DE102012211986B3 - Verfahren zum Markieren von Bauteilen eines Triebwerkes für ein Flugzeug - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Markieren von Bauteilen eines Triebwerkes für ein Flugzeug, insbesondere von Turbinenschaufeln, die aus einer intermetallischen Titanaluminid-Verbindung bestehen, wird ein von einem Festkörperlaser erzeugter gepulster Laserstrahl verwendet, dessen Pulslänge kleiner als 10 ps ist.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Markieren von Bauteilen eines Triebwerkes für ein Flugzeug.
• Sicherheitsrelevante und hochbelastete Bauteile eines Flugzeugtriebwerkes, sogenannte Bauteile der Sicherheitsklasse 1, werden in der Regel mit Hilfe eines Laserstrahls markiert bzw. gekennzeichnet. Ein mit einem Laserstrahl durchgeführtes Markierverfahren ist äußerst reproduzierbar, ermöglicht eine kurze Bearbeitungsdauer und ist außerdem in hohem Maße automatisierbar. Als Laserstrahlquellen werden in der Regel gepulste Festkörperlaser eingesetzt, deren Pulslängen im Nanosekundenbereich liegen. Durch die Bearbeitung mit einem solchen Laserstrahl wird das Grundmaterial aufgeschmolzen und es entsteht beim Abkühlen eine wiedererstarrte Schicht, die sogenannte recast layer, die Risse aufweisen kann, die sich bis in den Grundwerkstoff fortsetzen können. Derartige Risse werden bei der Kennzeichnung von Turbinenschaufeln, die aus Nickelbasislegierungen aufgebaut sind, toleriert, falls in Spezifikationen definierte Grenzwerte für die Breite dieser recast layer und die Länge der Risse nicht überschritten werden.
• Eine solche recast layer sowie Risse im Grundmaterial sind bei der Kennzeichnung von Turbinenschaufeln aus Titanaluminid TiAl jedoch nicht zulässig, so dass mit dem bekannten Laserstrahlverfahren die Kennzeichnung solcher Turbinenschaufeln nicht möglich ist.
• Aus der EP 2 390 045 A2 ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem zur Markierung eines Objektes aus Edelstahl, z. B. zum Erzeugen einer messtechnischen Skala auf einem Edelstahl-Band, ein Laserstrahl mit ultrakurzen Laserpulsen mit einer Pulslänge von etwa 100 fs verwendet wird.
• Die WO 2007/049064 A1 offenbart ein Verfahren zur Markierung von Oberflächen reflektierender Materialien mit einem Laser unter Verwendung von Pulslängen im Bereich von etwa 30 bis 160 ns, um diffus reflektierende Bereiche auf einer nichtdiffus reflektierenden Oberfläche zu erzeugen.
• Auch ein Markieren mit einem mechanischen Prägeverfahren ist nicht möglich, da auch mit diesem Verfahren eine interkristalline Rissbildung nicht vermieden werden kann.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Markieren von Bauteilen eines Triebwerkes eines Flugzeugs, insbesondere von Turbinenschaufeln, anzugeben, mit dem es möglich ist, dauerhafte Markierungen ohne Schädigung des Grundwerkstoffes einzubringen.
• Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Bei dem Verfahren wird zum Markieren ein von einem Festkörperlaser erzeugter gepulster Laserstrahl verwendet, dessen Pulslänge kleiner als 10 ps ist.
• Durch die Verwendung eines von einem solchen Ultrakurzpulslaser erzeugten Laserstrahls können dementsprechend Bauteile der Sicherheitsklasse 1, insbesondere Turbinenschaufeln, beispielsweise die Niederdruckturbinen-Laufschaufeln, die aus einer intermetallischen Titanaluminid-Verbindung bestehen, wirtschaftlich und reproduzierbar markiert werden, ohne dass es zu einer nachweisbaren Schädigung des Grundwerkstoffes führt. Ursache hierfür ist der mit der extrem kurzen Pulsdauer einhergehende „kalte” Materialabtrag, der dadurch verursacht ist, dass die Pulsdauer so klein ist, dass praktisch keine Wechselwirkung zwischen den die Laserstrahlen absorbierenden Leitungselektronen und den Phononen des Gitters stattfindet.
• Das Verfahren ist insbesondere von Vorteil für die Anwendung bei Titanaluminidwerkstoffen mit den Bezeichnungen TiAl6V4, Ti6242, Ti6246 und Ti834 ohne dass diese Aufzählung abschließend ist. Es kann außerdem auch vorteilhaft bei Werkstoffen auf Nickelbasis eingesetzt werden.
• Vorzugsweise wird zur Erzeugung des gepulsten Laserstrahles ein sogenannter Femtosekundenlaser, beispielsweise ein MOPA-Festkörperlaser oder ein MOPA-Faserlaser (Master Oscillator Power Amplifier), verwendet, mit dem Laserstrahlpulse erzeugt werden können, deren Pulsdauer kleiner als 1 ps ist.
• Eine Schädigung des Grundwerkstoffes kann dabei weitgehend ausgeschlossen werden, wenn die Pulsenergie kleiner als 100 μJ, insbesondere kleiner als 20 μJ ist und die Markierung in einer Mehrzahl von Durchgängen eingebracht wird.
• Typische Wiederholraten liegen im Bereich zwischen 10 und 1000 kHz bei Scangeschwindigkeiten zwischen 50 bis 1000 mm/s.
• In einem praktischen Ausführungsbeispiel hat sich zur Beschriftung von Werkstoffen, die aus Titanaluminid bestehen, die Verwendung eines Femtosekundenlasers bewährt, dessen Pulsdauer 0,8 ps = 800 fs beträgt. Dabei haben sich bei der Verwendung eines derartigen Femtosekundenlasers bei einer Scangeschwindigkeit von 500 mm/s Wiederholungsraten von 200 kHz und Pulsenergien von 15 μJ als besonders vorteilhaft herausgestellt, wobei die Markierung in 25 Durchgängen fertiggestellt worden ist ist.

Claims (4)

1. Verfahren zum Markieren von Bauteilen eines Triebwerkes für ein Flugzeug, die aus einer intermetallischen Titanaluminid-Verbindung bestehen, bei dem ein von einem Festkörperlaser erzeugter gepulster Laserstrahl verwendet wird, dessen Pulslänge kleiner als 10 ps ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Pulslänge kleiner als 1 ps ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Pulsenergie kleiner als 100 μJ ist und die Markierung in einer Mehrzahl von Durchgängen eingebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Pulsenergie kleiner als 20 μJ ist.