專利名稱：通過在激光熱作用過程中設(shè)定溫度梯度對(duì)具有定向微觀結(jié)構(gòu)的部件進(jìn)行修補(bǔ)的方法；一 ...的制作方法
ffiil在激光熱作用過程中設(shè)定溫度梯度對(duì)具有定向微觀結(jié)構(gòu)的部件進(jìn)行修補(bǔ)的方法； 一種以此方法制造的部件本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)具有帶有一種定向貧j[觀結(jié)構(gòu)的 基礎(chǔ)材料的部件進(jìn)行修補(bǔ)的方法，以及一種根據(jù)權(quán)利要求27所述的部件。當(dāng)今利用定向微見結(jié)構(gòu)材料所制造的渦輪機(jī)部件并不鮮見。所謂定向結(jié)構(gòu) 材料(MaterialienmiteinergerichtetenMikrostruktur)， 一般尤其指的是單晶材料， 以及具有顆粒結(jié)構(gòu)的材料，，粒的膨脹具有一種共同的優(yōu)選方向。例如，顆 粒在某一特定的優(yōu)選方向中具有比其它方向中更大的尺寸。具有此，粒結(jié)構(gòu) 的部件也稱作定向凝固部件(directional solidified)。諸如渦輪葉片之類的高負(fù)荷部件在運(yùn)行過程中要承受可能會(huì)引起材料疲 勞、且最終導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋的熱負(fù)荷與機(jī)械負(fù)荷。由于采用具有定向微觀結(jié)構(gòu)的 基礎(chǔ)材料所制造的部件比較昂貴，因lt隨?？偸窃噲D在出現(xiàn)損傷之后對(duì)這類部 件進(jìn)行修補(bǔ)。以此可重新恢復(fù)部件的功能，從而可將該部件用于下一個(gè)檢查周 期。例如可采用釬焊(L5ten)來修補(bǔ)受損的部件。進(jìn)行釬焊時(shí)，在受損部位將 焊料置于部件的材料上，也就是置于基礎(chǔ)材料上，然后利用熱作用4吏其與基礎(chǔ) 材料接合在一起。但就迄今為止常用的方法而言，在完成釬焊之后，焊料并不 具有單晶結(jié)構(gòu)或定向凝固結(jié)構(gòu)。與定向'微觀結(jié)構(gòu)相比，無序結(jié)構(gòu)具有較差的材 料特性(尤其在高溫范圍內(nèi))，從而使得釬焊部位具有比周圍基礎(chǔ)材料差一些 的材料特性。如果要對(duì)具有定向微觀結(jié)構(gòu)的受損部件進(jìn)行修補(bǔ)，應(yīng)使用也能夠在焊接結(jié) 構(gòu)中也能產(chǎn)生定向微觀結(jié)構(gòu)的焊接方法。例如，在EP089 090A1中就公布了 這樣一種方法。其它方法或所使用的焊粉可查閱下列公開文獻(xiàn)US 6,283,356、 US 4,705,203、 US 4,900,394、 US 6,565，678、 US 4,830,934、 US 4,878,953、 US 5,666,643、 US 6,454,885、 US 6,503,349、 US 5,523,170、 US 4,878,953、 US 4,987,736、 US 5,806,751、 US 5,783,318、 US 5,873,703 。在US-PS 6,050,477中公開了一種使兩個(gè)部件結(jié)合的方法，即將焊料大面積 置于這兩個(gè)部件之間，然后利用溫度梯度來產(chǎn)生同樣的定向微觀結(jié)構(gòu)。對(duì)整個(gè)US 2003/0075587 Al公開了對(duì)具有定向凝固微觀結(jié)構(gòu)的部件進(jìn)行修補(bǔ)的一 種方法，但經(jīng)過修補(bǔ)的部位仍然沒有和待修補(bǔ)的部件一樣的微觀結(jié)構(gòu)。US-PS 6,495,793公開了一種利用激光對(duì)鎳基耐高熱合金進(jìn)行焊接修補(bǔ)的 方法，用激光將材料輸送機(jī)戶膽入的材料熔化。除fct外，還在焊接過程中將 基礎(chǔ)材料熔化。但并沒有對(duì)部件或修補(bǔ)部位的微觀結(jié)構(gòu)作出任何陳述。EP 1 258 545 Al公開了一種不使用溫度梯度的釬焊方法。EP 1 340 567 Al公開了一種將輔助材料添加到己熔化的待修補(bǔ)的部位中的 焊接方法。這里同樣也是將基礎(chǔ)材料熔化。同樣也使用一種溫度梯度，來處 理具有定向微觀結(jié)構(gòu)的部件。US-PS 4,878,953公開了一種對(duì)具有定向微觀結(jié)構(gòu)的部件進(jìn)行修補(bǔ)的焊接 方法，禾,粉末將材料涂布在正在修補(bǔ)的部位上，且該部位具有一種微細(xì)顆粒 狀微觀結(jié)構(gòu)。這里同樣也是將基礎(chǔ)材料烙化。焊接方法始終將待修補(bǔ)的部件的基礎(chǔ)材料熔化，所以不可以用來焊接部件 的結(jié)構(gòu)性部分，因?yàn)榛A(chǔ)材料的熔化會(huì)使得定向結(jié)構(gòu)的完整性不復(fù)存在。因此 僅當(dāng)損傷并非存在于部件的結(jié)構(gòu)性范圍內(nèi)時(shí)，才可利用焊接法來修補(bǔ)具有定向 微觀結(jié)構(gòu)的部件。而當(dāng)損傷處在部件的承載著結(jié)構(gòu)性范圍內(nèi)時(shí)，如果要求有定 向焊接結(jié)構(gòu)，貝ij應(yīng)將該部件當(dāng)成不可修補(bǔ)，并且將其更換成無損傷的部件。本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種方法和一種部件，即使當(dāng)所述損傷處在部件 的結(jié)構(gòu)性范圍內(nèi)時(shí)，也能對(duì)具有帶有定向微觀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)材料的受損部件進(jìn)行 修補(bǔ)。采用權(quán)利要求1所述的一種方法以及權(quán)利要求27所述的一種部件，即可 解決這一任務(wù)。從屬權(quán)利要求中包括本發(fā)明所述的一些優(yōu)選方案，可以用適宜的方式和方 法任意地將其組合^ffl。在根據(jù)本發(fā)明的一種對(duì)具有定向微觀結(jié)構(gòu)材料的部件進(jìn)行修補(bǔ)的方法中，所述修補(bǔ)如lt爐行使得修理后的部位具有和周圍基礎(chǔ)材料相應(yīng)的定向微觀結(jié)構(gòu)。在這種情況下尤其是所述的基礎(chǔ)材料可以是一種l臬基材料。在本發(fā)明所述的方法中，將焊料置于待修補(bǔ)的部位的范圍內(nèi)，然后利用熱作用將其與部件 焊接在一起。在熱作用過程中在此時(shí)產(chǎn)生一種^^梯度，即在待修補(bǔ)部位的范 圍內(nèi)產(chǎn)生一種從較高溫度到較低^Jt的一種、鵬變化。在釬焊過程中并不熔化基礎(chǔ)材料，而是僅僅熔化焊料，然后再使其重新凝 固，焊料在其間與基礎(chǔ)材料結(jié)合，從而使得本發(fā)明所述的修補(bǔ)方法也可以應(yīng)用 于部件的結(jié)構(gòu)性區(qū)域，且不會(huì)損害基礎(chǔ)材料的良好材料特性。借助所述溫度梯 度可以使焊料實(shí)現(xiàn)外延生長(zhǎng)并且凝固，即這樣一種生長(zhǎng)其中由基底的晶向、 也就是基礎(chǔ)材料的晶向來決定焊料凝固時(shí)的晶向。因此，所述 ，梯度有助于 形成單晶焊料區(qū)，或者在焊接后的焊料中形成另一種定向微觀結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有 與非定向微觀結(jié)構(gòu)相似地改善了的材料特性。其間可沿著溫度梯度的方向、也 就是沿著從低溫到高溫的方向進(jìn)行定向生長(zhǎng)。由于所述定向的生長(zhǎng)，并且因此 而產(chǎn)生的定向微觀結(jié)構(gòu)，因此焊接后的焊料具有與部件的基礎(chǔ)材料相似良好的 材料特性。按照本發(fā)明所述的修補(bǔ)方法中的溫度梯度最好如此產(chǎn)生，使其沿著部件的 基礎(chǔ)材料的定向微觀結(jié)構(gòu)的取向方向進(jìn)行變化。以這種方式可以使得正在凝固 的焊料沿著基礎(chǔ)材料定向微觀結(jié)構(gòu)的取向方向進(jìn)行定向生長(zhǎng)。在根據(jù)本發(fā)明的方法的一種有益改進(jìn)方案中，焊料具有熔化溫度劍氏、且 最好明顯低于部件基礎(chǔ)材料熔化溫度的熔化溫度的第一組成成分，以及強(qiáng)度較 高的第二組成成分，且第二組成成分的熔化^Jt高于第一組成成分的熔化溫度， 倒氐于基礎(chǔ)材料的熔化^Jt而直至該熔化溫度。按照所述方法的這種改進(jìn)方案 所述，在待焊部位的區(qū)域中如此施涂焊料，使得M基礎(chǔ)材料的焊料中的第一 組成成分的比例大于遠(yuǎn)離基礎(chǔ)材料的區(qū)域中的組成成份。在所述方法的這禾中實(shí) 施方案中，具有較低熔化溫度的第一組成成分用來使焊料與基礎(chǔ)材料相結(jié)合， 而具有較高熔化^J5的組成成份貝傭來提高焊接后的焊料的阻抗能力(強(qiáng)度)。 這種使焊料在基礎(chǔ)材料的范圍內(nèi)具有較大的比例的第一組成成分的做法，能夠 讓已被焊接的焊料與基礎(chǔ)材料良好結(jié)合。而另一方面在距離基礎(chǔ)材料較遠(yuǎn)的區(qū) 域中，具有較高阻抗能力的第二組成成分的比例則比較大，從而使得釬焊部位 的在將來的部件工作過程中承受較大的負(fù)荷的區(qū)域具有較高阻抗能力。在根據(jù)本發(fā)明所述的方法中，所有能夠在待進(jìn)行釬焊的部位中(也就是在 焊料中)形成一種、鵬梯度的加熱工序，均可用來提供熱作用。例如可以利用激光或常規(guī)照射裝置進(jìn)行光學(xué)加熱過程，或者利用加熱線圈進(jìn)行感應(yīng)式加熱。 也可以使用鑄造爐來鑄造具有定向微觀結(jié)構(gòu)的材料。例如，可以使用一種所謂的"熱盒"^ii行感應(yīng)式加熱。所謂"熱盒"，主要指一種裝置，其中有可容納待修補(bǔ)部件的容器，以及在所述容器中可活動(dòng)地安 裝的感應(yīng)線圈，用于對(duì)部件進(jìn)行局部加熱的?？梢栽阝F焊過程中將一種惰性氣 體(例如氬氣)充入到容器中。在根據(jù)本發(fā)明的方法的一種改進(jìn)方案中，可以將基礎(chǔ)材料的熱處理整合在 焊料的焊接工藝之中。這樣就可在進(jìn)行修補(bǔ)時(shí)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)于基礎(chǔ)材料的特性進(jìn)行翻新(Rejuvenation)。以下將參照附圖
和一種實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的其它特征、特性和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行說明。附圖la- lc 示出根據(jù)本發(fā)明的方法的一種實(shí)施例，附圖2 示出所述實(shí)施例的一種翅；附圖3 示出一種渦輪葉片；附圖4 示出一種燃燒室；附圖5 示出一種渦$^幾；附圖la所示為一種受損部件1的示意圖。部件1的基礎(chǔ)材料包括一種最好在鎳基上的合金，且具有附圖中以短傾斜 延伸虛線表示的定向微觀結(jié)構(gòu)。部件1的受損部位3位于表面5的范圍內(nèi)， 在附圖中表示為凹陷部分。對(duì)受損部件1進(jìn)行修補(bǔ)時(shí)，將焊料7置于經(jīng)過預(yù)先清潔的受損部位3上， 本實(shí)施例中適宜4頓粉狀焊料，然后禾擁熱作用將其與部件1的基礎(chǔ)材料焊接 在一起(附圖lb)。最好將所需的全部焊料7置于經(jīng)過預(yù)先清潔的受損部位3 之中，且必要時(shí)可以少許過量，尤其不要在熔化過程中逐步添加焊料。最好在熔化之前將焊料7壓入受損部位3之中。這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于可 IOT焊料7將全部受損部位3 ±真滿。尤其當(dāng)裂紋3非常深(高寬比較大)且 具有不均勻的橫斷面時(shí)，如果使用現(xiàn)有技術(shù)，利用粉末輸送機(jī)從外部供應(yīng)粉末， 將無法4吏得焊料7 itA^紋尖端。焊料7可以是糊狀、膏狀、純粉末狀，或者利用薄膜進(jìn)行涂覆，并將其置 于受損部位3之中?？上攵部梢杂闷渌问絕^焊料裝A^者涂覆。如果焊料7的材料成份與部件1的材| 似，則較為有益。"類似"這一說 法表示焊料7的材料具有基礎(chǔ)材料的所有元素，且還添加有一種或多種熔點(diǎn) 斷氐劑(例如硼，硅)。焊料7必須包括至少一種熔化溫度比部件1的基礎(chǔ) 桐-料的熔化^Jt低的組成成分，以便利用熱作用使焊料7熔化，但并不使部件 1的基礎(chǔ)材料熔化。焊料7最好由一種組成成分組成，也就是說，焊料7應(yīng)由一種合金組成，而不是由兩種合金的粉末混合物組成。進(jìn)行釬焊時(shí)，焊料7的釬徵^應(yīng)比部件1的基礎(chǔ)材料的熔化^^低至少 30°C或者至少50°C，使得基礎(chǔ)材料會(huì)穀幅壞。釬焊纟鵬與熔化溫度之差最 好在50°C和70°C之間。如果所涉及的基礎(chǔ)材料是耐高熱合金耐高熱合金 (Superlegierung)，則這一點(diǎn)尤其是重要的。耐高熱合金會(huì)在接近于其熔化溫 度的高溫下將鉻蒸發(fā)出來，因此焊料7的熔化溫變應(yīng)當(dāng)盡可制氏，從而使得焊 料7的釬徵鵬與基礎(chǔ)材料熔化溫度之差保持得盡可能大。焊料7的釬焊溫 度與基礎(chǔ)材料熔化^j^之差最好也至少為70。C，且最好是70。C士4。C。焊料7 的釬徵顯度與基礎(chǔ)材料熔化溫度之間的最大M最好為120°C。最好使得焊料7恰好熔化，使其能夠流入到待修補(bǔ)的部位3之中。 為此所需的溫度可以高于或低于用于形成所述定向微觀結(jié)構(gòu)所需的溫度。 對(duì)于需要進(jìn)行釬焊的耐高熱合金沒有任何限制。特別適合于應(yīng)用本發(fā)明所 述的焊料7的材料為PWA1483、 PWA1484和RENEN5。
PWA1483的熔 點(diǎn)為1341°C， RENEN5的熔點(diǎn)在1360。C至1370。C之間。 焊料7的熔點(diǎn)在(例如)1160。C至1220。C之間。除此之外，當(dāng)使用較高纟鵬時(shí)，DS或者SX材料均存在再結(jié)晶問題，因 此也要求焊料7的釬焊^j度與部件1的基礎(chǔ)材料的熔化溫度之間有較大的差 別。為了對(duì)焊料7施加熱作用，在本實(shí)施例中適宜使用電子束焊槍9，由電子 束焊槍來照射待融化的焊料7，并且向其提供熔化所需的熱量。最好在真空中進(jìn)fi^電子束處理。如果是易于氧化的材料(例如耐高熱合 金)，尤其是氧化作用起到一種重要的影響，由此應(yīng)當(dāng)在真空中禾,激光或電 子束 行熱處理。所述電子束處理的優(yōu)點(diǎn)在于肖^多更好地將能量耦合到材 料之中，且電子束以非接觸方式穿過線圈，線圈在這種情況下如同透鏡，可以 在待修補(bǔ)的部位3上運(yùn)動(dòng)。也可以利用激光M焊料7施加熱作用。激光功率或電子束的功率如此確定，使其可以完全熔化焊料7，并且使其 達(dá)到,亍焊^Jt。在這種情況下，焊料7的釬徵^比焊料7的熔化》顯度局部高出直至140°。Nd-YAG激光器的功率在這種情況下最好在1500至2000W之間。根據(jù)本 發(fā)明所述，在釬焊過程中最好沿著基礎(chǔ)材料微觀結(jié)構(gòu)的"述方向，在受損部位3 的范圍內(nèi)形成一種溫度梯度?？梢酝ㄟ^下歹防式形成溫度梯度即使得部件1 和電子束焊槍9相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此，在本實(shí)施例中，電子束焊槍9平行于表面5 在焊料7上方運(yùn)動(dòng)。電子束焊槍9在焊料7上方運(yùn)動(dòng)的ilit在這種情況下如 ltbit行選擇，使得可以在受損部位3的范圍內(nèi)、也就是在焊料7中形成所需的 鵬梯度。當(dāng)被電子束焊槍9熔化的焊料7重新凝固時(shí)，該^S梯度在這種 情況下就會(huì)誘導(dǎo)形成一種外延定向微觀結(jié)構(gòu)(epitaktisch gerichteten Mikrostruktur)。例如，在這種情況下可以通過電子束焊槍9與部件1的相對(duì) 運(yùn)動(dòng)速度、或者ilil激光功率來調(diào)整溫度梯度的陡度。所謂梯度的陡度，指的 是每長(zhǎng)度單位的溫度增加或下降程度。溫度梯度的陡度可在正在凝固的焊料7 中導(dǎo)致形成一禾中定向1^見結(jié)構(gòu)，該陡度在這種情況下與焊料7的成份有關(guān)。必須對(duì)溫度梯度進(jìn)行調(diào)整，可根據(jù)所謂的GV-圖表(溫度梯度與凝固速度圖 表一 GV-Diagram)得出溫度梯度，對(duì)于各種金屬和金屬合金這是不相同的， 必須針對(duì)每一種合M行計(jì)算，或者以實(shí)驗(yàn)方式來確定。GV-圖表中的曲線L 糊疑固速度和^it梯度這兩個(gè)參數(shù)的區(qū)域分開，在一個(gè)區(qū)域中合金凝固成球狀， 在另一個(gè)區(qū)域中合金凝固成枝狀定向結(jié)構(gòu)。有^GV-圖表的描述和解釋，可參 閱丄D.Hunt于1984 ，'Matenal Science Engineering (材料科學(xué)工禾呈)"第65 巻中發(fā)表的題為"Columnar to equiangular加nsition"的文章。所述溫度梯度由焊料7的釬焊纟，以及待修補(bǔ)的部位3背面上的部件溫 度來確定。最好不要使部件1冷卻，或者使其保持室溫，或者如果可能將其預(yù)熱到 300。，正如專利文獻(xiàn)WO98/20995、WO98/05450、WO 96/05006或EP0 631 832 Al所述的那樣。在EP 1 437 426 Al或WO 03/087439 Al中也公開了利用激光或以電子束 的等同的方式來形成單晶結(jié)構(gòu)的方法，這些方法均為涉及對(duì)于使用^敫光或電子束來形成單晶結(jié)構(gòu)的應(yīng)用的組成部分。在實(shí)施例中，部件1的基礎(chǔ)材料中的定向微觀結(jié)構(gòu)的優(yōu)選方向在繪圖平面內(nèi)>廟向右延伸。為了在正在凝固的焊料7中誘導(dǎo)形成一種定向的mH結(jié)構(gòu)，且使其優(yōu)選方向與基礎(chǔ)材料中的"繼方向相一致，應(yīng)使電子束焊槍9相對(duì)于部件i的運(yùn)動(dòng)平行于基礎(chǔ)材料的定向mM結(jié)構(gòu)的"琉方向地進(jìn)行。如果部件1具有 一種SX結(jié)構(gòu)，則已被修補(bǔ)的部位3同樣也可以具有一種SX結(jié)構(gòu)，但也可以具有一種DS結(jié)構(gòu)。如果部件1具有一禾中DS結(jié)構(gòu)，則已被修補(bǔ)的部位3同樣可以具有一種 DS結(jié)構(gòu)，但也可以具有一種SX結(jié)構(gòu)。部件1和己被修補(bǔ)的部位3最好具有相同的微觀結(jié)構(gòu)。部件l同樣不需要具有定向凝固結(jié)構(gòu)，其中在已被修補(bǔ)的部位3中貝贓高 溫下M31定向凝固的結(jié)構(gòu)使部件1獲得一種較高的強(qiáng)度，因?yàn)楹噶?在己被修 補(bǔ)的部位中的定向凝固結(jié)構(gòu)在高溫下可以抵消低熔點(diǎn)對(duì)機(jī)械 販的不利影響。待修補(bǔ)的部位的寬度b (附圖la)在1 至1000 '1^t間，最好為約 500微米。激光或電子束最好可以到達(dá)待修補(bǔ)的部位3的寬度b。由于僅在 待修補(bǔ)的部位3的區(qū)域內(nèi)對(duì)部件1進(jìn)行加熱，因lt戰(zhàn)里所涉及的是局部修補(bǔ)法 ，部釬焊法。待修補(bǔ)的部位3的寬度b在5微米至300微米之間較為適宜。 待修補(bǔ)的部位3的寬度b在5 M至100 之間也較為適宜。 此外，還可以對(duì)20微米至300微米之間的裂紋寬度b進(jìn)行修補(bǔ)。 待修補(bǔ)的部位3的寬度b在20 至100 之間較為適宜。 待修補(bǔ)的部位3的寬度b在50微米至300微米之間也較為適宜。 如果待修補(bǔ)的部位3的寬度b在50微米至200微^J司，還可以獲得 其它一些優(yōu)點(diǎn)。除lfe^外，最好M本方法以有益的方式對(duì)寬度在50微沐至100微^t 間的裂紋3進(jìn)行修補(bǔ)。對(duì)于待修補(bǔ)的部位的長(zhǎng)度沒有任何限制。但在這里有時(shí)必須讓激光器9 和電子束沿縱向運(yùn)動(dòng)(iSA繪圖平面內(nèi))，其中讓激光器在該方向中運(yùn)動(dòng)(如WO 03/087439 Al所述)。激光束或電子束的運(yùn)動(dòng)速度在100mm/min至 ]30mm/匪之間較為適宜。激光束或電子束的停留時(shí)間視材料以及凝固速度而定。附圖lc所示為受損部位3經(jīng)過修補(bǔ)后的部件1。如在現(xiàn)已凝固的焊料7 所在區(qū)域中的斜線所示，凝固后的焊料7 (也就是修理材料)具有一種定向微 觀結(jié)構(gòu)，該定向微觀結(jié)構(gòu)具有如同部件1的基礎(chǔ)材料的定向結(jié)構(gòu)那樣相同的優(yōu) 選方向。同樣也可以如此加寬電子束，使得該電子束例如照射全部焊料7，并且將 其由此無論如何完全加熱。并非一定要使用電子束焊Mli行處理。將焊料7的熱量散發(fā)到部件的基材之中，就可在焊料7的內(nèi)部形成一 種、鵬梯度。在焊料7的外表面上、鵬最高，而在焊料7與部件1的對(duì)才之 間的界面上溫度較低。必要時(shí)可以在背面、受損部位3的對(duì)面或者任何部位對(duì)部件i進(jìn)行y射卩或加熱，以便可以根據(jù)部件1和受損部位3的幾何Wt^調(diào)節(jié)所需的^Jt梯度。在本實(shí)施例中，使用電子束焊槍9來提供熱量。但也可選用其它光學(xué)加熱方法，例如使用常規(guī)照射裝置進(jìn)行照射。除Jlfct 外，也可以使用借助著加熱線圈來對(duì)于焊料進(jìn)行加熱的感應(yīng)加熱法來替代光學(xué) 加熱法。最后也可以使用特殊的加熱爐來生產(chǎn)具有定向的微觀結(jié)構(gòu)的鑄件，例 如一種所謂的"熱盒(HotBox)"或者鑄造爐。在任何情況下，所i頓的方法均 必須適合于在受損部位或填充有焊料的受損部位所在的區(qū)域內(nèi)，在對(duì)于凝固所 希望的方向中產(chǎn)生一種i^Jt梯度。在使用一種爐時(shí)，這例如M31—種固定安裝 的爐來實(shí)現(xiàn)，該爐可以使得在爐的不同的區(qū)域內(nèi)分開地調(diào)整所述加熱效果。在附圖2中所示為參照附圖la至lc所示實(shí)施例的一種變型。在這一變 型方案中，施涂在受損部位3上的焊料17包括兩種組成成分，其中第一種組 成成分的熔化溫度明顯低于部件1的基礎(chǔ)材料的熔化溫叟；第二種組成成分的 熔化溫度則在第一種組成成分的熔化溫度與基礎(chǔ)材料的熔化溫度之間的范圍 內(nèi)。除lfcfe外，第二禾中組成成分尤其也可以具有一種大致在基礎(chǔ)材料的數(shù)量級(jí) 的較高強(qiáng)度。將粉末狀焊料17如此施涂在經(jīng)過預(yù)先清潔的受損部位3上，使得首先施 涂其中第一種組成成分在粉末上占有較高比例的焊料組合物18，然后施涂其中第一種組成成分比第二種組成成分少的焊料組合物19。如果現(xiàn)在將焊料17與基礎(chǔ)材料進(jìn)行焊接，貝IJ所占比例較大的第一組成成分、也就是熔化溫度劍氐 的成分，就會(huì)很容易將焊料與基礎(chǔ)材料焊接在一起，而其中第一組成成分所占 比例較少的焊料組合物19則可保證修補(bǔ)后的部位具有較高的強(qiáng)度。同樣，焊料組合物18也可以保證待修補(bǔ)的部位3具有較高的強(qiáng)度，且接近表面的焊料組合物19具有較高的防氧化和/或者防腐性能。代替輝料7的 這種雙層結(jié)構(gòu)之外，在待修補(bǔ)的部位3中的焊料7也可以具有一種從修補(bǔ)部位 3的底部直至部件的表面5的材料梯度，其中焊料7的成份連續(xù)變化。在根據(jù)本發(fā)明的方法的兩種實(shí)施變型中，也可以在施加熱作用將焊料7、 17與部件1的基礎(chǔ)材料焊接在一起的同時(shí)，將這種熱作用用來對(duì)基礎(chǔ)材料進(jìn) 行熱處理，以便翻新基礎(chǔ)材料的特性。在所述實(shí)施例及其 方案中，將粉末狀的焊料7、 17施涂在待修補(bǔ)的部 位上。但也可以選用薄膜或膏齊腿行涂布。例如，焊料7、 17的粉末可作為納M^末，即粉末的粒度小于500納米， 或小于300納米，或小于100納米?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，納米粉末構(gòu)成的焊料7具有 比同一成份微米級(jí)顆粒組成的常規(guī)粉末更低的熔化溫度。焊料7、 17的粉末 同樣也可以是納M^末和微米級(jí)粒度的常規(guī)粉末組成的混合物。這樣就可以有 目標(biāo)地調(diào)低熔點(diǎn)。用來施涂焊料7的薄膜或膏劑也可以部分或完全地具有由納米粉末組成 的粉末。與現(xiàn)有技斜目比，其優(yōu)點(diǎn)在于這里可不必通過粉末輸送機(jī)來提供粉末， 而是將其壓實(shí)后i^A待修補(bǔ)的部位3。幾乎無法如同由現(xiàn)有技術(shù)已知的那樣， 通過噴嘴將納米粉末送入到待修補(bǔ)的部位3，因?yàn)榧{米粉末的粒度極其細(xì)微， 會(huì)在噴出時(shí)很寬范圍地散開。附圖3所示為流體機(jī)械的轉(zhuǎn)子葉片120或者導(dǎo)向葉片130的透視圖，該 葉片沿著縱軸線121延伸，并且利用根據(jù)本發(fā)明所述的方法對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)。所述流體機(jī)械可以是飛機(jī)或發(fā)電廠的燃?xì)廨啓C(jī)、或者是蒸汽輪機(jī)或壓縮機(jī)。葉片120、 130具有沿著縱軸線121依次排列的固定部分400、與該固定 部分相鄰的葉片緣板403以及葉片406。作為導(dǎo)向葉片130 ，葉片130可以在其葉片頂部415具有另一個(gè)緣板(圖 紙并未繪出)。在固定部分400中構(gòu)成葉片根部183，葉片根部用來將轉(zhuǎn)子葉片120、 130 固定在軸或輪盤上(圖紙并未繪出)。例如，可以將葉片根部183設(shè)計(jì)成錘 頭形狀，也可以將其設(shè)計(jì)成秒人積t形或燕尾形。葉片120、 130具有用于介質(zhì)的入流棱邊409和排流棱邊412，介質(zhì)從葉 片406旁流過。就常規(guī)葉片120、 130而言，在葉片120、 130的所有區(qū)域400、 403、 406 中均使用實(shí)心金屬材料，尤其是耐高熱合金。例如由EP 1 204 776 Bl、 EP 1 306 454、 EP 1 319 729 Al、 WO 99/67435或 者WO 00/44949已知這樣的耐高熱合金；這些文獻(xiàn)關(guān)于合金的化學(xué)成份是本公 開內(nèi)容的一部分。葉片120、 130均《借助于定向凝固的鑄造法 行制造。具有單晶結(jié)構(gòu)的工件可以作為在工作時(shí)承受較高機(jī)械負(fù)荷、熱負(fù)荷以W或 者化學(xué)負(fù)荷的機(jī)械部件使用。例如，可ffi3i^^液定向 疑固的方法來制造此類單晶工件。在i^種情況下 所涉及的是鑄造法，其中使得液態(tài)金屬合金定向凝固成單晶結(jié)構(gòu)，即單晶工件。 其間使枝狀晶體沿著熱流方向?qū)R，并且形成柱狀晶粒結(jié)構(gòu)(即在工件全長(zhǎng)上 分布的柱狀體、也就是粒狀物，并在這里一般稱作定向凝固)，或者形成一種 單晶結(jié)構(gòu)，即整個(gè)工件由一個(gè)單一晶體構(gòu)成。采用這些方法時(shí)，必須避免轉(zhuǎn)變 成球狀(多晶)凝固，因?yàn)榉嵌ㄏ蛏L(zhǎng)會(huì)形成橫向與縱向晶界，該晶界使定向 凝固的或單晶部件的良好特性遭到破壞。所謂定向凝固結(jié)構(gòu)，指的是沒有晶界 或具有最小角晶界的單晶，也指那些雖然具有沿著縱向延伸的晶界、但是沒有 橫向晶界的柱晶結(jié)構(gòu)。第二種晶體結(jié)構(gòu)也稱作定向固化結(jié)構(gòu)(directionally solidified structures)。此類方法均已由US-PS 6,024,792和EP0 892 090 Al公開；這些專利文獻(xiàn) 均為本公開的的部分。葉片120、 130同樣也可具有防腐或防氧化的層(例如MCrAlX涂層，M 表示至少選自由鐵(Fe)鈷(Co)鎳(NO所組成的組中的某一種元素，X表 示一種活性元素，如釔(Y)禾卩/或硅和/或至少一種稀土元素，或者鉿(Hf))。 由EP0486489B1、 EP0786 017 B1、 EP0412397B1或EP1 306454Al已 公開了此類合金，該文獻(xiàn)涉及化學(xué)成份的內(nèi)容為本公開內(nèi)容的一部分。在MCrAlX上還可以有一種隔熱層，例如ZiOs、 Y204-ZiO3所構(gòu)成的隔熱層，i!51氧化釔和/或氧化鈣和/或氧化錳，可使其不穩(wěn)定、部分穩(wěn)定或完全穩(wěn) 定。M適當(dāng)?shù)耐繉臃?，例如電子束蒸發(fā)法(EB-PVD)，在隔熱層中形成柱 狀晶粒。翻新(Reilirbishment)表示部件120、 130在經(jīng)過使用后，有可能必須清 除其保護(hù)層(例如采用噴砂法)。然后清除防腐層、氧化層和/或氧化層或者產(chǎn) 物。必要時(shí)也可對(duì)部件120、 130中的裂紋進(jìn)行修補(bǔ)。然后對(duì)部件120、 130重 新涂層，然后重新使用部件120、 130。葉片120、 130可以是空心的或?qū)嵭牡?。如果要?duì)葉片120、 130進(jìn)行冷卻，貝i」為空心構(gòu)造，并且還在必要時(shí)具有 薄膜7令卻孔418 (虛線部分)。附圖4所示為一種燃?xì)廨啓C(jī)100的燃燒室110。燃燒室110例如可設(shè)計(jì) J^萬謂的環(huán)形燃燒室，其中多個(gè)沿圓周方向圍繞旋轉(zhuǎn)軸線102分布的燒嘴107 匯聚到一個(gè)共同的燃燒室腔154之中，形成火焰156。燃燒室110整體為環(huán) 形結(jié)構(gòu)，布置于旋轉(zhuǎn)軸線102周圍?！啡粺?10可耐受工作介質(zhì)M的大約在1000。C至1600°C之間的較高 的溫度，以便實(shí)現(xiàn)較高的效率，至。為了即使在不禾盱材料的運(yùn)行參數(shù)下也能 夠?qū)崿F(xiàn)比較長(zhǎng)的使用壽命，燃燒室壁153在其朝向工作介質(zhì)M的一側(cè)配有一 種由熱屏蔽元件155所構(gòu)成的內(nèi)襯。每個(gè)用合金制成的熱屏蔽元件155朝向工作介質(zhì)的一側(cè)具有特別耐熱的 保護(hù)層(MQA1X層以歷或者陶瓷涂層)，或者采用耐高溫材料制成(實(shí)心陶 瓷磚)。這^f呆護(hù)層可以類似于渦輪葉片，也就是意味著例如MQA1X: M是由鐵 (Fe)鈷(Co)鎳(M)所組成的組中的至少一種元素，X是一種活性元素， 表示釔(Y)禾n/或者硅和/或至少一種稀土元素，或者鉿(Hf)。由EP 0 486 489 Bl、 EP0 786017Bl、 EP0 412397Bl或EP1 306454A1公開了此類合金，該專利文獻(xiàn)涉及所述合金的化學(xué)成份的內(nèi)容是本公幵內(nèi)容的一部分。在MCrAlX上還可以有一個(gè)例如陶瓷隔熱層，例如由Zr02、 Y204-ZrO2所構(gòu)成的隔熱層，也就是ijWl氧化憶和/或氧化铞和減氧化錳，可使其不穩(wěn)定、部分穩(wěn)定或完全穩(wěn)定。Mig當(dāng)?shù)耐繉臃?，例如電子束蒸發(fā)法(EB-PVD)，在隔熱層中形成柱狀晶粒。翻新(Reforbishment)表示熱屏蔽部件155在經(jīng)過使用后，有可能必須清 除保護(hù)層(例如采用噴砂法)。然后清除防腐層和/或氧化層和/或氧化層或者 產(chǎn)物。必要時(shí)也可對(duì)熱屏蔽部件155中的裂紋進(jìn)行修補(bǔ)。然后對(duì)熱屏蔽部件 155重新涂層，然后重新〗吏用熱屏蔽部件155。由于燃燒室110內(nèi)部的溫度很高，還可以給熱屏蔽元件155或者其固定元 件配備一種冷卻系統(tǒng)。熱屏蔽元件155可以例如是空心的，且必要時(shí)還可具 有匯聚到燃燒室腔154之中的薄膜y賴卩 L (圖中并未繪出)。附圖5所示為燃?xì)廨啓C(jī)100的局部縱剖面示意圖。燃?xì)廨啓C(jī)100在其內(nèi)部具有一圍繞旋轉(zhuǎn)軸線102旋轉(zhuǎn)支承的轉(zhuǎn)子103(也 稱作渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子)以及軸101。沿著轉(zhuǎn)子103依次排列有進(jìn)氣殼104、壓縮機(jī) 105、例如環(huán)狀的燃燒室110 (尤其是具有多個(gè)同軸排列的燒嘴107的環(huán)形燃 燒室)、渦輪機(jī)108和排氣殼109。環(huán)形燃燒室110與例如環(huán)形的高溫燃?xì)馔ǖ?11相聯(lián)系。在這里例如由四 個(gè)先后相連的渦輪機(jī)級(jí)112構(gòu)成渦輪機(jī)108。每個(gè)渦輪機(jī)級(jí)112例如均由兩個(gè)葉片環(huán)構(gòu)成。沿著工作介質(zhì)113的流動(dòng) 方向觀察,隨后在導(dǎo)向葉片級(jí)的高溫燃?xì)馔ǖ?11中有一列轉(zhuǎn)子葉片120所構(gòu) 成的葉柵125。導(dǎo)向葉片130在這種情況下固定于定子143的內(nèi)殼138上，而葉柵125 的轉(zhuǎn)子葉片120則例如利用渦輪盤133固定于轉(zhuǎn)子103上。發(fā)電機(jī)或工作機(jī)械耦聯(lián)在轉(zhuǎn)子103上(圖紙并未繪出)。在燃?xì)廨啓C(jī)100運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由壓縮機(jī)105通過進(jìn)氣殼104吸入空氣 135并對(duì)其進(jìn)行壓縮。將在壓縮機(jī)105的渦輪機(jī)一側(cè)的末端上己作準(zhǔn)備的經(jīng) 過壓縮的空氣輸送給燒嘴107，在這里將其與燃燒劑相混合。混合氣在形成工 作介質(zhì)113的情況下在燃燒室110中進(jìn)行燃燒。工作介質(zhì)113從這里開始沿 著高S)i氣通道111流過導(dǎo)向葉片130和轉(zhuǎn)子葉片120。工作介質(zhì)113傳遞 脈沖地在轉(zhuǎn)子葉片120處卸載，使得轉(zhuǎn)子葉片120驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子103，并且該轉(zhuǎn)子 再驅(qū)動(dòng)耦聯(lián)在其上的工作機(jī)械。暴露于高溫工作介質(zhì)113之中的部件在燃?xì)廨啓C(jī)100運(yùn)轉(zhuǎn)過程中要承受 熱負(fù)荷。沿著向工作介質(zhì)113的流動(dòng)方向觀察的第一渦輪機(jī)級(jí)112的導(dǎo)向葉片130和轉(zhuǎn)子葉片120在圍護(hù)著環(huán)形燃燒室110的熱屏蔽元件旁邊將承受最 大熱負(fù)荷。為了耐受這里所存在的^t，可以利用一禾中7賴卩劑進(jìn)行7賴卩。部件的基材同樣也可以具有一種定向結(jié)構(gòu)，即單晶機(jī)構(gòu)(SX結(jié)構(gòu))，或者 僅具有縱向定向的晶粒(DS結(jié)構(gòu))。例如，可以j頓鐵基鎳基或鈷基的耐 高熱合金作為部件的材料，尤其是作為渦輪葉片120、 130以及燃燒室110的 部件的材料。例如由EP 1 204 776 Bl、 EP 1 306 454、 EP1 319 729A1、 WO 99/67435或 者WO 00/44949已知此類耐高熱合金；這些專利文獻(xiàn)涉及到合金化學(xué)成份的內(nèi) 容均為本公開內(nèi)容的部分。葉片120、 130同樣也可具有防腐涂層(MCrAK; M是至少由鐵(Fe) 鈷(Co)鎳(M)所組成的組中的一種元素，X表示一種活性元素，如釔(Y) 禾口/或硅和/或至少一禾中稀土元素，或者鉿)。由EP 0 486 489 Bl、 EP 0 786 017 Bl、 EP 0 412 397 Bl或EP 1 306 454 Al已公開了此類合金，該文獻(xiàn)涉^^f述 化學(xué)成份的內(nèi)容應(yīng)是本公開內(nèi)容的一部分。在MCrAlX上還可以有一種隔熱層，并且例如由Zr02、 Y203-Zr02所構(gòu) 成，也就是說M51氧化釔和/或氧化鈣和/或氧化錳可使其不穩(wěn)定、部分穩(wěn)定或完 全穩(wěn)定。通過適當(dāng)?shù)耐繉臃?，例如電子束蒸發(fā)法(EB-PVD)，在隔熱層中形 成柱狀晶粒。導(dǎo)向葉片130具有朝向渦輪機(jī)108內(nèi)殼138的導(dǎo)向葉片根部(圖紙沒有 繪出)以及位于導(dǎo)向葉片根部對(duì)面的導(dǎo)向葉片頂部。導(dǎo)向葉片頂部朝向轉(zhuǎn)子 103，并且固定于定子143的固定環(huán)140上。
權(quán)利要求
1.對(duì)具有帶有一種定向微觀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)材料的部件(1)進(jìn)行修補(bǔ)的方法，其中將焊料(7，17)置于待修補(bǔ)的部位(3)的范圍內(nèi)，焊料(7，17)具有至少一種組成成分，其釬焊溫度比基礎(chǔ)材料的熔化溫度至少低30℃，并且接下來借助熱作用在釬焊溫度下將焊料(7，17)與部件(1)焊接在一起，同時(shí)在熱作用過程中在待修補(bǔ)的部位(3)的范圍內(nèi)如此調(diào)節(jié)一種溫度梯度，用于在待修補(bǔ)的部位(3)中形成一種定向微觀結(jié)構(gòu)，使得修補(bǔ)后的部位(3)具有和周圍的基礎(chǔ)材料一樣的定向微觀結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)禾腰求1所述的方法，其特征在于，焊料(7， 17)的釬徵鵬與 部件(1)的基礎(chǔ)材料的熔化溫度之差至少為50°C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，焊料(7， 17)的釬徵驢與 部件(1)的基礎(chǔ)材料的熔化^JS之差至少為70°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，焊料(7， 17)的釬徵鵬與 基礎(chǔ)材料的熔化 ，之差為70。C士4。C。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3或4所述的方法，其特征在于，首先完全施涂焊 料(7， 17)，然后使其完全熔化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3、 4或5所述的方法，其特征在于，通過電子束 尤其在真空中施加熱作用。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3、 4、 5或6所述的方法，其特征在于，部件(O 由一種鎳基或鈷基的耐高熱合金構(gòu)成，尤其是由Rene N5、 PWA 1483或者 PWA1484構(gòu)成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1、 5、 6或7所述的方法，其特征在于，？鵬梯度如lt爐 行定向，使其沿著部件(1)的基礎(chǔ)材料的定向'微見結(jié)構(gòu)的取向方向變化。
9. 根據(jù)JlM權(quán)利要求中任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于，焊料(17) 包括第一組成成分和第二組成成分，其中第一組成成分的熔化纟鵬低于部件(1) 的基礎(chǔ)材料的熔化溫度；第二組成成分具有較高的阻抗能力，并且其熔化溫度 高于第一組成成分的熔化溫度，但低于基礎(chǔ)材料的熔化溫度，直至該基礎(chǔ)材料 的熔化溫度；并且將焊料(17)如此施涂在待焊接的部位的范圍內(nèi)，使得焊料 (17)中的第一組成成分在基礎(chǔ)材料附近(18)所占的比例大于遠(yuǎn)離基礎(chǔ)材料的區(qū)域(19)中的第一組成成分的比例。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1、 8或9中任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中利用 一種光學(xué)加熱過程或者感應(yīng)加熱過程來形成^Jt梯度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1、 8至9中任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中利用鑄造爐形成iU)S梯度，從而形成具有定向微觀結(jié)構(gòu)的鑄件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中將基礎(chǔ)材 料的熱處理集成在焊料(7， 17)的釬焊工序之中。
13. 根據(jù)Jl^權(quán)利要求中任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于，焊料 (7， 17)的粉末部分地、尤其是全部由納米粉末構(gòu)成。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于，將糊狀、膏狀或 薄膜狀焊料(7， 17)置于待修補(bǔ)的部位(3)之上或之中。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1、 5、 6或8所述的方法，其特征在于，在待修補(bǔ) 的部位(3)的范圍內(nèi)局部施加熱作用。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3或4所述的方法，其特征在于，焊料(7) 僅包括一種組成成份。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1或15所述的方法，其特征在于，待修補(bǔ)的部位 (3)具有1 ，至1000 ^t間的寬度(b)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于，激光功率或電子 束功率如jlfc^定，使其至少可將焊料(7， 17)熔化。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1或18所述的方法，其特征在于，激光束或電子 束的運(yùn)動(dòng)速度或停留時(shí)間如lt腿定，使得焊料(7， 17)在待修補(bǔ)的部位(3)的范圍內(nèi)呈枝狀凝固。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1、 5、 6、 8、 10、 18或19所述的方法，其特征在 于，M焊料(7， 17)的釬'J^顯度以及部件(1)的、鵬來確定所游鵬梯度， 尤其是部^牛(1)的溫度為300°或者是室溫。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，待修補(bǔ)的部位(3) 具有1標(biāo)，至500貨ife間的寬度(b)。
22. 根據(jù)權(quán)禾腰求17所述的方法，其特征在于，待修補(bǔ)的部位(3) 具有400 至600 ^間的寬度(b)，尤其是約500微米的寬度(b)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，待修補(bǔ)的部位(3)具有500 至1000 ^t間的寬度(b)，尤其是約750微米的寬度(b)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，待修補(bǔ)的部位(3) 具有500 至750貨1^間的寬度(b)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，待修補(bǔ)的部位(3) 具有750 至1000德米之間的寬度(b)。
26. 根據(jù)禾又利要求1、 2、 3、 4、 5、 8或15所述的方法，其特征在于， M激光束在真空中施加熱作用。
27. 根據(jù)禾又利要求1至26中任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述所制造的部件。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的部件，其特征在于，部件(1， 120， 130， 155)具有利用一種焊料(7， 17)局部修補(bǔ)過的部位(3)，且所述修補(bǔ)部位具 有定向結(jié)構(gòu)，并且待修補(bǔ)的部位(3)具有1 至1000 之間的寬度(1))。
全文摘要
在一種根據(jù)本發(fā)明所述的、對(duì)具有定向微觀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)材料的部件(1)進(jìn)行修補(bǔ)的方法中，如此進(jìn)行所述修補(bǔ)，使得修補(bǔ)部位(3)具有如同周圍的基礎(chǔ)材料一樣的定向微觀結(jié)構(gòu)。將焊料(7)置于待修補(bǔ)部位(3)的范圍內(nèi)，并且利用熱作用(9)將其與部件(1)焊接在一起。在熱作用(9)過程中因此產(chǎn)生一種溫度梯度，也就是說例如在待修補(bǔ)部位(3)的范圍內(nèi)產(chǎn)生一種從較高溫度到較低溫度的溫度變化。
文檔編號(hào)B23P6/00GK101272880SQ200580051135
公開日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2005年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月22日
發(fā)明者A·沃爾克, M·奧特, R·辛格, U·保羅 申請(qǐng)人:西門子公司