用于保持涡轮发动机部件的工具，包括用于连接和固定部件的装置以及通过铜焊或焊接 ...的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于保持涡轮发动机部件以连接金属零件（32、34）到所述部件上的工具，所述工具包括用于固定部件的第一装置（102、104）和用于在部件表面上定位零件（32、34）的第二装置，所述第二装置是可拆卸的和包括模板（106、107），该模板将要被安装到部件的一部分上和包括用于接收和定位零件的开口，以及用于承靠在零件（32、34）上以保持后者靠着部件表面的装置（108），模板（106、107）的开口的周缘包括至少一个凹槽，用于通过定位焊接将零件连接到表面（32、34）上的装置通过该凹槽。
【专利说明】用于保持涡轮发动机部件的工具，包括用于连接和固定部件的装置以及通过铜焊或焊接连接所述部件的零件
[0001]本发明涉及用于保持涡轮发动机部件，例如以通过焊接或通过铜焊在所述部件上固定金属零件的工具，并且本发明也涉及通过工具在涡轮发动机上固定金属零件的方法。
[0002]本发明特别地，但不是专门地适于使用焊接或铜焊，以在涡轮发动机的涡轮机的中空叶片上固定金属零件，诸如板或球粒。
[0003]这种类型的叶片包括通过平台连接到鸠尾榫、圣诞树或类似类型的根部的翼型，用于插入在涡轮机的转子圆盘中互补形状的狭槽中。
[0004]叶片具有用于通过冷却空气流的内部通道，该通道形成在通过铸造的叶片制造期间，铸造中绕着陶瓷核心浇铸熔化的金属合金。核心通过叶片根部的径向内平面表面。在铸造材料已经冷却后，移除或排除陶瓷核心(例如，通过化学地溶解)，因此在叶片根部的上述表面中留下了自由的开口。这些开口连通叶片中内通道，并且可以使用这些开口给它们输送冷却空气。然而，它们具有变化的形状和尺寸，这意味着不可能最佳化叶片通道中空气流动的速率。
[0005]已经提出为了校准目的，在这些叶片根部表面上固定板和球粒的建议，以限制和控制通过上述孔口的叶片冷却空气的流动速率。
[0006]球粒通常地是圆形的，并且设计为覆盖叶片根部表面中上述开口，以封闭它和由此防止空气通过所述开口流入到叶片的通道中。两个或多个球粒可以固定于叶片根部的上述表面。
[0007]每个板通常地是矩形形状，用于覆盖叶片根部的几乎整个表面，并且它包括校准孔，即，每个孔都具有精确的形状和尺寸，每个连通叶片根部表面中分别的一个开口。这些表面中一些开口被板所塞住，而其它开口连通板中校准孔口。
[0008]在现有技术中，每个板或球粒通过铜焊固定在叶片根部的上述表面上，其中铜焊操作基本上包括在板或球粒和叶片根部表面之间沉积填充金属，然后在炉中放置组件，炉内温度升高到足以熔化填充金属。
[0009]铜焊步骤在定位焊接板或球粒的步骤之前，同时通过给电容器放电人工地进行这种定位焊接，并且该定位焊接用于保持板或球粒固定于叶片根部表面上。
[0010]在这些定位焊接和铜焊步骤期间，必须保持叶片固定，因为叶片的任何移动都可能导致叶片相对于待要被固定的零件，很差地被定位，并且可能有损害叶片的风险。同样地，在定位焊接步骤期间，板或球粒必须被定位和保持固定在部件表面上，以防止它在表面上移动和/或离开表面。
[0011]在现有技术中，用于在叶片根部上保持叶片固定和用于定位金属零件的装置不能使零件被精确地定位在叶片上，它们也不能使零件相对于叶片保持固定。因此，它们不能使金属零件以正确地可重复和可靠的方式被固定在叶片根部上。因为叶片根部上零件的差的固定和差的定位，大量叶片被废弃，并且这代表主要的财务损失。
[0012]本发明的特定目的是针对该问题提出简单、有效和廉价的方案。
[0013]为此，本发明提供了用于保持涡轮发动机部件以在部件上固定金属零件的工具，该工具具有固定于部件上和保持它固定的第一装置，以及用于在部件表面上定位零件和用于保持它固定的第二装置，该工具的特征在于:所述第二装置是可拆卸的以及包括夹具，该夹具用于安装在部件的一部分上和包括用于接收零件的开口，夹具中开口周缘的至少一部分配合零件，以在部件表面上定位它，该周缘包括用于装置穿过的至少一个凹槽，该装置用于通过定位焊接在表面上固定零件，第二装置也包括用于压靠在零件上的压靠装置，以保持它靠着部件表面。
[0014]本发明工具的夹具能够使金属零件以很大的精确度被定位在部件表面上，例如，该部件可以是涡轮转子叶片。夹具具有通开口，该通开口的形状对应于零件的形状。当要将矩形板固定在叶片根部上，夹具中开口通常是矩形形状，并且其尺寸优选地基本上等于或稍微大于板的尺寸。当要将圆形球粒固定在叶片根部上时，夹具中开口通常是圆形形状，其直径优选地基本上等于或稍微大于球粒的直径。当零件接合在夹具中开口中时，优选地，通过它的周缘压靠开口的周缘，以避免在部件表面上零件的任何移动。
[0015]夹具中开口的周缘具有用于穿过固定装置，诸如激光束的至少一个凹槽，目的是定位焊接零件到部件上。设计激光束以穿过凹槽或每个凹槽，以在零件的周缘和部件的表面之间形成定位焊接。夹具中开口的周缘可以具有至少三个相互间隔的凹槽。每个凹槽可以是半圆形状。
[0016]设计用于压靠在零件上的压靠装置，以在定位焊接期间保持零件靠着部件的表面，以防止它与其分离和移动离开表面。
[0017]在本发明的实施方式中，这些压靠装置包括弹性可变形的叶片或手指，每个具有压靠零件的一端以及安装和固定在部件的所述第一固定装置上的第二端。
[0018]夹具可以具有两个开口，以接收用于固定在部件表面上的各自金属零件。
[0019]有利地，夹具具有形成支座的装置，用于配合部件以保持夹具固定在部件上。夹具可以具有键锁装置，以防止夹具错误地被安装在部件上。
[0020]所述第一装置能够使至少两个相同类型的部件被保持和防止同时移动，以及可以包括卡爪，该卡爪包括固定的中心部分和相对于中心部分可平移移动的侧向部分，每个部件被安装在固定部分的卡爪和一个侧向部分的卡爪之间。
[0021]用于压靠零件以固定在一个部件上的压靠装置和用于压靠另一个零件以固定在另一个部件上的压靠装置优选地固定于共同的构件，该共同的构件可拆卸地固定在所述第一装置的中心部分上。
[0022]本发明也涉及使用上述保持部件的工具，在涡轮发动机部件上固定金属零件的方法，该方法的特征在于:它包括下列步骤，该步骤包括:
[0023].通过使用第一装置，保持至少一个部件固定；
[0024].在部件上安装夹具和将零件接合在夹具开口中，以将零件定位在部件表面上；
[0025].通过使用压靠装置，保持零件压靠部件；
[0026].通过激光定位焊接经过夹具中上述凹槽的零件周缘，将零件固定在部件表面上;
[0027].撤回压靠装置和夹具；和
[0028].在零件的整个周边形成焊接或铜焊的焊珠。
[0029]通过阅读下面通过非限制性实施例和参考附图所进行的描述，可以更好地理解本发明，并且可以更清楚地呈现它的其它特征、细节和优点。其中:
[0030].图1是涡轮发动机的涡轮机的转子叶片的示意性立体图。
[0031].图2是转子叶片的转子的示意性立体图，具有固定在其表面上的板。
[0032].图3是转子叶片的转子的示意性立体图，具有固定在其表面上的球粒。
[0033].图4是用于保持两个转子叶片的本发明工具的示意性立体图。
[0034].图5是没有转子叶片的，图4工具的另一个示意性立体图。
[0035]?图6是图4工具的一部分放大比例的示意性立体图，并且它表示用于定位和保持零件以固定在叶片转子上的装置。
[0036]?图7和图8是本发明工具的夹具的示意性立体图。
[0037]?图9是本发明工具的压靠装置的示意性立体图。以及
[0038]?图10是图9压靠装置的紧固螺钉的示意性立体图。
[0039]首先，参考图1，其表示燃气涡轮机和特别地涡轮发动机，诸如飞机的涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机的转子叶片10。
[0040]叶片10包括与平 台14所连接的翼型12，并且它具有吸力侧16，即，凸外表面和压力侧18，即，凹内表面，它们在它们的上游端通过前缘20和在它们的下游端通过后缘22连
接在一起。
[0041]叶片的翼型12通过基本上矩形平台14连接到根部24，在所示实施例中该根部24是圣诞树形状的，该根部24用于通过根部接合在转子圆盘周缘中互补形状的狭槽中而将叶片10安装在涡轮机的转子圆盘(未示出)上。
[0042]通过用于通过空气流的腔室或内部通道，内部地通风和冷却叶片10，该腔室或内部通道平行于叶片10的纵向轴线A延伸和通过开口 26而供应空气，该开口 26在叶片根部24的平面端表面28中开口。在所示实施例中，叶片根部的表面28具有一个接一个对齐的六个开口 26。通过内部通道供气的空气出口狭槽30形成在接近后缘22的吸力侧16的一部分中。
[0043]至少一个板32 (图2)或球粒34 (图3)通过铜焊或焊接固定在叶片根部的上述表面28上，以校准沿着叶片的内部通道通过的空气的流动速率。
[0044]在图2中，板32具有细长的矩形形状，其长度和宽度稍微小于叶片根部的表面28的长度和宽度，这样板覆盖几乎所有所述表面。
[0045]板32由哈司特镍合金(Hastelloy)X制造,并且举例说明，它具有约0.5毫米(mm)的厚度，约28mm的长度和约5mm的宽度。
[0046]板32具有四个孔口 36，每个用于连通叶片根部的表面28中上述开口 26中一个开口。因此，板32的四个孔口 36连通表面28中四个开口 26，而所述表面中剩余的两个开口26由板32封闭。板中四个孔口 36具有预确定的尺寸和形状，以精确地确定供给叶片中通道的空气的流动速率。
[0047]在图3中，通过激光焊接，两个球粒34固定在叶片根部的表面28上，每个球粒覆盖和封闭表面28中开口 26中一个开口。
[0048]每个球粒34是圆形形状，以及它的直径稍微大于叶片根部中开口 26的直径。举例说明，每个球粒34具有约5.4mm的直径和约0.5mm的厚度。
[0049]如下面更详细地所描述的，板32或每个球粒34首先被定位在叶片根部的表面28上，然后通过激光定位焊接而在该位置保持固定。为此，在板32或球粒34和叶片之间，例如，通过激光脉冲，产生至少一个定位焊接。通过沿着板32或球粒34的整个周边的激光焊接随后产生了焊接的焊珠38、42。在变化形式中，板32和球粒34可以通过铜焊而固定在叶片根部上。
[0050]本发明涉及为了在转子叶片根部24的表面28上固定板32或球粒34的目的，用于保持上述至少一个转子叶片10的工具。
[0051]在图4至9中所示的实施方式中，工具100用于进行同时固定在并排设置的两个转子叶片10、10’上，板32用于固定在叶片10的根部24上，并且两个球粒34用于固定在其它叶片10，的根部24上。
[0052]工具100具有用于固定和保持转子叶片10、10’固定的第一装置102、104，由支撑体105带有该第一装置，以及具有第二装置106、107、108，用于定位和保持板32和球粒34在叶片根部的上述表面上固定。
[0053]支撑体105通常是L形和包括用于放平在地面上或工作台上的底部水平的第一板，以及从第一板的顶表面向上延伸的垂直的第二板(图4)。
[0054]通过第一固定装置102、104保持固定的两个转子叶片10、10’可以是用于相同的发动机，或者如实施例中所示，它们可以是不同的和用在不同发动机中(例如，一个转子叶片10用于MHP M88类型的发动机，以及另一个转子叶片10’用于MHPTP400或SaM146类型的发动机)。
[0055]工具100的上述第一装置具有由固定于支撑体105的中心部分102所形成的卡爪以及由支撑体105所带有的和沿着共同的轴线A平移移动的两个侧向部分104，同时部分102和104沿着该轴线对齐。中心部分102和侧向部分104位于支撑体105的垂直的第二板的前面和支撑体的水平的第一板之上。
[0056]每个侧向部分104具有卡爪106，其位于面对中心部分102的卡爪108和通过沿着轴线A移动侧向部分104，可以朝向所述卡爪108移动或离开所述卡爪108。
[0057]侧向部分104通过弹簧或类似装置被迫朝向中心部分102。侧向部分104固定于把手109，通过沿着轴线A拉这些把手，该把手109能够使侧向部分104移动离开中心部分102，把手在远离中心部分102的侧向部分的侧面上。侧向部分104通过滑道或类似装置(未示出)可以被可移动地安装在支撑体105上。
[0058]每个转子叶片10、10’安装在工具100中，这样它的根部24被夹紧在侧向部分104之一和中心部分102的卡爪106、108之间。成形卡爪106、108以严密地适合叶片根部的形状。在所示的实施例中，叶片根部24具有圣诞树类型，以及它们具有在它们侧面中的沟槽(图2和图3中附图标记50)，该沟槽沿着每个根部的整个纵向尺寸延伸。卡爪106、108设计为接合在这些沟槽50中，如图4中可以看到的。
[0059]当叶片10、10’在安装的位置时，如图4中所示，每个叶片的翼型12在工具100的第一装置102、104下面延伸，同时其吸力侧18承靠支撑体105所带有的定位块112的互补形状的表面110。
[0060]每个叶片10、10’的根部24的下游径向面(图2和图3中附图标记52)将开始邻靠支撑体105所带有的螺栓114，这样叶片的前缘20位于朝向工具100的前面，朝向操作者。螺栓114和块112形成键锁装置，用于当叶片10、10’没有被正确地安装在工具中时通知操作者。当叶片10、10’的压力侧位于块112的表面110旁边时，叶片的前缘20开始邻靠该表面，以及叶片根部不能开始邻靠螺栓114，保持与螺栓的间隔，因此警告操作者。
[0061]本发明工具100的第二装置包括夹具106、107，用于定位零件，以固定在每个叶片
10、10’的根部的表面28上，以及包括压靠装置108，用于压靠这些零件，以保持它们靠着表面28 (图6)。
[0062]图8中夹具106是用于定位上述类型的板32在叶片10的根部的表面28上。图7中的夹具107是用于定位上述类型的两个球粒34在叶片10’的根部的表面28上。
[0063]夹具106具有基本上矩形形状，并且在它的中心它包括形状与板32形状相似的通开口 116，该所示实施例中该板是矩形的。开口 116的尺寸基本上等于或稍微大于板32的尺寸。图7中夹具107不同于图8中夹具，因为它具有两个开口 117，每个是圆形形状，并且其直径基本上等于或稍微大于球粒34的直径。
[0064]每个夹具106、107包括用于接合在叶片10、10’的根部上的接合装置，这种接合装置包括向下延伸和设计为与叶片根部的相应部分配合的周缘118、119、119’。在所示实施例中，每个夹具106、107具有沿着夹具的长侧面延伸的侧向周缘118以及沿着夹具的短侧面延伸的两个端周缘119、119’。每个夹具的端周缘119、119’设计为承靠叶片根部24的径向端面。
[0065]每个夹具106、107的一个端周缘119’高于另一个端周缘119，以形成键锁装置，该键锁装置设计为在夹具错误地定位情况下通知操作者。在图6中所示的正确地安装的位置中，每个夹具106、107的端周缘119’被定位在工具100的前面，面对操作者。在夹具被错误地安装在叶片根部上的情况下，周缘118将位于工具100的后面，并且上述螺栓114将阻止夹具正确地接合在叶片根部上。
[0066]当夹具106、107安装在适当位置时，开口 116、117留出叶片根部的表面28的自由区域，用于接收板32或球粒34。板32和球粒34设计为接合在夹具106、107中开口 116、117中，并且设计为平靠着叶片根部的表面28上(图6)。
[0067]每个夹具106、107中开口 116、117的周缘具有通凹槽121，其限定了夹具和用于固定的每个零件之间的空间(图6至8 )。激光束将穿过这些空间中每个空间，用于定位焊接零件到叶片根部的表面上。
[0068]举例说明，每个开口 116、117具有三个、四个、六个甚或更多个凹槽121，并且在所示实施例中凹槽是半圆形的。凹槽121互相间隔和有规律地分布。
[0069]图6和图9中示出了本发明的工具100的压靠装置108，并且它们包括弹性地可变形的手指122，它们的一端固定于构件124，这些手指的另一端压靠板32和球粒34，以保持它们靠着叶片根部的表面28。
[0070]在所示的实施例中，板32由两个手指122保持压靠叶片10的根部，并且每个球粒34通过单个的手指122保持压靠叶片10’的根部(图6)。用于保持板32和球粒34的手指122固定于共同的构件124，该共同的构件124可拆卸地固定于上述第一装置的中心部分102。
[0071]构件124是矩形形状，其两个手指122用于保持板32被固定在构件的一侧上，并且其另两个手指用于保持球粒34固定于构件的相对侧上。每个手指122是曲线的和基本上是S形的(图6和图8)。[0072]基本上在构件124中心，构件124具有开口 125，用于接合螺杆126，该螺杆126固定于工具100的第一装置的中心部分102和向上延伸(图4和图5)。构件124接合在该杆126上，这样手指122指向工具的第一装置的侧向部分104。根据叶片的类型和将要被固定在每个叶片的根部上零件的类型预确定构件124所带有的手指122的定位和它们之间的间隔。为了确保手指122不被错误地安装，构件124可以包括用于与工具的中心部分102上互补装置配合的键锁装置。
[0073]构件124也可以包括具有可视标记，诸如上述开口 125旁边的孔口 128，目的是使其对齐可视标记，诸如中心部分102中孔口 132 (图4和图9)。
[0074]通过内螺母134，保持构件124靠着工具100的中心部分102，该内螺母134螺合到中心部分102所带有的杆126的自由端上，直到它压靠构件(图10)。
[0075]螺母134优选地具有直角转弯类型，即，只有通过绕着其轴线转动它90°，它才可以螺合到杆126上，以夹紧构件124靠着中心部分102。有利地，螺母134包括可视标记，诸如洞136，当螺母正确地螺合到杆126上时，其将位于构件124的标记128的旁边(图9和图10)。
[0076]可以使用本发明的工具100如下:通过移动侧向部分104远离中心部分102，工具的卡爪106、108互相间隔。两个叶片10、10’被安装在工具100中，这样它们的吸力侧18压靠块112的表面110，并且它们的根部压靠支撑体105的螺栓114，如图4中所示。侧向部分104被释放，这样它们的卡爪106开始压靠叶片根部和保持它们被夹紧靠着中心部分104的卡爪108。夹具106、107被安装在叶片根部上，这样它们的周缘119’位于工具前面的相同侧上。板32插入到第一夹具106的开口 116中，并且球粒34接合在第二夹具107中每个开口 117中。通过中心部分102的杆126接合在构件124中的开口 125中和通过使构件中和中心部分中的孔口 128和132分别地对齐，支撑手指122的构件124被安装在中心部分102上。螺母134螺合到杆126上，直到它的洞136位于构件124中孔口 128的旁边。在该位置，手指122的自由端压靠板32和球粒34，以保持它们压靠叶片根部。
[0077]通过激光定位焊接，防止板32和球粒34在叶片根部的表面上移动，激光束适于通过凹槽121，如上所述。通过使激光脉冲穿过每个凹槽120，在叶片根部的表面和板32或球粒34之间产生定位焊接。对所有上述凹槽120进行这些定位焊接后，松开螺母134以及构件124和夹具106、107从工具100移除。然后，通过激光焊接，绕着板32和每个球粒34的所有周边产生焊接焊珠38、42 (图2和图3)，或者产生铜焊焊珠，从一个部件到另一个部件以非常好的重复性完成该焊珠。
[0078]自然地，可以设计本发明的工具以同时接收多个部件，该部件可以是相同的或不同的，这些部件的数量可以是两个、三个或更多。
【权利要求】
1.一种用于保持涡轮发动机部件(10、10’)以固定金属零件(32、34)于部件上的工具(100)，该工具具有固定于部件上和保持它固定的第一装置(102、104)，以及用于在部件表面上定位零件和用于保持它固定的第二装置，该工具的特征在于:所述第二装置是可拆卸的以及包括夹具(106、107)，该夹具用于安装在部件的一部分上和包括用于接收零件的开口(116、117)，夹具中开口周缘的至少一部分配合零件，以在部件表面上定位它，所述周缘包括用于装置穿过的至少一个凹槽(121)，该装置用于通过定位焊接在表面上固定零件，所述第二装置也包括用于压靠在零件上以保持它靠着部件表面的压靠装置(108)。
2.根据权利要求1的工具，其特征在于:夹具(106、107)中的开口(116、117)的周缘包括至少三个相互间隔的凹槽(121)，例如，每个凹槽都是半圆形的形式。
3.根据权利要求1或权利要求2的工具，其特征在于:夹具(106、107)中的开口(116、117)的形状和尺寸与零件(32、34)的形状和尺寸相似。
4.根据任一前述权利要求的工具，其特征在于:夹具(107)具有用于接收用于固定在部件的表面上的各自金属零件(34)的两个开口(117)。
5.根据任一前述权利要求的工具，其特征在于:夹具(106、107)具有形成支座的装置(118、119、119’)，用于配合部件以保持夹具固定在部件上，和/或具有键锁装置(119’)，以防止夹具错误地被安装在部件上。
6.根据任一前述权利要求的工具，其特征在于:部件是涡轮机转子叶片(10、10’)。
7.根据任一前述权利要求的工具，其特征在于:压靠装置(108)包括弹性可变形的叶片或手指(122)，每个具有压靠零件(32、34)的一端以及安装和固定于所述第一装置(102)上的相对端。
8.根据任一前述权利要求的工具，其特征在于:所述第一装置能够使至少两个相同类型的部件(10、10’)被 保持和防止同时移动，以及包括卡爪，该卡爪包括固定的中心部分(102)和相对于中心部分可平移移动的侧向部分(104)，每个部件被安装在固定部分的卡爪(108)和一个侧向部分的卡爪之间。
9.根据权利要求8的工具，其特征在于:用于压靠零件(32)以固定在一个部件(10)上的压靠装置(122)和用于压靠零件(34)以固定在另一个部件(10’)上的压靠装置(122)固定于共同的构件(124)上，该共同的构件可拆卸地固定在所述第一装置的中心部分(102)上。
10.通过任一前述权利要求的保持部件的工具(100)，在涡轮发动机部件(10、10’)上固定金属零件(32、34)的方法，该方法的特征在于:它包括下列步骤，该步骤包括: ?通过使用第一装置(102、104)，保持至少一个部件固定； ?在部件上安装夹具(106、107)和将零件接合在夹具中的开口(116、117)中，以将零件定位在部件表面上； ?通过使用压靠装置(108)，保持零件压靠部件； ?通过激光定位焊接经过夹具中上述凹槽(121)的零件周缘，将零件固定在部件表面上； ?撤回压靠装置和夹具；和 ?在零件的整个周边形成焊接或铜焊的焊珠(38、42)。
【文档编号】F01D5/18GK103747915SQ201280040212
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年8月20日 优先权日:2011年8月24日
【发明者】克里斯托弗·耶恩, 桑德拉·娜拉, 马克西姆·弗朗索瓦·罗杰·卡林, 迪迪尔·克里斯蒂安·博依萨德 申请人:斯奈克玛