專利名稱：：用于渦輪葉片末梢的焊補方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于修補渦輪葉片末梢的焊接技術(shù)，更具體地講,涉及一種蘑蒜焊補技術(shù)(mushroomweldrepairtechnique),該蘑蒜焊補技術(shù)使用鴒極氬弧焊(GTAW)或等離子體弧焊(PAW)工藝與匹配的化學(xué)填充焊絲一起來修補后級定向凝固的葉片末梢。該焊接技術(shù)還可以影響其它的后級葉片，并且可容易地在焊補店中采用。
背景技術(shù)：
：稱為GTD-444的超級合金的定向凝固的葉片即所謂的DSGTD-444葉片，用作用于高效發(fā)動機如通用電氣的FB型發(fā)動機和H型發(fā)動機的后級葉片。定向凝固的GTD-444葉片典型地表現(xiàn)出較好的抗蠕變特性。在許多情況中，這些葉片在其末梢處需要通過焊接來修補。在新制造的部件上，這或許是由于不正確研磨/不正確加工所而造成的，而在正在使用的葉片上則可能是由于發(fā)動機運行期間對蜂窩結(jié)構(gòu)的末梢磨損或摩擦所引起。眾所周知，GTD-444超級合金的焊接性極其糟糕，因為此合金在基質(zhì)(matrix)中包含較高的/(60%左右)。因此，焊接在基體金屬受熱區(qū)和焊接金屬中產(chǎn)生了不可接受的裂紋。一些使用匹配化學(xué)填料的之前的焊補嘗試在焊接和基體金屬受熱區(qū)(HAZ)中產(chǎn)生了嚴(yán)重的裂紋。通用電氣維修店對于由合金738和等軸GTD-111所鑄造的葉片采用GTAW工藝。當(dāng)時沒有已知的焊補工序來修補GTD-444葉片末梢。為了較好的性能，設(shè)計工程要求修補焊接提供與基體材料相匹配的機械特性。匹配的特性僅可通過使用匹配的填充材料如Rene142或Renel08才可獲得。然而，當(dāng)使用這些匹配的填充材料時卻提高了裂紋敏感性。在很多情況下，易延展的填料如IN617或IN625將產(chǎn)生無裂紋焊接，但它具有明顯較差的特性且因此不合需要。就各種情況而言，焊接金屬包括焊接金屬中的等軸凝固的樹枝狀晶體，與基體材料村底相比其所具有的焊接特性較差。需要研制用于后級DSGTD-444葉片末梢的修補技術(shù)/方法，該修補技術(shù)/方法將使用匹配基體材料特性采用GTAW工藝來產(chǎn)生無裂紋焊接。
發(fā)明內(nèi)容在示范性實施例中，焊補方法使用鎢極氬弧焊(GTAW)或等離子弧焊(PAW)焊炬和匹配的填料。該方法包括步驟(a)控制供給焊炬的電流強度和焊炬的移動速度，以產(chǎn)生具有蘑菇形狀的焊珠；(b)從各個側(cè)面研磨焊珠，以除去焊珠至少一半的厚度；(c)重復(fù)步驟(a);和(d)重復(fù)步驟(b)。在另一個示范性實施例中，該方法包括步驟(a)用焊炬和成形的焊珠形成平行于基體材料的凝固前沿，其中，成形的焊珠包括由等軸結(jié)構(gòu)所環(huán)繞的在中央的定向凝固的焊接金屬；(b)大致除去所有的等軸結(jié)構(gòu)；(c)重復(fù)步驟(a);和(d)重復(fù)步驟(b)并將基體材料大致修復(fù)至其初始尺寸。圖1為焊補技術(shù)工序的簡圖；和圖2圖示了焊補技術(shù)的原理。具體實施例方式參照圖1,將描述示范性實施例的焊補技術(shù)工序。在惰性氣體氣氛如氬氣、氦氣等的包盒(wrapbox)內(nèi)，將DSGTD-444葉片末梢首先預(yù)熱到1000。F。在包盒中的典型的加熱速率為50°F/分鐘/人室溫加熱到1500°F或25。F/分鐘加熱到最高溫度1900°F。也可以使用感應(yīng)加熱。Rene142-Hf填充焊絲由于其化學(xué)性質(zhì)接近GTD-444超級合金基體材料，故可以選來修補葉片末梢。注意當(dāng)時無法獲得GTD-444填充焊絲。其它適當(dāng)?shù)母邚姸鹊钠ヅ涞暮附犹畛洳牧峡砂℅TDlll,Rene80，Rene108等。對于焊補技術(shù)使用GTAW工藝或PAW工藝在第一步驟，以這樣的方式手動地控制GTAW焊炬的電流強度和移動速度，以便產(chǎn)生帶有"蘑菇"形狀的焊珠。如圖2所示，蘑菇形狀寬于并高于葉片末梢尺寸，具有多個側(cè)面和圓形的上部。焊接之后，從各個側(cè)面研磨焊珠。除去的材料量大約為焊珠沉積于各個側(cè)面上的材料量的一半。隨后的焊道(pass)使用相同的焊接參數(shù)來焊接在研磨表面上，以便再次產(chǎn)生"蘑菇，，形狀焊珠。在焊接第二焊道之后再次進行研磨操作，將末梢恢復(fù)到它的初始尺寸。圖1中示出了最終修補的焊接。用于保持蘑菇焊接形狀的想法是為了形成平行于葉片末梢的凝固前沿。這會產(chǎn)生從末梢成核并擴散到焊珠表面的定向凝固晶粒。因為焊接為非平衡過程，故難以控制焊接金屬中的凝固前沿。因此，在第一焊道中有一些初始的定向凝固晶粒生長后，焊池?zé)崽荻入S著離焊接熔合線的距離的增加而下降，導(dǎo)致在焊接金屬外層內(nèi)的等軸晶粒的成核現(xiàn)象。最終的結(jié)構(gòu)包括由等軸結(jié)構(gòu)所環(huán)繞的在中央的定向凝固的焊接金屬。這可以在焊接的橫向宏觀切片中看到。注意大多數(shù)裂縫的出現(xiàn)與焊接金屬中的等軸結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此等軸結(jié)構(gòu)只要涉及到可焊性就會非常有害。在隨后的每一焊道之前通過研磨除去一半的焊珠，這除去了由焊接操作所產(chǎn)生的幾乎所有的等軸晶粒。對于多道焊接重復(fù)相同的過程。因此，此技術(shù)將產(chǎn)生具有無裂紋的定向凝固結(jié)構(gòu)的焊接金屬。如下所列為用于試焊葉片的示范性焊接參數(shù)電流22-30安培電壓10-12伏，根據(jù)需要以保持熔融的焊珠前沿氬氣流率(包盒)250-300SCFH,根據(jù)需要以避免焊珠的氧化填充焊絲直徑0.045"-0.062"注意在焊道開始處必須緩慢地進行"蘑菇"焊珠的增長，以避免基體材料的過度熔化或避免使用引弧板(startingtab)。為避免焊珠末端的火口裂紋(cratercracking)可使用其它的填充材料或止弧才反(stoptab)。利用此處所述的焊補技術(shù)，可使用GTAW或PAW焊接工藝來修補DSGTD-444超級合金的后級葉片末梢。該工藝在焊件、基體材料和受熱區(qū)中產(chǎn)生無裂紋的焊接。另外，該技術(shù)使用具有類似基體材料機械特性的匹配的化學(xué)填料。得到的焊接包括定向凝固的焊接金屬，其類似于定向凝固的基體材料，結(jié)果形成不易受裂紋影響的緊固焊接。該焊接技術(shù)還可以影響其它的后級葉片，且可以容易地在焊補店采用。表1中提供了確定的Ni基超級合金的標(biāo)稱化學(xué)成分。表1<table>complextableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>盡管本發(fā)明已結(jié)合當(dāng)前認(rèn)為是最實用且最優(yōu)選的實施例進行了描述，但應(yīng)理解的是，本發(fā)明不限于所公開的實施例，而恰恰相反，其意欲涵蓋包括在所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的各種變型及等同配置。權(quán)利要求1.一種焊補方法，其使用鎢極氬弧焊(GTAW)或等離子弧焊(PAW)焊炬和匹配的填料，所述方法包括(a)控制供給所述焊炬的電流強度和所述焊炬的移動速度，以產(chǎn)生具有蘑菇形狀的焊珠；(b)從各個側(cè)面研磨所述焊珠，以除去所述焊珠至少一半的厚度；(c)重復(fù)步驟(a)；和(d)重復(fù)步驟(b)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括，在步驟(c)之前，重復(fù)步驟(a)和重復(fù)步驟(b)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊補方法用于渦輪葉片末梢，且其中，所述方法還包括，在步驟(a)之前，預(yù)熱所述葉片末梢。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述預(yù)熱步驟在惰性氣體氣氛中實施。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述惰性氣體為氬氣和氦氣中的一種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊補方法用于渦輪葉片末梢，其中，所述渦輪葉片末梢由定向凝固的超級合金形成，且其中使用適當(dāng)?shù)奶畛浜附z來實施步驟(a)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述填充焊絲包括由合金E形成的填充焊絲。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述填充焊絲包括合金A，合金C和合金D中的一種。9.一種焊補方法，其用于使用鴒極氬弧焊(GTAW)或等離子弧焊(PAW)焊炬的基體材料和匹配的填料，所述方法包括(a)用所述焊炬和成形的焊珠形成平行于所述基體材料的凝固前沿，其中，所述成形的焊珠包括由等軸結(jié)構(gòu)所環(huán)繞的在中央的定向凝固的焊接金屬；(b)大致除去所有的所述等軸結(jié)構(gòu)；(c)重復(fù)步驟(a);和(d)重復(fù)步驟(b)并且將所述基體材料大致恢復(fù)至其初始尺寸。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，實施步驟(a)以便使所述成形的焊珠形成蘑菇形狀。全文摘要本發(fā)明涉及用于渦輪葉片末梢的焊補方法，具體而言，一種焊補方法使用鎢極氬弧焊焊炬或等離子弧焊焊炬和匹配的填料。控制供給焊炬的電流強度和焊炬的移動速度，以產(chǎn)生具有蘑菇形狀的焊珠。從各個側(cè)面研磨焊珠，以除去焊珠至少一半的厚度，并形成另一個焊珠。該技術(shù)用定向凝固的焊接金屬形成無裂紋焊接，該定向凝固的焊接金屬類似于基體材料的定向凝固且因此具有類似的機械特性。文檔編號B23K9/095GK101342628SQ20081013036公開日2009年1月14日申請日期2008年7月10日優(yōu)先權(quán)日2007年7月10日發(fā)明者G·A·墨菲,M·D·阿內(nèi)特,S·薩蒂安申請人:通用電氣公司