[發(fā)明專利]利用部件支撐的填料對基底的修復(fù)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480042801.2
• 申請日: 2014-07-09
• 公開（公告）號: CN105408056B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: G·J·布魯克;A·卡梅爾
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子能源公司
• 主分類號: B23P6/00
• 分類號: B23P6/00;F01D5/00;B23K1/00;B23K1/005;B23K1/20;B23K25/00;B23K26/34
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 王茂華;楊立

在修復(fù)部件基底(18)、特別是由諸如鎳基超合金之類的超合金組成的基底(18)的方法中，待修復(fù)的在受損區(qū)域(26)的基底(18)的一部分被移除，形成通過基底(18)的修復(fù)開口(28)。修復(fù)開口(28)相鄰于部件(10)的內(nèi)部腔(20)。腔(20)填充有諸如粉末金屬合金之類的填充材料(30)，該粉末金屬合金具有與基底(18)的組分對應(yīng)的組分。熱量隨后被施加到填充材料(30)并且跨修復(fù)開口(28)以熔融填充材料，其被允許冷卻以形成被融合到基底(18)并且跨開口(28)的修復(fù)沉積物(36、40、50)。隨后從腔(20)中移除未消耗的填充材料(30)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明通常涉及金屬接合的領(lǐng)域，并且更具體地涉及用于使用激光熱源沉積金屬的過程。

背景技術(shù)

焊接過程取決于被焊接的材料的類型而顯著地變化。一些材料在各種條件下更容易被焊接，而其它材料需要特殊過程以便于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)良好的接合而不劣化周圍的基底材料。

普通的電弧焊接通常利用自耗電極作為供給材料。為了從針對焊接熔池中的熔融材料的大氣(atmosphere)提供保護(hù)，惰性覆蓋氣體或者焊劑材料可以在焊接許多合金時被使用，該許多合金例如包括鋼、不銹鋼以及鎳基合金。惰性和組合的惰性和活性氣體的過程包括氣體鎢電弧焊(GTAW)(也稱為鎢惰性氣體(TIG))和氣體金屬電弧焊(GMAW)(也稱為金屬惰性氣體(MIG)和金屬活性氣體(MAG))。焊劑保護(hù)的過程包括通常饋送有焊劑的埋弧焊(SAW)，焊劑包括在電極的芯中的藥芯焊絲電弧焊(FCAW)，以及焊劑被涂布在填料電極外部上的屏蔽金屬電弧焊(SMAW)。

利用能量束作為熱源進(jìn)行焊接也是已知的。例如，激光能量已經(jīng)被用于將預(yù)放置的不銹鋼粉末熔化到碳鋼基底上，其中粉末狀焊劑材料提供熔池的屏蔽。焊劑粉末可以與不銹鋼粉末混合，或者作為單獨(dú)的覆蓋層施加。以本發(fā)明人的知識，當(dāng)焊接超合金材料時并未使用焊劑材料。

已認(rèn)識到的是，由于超合金材料易受到焊接凝固開裂和應(yīng)變時效開裂的影響，超合金材料是最難焊接的材料之一。術(shù)語“超合金”在本文中使用，因?yàn)樗诒绢I(lǐng)域中被普遍使用；即，在高溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和耐蠕變的高度抗腐蝕和抗氧化的合金。超合金通常包含高鎳或鈷含量。超合金的示例包括以下列商標(biāo)和品牌名稱銷售的合金：Hastelloy,Inconel合金(例如，IN 738、IN 792、IN 939)、Rene合金(例如，Rene N5、Rene80、Rene 142)、Haynes合金、Mar M、CM 247、CM 247LC、C263、718、X-750、ECY 768、282、X45、PWA1483和CMSX(例如，CMSX-4)單晶合金。

通過將材料預(yù)加熱到非常高的溫度(例如，到高于1600℉或870℃)以便于在修復(fù)期間顯著地增加材料的延展性已成功完成一些超合金材料的焊接修復(fù)。該技術(shù)被稱為在升高的溫度下的熱箱焊接或超合金焊接(SWET)焊接修復(fù)，并且其通常使用手動GTAW過程被完成。然而，熱箱焊接被維持均勻的部件過程表面溫度的困難和維持完全的惰性氣體屏蔽的困難而限制，并且也被施加在于這樣高的溫度的部件附近工作的操作者的物理困難而限制。

一些超合金材料的焊接應(yīng)用可以使用冷卻板以限制基底材料的加熱而被執(zhí)行；從而限制致使開裂問題的基底熱影響和應(yīng)力的發(fā)生。然而，該技術(shù)對于部件的幾何形狀不便于使用冷卻板的許多修復(fù)應(yīng)用而言是不實(shí)際的。

圖11是圖示了作為其鋁和鈦含量的函數(shù)的各種合金的相對焊接性的常規(guī)圖。諸如具有這些元素相對較低的濃度以及必然相對較低的γ'(gamma prime)含量的718之類的合金被認(rèn)為是相對可焊的，雖然這樣的焊接通常被限制為部件的低應(yīng)力區(qū)域。諸如具有這些元素相對較高的濃度的939之類的合金通常不被認(rèn)為是可焊的，或者僅可以利用以上討論的增大材料的溫度/延展性并且最小化過程的熱量輸入的特殊過程被焊接。為了本文的討論目的，虛線80指示了介于在線80以下的可焊區(qū)與在線80以上的非可焊區(qū)之間的邊界。線80在垂直軸線上相交于3wt％(重量百分比)鋁并且在水平軸線上相交于6wt％鈦。在非可焊區(qū)以內(nèi)，具有最高鋁含量的合金通常被發(fā)現(xiàn)是最難焊接的。