[发明专利]定向结晶材料的单晶焊接

说明书

技术领域

本发明涉及一种定向结晶的金属材料的焊接方法。

背景技术

γ’强化的SX镍基超合金既不能借助传统的焊接方法也不能借助高能方法（激光、电子束）与同类型的添加材料在搭接的焊接轨迹中堆焊成一个或者多个层。问题在于，在靠近表面的边缘区域中存在单个焊接轨迹的情况下已构成具有错误定向的组织。这对于相继的搭接轨迹意味着，在该区域中的凝固前沿不具有SX晶核并且该区域以错误的定向（没有SX组织）在搭接区域中继续扩展。在该区域中形成裂纹。

对于γ’强化的SX镍基超合金，目前为止使用的焊接方法不能够将焊缝金属在搭焊加工中同种地构造成一个或多个具有相同SX组织的层。在SX基底上的单个轨迹中，局部的凝固条件以如下方式变化，即枝晶状的生长根据位置从初生根或者二次枝晶臂开始。在此，在不同可能的枝晶的生长方向中实现具有最有利的生长条件的方向，也就是说具有相对于温度梯度最小的倾角的方向。目前还没有完全弄清在对γ’强化的SX镍基超合金进行粉末堆焊时在SX组织中形成错误定向的原因。推测在枝晶从不同的生长方向相会时，二次枝晶臂可能会折断并且充当用于构成错误定向的组织的晶核。此外，在靠近表面的边缘区域中，在熔融物中没有完全熔化的粉末颗粒充当用于形成错误定向的组织的晶核。因此，为了解决该问题，提出用于对γ’强化的SX镍基超合金进行粉末堆焊的过程控制，其中，实现仅有利于枝晶的生长方向的生长条件。此外，过程控制确保粉末颗粒在熔融物中完全熔化。

发明内容

因此，本发明的目的是解决上述问题。

该目的通过根据权利要求1的方法得以实现。

为了解决在单个轨迹的靠近表面的边缘区域中形成非单晶组织的技术问题，提出借助激光束对堆焊进行过程控制，在这种过程控制中，所述问题不出现或者以如此小地程度出现，使得在室温下可进行在一个或者多个层中的搭焊加工，而不形成裂纹。

在从属权利要求中列出其他有利的措施，这些措施可以任意地相互组合，以便获得其他优点。

附图说明

附图示出：

图1示出方法的示意的流程；

图2示出燃气轮机；

图3示出涡轮叶片；

图4示出超合金列表。

说明书和附图仅表示本发明的实施例。

具体实施方式

在图1中借助装置1示意地示出方法的流程。

待维修的构件120、130具有由超合金制成、尤其由根据图4的镍基超合金制成的基底4。基底4尤其完全由镍基超合金构成。通过尤其借助粉末将新的材料7通过堆焊施加在基底4的表面5上来维修基底4。

这通过供给材料7和焊接射束、优选激光器的激光束10来实现，所述激光束至少熔化所供给的材料7并且优选也部分地熔化基底4。在此，优选使用粉末。粉末颗粒7的直径优选小到，使得激光束完全熔化所述粉末颗粒并且获得颗粒7的足够高的温度。在此，在焊接期间在基底4上存在被熔化的区域16和连接在该被熔化的区域上的凝固前沿19和在凝固前沿之前的已再次凝固的区域13。

本发明的装置优选包括具有粉末供给单元的激光器（没有示出）和运动系统（没有示出），借助该激光器可以移动在基底表面5上的激光束相互作用区域和用于粉末7的冲击区域。在此，构件（基底4）优选既不被预加热也不借助热处理进行过时效处理。在基底4上待修复的区域优选以层的方式堆焊。这些层优选蜿蜒地、单向地或者双向地施加，其中，从一层到另一层蜿蜒行进的扫描向量优选分别转动90°，以便避免这些层之间的接合错误。

在图1中示出在基底4中的枝晶31和在所施加的区域13中的枝晶34。同样示出坐标系25。基底4相对地在x方向22上以扫描速度V_V运动。在凝固前沿19上存在z-温度梯度

借助关于进给率V_V、激光功率、射束直径和粉末质量流的工艺参数来执行焊接过程，其导致在凝固前沿上的温度梯度的局部定向，所述温度梯度相对于在基底4中的枝晶31的方向小于45°。由此确保，仅延续在基底4中的枝晶方向32的生长方向对于枝晶34是有利的。对此必要的是，确保限界凝固前沿19的三相线的部分的射束半径完全被激光束覆盖。

用于凝固前沿19相对于在基底4中的枝晶31的枝晶方向32的合适的倾斜度的近似条件为：

A：基底的吸收度，

I_L：激光强度，

V_v：扫描速度，

λ：基底的导热率，