[發明專利]借助于振動射束引導對耐高溫的超合金進行激光堆焊

有效

• 申請號: 201580018514.2
• 申請日: 2015-03-06
• 公開（公告）號: CN106163733B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 斯特法尼·林嫩布林克;弗蘭克·門采爾;諾貝特·皮爾沙;尼古拉·阿里亞金;喬治·博斯坦約格洛;貝恩德·布爾鮑姆;米夏埃爾·奧特;塞巴斯蒂安·皮格特;安德烈斯·加塞爾
• 申請（專利權）人: 西門子公司;弗勞恩霍夫應用研究促進協會
• 主分類號: B23P6/00
• 分類號: B23P6/00;F01D5/00;B23K26/342
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 丁永凡,張春水

技術領域

本發明涉及一種用于在基底上逐層地建立由耐高溫的超合金構成的涂覆的結構(涂覆結構)的方法。

背景技術

燃氣輪機的轉子葉片在運行中經受高溫和強的機械負荷。因此，對于這種構件優選應用耐高溫的鎳基超合金，所述耐高溫的鎳基超合金能夠通過析出γ’相來加強。然而，隨著時間推移，在轉子葉片中會出現裂紋，所述裂紋在時間進程中進一步擴大。這種裂紋例如能夠由于在燃氣輪機運行中的極端的機械負荷而形成，但是所述裂紋也能夠在制造過程期間就已經出現。因為由這種超合金構成的渦輪機葉片和其他的工件是耗費的和成本密集的，所以尋求：在制造中產生盡可能少的廢品并且確保所制造的產品的長的使用壽命。

處于運行中的渦輪機葉片進行定期維護，并且當由于運行引起的應變不再能夠容易地確保無錯地工作時，必要時更換所述燃氣輪機葉片。為了實現繼續使用所更換的渦輪機葉片，盡可能地對其進行再加工。隨后，所述渦輪機葉片能夠重新使用在燃氣輪機中。在這種再次加工期間，例如能夠需要將涂覆結構在受損的區域中堆焊到損壞的工件上，以便再次建立工件的原始壁厚或形狀。這可能能夠在例如通過銑削來移除損壞部位之后發生。

具有在制造過程中就已經形成的裂紋的渦輪機葉片也能夠以這種方式借助堆焊變為適用的，使得能夠減少在制造時產生的廢品。

然而，多種耐高溫的超合金借助于常規的焊接方法僅能夠困難地焊接。所產生的涂覆結構通常具有不令人滿意的材料特性，這能夠歸因于在堆焊期間熔化的材料凝固時構成柱狀的凝固前沿。

因此，存在對于對如下焊接方法的需求：所述焊接方法尤其適合用于耐高溫的超合金，如γ’凝固的鎳基超合金，并且不具有或僅少量地具有上述缺點。

發明內容

因此，本發明引入一種用于在基底上、例如在工件如燃氣輪機葉片上逐層地建立由耐高溫的超合金構成的涂覆結構的方法。在該方法中，將含有耐高溫的超合金的構建材料施加到基底上，并且將其由能量束在工作點處熔化。尤其能夠將激光束、優選連續的激光束用作為能量束。構建材料例如能夠作為粉末或作為線供給。所述構建材料優選在借助能量束進行加工期間連續地供給，這在粉末狀的構建材料的情況下例如能夠通過運載氣體或者在應用線狀的構建材料的情況下通過推進所述線來進行。

工作點沿著主運動方向在基底之上引導，并且在此橫向于主運動方向振蕩。在此，根據本發明，工作點從涂覆結構的相應的層的第一邊緣振蕩至涂覆結構的該相應的層的第二邊緣。在此，將離開第一和第二邊緣中的相應的邊緣和直接緊隨該離開的返回到第一和第二邊緣中的該相應的邊緣之間的時間間隔確定為，使得在該時間間隔期間，在第一和第二邊緣中的相應的邊緣處的熔池(Schmelzbad)凝固成糊狀區。將由液態的和大量的無序凝固的組成成分構成的混合物稱作為糊狀區(英文“mushy zone”)。

本發明通過如下方式抑制不期望的柱狀生長：將在堆焊期間在相應的時間點且在相應位置處形成的熔池在能量束返回之前在該位置處(或者用于在其附近沿主運動方向的運動)將冷卻成糊狀區的熔池重新熔化，其中所述能量束的返回通過橫向于主運動方向的振蕩運動引起。

通過橫向于主運動方向的振動運動，減小糊狀區正交于固相線邊界面的擴展，進而減小微觀偏析的程度和減少萊夫斯相的析出。此外，實現如下凝固條件：所述凝固條件有助于球狀生長。通過重復地再熔化枝狀晶能夠將枝狀晶片段保留在熔融物中，并且將其提供作為用于球狀生長的核。在堆焊時，尋求涂覆結構中的球狀生長，因為具有柱狀生長的涂覆結構傾向于形成裂紋。

由于工作點沿著主運動方向運動，相應的部位隨時間推移在工作點繼續返回時越來越少地加熱，使得在該處施加的涂覆材料最終能夠完全凝固。然而，本發明在這種情況下具有其他優點：涂覆結構的相應的層在其整個寬度之上能夠在一個工序中構建，其中也能夠建立具有變化寬度的涂覆結構。根據本發明的方法能夠以這種方式實現尤其快速地制造要建立的涂覆結構。

如果借助根據本發明的方法能夠將變化寬度的涂覆結構施加到基底上，那么相應地增大橫向于主運動方向的振動運動的振幅。在此，當要建立的涂覆結構的寬度增加時，能夠降低工作點沿主運動方向的速度，或者當要建立的涂覆結構的寬度減小時，提高該速度。附加地或替選地，能夠調整能量束的功率，其中當要建立的涂覆結構的寬度增加時，能夠提高功率，并且當要建立的涂覆結構的寬度減小時，能夠降低功率。