[發明專利]焊接工藝及減少約束的焊接接頭

在審

• 申請號: 201480061572.9
• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN105722635A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: G·J·布魯克;A·卡梅爾
• 申請（專利權）人: 西門子能源公司
• 主分類號: B23K26/34
• 分類號: B23K26/34;B23C3/28;B23P6/00;B23K26/30;B23K33/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

技術領域

本申請一般涉及材料技術領域，并且更具體地涉及焊接領域，并 且特別應用于超合金組件的焊接修復。

背景技術

人們認識到，由于其對焊接凝固裂紋和應變時效裂紋的敏感性， 超合金材料是最難焊接的材料之一。術語“超合金”在本文中被使用， 因為它是本領域通常使用的；即在高溫下表現出優異的機械強度和耐 蠕變性能的高度耐腐蝕和耐氧化的合金。超合金通常包括高的鎳或鈷 含量。超合金的例子包括以如下商標和品牌出售的合金：哈氏合金， 鉻鎳鐵合金(例如IN738、IN792、IN939)，雷內合金(例如ReneN5、 Rene80、Rene142)，海恩斯合金，MarM，CM247LC，C263，718， X-750，ECY768，282，X45，PWA1483和CMSX(例如CMSX-4) 單晶合金。

一些超合金材料的焊接修復已通過預熱材料到非常高的溫度(例 如達高于1600°F或870℃)，以在修復過程中顯著增加材料的延展性 而成功實現。這種技術被稱為熱匣焊接或在升高溫度(SWET)焊接 修復下的超合金焊接，它通常使用手動GTAW(氣體保護鎢極電弧焊) 工藝完成。然而，熱匣焊接受到保持均勻的部件處理表面溫度的困難 和保持完整的惰性氣體保護的困難，以及在這種極端的溫度下給在部 件附近工作的操作者施加的身體困難的限制。

一些超合金材料的焊接應用可以使用冷卻板，以限制基底材料的 加熱來進行；從而限制基底熱效應的出現和引起裂紋問題的應力。然 而，這種技術對于許多零件的幾何形狀不便于使用冷卻板的修復應用 是不實際的。

本發明人已使用粉末焊劑和金屬開發了超合金焊接技術，如在美 國專利申請公開號US2013/0140278A1中所公開的，其通過引用并入 本文。這個工藝促進了甚至最難焊接的超合金的沉積。然而，希望對 超合金材料組件的焊接修復的進一步的改進。

附圖說明

本發明在以下描述中結合附圖被說明，附圖示出了：

圖1是現有技術焊接接頭的剖面圖。

圖2是根據本發明的一個實施例的焊接接頭的剖面圖。

圖3示出了根據本發明的一個實施例使用端銑刀工具形成焊接準 備部的過程。

圖4是具有根據本發明的實施例形成的焊接準備部的燃氣渦輪發 動機葉片的頂視圖。

具體實施方式

本發明人已經認識到，在超合金材料的焊接修復中的困難被惡 化，因為已知焊接接頭的幾何形狀傾向于在冷卻并凝固凝固時約束焊 件。圖1示出了典型的現有技術組件修復焊接接頭10，其通常具有帶 平底V形截面形狀的焊接準備部。圖1的焊接接頭10通常在組件的 修復過程中，當裂紋或其它不連續性通過從表面14去除材料到去除 不連續性(未示出)所需的深度，從基底12進行挖掘時被使用。然 后附加材料被去除以形成平底V形焊接準備部16，該焊接準備部具 有延伸到大致平坦的底部表面20的相對斜邊18、18'。平坦的底部表 面20是代替延伸邊18、18'以在一點接合在一起，從而確保在焊接底 部的完全熔化所必需的。焊接金屬22然后焊接準備部諸如通過粉末 超合金材料的激光熔融沉積或其它已知方法被添加一道次或多道次 以填充焊接準備部16。

當熔融的焊接金屬22被沉積到焊接準備部16中時，其通過沿側 邊18、18'主要到鄰接基底材料12的熱損失冷卻并凝固。受到熱傳遞 發生和熱能消散到基底12中的影響，沿側邊18、18'的材料薄層24 可以熔化或變熱，導致通過焊接金屬22的溫度梯度。作為溫度梯度 的結果，熔融材料將開始沿側邊18、18'凝固和并且凝固將從兩側邊 18、18'向內朝向焊接金屬22的中心前進。熔融材料隨著金屬凝固和 冷卻收縮。鄰近側邊18、18'的第一凝固材料受到基底12的相對結構 剛性的約束，并且因此收縮必須由剩余凝固焊接金屬22本身容納。 作為從兩側邊18、18'朝向焊接接頭10的中心前進的向內前進凝固前 沿的結果，開發了焊接金屬22的中心區域，該中心區域處于顯著張 應力下，有時造成中心線收縮裂紋26。即使不發生凝固裂紋，幾何形 狀和高所得約束促進升高殘留的焊接應力。這種應力可以與來自焊后 時效硬化的應力混合，并導致應變時效裂紋。