[发明专利]修复构件中裂纹的方法以及用于焊接构件的焊料

说明书

本发明涉及一种修复构件中裂纹的方法，该构件由高温合金，特别 是由含定向微观结构的高温合金制成，该方法特别是以如下方式配置， 使得经修复的裂纹也具有定向微观结构。此外，本发明还涉及一种用于 焊接构件的焊料，该构件由高温合金，特别是由含定向微观结构的高温 合金制成。

基于用燃气轮机可达到的高效率，飞机燃气轮机的改进和用固定式 燃气轮机产生电能越来越普遍受到重视。在燃气轮机中压缩所吸入的空 气并将其送入燃烧室。在燃烧室中对由送入的空气和燃料组成的混合物 点火并将高压下的热燃烧废气导入燃气轮机的涡轮机段 (Turbinenabschnitt)。该燃烧废气作为工作介质使涡轮机旋转，其旋转 频率通常为50-60Hz。该工作介质以约1200℃温度达到第一级涡轮机叶 片。由于旋转该热的涡轮机叶片经受由离心力产生的高静态负荷。此外， 由流入的热气体还产生动态负荷。依所用燃料不同还会对涡轮机段的构 件，特别是对涡轮机叶片产生或多或少的强腐蚀负荷。

例如该涡轮机的第一级涡轮叶片排(Lautschaufelreihe)的涡轮叶片 (Lautschaufel)因此常由所谓的耐高温的基于镍、钴或铁的高温合金制 成。这种高温合金例如已由EP 1204776 B1、EP 1306454、EP 1319729 A1、 WO 99/67435或WO 00/44949公开。

由于通常极为复杂的叶片设计和这类合金较小的变形趋势，涡轮机 叶片的制造是以真空浇铸法进行。控制凝固过程以在构件中产生定向的 微观结构，该结构对其后出现的负荷具有特别有利的取向性 (Orientierung)。术语“定向的微观结构”既表示单晶结构也表示含晶粒 结构的结构，在该结构中晶粒的膨胀具有共同的优先方向。在后一种情 况下，该晶粒例如在某一优先方向比其余方向具有更大的尺寸(所谓的棒 晶)。具有这样晶粒结构的构件也称为定向凝固构件(定向凝固)。

涡轮机构件和特别是涡轮机段的转子叶片(Laufschaufeln)受持久 的高的静态和动态负荷导致定期对其实施检查，以评定其是否适于继续 使用。要对检查过程中的受损构件进行更换或修复。除由腐蚀引起的大 量材料损失外，特别是疲劳裂纹是最常出现的更换构件的原因。特别是 在涡轮叶片情况下，出现横向于叶片纵轴的这类疲劳裂纹。

由于具有定向微观结构的涡轮机构件的高材料成本和制造成本，电 厂营运商或飞机燃气轮机制造商必须将维修燃气轮机装置的较高成本 (例如更换涡轮机叶片)计算在内。基于提高成本的压力，因此能使受 损涡轮机构件，特别是受损涡轮叶片可继续运行的修复方法是日益受到 关注。经修复的构件可再次装入燃气轮机装置中并继续使用到下一次检 查过程。

修复受损构件的一种可能性是焊接。例如将焊料施加到构件的裂纹 中，并借助于加热作用使其与高温合金材料相结合。该焊接工艺可在恒 温即恒定温度条件下进行，或在使用温度梯度条件下进行。

单晶物体的恒温钎焊方法例如描述于EP 1258545中。方法中将其 组成类似于构件的高温合金组成的焊料充填于裂纹中，并在高于该焊料 熔点的温度下保持较长时间。在焊料中加有硼以有助于降低熔点。由于 高温会发生扩散过程，其引起焊料和高温合金之间的浓度平衡，并导致 焊料凝固。在裂纹宽度达约200μm情况下，该凝固的焊料增大了周围 高温合金的定向微观结构。但硼还会导致形成脆性硼化物，该硼化物会 损害构件在修复位置区的特性。此外，在裂纹宽度大于约200μm时， 该方法不适用。

硼化物的形成例如描述于S.K.Tung等人″Evolution of nickel borides in Ni-Si-B brazed joints of nickel during post-braze heat treatment″， Materials Science and Technology，1997年12月，第13卷，第1051-1056 页。