[發明專利]通過激光再填充和適度熱等靜壓修復鈦葉片的方法

有效

• 申請號: 201080056728.6
• 申請日: 2010-12-08
• 公開（公告）號: CN102712066A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 杰拉德·德瑞恩
• 申請（專利權）人: 斯奈克瑪
• 主分類號: B23P6/00
• 分類號: B23P6/00;F01D5/00;B22F7/06;B22F7/08
• 代理公司: 中國商標專利事務所有限公司 11234
• 代理人: 宋義興;周偉明

技術領域

本發明的領域是航空渦輪引擎領域，特別是修復這些渦輪引擎的壓縮機葉片的領域。

背景技術

航空渦輪引擎典型地包括一個或多個串聯安置的壓縮機，空氣在噴射到燃燒室之前在壓縮機中被壓縮。在燃燒室中，空氣與燃料混合并然后燃燒。燃燒氣體經過一個或多個渦輪級，提取用于驅動一個或多個壓縮機所必要的動力，然后燃燒氣體經由噴嘴排放以產生所希望的沖力。在具有高旁通比的現代民用渦輪風扇引擎中，被稱為風扇的額外壓縮級被安置在第一壓縮機(低壓壓縮機)的上游。這種風扇的葉片具有大尺度，并暴露于由于空氣流(例如大氣擾動)、灰塵或可能被引擎吸入的異物所致的侵襲。

由于這些侵襲導致腐蝕，因而風扇葉片或多或少地很快出現磨損，這些磨損需要消除，可通過盡量增加受損葉片容許工作壽命或者通過為這些葉片設計修整解決方案而實現。

已經提出許多解決方案以當壓縮機葉片在使用過程中腐蝕之后再填補壓縮機葉片的前緣或一些其他部分。例如，由霍尼韋爾(Honeywell)公司遞交的國際專利申請WO?2007/027177提出一種用于對鈦合金制風扇葉片再填補的方法，其中采用被稱為冷氣動態噴涂的方法。這種方法涉及噴涂金屬粉末，金屬粉末的顆粒由于其動能而積聚在葉片上并由此形成可使葉片恢復到其初始輪廓的層。這種方法具有的缺點是，在噴涂層中最終留下相當多的氣孔。為了解決這一問題，在所述專利申請中所述的方法提供熱等靜壓(HIP)操作，HIP操作將在相對嚴格的條件下執行，這是因為有必要使待修復部件承受從700至1000巴的壓力和從1400至1500℃的溫度達1小時，然后使部件在900℃量級的溫度下保持數小時。

與這種部件溫度升高相關的缺點是，鈦剛性喪失較多，因而葉片更易于變形。而且，所采用的使用冷氣噴涂粉末形式金屬的技術無法以足夠精確的定位方式進行再填補。因此，這種技術不得不通過機加工修補以使葉片恢復到其精確的幾何形狀。

另一種可想到的解決方案是激光再填補，其可獲得更精確的尺度并由此允許將最后的機加工操作省略或者至少減小至簡單的人工執行的調整操作。激光再填補是利用焊接的再填補技術，其包括將金屬層沉積到部件表面上。填料金屬以絲或粉末形式使用惰性氣體供應，然后沿側向或共軸地被噴射到激光束中。通過這種系統，由激光束傳輸的一些能量用于預加熱束內粉末，而通過粉末射流傳送的能量部分可較薄地再熔化襯底表面。熔化區通過激光能量供應被維持。

這種解決方案可將葉片直接翻新(refurbish)至其最后形狀，但其并未完全消除與緊湊性不足相關的問題。雖然通過適合的激光調整，所觀察到的氣孔顯著少于之前情況的氣孔，不過仍有必要借助于在再填補之后消除氣孔的方法確保在采用鈦合金壓縮機葉片的情況下具有足夠的疲勞強度。

還提出其它再填補方法，其中噴涂金屬并之后進行諸如HIP加壓之類的壓密操作，例如在通用電氣(General?Electric)公司的專利申請EP?1643011和EP?1743729、或者聯合科技(United?Technologies)的專利申請EP?1897972中所述方法。應注意，這些熱等靜壓操作在高溫條件下執行，這是因為這些條件下通常超過700℃的溫度，例如，對于鈦合金TA6V而言該溫度對應于其再結晶溫度。在第一個文獻D1中，所用溫度在“大致700℃”至“大致950℃”之間，而在第三個文獻中，溫度在800至1000℃的范圍內；在第二個文獻中并未指明溫度。

同樣地，在這些HIP加壓操作過程中施加的壓力(對于第一個文獻在14至28巴之間變化，對于第三個文獻在10巴的量級)通常在這種情況下保持相對較低，這對于消除氣孔而言是非常不利的。本發明的目的是，通過提供一種修復方法克服這些缺陷，這種修復方法不具有現有技術缺陷中至少一些缺陷，而且這種修復方法特別是消除在再填補過程中可能形成的氣孔，而沒有葉片輪廓變形的風險。

發明內容

對此，本發明涉及一種修復金屬部件的方法，通過將所述金屬的粉末噴涂到所述部件上而對受損的部件再填補，其特征在于，所述方法包括：借助于所述粉末對所述受損的部件進行激光再填補(laser-refilling)的步驟；然后進行熱等靜壓的步驟，在所述等靜壓過程中采用的最大溫度不超過所述金屬的再結晶溫度。

通過保持處于金屬再結晶溫度之下，避免金屬部件變形，金屬部件可在激光再填補操作過程中被形成至最后尺度。因而在HIP加壓之后不需要用于使部件恢復到其精確幾何形狀的磨制操作。

優選地，這種方法可對由鈦合金制成的渦輪引擎壓縮機葉片執行。

在此情況下，所述最大溫度最高等于680℃。