[发明专利]高温激光焊接

说明书

技术领域

本发明一般涉及燃气轮机工艺，具体地说，涉及用于接合或修补燃气轮机部件的激光束焊接方法。

背景技术

激光束焊接越来越多用来接合或修补燃气轮机部件，尤其是涡轮叶片和喷嘴。这些部件经常用很高强度的镍或钴超级合金制成所述镍和钴超级合金用传统方法难以焊接。常常是，利用延性填料或填隙片来减少焊接熔合区和受热影响区的裂化趋势，但这样降低了焊缝相对于基底材料的机械能力。

在用气体保护钨极电弧焊(GTAW)制造和修补燃气轮机叶片时，很高温度预热已经用了一些时候。现行方法包括用辐射或感应加热将叶片尖端预热到超过1500的温度。这样能使用高强度填料来产生其机械性能可与叶片的基底金属不相上下的焊缝。

在美国专利No.6054672中公开了一种激光焊接的方法，所述方法利用感应预加热和进给粉体填充材料。

用于预热激光束焊接的另一种方法包括使激光束在低功率下掠过部件，以便局部增加部件的温度。用这种方法温度较难控制，因为由于各部件的变动，温度从一个部件到下一个部件会有很大变化。另外，在焊接期间不能保持分开预热，因为如用于预热那样，是用同一激光束来进行焊接。最后，因为激光束只施加到一个移动的焊点上，和因为部件迅速地把热量传给传导和辐射，所以可达到的最高温度比较低。

发明内容

在本文所述的示例性实施例中，提供一种方法用于激光束焊接超级合金部件，此处利用感应线圈、辐射(石英灯)或导电(电阻)加热器将焊接区域就地局部预热。在预热期间和焊接期间所达到的温度大于1500并可以大于2000。高温有效地消除了在基底金属的焊缝或受热影响的区域中产生裂纹的危险，并且还能用匹配强度的填充金属焊接易合金化的基底金属。填充金属通过粉体进给、焊丝进给、或者预先放好的插在待焊接的部件之间的填隙片、或者它们的任何组合，供应到焊缝上。利用多种填充材料可供在熔合区中形成均匀的组成和化学性质，同时可能形成具有冶金能力的接头，使其满足部件的要求。多种不同组成的填充材料可用相同或不同的供应方法(亦即用填隙片、焊丝进行或粉体)供应到焊区。可供选择地，相同组成的填料可以用不同方法供应。

因此，一方面，本发明涉及一种焊接超级合金部件的方法，所述方法包括：在基本上封闭的惰性气体气氛下将一个或多个待焊接的部件预热到至少1500的预热温度；供应多种填料到焊区，上述多种填料中至少有两种填料具有不同的组成；和利用激光束焊接一个或多个经过预热的部件，而同时保持上述预热温度。

另一方面，本发明涉及焊接超级合金涡轮机部件的方法，所述方法包括：在基本上封闭的惰性气体气氛下将一个或多个待焊接的部件预热到至少1500的预热温度；利用至少两种不同的填料供应方法将多种相同组成的填料供应到焊区；和利用激光束焊接一个或多个经过预热的部件，而同时保持预热温度。

现在，将结合下面所表示的附图详细说明本发明。

附图说明

图1是按照示例性实施例所述一种激光焊接系统的示意图；和

图2是按照示例性实施例所述供应填充材料到焊接区的不同方法的示意图。

具体实施方式

参见图1，激光焊接系统10利用一预热系统，所述预热系统如此建造，以便将工件如涡轮叶片12完全封闭在一封闭装置14(用虚线示出)内，所述封闭装置14具有一露出待焊接区域的开口或窗口16。惰性气体如氩气在足够高的速度下送入封闭装置14，以保证没有空气可穿过焊接窗口16进入。在示例性实施例中，用感应加热、石英灯、或电阻加热线圈来加热部件12，以使待焊接的部件12的温度升高到1500以上，而在某些情况下升高到2000以上(取决于特殊的应用、合金等)。这些可供选择的加热元件在图1中一般用标号18表示。

填充材料用图2所示的几种填料供应方法的其中任一方法或它们的任何组合供应到焊接区或接头上。具体地说，填充材料可以通过在焊接接头中预先设置一般或多个填隙片20；通过供应管24将焊丝22进给到熔池；或是通过一个或多个管28，30将粉料26供应到熔池来供应。一旦焊接过程完成，就保持惰性气体保护，同时让一个或多个焊好的部件冷却。

应该理解，一旦待焊接的部件达到预热目标温度，则在整个焊接过程中都保持在那个温度下。高温能用匹配强度和匹配组成和化学性质填料金属焊接很容易合金化的基底金属。利用闭合的有惰性气体气氛的预热系统保护部件以防由于高预热温度而氧化基底金属。