通过激光工艺生产涡轮机零件的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过激光工艺制造涡轮机零件的方法。根据本发明专利技术，通过激光束制造零件，其具有朝衬底(5)喷洒金属粉末的喷嘴(1)。首先，以预定的方式限定喷嘴的轨迹，然后在零件(7)的生产过程中，先前已经记录的理论参考距离D0以及然后测量的实际距离作比较，并且基于所述距离之间的偏差阈值修改喷嘴的轨迹。

Method of producing turbine parts by laser process

The present invention relates to a method for manufacturing turbine parts by laser process. According to the present invention, a laser beam is used to produce a part having a nozzle (1) for spraying metal powder toward a substrate (5). First of all, in a predetermined manner define a nozzle path, and then in part (7) of the production process, a theoretical reference distance D0 has been previously recorded and then compare the actual distance measurement, and modify the distance between the nozzle deviation threshold based on trajectory.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过激光工艺生产涡轮机零件的方法本专利技术涉及一种通过激光束生产或修复涡轮机零件的方法。其也涉及使用该方法生产的涡轮机零件。在也称为“激光金属沉积”的这种方法中，喷嘴朝衬底喷洒金属粉末，从而在沉积方向上通过层或珠一个在另一个上的连续沉积生产该零件。通常是金属粉末混合物的所考虑的粉末通过激光束熔化。每个珠的厚度通常在0.05mm到1mm之间的范围。如果需要优化表面状态，低厚度应该是优选的。该方法可以生产大尺寸零件，特别地在高度(标准正交的X、Y、Z系统中的Z轴)方面。然而，很难获得因此生产的零件(或零件的部分)的有保证的最终尺寸。粉末速率的变化、喷洒喷嘴的重新加载速度、激光功率或零件的温度，可导致尺寸的变化，特别地在沉积层高度方面的变化。局部地，这些变化可具有很小的影响；但是，当以及随着这些层沉积时，这些可增加并且甚至引起一种导致产生锯齿状沉积的不稳定沉积。这里一个目标是为所有或部分的上述缺点提供一种解决方案。为此，通过使用激光束喷洒金属粉末来生产或修复的所提出方法的特征在于：-首先，预定喷嘴的轨迹，-然后，在该零件的生产过程中：-参考平行于所述层沉积方向的定向，先前已经记录的理论参考距离D0以及然后测量的实际距离作比较，并且基于理论参考距离和所测量的实际距离之间的非空偏差阈值修改喷嘴的轨迹。通过喷嘴的初始限定轨迹中的一个或多个修改，时间设定初始生产程序将可以更接近于该零件的预期最终尺寸特征。因此，可以预期一种更好的表面状态，锯齿不像以前那样明显。由于这影响了一个或多个几何参数，该解决方案进一步避免了需要修改工艺参数：激光功率、两个连续沉积层之间的重新加载速度、粉末速率…。为了能够保证所沉积材料的高度是所预期的高度，需要建议的是，所实施的调整测试应该：-用于喷嘴的预定轨迹的限定，以包括沿Z轴所述轨迹的限定，所述Z轴对应于层沉积的所述方向以及该零件的高度，-用于沿所述Z轴测量的实际距离，-以及用于沿所述Z轴修改喷嘴的轨迹。当实施以上操作时，已经发现的是，不修改喷嘴和与之相对层的顶部之间的距离，可能更有效，并且更确切地，优选地，-在所述层的沉积方向上以连续步骤生产该零件，同时使喷嘴远离衬底(并且因此，从第二层远离先前沉积的层)，-以及，-喷嘴的预定轨迹包括预定数量的这些步骤；-以及通过改变所述预定数量的步骤修改喷嘴的轨迹。相似地，提供了：-要沉积的预定数量的所述层应该对应于喷嘴的预定轨迹(在机器程序中)，-仍需要沉积的修改数量的所述层应对应于喷嘴的修改轨迹，-并且通过用需要沉积的所述预定数量的层替换仍需要沉积的修改数量的层，应该修改喷嘴的轨迹。在该零件的生产过程中，当连续地沉积层和/或仍需要沉积的层数量，随时间修改步骤的数量与改变这些层的厚度相比将先验地更容易和更安全地实施和控制。与此相关，另外提出了：-对于每层，通过将喷嘴移动远离衬底，即层沉积的方向，通过连续地沉积具有相同厚度的层生产该零件，-和/或：-在衬底和与所述衬底相对的喷嘴一端之间的确定距离应该对应于理论参考距离，-并且在该零件的生产过程中，在每层的沉积开始或结束时应保持该确定的距离。保持这种“确定距离”和/或旨在沉积具有相同厚度的堆叠层的沉积条件，将增强该解决方案的稳定性。该解决方案的一个优点也在于快速生产。此外，还发现的是，等待一段时间对于测量精度的不确定性足够低是非常必要的。这就是其中在该零件的生产过程中所提供的环境，-应该测量所述实际距离，-和/或修改的轨迹，仅在已经沉积几个层后，如果达到了所述偏差。优选地，在该零件的生产过程中需要建议的是：-实施所述实际距离几个连续测量，-并且，如果达到了所述偏差，-与先前的测量相比，仅在已经沉积了几层后修改喷嘴的轨迹。需要解决的另一问题是限定如何获得上述距离数据。一种使用测量自动聚焦相机的解决方案是优选的。因此已经提出了使用一种带有自动聚焦系统的相机来获取理论参考距离和实际距离。需要解决的另一问题是获得可靠的测量，这并不依赖于沿激光轴相对产生的零件上熔池的形成条件。具体地，当沿所述Z轴发射激光束时，平行于该轴或以一种具有平行于所述Z轴的投影的角度(A)，测量远离所述Z轴的理论参考和实际距离是优选的。这将可以防止相机瞄准熔池。在阅读参照附图时通过非限制性示例给出的以下描述后，将会更好地理解本专利技术，并且本专利技术的其他细节、特征和优点将会显而易见，其中：图1示意性地示出了在“激光金属沉积”型的选择性粉末熔化机中的粉末喷嘴的一端，图2、3、4示意性地示出了这种喷洒喷嘴，其然后配备有分别在开始(图1)和在生产过程中，测量理论参考距离以及在该零件的生产过程中实际距离的设备，图5是本专利技术的控制过程的框图，其旨在保证达到(至少部分地)该零件的预期最终尺寸特征，以及图6示意性地示出了使用该技术获得的零件。图1示出了激光金属沉积机2的已知喷嘴1。喷嘴喷洒金属粉末3a、3b的混合物3到衬底5上(图2到4)，从而生产在图6中具有附图标记7的零件。衬底5是该领域的常规支撑件，并适用于沉积在其上的被喷洒材料的连续层111、112、113、…、11i…(图3、4)，与朝这种衬底发射的激光束13相关。该粉末或混合物然后被熔化，以在也被熔化的表面上产生均匀和致密的沉积。通常，这种连续沉积或堆叠在整个生产过程中通过中性气体保护，以防止任何氧化问题。该技术可以执行4-5毫米数量级的广泛沉积，以及更薄沉积(500μm宽)。由于快速生产的喷嘴和衬底不接触，不发生磨损。以下，我们将公开一种情况，其中，如图所示，喷嘴1在层沉积方向上，这里(基本)垂直地，沿Z轴朝衬底喷洒金属粉末3，用于制造期望零件的高度(部分)。激光束13因此朝衬底沿Z轴发射，并且在这种情况下，以上提到的理论参考和实际距离将平行于该轴或以一种具有平行于Z轴的投影的角度A(图4)被测量。这里所研发的方法然而可沿常规的标准正交X、Y、Z系统(图2)的另外两个X、Y轴的任一个来实施。可因此沿X、Y轴之一想象测量相机15的水平瞄准。在所示出的优选示例中：喷嘴1包括与Z轴共轴的两个同心圆锥部16a、16b。源于激光源17，并且如果需要的话，使用镜面19，激光束13朝衬底5在中心圆锥部16a的中心垂直地发射。金属粉末3a、3b的混合物3在外圆锥部16b中循环，并且它向下朝衬底5经由载气21b从该外圆锥部被喷洒出来。另一气体21a在内圆锥部16a中围绕激光束13。由于激光束13，由混合物3所产生的材料的沉积可能不均匀。例如，如果两个圆锥部不再定心，更多材料可散布在一侧，而不是另一侧。金属粉末可以是钛合金(TA6V、Ti71、6242、…)，镍和钴基合金(Inco718、HastelloyX、René77、René125、HA188)和钢(Z12CNDV12，17-4PH)。材料层111、112、113…11i…的连续沉积因此将堆叠在衬底5上，直到获得期望零件7。图5的框图是生产这种零件的主要步骤的综合，在本专利技术的一个优选实施方式中表示喷嘴并且更通常地沉积机2控制程序，该框图已经与如下步骤一起形成：-步骤27：首先，在开始生产该零件之前，在衬底5的表面和喷嘴的一个位置1a之间测量(在27a中使用自动聚焦45；见下文)和计算(27b)理论参考距离D0并存储到存储器29内，这里与其一起沿Z本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过激光束(13)生产或修复涡轮机零件的方法，其中，喷嘴(1)朝衬底(5)喷洒金属粉末(3)，从而通过在一个方向上，在彼此之上层(11)的连续沉积生产该零件(7)，因此使喷嘴遵循轨迹，其特征在于，首先以预定方式限定喷嘴的轨迹，然后，在该零件的生产过程中：‑参照平行于层(11i)沉积方向的定向，比较先前已经记录的理论参考距离(D0)和然后测量的实际距离(Di)，并且‑基于在理论参考距离和实测距离之间的非零偏差阈值，修改喷嘴的轨迹。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.23 FR 14632661.一种通过激光束(13)生产或修复涡轮机零件的方法，其中，喷嘴(1)朝衬底(5)喷洒金属粉末(3)，从而通过在一个方向上，在彼此之上层(11)的连续沉积生产该零件(7)，因此使喷嘴遵循轨迹，其特征在于，首先以预定方式限定喷嘴的轨迹，然后，在该零件的生产过程中：-参照平行于层(11i)沉积方向的定向，比较先前已经记录的理论参考距离(D0)和然后测量的实际距离(Di)，并且-基于在理论参考距离和实测距离之间的非零偏差阈值，修改喷嘴的轨迹。2.根据权利要求1所述的方法，其中：-限定喷嘴的预定轨迹首先包括沿Z轴限定所述轨迹，所述Z轴对应于层(11i)的所述沉积方向和该零件(7)的高度，-沿所述Z轴测量该实际距离(Di)，-并且沿Z轴修改喷嘴的轨迹。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中：-在远离衬底(5)逐步地移动喷嘴的同时在层(11i)的所述沉积方向上生产该零件(7)，-喷嘴(1)的预定轨迹包括预定数量的这些步骤，-并且，通过改变所述预定数量的步骤修改该喷嘴的轨迹。4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中：-要沉积的预定数量的所述层(11i)对应于喷嘴(1)的预定轨迹，-仍需要沉积的修改数量的层对应于喷嘴的修改轨迹，-并且，通过用需要沉积的所述预定数量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：让巴普蒂斯特·莫顿，
申请(专利权)人：赛峰航空器发动机，
类型：发明
国别省市：法国,FR