[发明专利]超合金中空部件的建造和修复

说明书

本申请是2013年8月01日提交的美国专利申请号13/956635，代理人案号2013P12505US的部分继续申请，其通过引用并入本文。

技术领域

本发明一般涉及金属接合和添加制造领域，并且更具体地涉及一种用于使用激光热源沉积金属的方法。

背景技术

由于其对焊接凝固裂纹和应变时效裂纹的敏感性，超合金材料被认为是最难焊接的材料之一。术语“超合金”如它在本领域通常使用的在本文中被使用；即在高温下表现出优异的机械强度和耐蠕变性能的高度耐腐蚀和耐氧化的合金。超合金通常包括高的镍或钴含量。超合金的例子包括以商标和品牌名出售的合金：哈氏合金，Inconel(铬镍铁)合金(例如IN738，IN792，IN939)，Rene(雷内)合金(例如ReneN5，Rene80，Rene142)，Haynes(海恩斯)合金，MarM，CM247LC，C263，718，X-750，ECY768，282，X45，PWA1483和CMSX(例如CMSX-4)单晶合金。

图1是示出了作为其铝和钛含量的函数的各种合金的相对焊接性的曲线图。诸如的合金，其具有相对较低的这些元素的含量，并必然相对较低的γ'含量，被认为是相对可焊接的。合金例如其具有相对较高的这些元素的含量，被认为是不可焊接的或只可使用上面讨论的特定步骤被焊接，所述特定步骤提高了材料的温度或延展性并且最小化工艺的热输入。为了本文讨论的目的，虚线19表示线19下方的可焊性区域和线19上方的不可焊性区域之间的边界。线19在述轴上与3wt％的铝相交，在横轴上与6wt％的钛相交。在非可焊性区域内，具有最高铝含量的合金一般被发现是最难以焊接的。本发明人已经开发了用于成功焊接这种材料的技术，例如如在美国专利申请公开号US2013/0136868A1和US2013/0140278A1中所描述的，两者通过引用被并入本文。

燃气轮机翼型，旋转叶片和固定轮叶两者，通常通过围绕易消失陶瓷芯铸造超合金材料来制造，所述易消失陶瓷芯然后被去除，以形成冷却室和在叶片内的通道。在铸造过程期间，最好是在根部端和尖端处固定所述芯，用于所述芯的准确定位和稳定。然而，这样的固定妨碍了在初级铸造过程中封闭叶片尖端的铸造。尖端帽必须通过二次加工被建造或完成以封闭由陶瓷芯留下的开口。类似地，服务损坏的叶片尖端的修复可以典型地包括研磨或切断现有尖端和在中空叶片结构上方的适当位置焊接替换尖端帽。其他超合金部件的修复可能要求在中空部件内的开口的封闭。

附图说明

本发明在下面的描述中基于附图进行说明，所述附图示出：

图1是示出各种超合金的相对可焊性的曲线图。

图2是没有帽的涡轮机叶片尖端的顶视图。

图3是沿图2的3-3线截取的涡轮机叶片尖端部分的局部剖视图，其被封闭在帽建造外壳内。

图4示出了穿过填料粉末的激光束，形成具有保护熔渣的覆盖层的金属沉积物。

图5示出了在其上形成帽后的涡轮机叶片的尖端部分。

图6示出了在根据需要加工帽后的叶片的尖端部分。

图7示出了围绕帽的周边形成的声响器(squealer)脊。

图8示出了放置在空腔内作为填料支撑的部分的插入件。

图9示出了在铸造后延伸超出叶片尖端的陶瓷芯。

图10示出了在外壳内的叶片尖端，该外壳用于使用陶瓷芯为填料支撑建造叶片帽。

图11示出了在叶片尖端表面下方加工的陶瓷芯，其为填料支撑粉末留下空间。

图12示出了激光光栅扫描图案。

图13是如上所述其上具有填料粉末和焊剂覆盖层40的叶片尖端20的顶视图。

图14示出了具有同心轨道的重叠组的光束光栅扫描图案。

图15是一部件的剖面图，其具有被本文的工艺的一实施例所封闭的修复开口。

图16是一部件的剖面图，其具有被本文的工艺的另一个实施例所封闭的修复开口。

图17示出了本发明的方法的各方面。

具体实施方式