[发明专利]叶片的冷金属过渡表面硬化

说明书

技术领域

本发明大体涉及金属表面硬化，且更特定而言涉及叶片的冷金属过渡(CMT)表面硬化。

背景技术

诸如燃气涡轮的旋转机器包括大量移动部件，其中的许多在操作期间经受各种应力。经受很大物理应力的一个区域是这种机器的叶片的Z缺口部。Z缺口部包括大致Z形面，其在操作期间典型地接触邻近叶片的互补Z形面。因此，叶片在它们会合的Z缺口中经历高机械应力。

在加强包括Z缺口的叶片的部分，且防止微动磨损(fretting)、磨蚀和归因于由于这种接触引起的机械应力的其它损坏的尝试中，将额外硬金属层焊接到叶片的表面上，该工艺通常称作表面硬化(hardfacing)。典型地，这种表面硬化手动地执行。因此，结果随焊接工不同而不同且多达20%的手动表面硬化应用不能满足产品规格，且高达25%的这种失败要求工件(例如，叶片和/或罩)报废。这种失败的共同原因包括在工件中沿工件表面与硬面焊接之间的熔合线处的裂纹、在硬面焊接中的孔隙或缺少熔合及将填充金属喷溅到工件的其它区域上。手动表面硬化也耗时且昂贵。有经验的焊接工典型地将要求一个小时到两个小时来手动地表面硬化单个涡轮叶片的Z缺口部。

发明内容

本发明的实施例大体涉及金属表面硬化，且更特定而言涉及叶片的冷金属过渡(CMT)表面硬化。

在一个实施例中，本发明提供一种对经受机械应力的叶片的部分进行表面硬化的方法，该方法包括：使叶片的表面与连接到焊接喷嘴的表面硬化填充金属接触以在表面与填充金属之间建立电弧且形成包括填充金属和表面的材料的焊接熔池；使填充金属延伸到焊接熔池以使电弧短路；从焊接熔池抽出填充金属以再次建立电弧；沿表面移动焊接喷嘴；并且将填充金属再次延伸到焊接熔池内以使电弧短路，使额外填充金属沉积到焊接熔池内，且使额外的表面的材料液化到焊接熔池内。

在另一个实施例中，本发明提供一种涡轮叶片，包括：Z形表面；和在Z形表面的顶部上的至少一个硬面层，该至少一个硬面层通过冷金属过渡(CMT)气体金属电弧焊(GMAW)沉积。

在又一个实施例中，本发明提供一种燃气涡轮，包括：第一涡轮叶片，其具有第一表面，该第一表面包括至少一个硬面层，其通过冷金属过渡(CMT)气体金属电弧焊 (GMAW)沉积；和第二涡轮叶片，其具有第二表面，该第二表面包括通过CMT GMAW沉积的至少一个硬面层。

附图说明

本发明的这些和其它特征将从结合附图的本发明的各方面的以下详细描述更容易地理解，附图描述了本发明的各种实施例，其中：

图1示出了经受机械应力的邻近涡轮叶片。

图2示出了图1的一部分的详细视图。

图3至图6示出了在涡轮表面上的冷金属过渡(CMT)表面硬化的示意图。

图7至图9示出了在涡轮表面上的多个CMT表面硬化层的顺序沉积的示意图。

图10示出了在表面硬化之后的图2的详细视图。

图11示出了图10的邻近叶片的金相截面。

图12示出了根据本发明的实施例的方法的流程图。

应当指出的是本发明的附图并未按比例绘制。附图预期仅仅描绘了本发明的典型方面，且因此不应被认为限制本发明的范围。在附图中，相同的附图标记在附图之间表示相同元件。

部件列表

10, 110 翼型

20, 120, 220 涡轮叶片

30, 130 前缘

40, 140 后缘

50, 150 受应力区域

300 焊接喷嘴

320 填充金属

322 电弧

330 熔池

332 熔滴

334 第一硬面

344 第二硬面

354 第三硬面

364, 464 完成的硬面。

具体实施方式

现转至附图，图1示出了例如燃气涡轮的成对涡轮叶片20、120的顶视图。以在叶片的相应翼型10、110的远端处径向向内观看的方式示出了叶片20、120。各叶片20、120分别包括Z形前缘30、130和相对应的Z形后缘40、140。在涡轮的操作期间，第一叶片20的后缘40和第二叶片120的前缘130接触且经受较大的机械应力和可能的微动磨损。

图2示出了图1的一部分的详细视图。分别示出了后缘40和第二前缘130的受应力区域50、150。这些为可典型地手动表面硬化的区域，如上文所述。