中空金属物体和用于制造其的方法技术

一种制造中空金属构件的方法，包括以下步骤：提供至少一个芯部，其包括第一侧面和相反侧面；使用第一金属喷涂工艺以将至少一种金属或金属合金施加至芯部的第一侧面，从而产生包括第一侧面和相反侧面的部分形成的结构；以及使用第二金属喷涂工艺以将至少一种金属或金属合金施加至在部分形成的结构和芯部的相反侧面，从而产生粗糙结构。中空金属构件包括具有内外表面的第一侧面，具有内外表面的相反侧面，第一侧面和相反侧面的内表面限定至少一个空腔。构件是一体形成的，且具有包括相对不同材料组分的区域，区域在其间具有材料的逐渐过渡。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】
技术介绍
本文中描述的技术大体上涉及用于制造中空金属物体的方法，并且更具体地涉及用于燃气涡轮发动机的用作翼型件的这类物体。许多燃气涡轮发动机组件包括中空金属物体，诸如风扇叶片形式的翼型件，和/或非旋转固定翼型件，诸如导叶。物体内的中空区域可用于减轻重量和/或给予其它期望的结构性能。带有好的性能和尺寸控制的中空金属结构常常很难加工，并且由于常规技术的处理复杂及低的产量，这些结构可以是昂贵的。现已通过几种方法制造中空金属结构。铸造是花费得起的，但薄壁区段可能难以控制并且材料性能可能很差。可以以多种方式来完成制造。零部件可由金属板材切割和形成、铸造、研磨和/或“超塑性形成”。结合可以通过熔焊、固态焊接、扩散结合、活化扩散结合、钎焊、螺栓连接或粘接结合。焊接生成局部的热影响区，其需要后续的热处理。由于局部的合金化，钎焊和活化扩散结合可具有局部的低性能区域。粘接结合可缺乏足够的强度。在高温长时间处理会降低材料的性能，诸如疲劳性能和延展性。存在对用于制造具有成本效率且生产带有号的物理性能和尺寸控制的结构的中空金属物体的改善的制造方法的需求。
技术实现思路
在一方面，制造中空金属构件的方法包括以下步骤:提供至少一个芯部，其包括第一侧面和相反侧面;使用第一金属喷涂工艺以将至少一种金属或金属合金施加至芯部的第一侧面，从而产生包括第一侧面和相反侧面的部分形成的结构；以及使用第二金属喷涂工艺以将至少一种金属或金属合金施加至部分形成的结构和芯部的相反侧面，从而产生粗糙结构。在另一方面，一种中空金属构件包括具有内外表面的第一侧面，具有内外表面的相反侧面，第一侧面和相反侧面的内表面限定至少一个空腔。构件是一体地形成的，且具有包括相对不同材料组分的区域，区域在其之间具有材料的逐渐过渡。【附图说明】图1是示例性的燃气涡轮发动机的立面横断面视图；图2是用于燃气涡轮发动机的现有技术风扇叶片形式的示例性中空金属物体的立面图；图3是风扇叶片形式的现有技术中空金属物体的横断面图示；图4是图3的现有技术风扇叶片的扩散结合区域的放大横断面视图；以及图5-12是在形成过程中的八个阶段处的示例性中空金属物体的横断面图示。【具体实施方式】图1是具有纵向轴线11的示例性燃气涡轮发动机组件10的横断面示意图。燃气涡轮发动机组件10包括风扇组件12和核芯燃气涡轮发动机13。核芯燃气涡轮发动机13包括高压压缩机14、燃烧器16和高压涡轮机18。在示例性的实施例中，燃气涡轮发动机组件10还包括低压压缩机20、和多级增压器32，以及基本环绕增压器32的分流器34。风扇组件12包括从转子盘26径向向外延伸的风扇叶片24的阵列，其前部部分通过流线型整流罩25包封。燃气涡轮发动机组件10具有进气侧28和排气侧30。风扇组件12、增压器32、涡轮机20通过第一转子轴21联接在一起，并且压缩机14和涡轮机18通过第二转子轴22联接在一起。运行中，空气流动穿过风扇组件12，并且空气流的第一部分50被引导穿过增压器32。从增压器32排出的压缩空气被引导穿过压缩机14，其中在压缩机141处空气流被进一步压缩并输送至燃烧器16。来自燃烧器16的燃烧热产物(在图1中没有示出)被用于驱动涡轮18和20，且涡轮20被用于通过轴21的方式驱动风扇组件12和增压器32。燃气涡轮发动机组件1在设计运行条件和非设计运行条件之间的运行条件范围内是可运行的。从风扇组件12排出的空气流的第二部分52被引导穿过旁通管40以旁通来自风扇组件12的空气流的一部分环绕核芯燃气涡轮发动机13。更特别地，旁通管40在风扇壳或罩36和分流器34之间延伸。因此，例如，来自风扇组件12的空气流的第一部分50被引导穿过增压器32，然后进入到如上所述的压缩机14，来自风扇组件12的空气流的第二部分52被引导穿过旁通管40来为飞行器提供推力。分流器34将进入的空气流分别分流为第一和第二部分50和52。燃气涡轮发动机组件10还包括风扇支架组件60来为风扇组件12提供结构支撑并还用于将风扇组件12连接至核芯燃气涡轮发动机13。风扇框架组件60包括多个出口导向叶片70，其在径向外部安装的凸缘和径向内部安装的凸缘之间基本径向地延伸并在旁通管40内周向地间隔。风扇框架组件60还包括在径向外部安装的凸缘和径向内部安装的凸缘之间联接的多个支柱。在一个实施例中，风扇框架组件60制成弧形段，其中凸缘联接至出口导向叶片70和支柱。在一个实施例中，出口导向叶片和支柱在旁通管40内同轴地联接。可选地，出口导向叶片70在旁通管40内联接在支柱的下游。风扇框架组件60是燃气涡轮发动机组件10的各种框架和支撑组件中的一个，其用于有助于维持燃气涡轮发动机组件10内各种构件的定向。更特别地，这种框架和支撑组件与固定构件相连接并提供转子轴承支撑。风扇框架组件60在旁通管40内联接在风扇组件12的下游使得出口导向叶片70和支柱围绕风扇组件12的出口周向地间隔并延伸横穿从风扇组件12排出的空气流路径。风扇组件的构件和风扇框架组件(诸如风扇叶片、风扇叶片的金属前缘、出口导向叶片，及支柱)常常是基本中空的，以便减轻重量和/或赋予其它期望的结构性能。然而，这种中空构件利用常规的工艺常常加工困难并很昂贵。另外，常规的工艺可能会导致构件具有不期望的特征，诸如薄壁;围绕结合、焊缝和钎焊的弱区域；由于制造限制的厚壁；以及带有不足的相异的材料性能的构件。图2示出了通过常规制作工艺制造的风扇叶片24形式的常规的中空金属物体，其中叶片被成形为两部分，然后两部分通过扩散结合连结在一起以形成内部中空空间。图3是风扇叶片24的横断面图，示出了两部分81、82沿着结合线83连结。如图4示出的放大部分，存在诸如84处所示边缘缺陷及两部分结合的许多接触表面存在应力集中的可能，以及确保完整地和恰当地形成扩散结合以避免诸如85处所示的不结合区域的挑战。如图2中所示，风扇叶片24可具有对性能和/或耐久性或其它考虑期望的不同特性的不同的区域。例如，在外前缘的区域A可期望具有高密度和高的模量特性。在外前缘的区域B和在平台区域的D可期望有高的断裂应变特性(如15%的延伸)。在叶片的弦线中点区域的区域C可期望具有高的模量和低的密度特性。在叶片的根部附近的区域E可期望具有最佳的高循环疲劳比低循环疲劳(HCF/LCF)特性及用于构造的焊接能力，其可焊接至圆盘来结合以形成整体叶盘。常规地制备的诸如图2-4的风扇叶片24的中空风扇叶片利用蜂巢芯并钎焊在一起，通过超塑成形和扩散连结(SPF-DB)的桁架芯(truss core)，及通过机械加工和扩散结合或焊接的肋芯(rib core)来制造。带有多种材料特性的叶片常规地通过将不同材料结合在一起形成(MLE到复合或铝制的叶片)来制造。中空叶片(诸如风扇叶片24)使用目前的常规加工方法典型地是昂贵的。金属叶片通常在整个叶片上限于一种材料特性。用于复合或金属叶片的结合前缘使用常规的加工方法加工是昂贵的，且需要二次工艺来附接至机翼。...

【技术保护点】
一种制造中空金属构件的方法，包括以下步骤：提供至少一个芯部，其包括第一侧面和相反侧面；使用第一金属喷涂工艺以将至少一种金属或金属合金施加至所述芯部的所述第一侧面，从而产生包括第一侧面和相反侧面的部分形成的结构；使用第二金属喷涂工艺以将至少一种金属或金属合金施加至所述部分形成的结构和所述芯部的相反侧面，从而产生粗糙结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·F·普伦蒂斯，E·A·奥特，A·P·伍德菲尔德，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US