[發明專利]高溫電子束焊接

無效

• 申請號: 200710169233.4
• 申請日: 2007-11-02
• 公開（公告）號: CN101172316A
• 公開（公告）日: 2008-05-07
• 發明（設計）人: M·D·阿內特;D·A·諾沃克;P·S·迪馬斯焦
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B23K15/06
• 分類號: B23K15/06;C21D9/50;C21D1/30
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 原紹輝;廖凌玲

技術領域

本發明涉及焊接技術，且更特定地涉及鎳或者鈷基超級合金部件的電子束焊接。

背景技術

電子束焊接日益增加地用于結合超級合金燃氣渦輪機部件上，特別地，在葉片和噴嘴上的子部件。這些部件經常由非常高強度鎳或者鈷合金制造，其難以焊接。時常地，可延展填充物或者墊片用于減少焊接熔合區和熱影響區中的破裂傾向，但是這些技術降低焊接件相對于基體金屬的機械性能。

在使用氣體電弧焊(GTAW)的燃氣渦輪機葉片的制作和修復中，非常高的溫度包括預熱已經使用一段時間。當前方法通過輻射或者感應加熱將葉片尖端預熱到超過1500的溫度。這使高強度填充物的使用能夠生成具有類似于葉片的基體材料的機械屬性的焊接件。

用于預熱電子束焊接件的當前方法包括在零件上以較低功率運行電子束，以局部地增加該零件的溫度。使用這種方法，由于零件幾何形狀的變化，溫度從一個零件到另一個將變化很大，因此溫度是不太可控的。此外，由于焊接開始時加熱停止，預熱在焊接過程中沒有維持。最后，由于電子束僅應用于單個移動點，且由于傳導和輻射零件迅速地失熱，能夠達到的最高溫度相對低。

發明內容

在此描述的示范性的實施例中，提供電子束焊接過程，其用于鎳或者鈷基超級合金部件，包括在焊接前和焊接期間局部地就地預熱零件?？梢圆捎秒娮琛⒏袘蛘咻椛浼訜?，且加熱系統必須能夠將待焊接的部件零件的溫度提高到至少1500且到基體合金和/或者填充物材料的初熔點。在焊接期間，被焊接的部件維持在升高的溫度，使能夠使用匹配強度和化學性質的填充物金屬焊接非常高合金的基體金屬。

因此，在其更廣泛的方面，本發明涉及焊接超級合金部件的方法，其包括：在真空室中將待焊接的一個或者多個部件預熱到至少1500的目標溫度；采用電子束在焊接區焊接該一個或者多個預熱的部件，同時維持目標溫度直到焊接完成。

在另一方面，本發明涉及焊接超級合金渦輪機部件的方法，其包括：在真空室中將待焊接的一個或者多個部件預熱到至少1500的預熱目標溫度，預熱使用感應線圈、電阻加熱器或者輻射燈實現；將填充物金屬供應到焊接區；采用電子束焊接該一個或者多個預熱的部件，同時維持目標溫度直到焊接完成。

現在，本發明將結合以下的附圖詳細描述。

附圖說明

該單個附圖為依據本發明的示范性的實施例的電子束焊接和預熱結構的示意圖。

具體實施方式

參見該單個附圖，顯示電子束焊接設備10，由電子束槍14產生的電子束12通過其引導到由待結合的部件16、18的相對表面形成的界面處。束12生成焊接區(或者簡單地焊接部)20，其冶金學地結合部件。部件16、18可以由包括相對地難以焊接的不同的金屬合金形成，例如用于形成鑄造渦輪機部件的沉淀強化的鎳或者鈷基超級合金。

焊接過程典型地在適于電子束焊接的環境中執行，也就是，為防止電子散射和基體金屬快速氧化所必需的合適的真空水平。該特定的真空水平以及包括電子束的脈沖電流頻率和行進速度的其他參數在本領域中已經知道而不需要在此描述。依據示范性的和非限制的實施例，預熱系統位于真空室內。預熱系統能夠局部地將工作件加熱到至少1500且直到基體合金和/或者填充物的初熔點(在一些情況下大于2000)(也稱為“目標溫度”)甚至更高。預熱系統能夠采用感應線圈、電阻加熱器或者輻射(石英)燈，一般地以24處的示意形式指示，以加熱部件而同時允許束達到待焊接區。應該理解的是，真空室要求多電氣饋給通路，以提供電力給預熱系統和監測溫度。

在兩個部件待焊接(本發明也應用于，例如，單個部件的修復)的情況，結合能夠自焊地(沒有填充物材料)完成，或者通過使用一個或者多個預置墊片或者絲饋送的填充物材料。填充物金屬能夠具有性能的任何范圍，從高延展性到非常高強度。

在焊接期間，在激勵電子束之前，一個或者多個部件16、18的溫度升高到目標溫度。目標溫度在焊接期間維持，且僅在焊接過程完成時加熱停止。在焊接后，預熱系統可以關閉，或者其可以在焊接后維持在受控的加熱模式且用于釋放焊接件應力以避免冷卻時破裂。

在此描述的過程克服結合電子束焊接使用的現有預熱技術的問題，其中電子束本身在低零件處在零件上運行，以局部地增加零件的溫度。在此采用的預熱過程更可控，允許操作者在整個焊接過程維持一個或者多個部件的大致一致的溫度，而獨立于電子束本身。