專利名稱：定向結(jié)晶材料的單晶焊接的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定向結(jié)晶的金屬材料的焊接方法。
背景技術(shù)：
γ ’強化的SX鎳基超合金既不能借助傳統(tǒng)的焊接方法也不能借助高能方法(激光、電子束)與同類型的填充材料在搭接的焊接軌跡中堆焊成一個或者多個層。問題在于， 在靠近表面的邊緣區(qū)域中存在單個焊接軌跡的情況下已構(gòu)成具有錯誤定向的組織。這對于相繼的搭接軌跡意味著，在該區(qū)域中的凝固前沿不具有SX晶核并且該區(qū)域以錯誤的定向 (沒有SX組織)在搭接區(qū)域中繼續(xù)擴展。在該區(qū)域中形成裂紋。對于Y ’強化的SX鎳基超合金，目前為止使用的焊接方法不能夠?qū)⒑缚p金屬在搭焊加工中同種地構(gòu)造成一個或多個具有相同SX組織的層。在SX基底上的單個軌跡中，局部的凝固條件以如下方式變化，即枝晶狀的生長根據(jù)位置從初生根或者二次枝晶臂開始。在此，在不同可能的枝晶的生長方向中實現(xiàn)具有最有利的生長條件的方向，也就是說具有相對于溫度梯度最小的傾角的方向。目前還沒有完全弄清在對Y’強化的SX鎳基超合金進行粉末堆焊時在SX組織中形成錯誤定向的原因。推測在枝晶從不同的生長方向相會時，二次枝晶臂可能會折斷并且充當用于構(gòu)成錯誤定向的組織的晶核。此外，在靠近表面的邊緣區(qū)域中，在熔融物中沒有完全熔化的粉末顆粒充當用于形成錯誤定向的組織的晶核。因此， 為了解決該問題，提出用于對Y ’強化的SX鎳基超合金進行粉末堆焊的過程控制，其中，實現(xiàn)僅有利于枝晶的生長方向的生長條件。此外，過程控制確保粉末顆粒在熔融物中完全熔化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是解決上述問題。該目的通過根據(jù)權(quán)利要求I的方法來實現(xiàn)。為了解決在單個軌跡的靠近表面的邊緣區(qū)域中形成非單晶組織的技術(shù)問題，提出借助激光束對堆焊進行過程控制，在這種過程控制中，所述問題不出現(xiàn)或者以如此小地程度出現(xiàn)，使得在室溫下可進行在一個或者多個層中的搭焊加工，而不形成裂紋。在從屬權(quán)利要求中列出其他有利的措施，這些措施可以任意地相互組合，以便獲得其他優(yōu)點。


附圖示出圖I示出方法的示意的流程；圖2示出燃氣輪機；圖3示出渦輪葉片；圖4示出超合金列表。
說明書和附圖僅表示本發(fā)明的實施例。
具體實施例方式在圖I中借助裝置I示意地示出方法的流程。待維修的構(gòu)件120、130具有由超合金制成、尤其由根據(jù)圖4的鎳基超合金制成的基底4?；?尤其完全由鎳基超合金制成。通過尤其借助粉末將新的材料7通過堆焊施加在基底4的表面5上來維修基底4。這通過供給材料7和焊接射束、優(yōu)選激光器的激光束10來實現(xiàn)，所述激光束至少熔化所供給的材料7并且優(yōu)選也部分地熔化基底4。在此，優(yōu)選使用粉末。粉末顆粒7的直徑優(yōu)選小到，使得激光束完全熔化所述粉末顆粒并且獲得顆粒7的足夠高的溫度。在此，在焊接期間在基底4上存在被熔化的區(qū)域16和連接在該被熔化的區(qū)域上的凝固前沿19和在凝固前沿之前的已再次凝固的區(qū)域13。本發(fā)明的裝置優(yōu)選包括具有粉末供給單元的激光器(沒有示出)和運動系統(tǒng)(沒有示出)，借助其可以移動在基底表面5上的激光束相互作用區(qū)域和用于粉末7的沖擊區(qū)域。 在此，構(gòu)件(基底4)優(yōu)選既不被預(yù)加熱也不借助熱處理進行過時效處理。在基底4上待修復(fù)的區(qū)域優(yōu)選以層的方式堆焊。這些層優(yōu)選蜿蜒地、單向地或者雙向地施加，其中，從一層到另一層蜿蜒行進的掃描向量優(yōu)選分別轉(zhuǎn)動90°，以便避免這些層之間的接合錯誤。在圖I中示出在基底4中的枝晶31和在所施加的區(qū)域13中的枝晶34。同樣示出坐標系25?；?相對地在X方向22上以掃描速度Vv運動。在凝固前沿19上存在z_溫
度梯度；28。
CL借助關(guān)于進給率Vv、激光功率、射束直徑和粉末質(zhì)量流的工藝參數(shù)來執(zhí)行焊接過程，其導致在凝固前沿上的溫度梯度的局部定向，所述溫度梯度相對于在基底4中的枝晶 31的方向小于45°。由此確保，僅延續(xù)在基底4中的枝晶方向32的生長方向?qū)τ谥?4 是有利的。對此必要的是，確保限界凝固前沿19的三相線的部分的射束半徑完全被激光束覆蓋。用于凝固前沿19相對于在基底4中的枝晶31的枝晶方向32的合適的傾斜度的
近似條件為
權(quán)利要求
1.用于在堆焊期間焊縫(13)的定向結(jié)晶的方法，尤其用于對構(gòu)件(1、120、130)的基底(4)進行堆焊，所述基底(4)被定向地結(jié)晶并且具有枝晶(31)，所述枝晶(31)在基底枝晶方向(32)上延伸，其中，關(guān)于進給率、激光功率、焊接射束直徑、粉末射束焦點和/或粉末質(zhì)量流的工藝參數(shù)設(shè)計成，使得它們導致在凝固前沿(19)上的溫度梯度(28)的局部定向，所述溫度梯度相對于在基底(4)中的所述枝晶(31)的所述基底枝晶方向(32)小于45°，其中， 相對速度在30mm/min和100mm/min之間，優(yōu)選為50mm/min，并且/或者功率在200W和500W 之間，優(yōu)選為300W，并且/或者在所述基底的表面上的激光束的直徑在3mm和6mm之間，優(yōu)選為4mm,并且/或者質(zhì)量進給率在300mg/min和600mg/min之間，優(yōu)選為400mg/min。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，在所述基底(4)上和在所述基底(4)中產(chǎn)生熔融物(16)，所述熔融物通過供給粉末(7)和/或所述基底(4)的材料而生成，并且其中，所述熔融物(16)完全由焊接射束(10)、尤其是激光束覆蓋，尤其其中，所述熔融物(16)重疊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，以層的方式施加所供給的粉末(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中，所述基底(4)具有鎳基的超合金，尤其具有柱狀晶粒，特別尤其具有單晶的組織。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，其中，粉末顆粒(7)的直徑小到使得所述粉末顆粒在焊接激光束(10)中尤其完全地熔化并且具有足夠高的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的方法，其中，被熔化的所述粉末顆粒(7)的溫度比所述粉末顆粒(7)的融化溫度高20°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5或6所述的方法，其中，使用激光來焊接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7所述的方法，其中，
全文摘要
用于在堆焊期間焊縫(13)的定向結(jié)晶的方法，尤其用于對構(gòu)件(1)的基底(4)進行堆焊，所述基底(4)被定向地結(jié)晶并且具有枝晶(31)，所述枝晶在基底枝晶方向(32)上延伸，其中，關(guān)于進給率、激光功率、焊接射束直徑、粉末射束焦點和/或粉末質(zhì)量流的工藝參數(shù)構(gòu)造成，使得它們導致在凝固前沿(19)上的溫度梯度(28)的局部定向，所述溫度梯度相對于在基底(4)中的所述枝晶(31)的所述基底枝晶方向(32)小于45°，其中，相對速度在30mm/min至100mm/min之間，優(yōu)選為50mm/min和/或功率在200W至500W之間，優(yōu)選為300W和/或在所述基底的表面上的激光束的直徑在3mm和6mm之間，優(yōu)選為4mm和/或質(zhì)量進給率在300mg/min和600mg/min之間，優(yōu)選為400mg/min。
文檔編號C30B13/24GK102612421SQ201080051861
公開日2012年7月25日 申請日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月16日
發(fā)明者喬治·博斯坦約格洛, 塞利姆·莫卡德姆, 安德烈斯·加塞爾, 尼古拉·阿里亞金, 托爾斯滕·揚博爾, 托爾斯滕·梅爾策-約基施, 斯特法尼·林嫩布林克, 米夏埃爾·奧特, 羅爾夫·維爾肯赫納, 諾貝特·皮爾沙, 貝恩德·布爾鮑姆 申請人:弗勞恩霍弗實用研究促進協(xié)會, 西門子公司