[发明专利]具有表面开口裂缝的涡轮发动机部件的修补

说明书

技术领域

本发明通常涉及运行中的涡轮发动机，更特别涉及清洁和修补(repair)具有含小裂纹或裂缝(crevice)的表面的涡轮发动机部件的组合物(composition)和方法。

背景技术及发明内容

燃气涡轮发动机部件(component)可是超合金材料制成，已知该材料在拉伸强度、蠕变阻力、抗氧化性以及抗腐蚀性方面的高温性能。超合金部件可是镍基合金，其中镍是超合金中以重量计单一最多的元素。镍基超合金的例子包含至少约40wt%的Ni，以及包含以下成分的至少一种：钴、铬、铝、钨、钼、钛和铁。

各种涡轮发动机部件的裂开、侵蚀或经历需要修补的条件。目前没有连接过程(如铜焊、粘结、焊接等)在有污染物/氧化物时会有好的效果；例如铜焊不会粘附(adhere)，焊接会有缺陷等。由于污染物或氧化物位于裂缝或裂纹中，这种情况下污染物或氧化物不能采用简单的机械方法去除，需要特殊的清洁技术。注意到这里采用的术语污染物可包括氧化物和非氧化物两者，虽然在燃气涡轮的应用中普遍发现氧化物污染物。

在运行涡轮部件之前，有必要去除污染物/氧化物，使得例如随后铜焊会粘附在基材上。氟离子清洁(FIC)方式目前在行业中是已知的，其利用氢氟酸(HF)在高温下将金属氧化物转化为气态金属氟化物和水。因为氢氟酸是极端的腐蚀性酸，已知该酸可通过消耗组成元素和/或引起晶间腐蚀破坏现有的基材从而阻碍运行。并且，氢氟酸操作起来极端危险，可导致皮肤伤害或角膜损害。美国专利7,303,112描述了一种修补铜焊接缝(joint)的方法，其包括使用碱金属的熔融盐浴中和酸溶液两者。

因此，对于引入安全有效的清洁方式的经改善的涡轮部件修补程序存在持续的需要。

附图说明

参考显示如下内容的附图在下文中描述本发明：

图1是典型运行导致表面开口裂缝的燃气涡轮发动机部件图。

图2是显示表面开口裂缝充满污染物的现有技术部件的示意性剖视图。

图3是采用现有技术清洁/修补后的图2部件。

图4是根据本发明的一种实施方式实施清洁(作为修补过程的一部分)过程的图2部件。

图5是完成整个修补过程的图4部件。

图6是显示本文所述修补过程步骤的实施方式的框图。

发明详述

本发明人发现现有的燃气涡轮部件修补程序有时对于需求不够有效。图1是修补前显示出表面开口裂缝的燃气涡轮发动机部件2的插图，该裂缝是运行导致的开裂4。已知在接受材料沉积(deposition)修补例如铜焊之前，表面必须被清洁，表面不彻底的清洁可导致不可接受的铜焊结果。然而，甚至当根据现有技术的酸清洁方式来清洁表面时，铜焊不会粘附在氧化物上，无法得到接缝的100%充满。被修补区域的工作寿命不会被完全恢复。

本发明人发现现有技术的酸清洁程序无法总是完全从存在在待修补的表面的微小裂缝去除所有的污染物/氧化物，甚至在通过氟离子清洁之后。图2是位于沿待修补表面14显示表面开口裂缝12的部件10的示意性剖视图。表面14显示运行导致的污染物层16，其延伸到裂缝12中且充满裂缝的端区域(tip region)18。所示的是连续的氧化物层16。然而，氧化物可能不会总是连续的横跨14基材。图3显示修补程序后同样的部件10，其中表面14被暴露于现有技术酸清洁方式中，然后铜焊材料20的修补层被施加到表面。注意到铜焊材料20不会渗透进入端区域18，因为污染物16还没有从端区域18除去。这使得随后的机械操作中，裂缝12的端区域18成为应力诱导区域(stress riser)。没有被铜焊的表面下裂缝端区域18的存在及其导致的应力集中，促进一段时间内被修补表面中新裂纹的生长，该时间小于在部件的相当的完全固体区域(completely solid region)中形成裂缝所要求的时间。因此，本发明人开发了新的修补方法，其中引入了具体目标在于从表面-开口裂缝中去除污染物/氧化物的清洁步骤，从而解决了现有技术清洁/修补程序中以前不受重视的问题。