DE102004034721A1

DE102004034721A1 - Laser process for forming a hole especially an air cooling hole in a layered workpiece especially a turbine component first removes cover layer then bores into base

Info

Publication number: DE102004034721A1
Application number: DE102004034721A
Authority: DE
Inventors: Hermann Emminger; Gerrit Ruch; Urs Zeltner
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: GE Vernova GmbH
Priority date: 2004-07-17
Filing date: 2004-07-17
Publication date: 2006-02-16

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer Bohrung (5) mittels Lasers (6), insbesondere einer Kühlluftbohrung, in einer Wand eines beschichteten Werkstücks (1), insbesondere in einem Bauteil einer Turbine. Erfindungswesentlich ist dabei, dass das Einbringen der Bohrung (5) durch einen zweistufigen Bohrprozess erfolgt, wobei in der ersten Bohrstufe die Beschichtung (2) des Werkstücks (1) im Bereich der Bohrung (5) abgetragen wird und in der zweiten Bohrstufe die eigentliche Bohrung (5) in ein unter der Beschichtung (2) liegendes Grundmaterial (3) gebohrt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein beschichtetes Werkstück (1) mit zumindest einer durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Bohrung (5).The The present invention relates to a method of forming a Bore (5) by means of laser (6), in particular a cooling air hole, in a wall of a coated workpiece (1), in particular in one Component of a turbine. Essential to the invention is that the Introduction of the bore (5) by a two-stage drilling process takes place, wherein in the first drilling stage, the coating (2) of the workpiece (1) is removed in the area of the bore (5) and in the second Drill the actual hole (5) in a below the coating (2) lying base material (3) is drilled. The present invention also concerns a coated workpiece (1) with at least one produced by the inventive method Bore (5).

Description

Technisches Gebiettechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer Bohrung mittels Laser in einer Wand eines beschichteten Werkstücks gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein beschichtetes Werkstück mit zumindest einer Bohrung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10.The The present invention relates to a method of forming a Bore by laser in a wall of a coated workpiece according to the preamble of claim 1. The present invention also relates to a coated workpiece with at least one bore having the features of the preamble of Claim 10.

Stand der TechnikState of technology

Um die Leistung von Gasturbinenanlagen zu steigern und deren Wirkungsgrad zu erhöhen, werden immer höhere Turbineneintrittstemperaturen verwendet, wobei die Turbinenschaufeln zunehmend vor erhöhten Heißgastemperaturen geschützt werden müssen. Dies kann beispielsweise durch eine intensive Kühlung erreicht werden. Bei sehr hohen Eintrittstemperaturen reicht eine rein konvektive Kühlung jedoch nicht mehr aus, so dass hier vielfach die Methode der Filmkühlung verwendet wird. In die Turbinenschaufeln werden dazu Ausnehmungen, beispielsweise Bohrungen, eingebracht, durch die Kühlluft ausgeblasen wird. Um einen möglichst hohen Kühleffekt zu erreichen, muss die ausgeblasene Kühlluft möglichst schnell umgelenkt werden und schützend an der Profiloberfläche der Turbinenschaufel entlangströmen. Darüber hinaus ist eine schnelle seitliche Ausbreitung der Kühlluft erforderlich, um auch die zwischen den Bohrungen liegenden Gebiete effektiv schützen zu können. Dies wird beispielsweise durch spezielle Diffusorgeometrien erreicht, bei denen die Bohrungen nicht nur seitlich, sondern zusätzlich auch auf der stromabwärts liegenden Seite der Bohrung aufgeweitet werden.Around to increase the performance of gas turbine plants and their efficiency to increase, are getting higher Turbine inlet temperatures used, with the turbine blades increasingly elevated Hot gas temperatures protected Need to become. This can be achieved for example by intensive cooling. at However, very convective cooling is sufficient for very high inlet temperatures not longer, so that often uses the method of film cooling becomes. In the turbine blades are recesses, for example Holes introduced, is blown through the cooling air. Around one possible high cooling effect To achieve the blown cooling air must be redirected as quickly as possible and protective at the profile surface along the turbine blade. About that In addition, a rapid lateral spread of the cooling air is required, to effectively protect the inter-well areas as well can. This is achieved for example by special diffuser geometries, where the holes not only on the side, but also in addition on the downstream lying side of the hole to be widened.

Eine derartige nicht kreisförmige Kühlbohrung und ein Verfahren zur Herstellung derselben sind aus der EP 0 950 463 A1 bekannt. Die Kühlbohrung weist dabei in Strömungsreihenfolge einen Zuführungsabschnitt mit konstanter Querschnittsfläche und einen sich zu einem Auslass an einer äußeren Oberfläche der Wand hin aufweitenden Diffusorabschnitt auf. Zur Herstellung der Kühlbohrung werden zunächst Form und Größe der Querschnittsfläche sowie eine Achse des Zuführungsabschnittes ausgewählt. Hiernach werden die Tiefe des Diffusorabschnitts und die Form und Größe seiner Austrittsfläche am Auslass bestimmt. Anschließend wird eine Durchgangsbohrung mit einer Querschnittsfläche erzeugt, die innerhalb der ausgewählten Querschnittsfläche des Zuführungsabschnittes liegt und der Diffusorabschnitt mit einem Strahlbohrverfahren so ausgeschnitten, dass er im Bereich des Zuführungsabschnittes im wesentlichen innerhalb der ausgewählten Querschnittsfläche bleibt. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Zuführungsabschnitt nicht oder nur wenig verletzt wird, wodurch die Kühlbohrung eine hohe Festigkeit erhält.Such a non-circular cooling bore and a method for producing the same are known from the EP 0 950 463 A1 known. In this case, the cooling bore has, in flow order, a supply section with a constant cross-sectional area and a diffuser section which widens to an outlet on an outer surface of the wall. For the production of the cooling bore, the shape and size of the cross-sectional area and an axis of the feed section are first selected. After that, the depth of the diffuser section and the shape and size of its exit surface at the outlet are determined. Thereafter, a throughbore is created having a cross-sectional area that is within the selected cross-sectional area of the delivery section and the diffuser section is cut with a jet-boring process to remain substantially within the selected cross-sectional area at the region of the delivery section. This can be achieved that the feed section is not or only slightly injured, whereby the cooling hole receives a high strength.

Das bekannte Verfahren wird sowohl für unbeschichtete als auch für metallisch oder keramisch beschichtete Bauteile verwendet, wobei im letzteren Fall die Kühlbohrungen nach der Beschichtung in einem einzigen Arbeitsgang, also durch die beschichtete Wand hindurch hergestellt werden.The known method is used both for uncoated as well as for metallic or ceramic coated components used, wherein in the latter case the cooling holes after coating in a single operation, ie by the coated wall are made through.

Darstellung der Erfindungpresentation the invention

Die vorliegende Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, beschäftigt sich mit dem Problem, eine Bohrung in einem beschichteten Bauteil möglichst exakt und insbesondere materialschonend einzubringen.The The present invention, as characterized in the claims, deals with the problem of drilling a coated part as possible to introduce exactly and in particular gentle on material.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention this Problem with the objects the independent one claims solved. Advantageous embodiments are the subject of the dependent Claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das Einbringen einer Bohrung, insbesondere einer Kühlluftbohrung, in einer Wand eines beschichteten Werkstücks, insbesondere in ein Bauteil einer Turbine, durch einen zweistufigen Bohrprozess zu realisieren, wobei in der ersten Bohrstufe die Beschichtung des Werkstücks im Bereich der Bohrung abgetragen wird und in der zweiten Bohrstufe die eigentliche Bohrung in ein unter der Beschichtung liegendes Grundmaterial gebohrt wird.The Invention is based on the general idea, the introduction of a Bore, in particular a cooling air hole, in a wall of a coated workpiece, in particular in a component of a Turbine to realize by a two-stage drilling process, wherein in the first drilling stage, the coating of the workpiece in the area the bore is removed and in the second drill the actual Bore drilled in a base material under the coating becomes.

Beim herkömmlichen Laserbohren von dicht beieinander liegenden Kühlluftbohrungen in relativ dick beschichtete Werkstücke, beispielsweise in Komponenten von Gasturbinen, kommt es immer wieder zu Rissen in der Beschichtung bzw. zwischen dieser und dem Grundmaterial, wodurch die Güte und Festigkeit der gesamten Bohrung und dadurch die Qualität derselben beeinträchtigt wird. Gleichzeitig kann ein unkontrolliertes Abplatzen der Beschichtung am Rand der Bohrung vermieden werden, was unerwünschte Strömungsverwirbelungen zur Folge haben könnte. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können derartige Risse minimiert bzw. vermieden werden, wodurch die Qualität der Bohrung und damit die Qualität eines mit der Bohrung versehenen Werkstückes gesteigert werden kann. Dies wirkt sich insbesondere positiv auf die Lebensdauer des mit den Bohrungen ausgestatteten Werkstücks aus.At the usual Laser drilling of densely spaced cooling air holes in relatively thick coated workpieces, For example, in components of gas turbines, it comes again and again to cracks in the coating or between this and the base material, whereby the goodness and Strength of the entire bore and thus the quality of the same impaired becomes. At the same time, uncontrolled spalling of the coating be avoided at the edge of the bore, resulting in undesirable Strömungsverwirbelungen could. By the method according to the invention can Such cracks can be minimized or avoided, thereby improving the quality of the bore and therefore the quality a bore provided with the workpiece can be increased. This particularly has a positive effect on the service life of the the workpiece equipped with the holes.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann es sich bei der Beschichtung um eine Temperaturschutzschicht (TBC) handeln. Derartige Temperaturschutzschichten schützen ein darunter liegendes Grundmaterial vor einer zu hohen Wärmebelastung und gewährleisten dadurch auch bei hohen Eintrittstemperaturen der Heißgase einen störungsfreien Betrieb der Gasturbine. Die Temperaturschutzschicht kann dabei beispielsweise aus einem metallischen oder einem keramischen Werkstoff ausgebildet sein. Darüber hinaus ist denkbar, dass die Beschichtung zusätzlich zur Temperaturschutzschicht eine dem Grundmaterial zugewandte Verbindungsschicht aufweist oder dass diese Verbindungsschicht eine zwischen der Temperaturschutzschicht und dem Grundmaterial angeordnete Schicht ist. Der Verbindungsschicht kann dabei die Funktion der Verbindung des Grundmaterials mit der Temperaturschutzschicht zufallen.According to an advantageous development, the coating may be a temperature protection layer (TBC). Such tempera Protective layers protect an underlying base material from too high a heat load and thus ensure trouble-free operation of the gas turbine even at high inlet temperatures of the hot gases. The temperature protection layer can be formed, for example, of a metallic or a ceramic material. In addition, it is conceivable that the coating has, in addition to the temperature protection layer, a bonding layer facing the base material, or that this bonding layer is a layer arranged between the temperature protection layer and the base material. The compound layer can fall into the function of connecting the base material with the temperature protection layer.

Zweckmäßig wird die Beschichtung in der ersten Bohrstufe mit einem größeren Durchmesser als die Kühlluftbohrung im Grundmaterial abgetragen. Hierdurch kann die Wirkung eines Diffusors erreicht werden, welcher dazu beiträgt, die ausströmende Kühlluft zwischen den Bohrungen gleichmäßig zu verteilen und für eine schnelle seitliche Ausbreitung der Kühlluft zu sorgen. Die Kühlluft kann somit einen sich gleichmäßig und schützend über die Oberfläche des Werkstoffs legenden Schutzfilm erzeugen und dadurch das jeweilige Bauteil vor schädigenden Heißgasen schützen.It is useful the coating in the first drilling stage with a larger diameter than the cooling air hole removed in the base material. This allows the effect of a diffuser be achieved, which helps the outflowing cooling air between distribute the holes evenly and for to provide a quick lateral spread of the cooling air. The cooling air can thus a uniform and Protective over the surface of the Material creating protective film and thereby the respective Component from damaging hot gases protect.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung wird die Beschichtung in der ersten Bohrstufe konisch bis zur eigentlichen Bohrung abgetragen. Die Konizität bzw. eine an die Strömungsverhältnisse angepasste Abtragung der Beschichtung unterstützt die Entstehung eines sich gleichmäßig über die Oberfläche verteilenden Kühlfilms und gewährleistet dadurch eine zuverlässige Kühlung des Werkstücks, beispielsweise der Turbinenschaufel. Denkbar ist beispielsweise auch eine elliptische Abtragung der Beschichtung wodurch im Auslassbereich eine nicht kreisförmige Kühlbohrung entsteht. Die Konizität sowie ein größerer Bohrdurchmesser in der ersten Bohrstufe begünstigen einen Schmelzaustrieb in der zweiten Bohrstufe, wodurch exakte Bohrränder und eine geringere thermische Schädigung und damit eine geringere Rissbildung erreicht werden können.at a further advantageous embodiment of the solution according to the invention is The coating in the first drilling stage conical to the actual Drilled hole. The conicity or one adapted to the flow conditions Ablation of the coating helps the formation of a evenly over the surface distributing cooling film and guaranteed thereby a reliable cooling of the workpiece, for example, the turbine blade. It is conceivable, for example also an elliptical removal of the coating whereby in the outlet area a non-circular cooling hole arises. The conicity and a larger bore diameter favor in the first drilling stage a melt discharge in the second drilling stage, whereby exact drill edges and a lower thermal damage and thus a lower crack formation can be achieved.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.Further provide important features and advantages of the present invention from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures the drawing.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.preferred embodiments The invention are illustrated in the drawings and in the following description explains where like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Die 1 und 2 zeigen dabei den Herstellungsvorgang der Bohrung, wobei 1 die erste Bohrstufe und 2 die zweite Bohrstufe darstellt.The 1 and 2 show thereby the manufacturing process of the bore, wherein 1 the first drilling stage and 2 represents the second drilling stage.

Wege zur Ausführung der Erfindung Entsprechend den 1 und 2 weist ein beschichtetes Werkstück 1 zumindest eine Beschichtung 2 sowie ein darunter angeordnetes Grundmaterial 3 auf. Dabei kann zwischen der Beschichtung 2 und dem Grundmaterial 3 eine Verbindungsschicht 4 angeordnet sein, welcher die Aufgabe zufällt, die Beschichtung 2 zuverlässig mit dem Grundmaterial 3 zu verbinden. Generell kann die Verbindungsschicht 4 auch Teil der Beschichtung 2 sein. Die Beschichtung 2 ist dabei vorzugsweise als Temperaturschutzschicht (TBC) ausgebildet und schützt das Grundmaterial 3 vor den das Werkstück 1 beaufschlagenden Heißgasen.Ways of carrying out the invention According to the 1 and 2 has a coated workpiece 1 at least one coating 2 as well as an underlying base material 3 on. It can be between the coating 2 and the basic material 3 a tie layer 4 be arranged, which is the task of the coating 2 reliable with the base material 3 connect to. Generally, the connection layer 4 also part of the coating 2 be. The coating 2 is preferably designed as a temperature protection layer (TBC) and protects the base material 3 in front of the workpiece 1 impinging hot gases.

In den in 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen handelt es sich bei dem Werkstück 1 vorzugsweise um ein Bauteil einer im übrigen nicht dargestellten Turbine, beispielsweise um eine Turbinenschaufel, welche während der Betriebsphase von Heißgasen umströmt wird. Um das Werkstück 1 zuverlässig vor den Heißgasen zu schützen, werden Bohrungen 5, insbesondere Kühlluftbohrungen, am Werkstück 1 angeordnet, welche sowohl die Beschichtung 2, als auch die Verbindungsschicht 4 und das Grundmaterial 3 durchdringen.In the in 1 and 2 The embodiments shown are the workpiece 1 preferably to a component of a turbine, not shown otherwise, for example, a turbine blade, which is flowed around during the operating phase of hot gases. To the workpiece 1 To reliably protect against the hot gases are drilling 5 , in particular cooling air holes, on the workpiece 1 arranged, which both the coating 2 , as well as the connection layer 4 and the basic material 3 penetrate.

Das Einbringen der Bohrung 5 in das beschichtete Werkstück 1 erfolgt dabei erfindungsgemäß durch einen zweistufigen Bohrprozess, wobei 1 wie erwähnt die erste Bohrstufe darstellt. In der ersten Bohrstufe wird zunächst die Beschichtung 2 des Werkstücks 1 im Bereich der Bohrung 5 abgetragen bzw. durchbohrt.The introduction of the hole 5 in the coated workpiece 1 takes place according to the invention by a two-stage drilling process, wherein 1 as mentioned the first drilling stage represents. In the first drilling step, first the coating 2 of the workpiece 1 in the region of the bore 5 worn away or pierced.

Denkbar ist hierbei der Einsatz eines speziellen Abtraglasers oder eines Bohrlasers. Abtragslaser weisen einerseits kurze Laserpulse (10 – 100ns) bei gleichzeitig hohen Pulsspitzenleistungen und Frequenzen auf, andererseits jedoch eine geringe Pulsleistung pro Puls. Der Abtragsmechanismus basiert hauptsächlich auf einem Verdampfen des laserbestrahlten Materials, während beim Laserbohren hauptsächlich Material in Form von Schmelze aus dem Bohrloch transportiert wird. Bohrlaser hingegen weisen eine hohe Pulsleistung auf, wodurch ein Schmelzen des Materials bewirkt wird. Im Vergleich zum Abtragslaser erlaubt der Bohrlaser ein Aspektverhältnis (Bohrlochtiefe/Bohrlochdurchmesser) von größer als 2, weshalb ein Einbringen der Bohrung 5 in der zweiten Bohrstufe mittels Bohrlaser erfolgt.Conceivable here is the use of a special Abtraglasers or a laser drill. Ablation lasers have on the one hand short laser pulses (10 - 100 ns) with simultaneously high pulse peak powers and frequencies, on the other hand, however, a low pulse power per pulse. The erosion mechanism is mainly based on evaporation of the laser-irradiated material, while in laser-drilling mainly material in the form of melt is transported out of the borehole. In contrast, drilling lasers have a high pulse power, which causes melting of the material. In comparison to the ablation laser, the drill laser allows an aspect ratio (borehole depth / borehole diameter) of greater than 2, which is why an introduction of the bore 5 in the second drilling stage by means of drilling laser.

Ein Abtraglaser bietet generell den Vorteil, lediglich geringen thermischen Einfluss auf das Material auszuüben und dadurch keine Abplatzungen im Randbereich hervorzurufen, wobei durch die im Vergleich zu einem Bohrlaser bessere Strahlqualität eine hohe Konturtreue erzielt werden kann. Grundsätzlich können in der ersten Bohrstufe statt dem Laserbohren auch andere Bohr bzw. Abtragverfahren zum Einsatz kommen.One Abtraglaser generally offers the advantage, only low thermal To exert influence on the material and thereby cause no flaking in the edge region, wherein due to the better beam quality compared to a drilling laser a high Contour accuracy can be achieved. Basically, in the first drilling stage instead of laser drilling, other drilling and removal methods for Use come.

Die Abtragung der Beschichtung 2 kann dabei im Querschnitt eine trapezartige Form aufweisen, so dass sich dreidimensional gesehen eine kegelstumpfartige Abtragung der Beschichtung 2 ergibt, wogegen aber auch eine im Querschnitt rechteckige Abtragung der Beschichtung 2 denkbar ist, so dass dreidimensional gesehen die Abtragung in der Form eines Zylinders erfolgt. Darüber hinaus sind auch andere, insbesondere strömungsoptimierte, Formen der Abtragung der Beschichtung 2 in der ersten Bohrstufe denkbar. Wie dargestellt, wird die Beschichtung 2 in der ersten Bohrstufe vorzugsweise konisch bis zur eigentlichen Bohrung 5 abgetragen (vgl. 1). Dabei verjüngt sich ein Querschnitt der Bohrung 5 von einer Oberfläche 7 der Beschichtung 2 hin zum Grundmaterial 3. Denkbar sind aber auch andere Abtragsgeometrien, so dass beispielsweise die Beschichtung 2 in der ersten Bohrstufe mit einem größerem Durchmesser als die Kühlluftbohrung 5 im Grundmaterial 3 abgetragen wird. Dabei kann die Abtragung der Beschichtung 2 in der ersten Bohrstufe auch konzentrisch zur Bohrung 5 ausgerichtet sein. Ebenso sind andere geeignete Abtragungsgeometrien denkbar.The removal of the coating 2 can have a trapezoidal shape in cross section, so that seen in three dimensions, a truncated cone-like removal of the coating 2 yields, however, but also a cross-sectionally rectangular removal of the coating 2 is conceivable, so seen in three dimensions, the removal takes place in the form of a cylinder. In addition, other, in particular flow-optimized, forms of removal of the coating 2 conceivable in the first drilling stage. As shown, the coating becomes 2 in the first drilling step, preferably conical up to the actual hole 5 removed (cf. 1 ). Here, a cross section of the bore tapers 5 from a surface 7 the coating 2 towards the base material 3 , However, other ablation geometries are also conceivable, such that, for example, the coating 2 in the first drilling stage with a larger diameter than the cooling air hole 5 in the base material 3 is removed. In this case, the removal of the coating 2 in the first drilling stage also concentric to the bore 5 be aligned. Likewise, other suitable Abtragungsgeometrien are conceivable.

Durch die konische Ausformung der Bohrung 5 im Bereich der Beschichtung 2 wird zudem die Bildung eines gleichmäßigen Kühlfilms unterstützt, welcher flächig auf die Oberfläche 7 der Beschichtung 2 legt und diese dadurch vor den schädigenden Heißgasen schützt. Die Kühlluft entweicht dabei vorzugsweise über mehrere dicht beieinander liegende Bohrungen 5 aus einem Inneren 8 des Werkstücks 1, so dass die das Werkstück 1 umgebende Beschichtung 2 großflächig zuverlässig gekühlt wird. Die Konizität sowie ein größerer Bohrdurchmesser in der ersten Bohrstufe begünstigen außerdem einen Schmelzaustrieb in der zweiten Bohrstufe, wodurch exakte Bohrränder und eine geringere thermische Schädigung und damit eine geringere Rissbildung erreicht werden können.Due to the conical shape of the hole 5 in the field of coating 2 In addition, the formation of a uniform cooling film is supported, which surface on the surface 7 the coating 2 puts them and protects them from the harmful hot gases. The cooling air escapes preferably via a plurality of closely spaced bores 5 from a heart 8th of the workpiece 1 so that the the workpiece 1 surrounding coating 2 is reliably cooled over a large area. The conicity as well as a larger drill diameter in the first drilling stage also favors a melt discharge in the second drilling stage, whereby exact drill edges and a lower thermal damage and thus a lower cracking can be achieved.

In der zweiten Bohrstufe gemäß 2 wird daraufhin die eigentliche Bohrung 5 in das unter der Beschichtung 2 liegende Grundmaterial 3 gebohrt. Zumindest in der zweiten Bohrstufe erfolgt der Bohrvorgang mittels eines Lasers 6, insbesondere mittels eines Bohrlasers.In the second drilling step according to 2 becomes the actual hole 5 in the under the coating 2 lying base material 3 drilled. At least in the second drilling stage, the drilling process is carried out by means of a laser 6 , in particular by means of a drill laser.

Durch den zweistufigen Bohrprozess wird ein besonders sanftes und exaktes Abtragen der Beschichtung 2 in der ersten Bohrstufe und ein für die Beschichtung 2 schonendes Einbringen der Bohrung 5 in der zweiten Bohrstufe in das Werkstück 1 erreicht, wodurch Risse zwischen der Beschichtung 2 und dem Grundmaterial 3 bzw. zwischen der Verbindungsschicht 4 und dem Grundmaterial 3 sowie Abplatzungen am Rand der Bohrung 5 vermindert bzw. vermieden werden können. Die materialschonende Herstellungsweise der Bohrung 5 ist besonders bei dicht beieinanderliegenden Bohrungen 5 in dicken Temperaturschutzschichten von Vorteil, da hierbei bei herkömmlichen Bohrverfahren eine vermehrte Rissbildung bzw. Beschädigung der Beschichtung 2 zu beobachten ist. Die Beschichtung 2 kann dabei z.B. eine Dicke von ≥ 500 μm aufweisen.The two-step drilling process produces a particularly gentle and precise removal of the coating 2 in the first drilling stage and one for the coating 2 careful introduction of the bore 5 in the second drilling step in the workpiece 1 achieved, causing cracks between the coating 2 and the basic material 3 or between the connection layer 4 and the basic material 3 as well as chipping on the edge of the hole 5 can be reduced or avoided. The material-saving production method of the bore 5 is especially with holes close together 5 in thick temperature protective layers of advantage, since in conventional drilling an increased cracking or damage to the coating 2 can be observed. The coating 2 can have, for example, a thickness of ≥ 500 μm.

Zusammenfassend lassen sich die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Lösung wie folgt charakterisieren:
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Ausbilden einer Bohrung 5 mittels eines Lasers 6 in einer Wand eines beschichteten Werkstücks 1, wobei das Einbringen der Bohrung 5 durch einen zweistufigen Bohrprozess erfolgt. In der ersten Bohrstufe wird die Beschichtung 2 des Werkstücks 1 im Bereich der Bohrung 5 abgetragen, wogegen in der zweiten Bohrstufe die eigentliche Bohrung 5 in das unter der Beschichtung 2 liegendes Grundmaterial 3 gebohrt wird.In summary, the essential features of the solution according to the invention can be characterized as follows:
The invention provides a method of forming a bore 5 by means of a laser 6 in a wall of a coated workpiece 1 , wherein the introduction of the bore 5 done by a two-stage drilling process. In the first drilling stage, the coating becomes 2 of the workpiece 1 in the area of the bore 5 removed, whereas in the second drilling the actual hole 5 in the under the coating 2 lying base material 3 is bored.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet dadurch den Vorteil, insbesondere in dicke Beschichtungen 2, dicht nebeneinander liegende Bohrungen 5 anordnen zu können, wobei Risse zwischen der Beschichtung 2 und dem Grundmaterial 3 bzw. zwischen einer zwischen der Beschichtung 2 und dem Grundmaterial 3 liegenden Verbindungsschicht 4 und dem Grundmaterial 3 bzw. der Beschichtung 2 minimiert bzw. vermieden werden können, wodurch eine besonders hohe Fertigungsqualität und dadurch eine besonders hohe Lebenserwartung des mit den Bohrungen 5 versehenen Werkstücks 1 erreicht werden kann.The process according to the invention thus offers the advantage, in particular in thick coatings 2 , closely spaced holes 5 to be able to arrange, with cracks between the coating 2 and the basic material 3 or between one between the coating 2 and the basic material 3 lying connection layer 4 and the basic material 3 or the coating 2 can be minimized or avoided, creating a particularly high production quality and thus a particularly high life expectancy of the holes 5 provided workpiece 1 can be achieved.

11: Werkstückworkpiece
22: Beschichtungcoating
33: Grundmaterialbase material
44: Verbindungsschichtlink layer
55: Bohrungdrilling
66: Laserlaser
77: Oberfläche der Beschichtung 2 Surface of the coating 2
88th: Inneres des Werkstückes 1 Inside of the workpiece 1

Claims

Method for forming a bore ( 5 ) by laser ( 6 ), in particular a cooling air hole, in a wall of a coated workpiece ( 1 ), in particular in a component of a turbine, characterized in that - the introduction of the bore ( 5 ) is carried out by a two-stage drilling process, - wherein in the first drilling stage the coating ( 2 ) of the workpiece ( 1 ) in the area of the bore ( 5 ) and in the second drilling step the actual drilling ( 5 ) in a below the coating ( 2 ) underlying material ( 3 ) is drilled.

Method according to claim 1, characterized in that the coating ( 2 ) is designed as a temperature protection layer (TBC).

Method according to claim 2, characterized in that the coating ( 2 ) a temperature protection layer (TBC) and a base material ( 3 ) facing connection layer ( 4 ) having.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coating ( 2 ) in the first drilling stage with a larger diameter than the bore ( 5 ) in the base material ( 3 ) is removed.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the coating ( 2 ) in the first drilling step conical to the bore ( 5 ) is removed.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the coating ( 2 ) in the first drilling stage concentric to the bore ( 5 ) is removed.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the introduction of the bore ( 5 ) by means of a drill laser.

A method according to claim 7, characterized in that - the removal of the coating ( 2 ) by means of a Abtragslasers or - that the removal of the coating ( 2 ) by means of the drill laser.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the coating ( 2 ) has a thickness of ≥ 500μm.

Coated workpiece ( 1 ), in particular a component of a turbine, with at least one bore ( 5 ), in particular a cooling air hole, characterized in that the bore ( 5 ) is produced by a method having at least one of the features of claims 1 to 8.