[发明专利]利用凸出电阻钎焊连接或修复超级合金结构的方法：相应的超级合金部件

说明书

优先权要求

本申请要求2011年11月7日提交的、序列号被指定为61/556391的且名称为“Projection Resistance Brazing of Superalloys for Repair of Service-Degraded Components”的共同待决美国临时专利申请的权益，该临时专利申请的内容以参考的方式并入本文中。

本公开的背景技术

1.技术领域

本发明涉及在制造和/或修复期间对先进超级合金部件的结构连接。在一些实施例中，本发明涉及通过使用以不显著降低连接部件的机械结构性质或材料性质的方式进行凸出电阻加热钎焊而附着到新的或经修复基底的拼接插入物，而对蒸汽涡轮或燃气涡轮中的超级合金涡轮叶片和轮叶进行表面修复。

2.现有技术的描述

燃气涡轮或其它超级合金部件的“结构”修复通常被认为用匹配的合金材料更换受损材料并且获得接近原来制造部件规格（例如，最终抗拉强度为原规格的70%）的性质（诸如强度）。例如，优选的是执行在已出现表面裂纹的涡轮导片上的结构修复，以便减小进一步开裂的危险性，并且使叶片恢复到原来的材料结构和尺寸规格。

由于成品叶片材料的冶金性质，因而用于制造涡轮部件（诸如铸造的涡轮叶片）的镍基和钴基超级合金材料的结构修复或新制造是具有挑战性的。例如，如图1中所示，当进行高温焊接时，与具有较低铝-钛含量的X-750超级合金相比，具有大于6%的聚集体铝或钛含量的超级合金（诸如CM247合金）更易于产生应变时效裂纹。通常在铸造后热处理期间对成品涡轮叶片合金进行加强处理，这使得对成品涡轮叶片合金难以实施随后的结构焊接。用于超级合金结构制造或修复的目前所采用的焊接工艺通常涉及到与焊接准备区毗邻的基底的显著熔化、和焊条或所添加的其它填充材料的完全熔化。当用相同或相似合金的焊条来焊接由这种材料构成的叶片时，叶片容易受到在焊口内和焊口附近的凝固（液化）裂纹、和/或在随后的旨在恢复超级合金原来的强度和相当于新部件的其它材料性质的热处理工艺期间的应变时效（再加热）裂纹的影响。

在耐热连接装置中通过在压缩电极之间将电流通入一对邻接的超级合金部件而执行传统的超级合金电阻“点”焊的过去尝试，也在焊接区内导致凝固裂纹。替代的超级合金焊接工艺（包括使用冷固定装置的激光微熔覆、在高温下在所谓的“热”箱中的焊接、和惯性摩擦焊接）仍然会导致焊接后热处理应变时效裂纹。其它摩擦焊接工艺（诸如搅拌摩擦焊接）可以降低超级合金裂纹的倾向性，但所采用的焊接装置具有相对有限的工具寿命。在超级合金部件的制造期间，当利用焊接工艺将由超级合金材料构成的单独部件加以连接时，发生相同的裂纹问题。

与结构修复或制造相比较，超级合金的“外观”修复或制造被认为是用较小结构性质规格的不匹配合金材料替换受损材料（或者将新制造材料的两个部件加以连接），其中，不需要局部的初始结构性能。例如，外观修复可用于恢复修复部件的原来轮廓几何形态。如上所述，理想的是执行在表面裂纹上的结构修复，从而降低当重新使用该部件时随后裂纹扩展的可能性。相反，外观修复的一个实例是填充在涡轮叶片上的表面凹坑（而不是结构裂缝）从而恢复其原来的空气动力学轮廓，其中，叶片的局部外表面对于整个叶片的结构完整性是不重要的。外观修复或制造经常是通过使用强度低于叶片体超级合金基底但具有较高的延展性且不对超级合金基底的材料性质产生负面影响的较低应用温度的耐氧化焊接或钎焊合金而实现。

在过去，电阻钎焊通常是用于常用铁合金和非铁（例如，铜）合金的陶瓷-金属连接。如图2中所示，通过在压缩电极22、24之间将电流通入一对邻接部件30、32而实施钎焊。将固体片状、粉末或糊状钎焊合金34插入部件30、32之间。当在电极22、24之间通过电流时，钎焊合金34熔化并使常见的铁或非铁合金部件30、32彼此附着。然而，本发明不采用过去的利用电阻钎焊工艺连接超级合金部件的方法。此外，用钎焊合金填充超级合金部件表面裂纹不被认为是避免重新使用该部件时的将来裂纹扩展的非常传统的修复方法。

考虑到超级合金结构修复焊接的缺点，通常仅有的工业上可接受的解决方案是报废需要结构修复的受损涡轮叶片，因为过去的经验已表明这种结构修复的成功率有限。因此，修复局限于在过去已证明通过上述替代的超级合金焊接工艺或者通过使用结构强度降低的更具延展性的焊条填充材料的外观焊接而成功实施的方法。

因此，在本领域对于执行在超级合金部件（诸如涡轮轮叶和叶片）表面上的结构连接或修复以便可以连接各子部件或者可以修复结构裂缝和其它表面缺陷的方法存在着需求。