的圓形曲線把薄片焊接到它的支座上。為了達到這個目的，可以為正極設置一與該曲率匹配的凹陷端部，和/或在焊接過程中繞其軸轉動心軸。
還可以通過使用圖8、11、12或13其中之一的設備在包裹在心軸上的薄片上沿一與心軸的軸平行的縱向帶生成一縱向焊接帶。
雖然接觸焊接過程結合預成型的鍍層長絲薄片描述，但該過程同樣可用於把長絲捆焊接到支座，所述長絲肩並肩放置不需要預先固定在一起，或者焊接單條鍍層長絲。
用於焊接一條或多條長絲的接觸焊接過程同樣可以想像用於修理一條長絲或者長絲捆或長絲薄片，如果在纏繞時它被弄斷。在現有技術中，當長絲盤繞時，長絲的折斷意味著纏繞過程不得不停止，需要開始新的纏繞，被纏繞和折斷的長絲就浪費掉了。該接觸焊接過程捨得長絲的折斷端可以被焊接在一起並恢復纏繞。這還可被應用於長絲薄片或長絲捆，或者應用到任何需要把鍍層長絲或鍍層長絲薄片或者鍍層長絲捆焊接到一個支座的過程。
總之，此處描述的焊接過程允許鍍層長絲或鍍層長絲薄片或者鍍層長絲捆局部焊接到金屬支座，可以理解此支座可以是嚴格意義上的支座(一金屬壁)，還可以是長絲或者另一層薄片(或捆)或另一個薄片(或捆)。在纏繞過程中，該焊接過程使得設想修理步驟成為可能，這在以前是不可能的，使得為了構成一嵌入物進行纏繞薄片的過程成為可能，使得為了構成一帶有嵌入物的管狀元件繞心軸包裹薄片的過程，成為可能。它避免了如現有技術中那樣不得不提供銅或焊料或粘合劑。鍍層長絲或者鍍層長絲薄片的微笑變形是無關緊要的，因為不管什麼情況，它們都需要進行後續的壓縮，以獲得包含有陶瓷纖維的金屬基嵌入物。陶瓷纖維不會在該過程中受到損壞。
根據另一實施方法，構成一鍍層長絲嵌入物，它包括用於結合繞盤開始端和繞盤結束端的輔片，該鍍層長絲嵌入物通過上述過程獲得，帶有接合輔片的盤繞嵌入物被放進容器的空腔，加上環形蓋子，組件通過熱等靜壓壓縮以獲得帶有複合嵌入物的元件。
因此，從一個或多個鍍層長絲捆或鍍層長絲薄片直接纏繞使得可以控制元件的複合嵌入物中的陶瓷纖維的排列和密度。
現在將描述用於製造複合嵌入物過程的一個變體。
在上述的包括一纏繞鍍層長絲薄片的步驟的製造複合嵌入物的過程中，通過接觸焊接，薄片在纏繞開始時固定到容器或心軸，在纏繞結束時固定到前一層。
可能需要一種嵌入物，它不含有焊縫，也不需要直接固定到容器或心軸，該嵌入物可被處理並隨後導進容器的環形空腔。
因此，提出一種用於製造嵌入物的過程，它包括一在纏繞開始和結束時機械地用輔片接合鍍層長絲。
參照圖15，它所示為用接合步驟結束薄片纏繞，接合步驟在纏繞開始和纏繞結束時使用輔片，許多鍍層長絲薄片59在兩法蘭60、61間纏繞，在法蘭60、61間心軸62延伸，通過心軸62法蘭60、61構成一體。因此法蘭60、61和心軸62構成一迴轉體。最好地，鍍層長絲薄片59通過前面描述的生成鍍層長絲薄片的過程獲得。
參照圖12，在纏繞第一層薄片59的過程中，薄片被纏繞並帶有輔片，也即一金屬薄片。該輔片最好用與鍍在長絲上的材料一樣的材料製成，或者是類似材料，此處為鈦合金。最好地，輔片的寬度與鍍層長絲薄片59的寬度相同。輔片的長度要比它所纏繞的心軸的周長要長一點。
輔片63放置在纏繞的薄片59下面，薄片59的第一端部分64向上遊延伸超過輔片63的第一端部分65。輔片63和薄片59用一圈繞心軸62纏繞，輔片63因此與心軸62接觸。在這圈的末尾，輔片63在薄片59的第一端部分上超過，並部分地覆蓋它，其第二端部分66位於輔片63的第一端部分65層上，因此覆蓋它，輔片63在其兩端部部分65、66間覆蓋著第一層薄片59，尤其是覆蓋著第一層薄片59的端部64。輔片63因此提供了接合薄片59(此處是接合薄片59的第一層)和要構成的嵌入物的內部部分的功能，因為它的第二端部分66由其他層的薄片59阻擋。
繼續纏繞薄片59直到纏繞需要數量的層數，參照圖13，在纏繞結束時，在最後一圈位於最後一層薄片59的上加入另一個輔片63′並纏繞，這樣來提供薄片59與盤繞嵌入物的外部部分接合的功能，此處為接合薄片59的最後一層。除了長度外，纏繞結束輔片63′類似於纏繞開始輔片63，纏繞結束輔片63′的長度要依照最後一層薄片59的周長來裁剪。輔片63′的第一端部分65′置於薄片58的第二端部分64′下，與最後一層的端部部分64′相應。輔片63自己繞最後一層薄片59纏繞，其第二端部分66′在薄片59的第二端部分64′的上超出，最後一層薄片59正好卡在纏繞結束輔片63′的第一端部分65′和第二端部分66′間。
最好地，纏繞結束輔片63′的長度這樣來選定，其第二端部分66′在薄片59的第二端部分64′的上超出，且與纏繞結束輔片63′的外表面在其第一端部分65′附近接觸。最好在該例中，第二端部分66′通過任何適當的焊接過程焊接在輔片63′的外表面。也可以使用其他任何固定手段。
這樣，獲得一個多層纏繞的鍍層長絲盤繞圈，在其內表面具有接合手段，即纏繞開始輔片63，在其外表面具有接合手段，即纏繞結束輔片63′。這些輔片63、63′把盤繞圈箍在一起，於是盤繞圈可從塊件的心軸62和法蘭60、61取下、處理等。為了達到這個目的，可拆去其中一個法蘭。該圈構成一盤繞的複合嵌入物68。嵌入物68的硬度取決於輔片63、63′的選定厚度。典型地，該厚度對於鈦合金來說在0.2和0.5mm之間。內輔片63，或者纏繞起始輔片63構成盤繞嵌入物68的支撐基座。外輔片63′，或者纏繞結束輔片63′構成盤繞嵌入物68的外封皮。
一旦嵌入物68從其支撐物上取下，薄片59的第一端部分64向內側延伸，越過輔片63的第一端部分65。最好地，參照圖14，圖14隻畫出最開始的兩層盤繞嵌入物68，端部部分64切斷，與輔片63的端部直線對齊。
最好地，內輔片63的第二端部分66和外輔片63′的第一端部分65′厚度要比討論的輔片63、63′的其他部分的厚度要小一些，至少是在討論的輔片63、63′的與薄片59的端部部分64、64′和輔片63、63′的端部部分65、66′對齊的地方。這樣能減小由於輔片的重疊而造成的徑向隆起。最好地，內輔片63的交迭處和外輔片63′的交迭處在角度上偏移開，以減小徑向隆起。
輔片63、63′其餘厚度是折衷的結果。這是因為每個輔片63、63′的厚度要儘量的小，以減小由於輔片的出現而帶來的徑向隆起，但其厚度還要大到足夠確保盤繞嵌入物68的硬度，以備由其應用決定的後續處理。
參照圖16，盤繞嵌入物68一旦用其接合或保持輔片63、63′生成，就放進容器51的環形空腔52中，容器51類似於前面提到的容器或在先技術的容器。加上環形蓋48，組件通過熱等靜壓壓縮，以已知的方式獲得帶有複合嵌入物的元件。
權利要求
1.用於製造帶有由複合物製成的嵌入物的元件的方法，複合物由金屬基構成，金屬基中有陶瓷纖維延伸，由複合物製成的嵌入物從多條鍍層長絲得到，每條鍍層長絲由鍍有金屬殼的陶瓷纖維構成，其特徵在於它包括一製造嵌入物的步驟，該步驟為繞一迴轉體(39；62)垂直於所述體的旋轉軸纏繞一鍍層長絲捆或鍍層長絲粘合薄片(47)。
2.如權利要求1所述的製造帶有由複合物製成的嵌入物的元件的方法，其特徵為纏繞步驟包括在纏繞開始時，一纏繞用於接合嵌入物內部部分的金屬輔片(63)的步驟；在纏繞結束時，一纏繞用於接合嵌入物外部部分的金屬輔片(63′)的步驟；這樣構成盤繞的嵌入物，所後該嵌入物嵌入容器(51)的環形空腔，蓋子(48)加到容器(51)上，組件用熱等靜壓壓縮。
3.如權利要求1所述的製造帶有由複合物製成的嵌入物的元件的方法，其特徵為鍍層長絲捆或薄片(47)繞心軸(53)纏繞，該心軸隨後被嵌入容器(51)的環形空腔(52)，在容器(51)上加上蓋子，組件用熱等靜壓壓縮。
4.如權利要求1所述的製造帶有由複合物製成的嵌入物的元件的方法，其特徵為鍍層長絲捆或薄片(47)繞迴轉體(39)纏繞構成容器(51)的內部部分，蓋子(48)加在容器(51)上，組件用熱等靜壓壓縮。
5.如權利要求3或4所述的製造帶有由複合物製成的嵌入物的元件的方法，其特徵為在纏繞步驟開始時，通過在兩電極(33，34)間的接觸焊接過程和中頻電流的穿過，鍍層長絲捆或薄片固定到迴轉體。
6.如權利要求3或4所述的製造帶有由複合物製成的嵌入物的元件的方法，其特徵為在纏繞步驟結束時，通過在兩電極間的接觸焊接過程和中頻電流的穿過，鍍層長絲捆或薄片固定到纏繞圈。
7.如權利要求1到6中任意一項所述的製造帶有由複合物製成的嵌入物的元件的方法，其特徵為纏繞鍍層長絲接合薄片，該薄片通過製造薄片(29)的過程製造，在製造薄片(29)的過程中，鍍層長絲(8)雷射焊接(13)以在兩相鄰長絲間生成焊點。
8.如權利要求1到7中任意一項所述的製造帶有由複合物製成的嵌入物的元件的方法，其特徵為鍍層長絲在嵌入物內以交錯方式纏繞。
全文摘要
用於製造帶有由複合物製成的嵌入物的元件的過程，複合物由金屬基構成，金屬基中有陶瓷纖維延伸，由複合物製成的嵌入物從多條鍍層長絲得到，每條鍍層長絲由鍍有金屬殼的陶瓷纖維構成，其特徵在於它包括一製造嵌入物的步驟，該步驟為繞一迴轉體(39；62)垂直於所述體的旋轉軸纏繞一鍍層長絲捆或鍍層長絲粘合薄片(47)。該嵌入物隨後在容器中經歷熱等壓縮步驟。該過程用於製造航空渦輪機元件。
文檔編號B23K26/22GK1868627SQ20061008361
公開日2006年11月29日 申請日期2006年5月29日 優先權日2005年5月27日
發明者讓-麥可·弗朗徹特, 讓-弗朗西斯·弗勞曼汀, 克里斯多福·格勞斯博斯, 吉勒斯·克雷恩 申請人:斯奈克瑪