[发明专利]用于涡轮叶片末梢的焊补方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于修补涡轮叶片末梢的焊接技术，更具体地讲，涉及一种蘑菇焊补技术(mushroom weld repair technique)，该蘑菇焊补技术使用钨极氩弧焊(GTAW)或等离子体弧焊(PAW)工艺与匹配的化学填充焊丝一起来修补后级定向凝固的叶片末梢。该焊接技术还可以影响其它的后级叶片，并且可容易地在焊补店中采用。

背景技术

称为GTD-444的超级合金的定向凝固的叶片即所谓的DSGTD-444叶片，用作用于高效发动机如通用电气的FB型发动机和H型发动机的后级叶片。定向凝固的GTD-444叶片典型地表现出较好的抗蠕变特性。在许多情况中，这些叶片在其末梢处需要通过焊接来修补。在新制造的部件上，这或许是由于不正确研磨/不正确加工所而造成的，而在正在使用的叶片上则可能是由于发动机运行期间对蜂窝结构的末梢磨损或摩擦所引起。

众所周知，GTD-444超级合金的焊接性极其糟糕，因为此合金在基质(matrix)中包含较高的γ′(60％左右)。因此，焊接在基体金属受热区和焊接金属中产生了不可接受的裂纹。一些使用匹配化学填料的之前的焊补尝试在焊接和基体金属受热区(HAZ)中产生了严重的裂纹。通用电气维修店对于由合金738和等轴GTD-111所铸造的叶片采用GTAW工艺。当时没有已知的焊补工序来修补GTD-444叶片末梢。

为了较好的性能，设计工程要求修补焊接提供与基体材料相匹配的机械特性。匹配的特性仅可通过使用匹配的填充材料如Rene 142或Rene 108才可获得。然而，当使用这些匹配的填充材料时却提高了裂纹敏感性。在很多情况下，易延展的填料如IN 617或IN 625将产生无裂纹焊接，但它具有明显较差的特性且因此不合需要。就各种情况而言，焊接金属包括焊接金属中的等轴凝固的树枝状晶体，与基体材料衬底相比其所具有的焊接特性较差。

需要研制用于后级DS GTD-444叶片末梢的修补技术/方法，该修补技术/方法将使用匹配基体材料特性采用GTAW工艺来产生无裂纹焊接。

发明内容

在示范性实施例中，焊补方法使用钨极氩弧焊(GTAW)或等离子弧焊(PAW)焊炬和匹配的填料。该方法包括步骤：(a)控制供给焊炬的电流强度和焊炬的移动速度，以产生具有蘑菇形状的焊珠；(b)从各个侧面研磨焊珠，以除去焊珠至少一半的厚度；(c)重复步骤(a)；和(d)重复步骤(b)。

在另一个示范性实施例中，该方法包括步骤：(a)用焊炬和成形的焊珠形成平行于基体材料的凝固前沿，其中，成形的焊珠包括由等轴结构所环绕的在中央的定向凝固的焊接金属；(b)大致除去所有的等轴结构；(c)重复步骤(a)；和(d)重复步骤(b)并将基体材料大致修复至其初始尺寸。

附图说明

图1为焊补技术工序的简图；和

图2图示了焊补技术的原理。

具体实施方式

参照图1，将描述示范性实施例的焊补技术工序。在惰性气体气氛如氩气、氦气等的包盒(wrap box)内，将DS GTD-444叶片末梢首先预热到1000°F。在包盒中的典型的加热速率为50°F/分钟从室温加热到1500°F或25°F/分钟加热到最高温度1900°F。也可以使用感应加热。Rene 142-Hf填充焊丝由于其化学性质接近GTD-444超级合金基体材料，故可以选来修补叶片末梢。注意当时无法获得GTD-444填充焊丝。其它适当的高强度的匹配的焊接填充材料可包括GTD111，Rene 80，Rene 108等。对于焊补技术使用GTAW工艺或PAW工艺。

在第一步骤，以这样的方式手动地控制GTAW焊炬的电流强度和移动速度，以便产生带有“蘑菇”形状的焊珠。如图2所示，蘑菇形状宽于并高于叶片末梢尺寸，具有多个侧面和圆形的上部。

焊接之后，从各个侧面研磨焊珠。除去的材料量大约为焊珠沉积于各个侧面上的材料量的一半。随后的焊道(pass)使用相同的焊接参数来焊接在研磨表面上，以便再次产生“蘑菇”形状焊珠。

在焊接第二焊道之后再次进行研磨操作，将末梢恢复到它的初始尺寸。图1中示出了最终修补的焊接。