[發明專利]超耐熱合金部件的螺柱焊接修復

無效

• 申請號: 201380047007.2
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN104619450A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: G.J.布魯克
• 申請（專利權）人: 西門子能量股份有限公司
• 主分類號: B23K9/20
• 分類號: B23K9/20;B23P6/04;F01D5/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 曲瑩

技術領域

本發明涉及在制造或修復期間連接先進的超耐熱合金部件。在一些實施例中，本發明涉及使用固定到要修復基底的螺柱(stud)，通過電弧加熱螺柱和基底以熔化它們的表面然后在壓力下將螺柱驅動進基底中，以不會明顯降低所連接部件的機械結構或材料屬性的方式來表面修復蒸汽或燃氣輪機中的超耐熱合金渦輪葉片和輪葉。

背景技術

燃氣輪機或其它超耐熱合金部件的“結構”修復一般被認為是用匹配的合金材料更換受損材料，并獲得與原始制造部件規格(例如，原始規格的至少70％極限抗張強度)相近的屬性(比如強度)。例如，優選地對經受表面裂紋的渦輪葉片執行結構修復，使得減少進一步破裂的風險，并且使葉片恢復原始材料結構和尺寸規格。

由于成品葉片材料的冶金屬性，對用于制造渦輪部件(比如鑄造渦輪部件)的鎳和鈷基超耐熱合金材料的結構修復或重新制作是有挑戰性的。例如，具有多于6％聚合鋁或鈦含量的超耐熱合金(比如CM247合金)在受到高溫焊接時比低鋁-鈦含量的X-750合金更易受到應變時效裂紋的影響。成品渦輪葉片合金通常在鑄造后熱處理期間加強，這使它們難以執行隨后的結構焊接。當前使用的用于超耐熱合金結構制作或修復的焊接工藝通常涉及在焊接準備之后基本上熔化基底以及完全熔化焊接桿或添加的其它填充材料。當用具有相同或類似合金的填充金屬焊接由這種材料構成的葉片時，葉片在隨后熱處理工藝期間易受到焊縫內或附近的凝固(又名熔析)裂紋和/或應變時效(又名再熱)裂紋的影響，隨后熱處理工藝意在使超耐熱合金恢復原始強度和與新部件相當的其它材料屬性。

在熱阻連接設備中通過使電流在壓縮電極之間通入一對抵接的超耐熱合金部件中來執行超耐熱合金的傳統“點”電阻焊接的過去嘗試也會導致焊接區域內的凝固裂紋。替代的超耐熱合金焊接工藝(包括利用冷淬夾具的激光微熔覆、在所謂“熱”箱中在高溫下焊接和慣性摩擦焊接)仍可導致焊接后熱處理應變時效裂紋。其它摩擦焊接工藝(比如攪拌摩擦焊接)可降低超耐熱合金裂紋傾向，但是所使用的焊接設備具有比較有限的壽命。當由超耐熱合金材料構成的分離部件通過焊接工藝連接起來時，相同的裂紋問題發生在超耐熱合金部件制作期間。

鑒于超耐熱合金結構修復焊接的缺點，商業上可接受的方案通常僅僅是拋棄需要結構修復的受損渦輪葉片，因為過去的經驗已表明，這種結構修復成功有限。因此，修復僅限于那些在過去被證明通過上述替代的超耐合金焊接工藝或通過蓋面焊(使用結構強度降低的更有延伸性的焊接填充材料)可成功執行的修復。

因此，本領域中需要一種在比如渦輪葉片和輪葉的超耐熱合金部件的表面上執行結構連接或修復的方法，使得可以連接亞部件，或者可以修復那些結構裂紋或其它表面缺陷。

本領域中還需要增加對比如渦輪葉片和輪葉的超耐熱合金部件的表面進行結構修復的成功率，使得可以降低受損葉片廢棄率。

本領域中又需要一種利用已被證明的可重復修復技術和機器在比如渦輪葉片和輪葉的超耐熱合金部件的表面上執行結構連接或修復的方法，可重復修復技術和機器不需要復雜的焊接或修復后熱處理過程。

發明內容

相應地，本發明之目的是對比如渦輪葉片和輪葉的超耐熱合金部件的表面執行結構連接或修復，使得可以連接部件，或者可以修復結構裂紋和其它表面缺陷。

本發明的另一目的是增加成功執行對比如渦輪葉片和輪葉的超耐熱合金部件的結構修復的可能性，使得可以降低受損部件廢棄率。

本發明的又一目的是利用已被證明的可重復修復技術和機器執行對比如渦輪葉片和輪葉的超耐熱合金部件的結構制造或修復，可重復修復技術和機器不需要復雜的焊接或修復后熱處理過程。

這些和其它目的根據本發明實施例通過結構連接超耐熱部件或者修復比如渦輪葉片或輪葉的超耐熱材料部件中的缺陷來實現。超耐熱合金部件通過沿接觸表面匹配形成在一個部件基底中的凹槽與形成在另一部件中的對應突起并利用螺柱焊接設備將它們焊接在一起來連接或修復。匹配的超耐熱合金修復螺柱形成有螺柱突起，其輪廓沿對應的接觸表面符合基底凹槽輪廓。螺柱和基底兩者聯接到螺柱焊接設備，螺柱突起和基底凹槽以相對間隔開的關系取向，其間有一間隙。螺柱焊接設備使電流通過螺柱突起和凹槽之前，并在其間形成電弧，以熔化它們彼此的相對表面。熔化的螺柱突起和基底凹槽的相對表面通過螺柱焊接設備彼此按壓接觸，其間形成焊縫。