[發(fā)明專利]用于在堆焊期間定向加固焊縫的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410559120.5
• 申請日: 2014-10-20
• 公開（公告）號: CN104551405A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尼古拉·阿里亞金;喬治·博斯坦約格洛;貝恩德·布爾鮑姆;安德烈斯·加塞爾;托爾斯滕·揚博爾;托爾斯滕·約基施;斯特法尼·林嫩布林克;塞利姆·莫卡德姆
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子公司;弗勞恩霍弗實用研究促進協(xié)會
• 主分類號: B23K26/342
• 分類號: B23K26/342;C30B13/22
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 丁永凡;張春水

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種定向加固的金屬材料的焊接方法。

背景技術(shù)

γ'加強的SX鎳基超合金既不能夠借助于常規(guī)的焊接方法、也不能夠借助高能方法(激光、電子束)借助一個或多個層中的搭疊的焊接帶中的相同類型的焊接填料來堆焊。問題在于：在單獨的焊接帶中在表面附近的邊緣區(qū)中已經(jīng)構(gòu)成具有錯誤取向的組織。對于后續(xù)的搭疊軌跡這表示：該區(qū)域中的凝固前沿不提供SX核，并且具有錯誤取向的區(qū)域(非SX組織)在搭疊區(qū)域中進一步延展。在該區(qū)域中形成裂紋。

對于γ'加強的SX鎳基超合金而言，至今為止應(yīng)用的焊接方法不能夠通過在一個或多個層中進行搭疊處理以相同的SX組織構(gòu)建焊接料。在SX襯底上的單獨軌跡中，局部凝固條件根據(jù)位置從主干或副枝開始枝狀晶生長而發(fā)生改變。在此，在不同的可能的枝狀晶的生長方向中，具有最有益的生長條件的生長方向占優(yōu)，即相對于溫度梯度具有最小的傾斜角的生長方向。在γ'加強的SX鎳基超合金的粉末堆焊中在SX組織中構(gòu)成錯誤取向的原因如今不完全清楚。據(jù)推測：在枝狀晶從不同的生長方向彼此擊中時，副枝可能折斷并且用作為用于構(gòu)成錯誤取向的組織的核。此外，在表面附近的邊緣區(qū)域中，熔融物中的沒有完全熔化的粉末顆粒能夠用作為用于構(gòu)成錯誤取向的組織的核。為了解決該問題，因此提出用于γ'加強的SX鎳基超合金的粉末堆焊的工藝控制，其中實現(xiàn)下述生長條件，所述生長條件有利于用于枝狀晶的僅一個生長方向。此外，該工藝控制確保熔融物中的粉末顆粒的完全熔化。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的是解決上述問題。

所述目的通過下述方法來實現(xiàn)，所述方法用于在堆焊期間定向加固焊縫，尤其是用于堆焊構(gòu)件的基底，所述基底是定向加固的并且具有枝狀晶，所述枝狀晶沿基底枝狀晶方向延伸，其中將關(guān)于掃描速度、激光功率、焊接束直徑、粉末噴射焦點和/或粉末質(zhì)量流的工藝參數(shù)設(shè)計成，使得所述工藝參數(shù)引起凝固前沿上的溫度梯度的局部取向，所述局部取向相對于基底中的枝狀晶的基底枝狀晶方向小于45°，其中適用的是：

A:基底的吸收度,

I_L:激光強度,

λ:基底的比熱導(dǎo)率,

T:溫度。

為了解決在單獨軌跡的表面附近的邊緣區(qū)域中構(gòu)成非單晶的組織的所述技術(shù)問題，提出借助激光輻射對堆焊進行工藝控制，其中不出現(xiàn)所述問題或者以小的程度出現(xiàn)所述問題，使得在沒有裂紋形成的情況下在室溫下可以在一個或多個層中進行搭疊處理。

在下文中列出其他有利的措施，所述措施能夠彼此任意組合，以便實現(xiàn)其他的優(yōu)點。

附圖說明

附圖示出：

圖1示出方法的示意流程圖，

圖2示出燃氣輪機，

圖3示出渦輪葉片，

圖4示出超合金列表。

具體實施方式

說明書和附圖僅代表本發(fā)明的實施例。

在圖1中示意地示出借助設(shè)備1進行的方法的流程圖。

要修復(fù)的構(gòu)件120、130具有由超合金、尤其由根據(jù)圖4的鎳基超合金構(gòu)成的基底4。基底4更尤其由鎳基超合金構(gòu)成。通過將新的材料7、尤其借助于粉末通過堆焊施加到基底4的表面5上來修復(fù)基底4。

這通過輸送材料7和焊接束、優(yōu)選激光器的激光束10來進行，所述激光束至少熔化所輸送的材料7并且優(yōu)選也部分熔化基底4。在此，優(yōu)選應(yīng)用粉末。優(yōu)選地，粉末顆粒7的直徑小至使得激光束完全熔化所述粉末顆粒并且得到顆粒7的足夠高的溫度。在此，在基底4上在焊接期間存在熔化區(qū)域16和連接于所述熔化區(qū)域的凝固前沿19和在此之前已經(jīng)再次凝固的區(qū)域13。

本發(fā)明的設(shè)備優(yōu)選包括具有粉末輸送單元的激光器(未示出)和移動系統(tǒng)(未示出)，借助所述移動系統(tǒng)能夠移動粉末7在基底表面5上的撞擊區(qū)域和激光束交互作用區(qū)。構(gòu)件(基底4)在此優(yōu)選既不預(yù)熱、也不通過熱處理過度老化。

基底4上的要再構(gòu)建的區(qū)域優(yōu)選被層狀地堆焊。層優(yōu)選曲折地、單向地或雙向地被涂覆，其中曲折移動的掃描向量在層與層之間優(yōu)選分別轉(zhuǎn)動90°，以便避免層之間的連接錯誤。

基底4中的枝狀晶31和涂覆區(qū)域13中的枝狀晶34在圖1中示出。同樣示出坐標系25?；?相對地沿x方向22以掃描速度V_V移動。在凝固前沿19上存在z溫度梯度28。