CN101108453A - 用于修复涡轮发动机部件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于修复部件的方法包括将耐火金属材料的部件放置在将被修复的部件区域之上；将修复填充金属材料靠近该耐火金属材料部件沉积，其数量足以修复部件；将修复填充材料经受焊接处理，而不直接加热耐火金属材料部件；在该区域内流动修复填充材料；以及铸造修复填充材料。

Description

用于修复涡轮发动机部件的方法
技术领域
本发明涉及一种修复涡轮发动机部件的方法，并且更特别是，涉及修复涡轮发动机的涡轮叶片。
背景技术
现在，使用例如气体钨电弧焊接的焊接方法采用例如耐火金属芯的衬底材料来修复气体涡轮叶片尖端和拖尾边缘区域。焊缝用来堵塞裂缝和磨损表面。但是，存在过多热量输入熔化衬底材料的危险。在焊接过程加热和熔化衬底材料时出现问题。如果衬底材料经受得起这种损坏，衬底材料将与焊接金属形成合金，因此造成不可接受的修复。在这种情况下，衬底材料变得变形并造成废弃的情况。例如图1表示焊接叶片尖端2的截面图，其中钼耐火金属芯4在焊接过程中熔化并随后与焊接材料形成合金。暗灰色区域6是造成钼与焊接材料形成合金的过大热量输入。垂直线8表示钼耐火金属芯4原来的放置位置。因此，钼耐火金属芯变得变形(见区域10)并造成废弃情况。
因此，需要一种能够修复涡轮发动机叶片同时避免耐火金属芯熔化以及造成不可接受的修复的技术。
发明内容
按照本发明的一个方面，一种用于修复部件的方法广义上包括将耐火金属材料的部件放置在将被修复的部件区域之上；将修复填充金属材料靠近该耐火金属材料部件沉积，其数量足以修复部件；将修复填充材料经受焊接处理，而不直接加热耐火金属材料部件；在该区域内流动修复填充材料；以及铸造修复填充材料。
按照本发明的另一方面，用于修复涡轮叶片的尖端部分的方法广义上包括在涡轮叶片的将被修复区域之上定位耐火金属材料；将修复填充金属材料靠近耐火金属材料沉积；焊接修复填充金属材料而不直接加热耐火金属材料；在该区域内流动修复填充金属材料；以及铸造修复填充金属材料。
按照本发明的又一方面，用于修复涡轮叶片的拖尾边缘的方法广义上包括切割耐火金属材料箔片以便与涡轮叶片的拖尾边缘形状相符；将被切割的耐火金属材料箔片定位在将被修复的拖尾边缘的一部分之上；将修复填充金属材料施加在耐火金属材料箔片上；焊接修复填充金属材料以便实现修复而不直接加热耐火金属材料；在该部分内流动修复填充金属材料；以及铸造修复填充金属材料。
本发明的一个或多个实施例的细节在附图和下面的说明中提出。本发明的其它特征、目的和优点将从说明和附图以及从权利要求中得以明白。
附图说明
图1是表示现有技术的涡轮发动机叶片的不可接受的修复和变形耐火金属芯的微观视图；
图2是通过插入叶片尖端的损坏区域的耐火金属芯来制备的涡轮发动机叶片的视图；
图3是通过插入拖尾边缘的损坏区域的耐火金属芯来制备的涡轮发动机叶片的视图。
在多个附图中类似的参考标号和标示指的是类似元件。
具体实施方式
按照本发明，提供用于修复例如涡轮叶片或翼片的涡轮发动机部件的方法，叶片由例如镍基或钴基合金的超合金材料形成并用于气体涡轮发动机中。该方法广义上包括将耐火金属材料的部件放置在将被修复的部件区域之上并且将修复填充金属材料靠近耐火金属材料并围绕该材料沉积，其数量足以填充在将被修复的空间内并且对其焊接。修复填充金属材料在耐火金属材料上形成焊珠球并流动。修复填充金属材料的连续形成焊珠(即经由焊接操作反复加热)逐渐覆盖整个耐火金属材料，使得操作者重建叶片或翼片壁和尖端。在整个过程中，耐火金属材料不直接暴露于连续焊接操作的热量。
现在参考图2，表示将被修复的涡轮叶片的尖端20。叶片尖端20具有将被修复的区域12。叶片尖端20在将被修复的区域内具有开放的内部冷却空腔14。区域12已被预加工以便如同本领域普通技术人员公知那样修复。涡轮叶片可安装在具有孔口的固定件(未示出)内。一旦安装，涡轮叶片的内部空腔14与孔口连通。惰性气体可接着引入以便对内部腔室14吹扫。
具有由耐火金属材料形成的衬底材料的部件16可定位在将被修复的区域12之上。耐火金属材料最好具有超过1455℃(2651)的熔点，并且最优选的是超过1650℃(3000)的熔点。用于衬底材料的适当耐火金属可包括铌、钽、钼、钨、具有高于超合金材料的熔点的熔点的金属，例如铂、铱和类似物及其合金。耐火金属衬垫材料可不涂覆或涂覆。
在耐火金属材料定位在区域12内之后，修复填充金属材料18沉积在衬底材料16之上，并且进行焊接操作。修复填充金属材料最好以足以覆盖耐火金属材料的至少一部分的数量沉积，并且最好是覆盖耐火金属材料的整个部件16。修复填充金属材料18可包括钴基材料，例如MERL72，或者镍基材料，例如INCO 625、Rene 142、PWA1440以及PWA 36946。作为选择，修复填充金属材料18可以是具有基础合金成分的填充金属。修复填充金属材料18可使用本领域公知的任何适当低热输入焊接技术来施加，例如激光线沉积、等离子电弧焊接-线和粉末、自动气体钨电弧焊接、包括以上技术的至少一种的组合以及类似技术。
任选的是，耐火金属材料可以不涂覆或涂覆。如果修复的热量输入高，扩散阻挡涂覆层可施加在耐火金属材料上。候补物质包括但不局限于例如氧化铝或富铝红柱石的氧化物陶瓷。如果使用氧化物陶瓷涂覆物，例如硅化物的中间涂覆层可用来帮助涂覆粘接。在涂覆陶瓷时，最好是在氧化铝或富铝红柱石之上镀镍以有助于湿润填充金属。涂覆系统还可包括修复之后留下的镍铝化物层，以改善涂覆的耐氧化性能。作为选择，如果热量输入低，耐火金属材料可仅仅是使用位于至少一侧上的电解镍来镀覆的镍。作为选择，如果热量输入低，耐火金属材料可以是镀覆在至少一侧上的铬。涂覆物的存在提高耐火金属材料在焊接过程的可湿润性能。
在焊接步骤中，热量输入可保持很低，以防止耐火金属材料与修复填充材料形成合金。焊接操作可使得修复填充金属材料准确熔化并形成焊珠，使得焊珠在耐火金属材料上流动并固化以便覆盖耐火金属材料。根据需要，焊接操作重复进行，以便重建叶片壁和尖端20。在整个焊接过程中，热源不直接施加在耐火金属材料上。这防止耐火金属材料熔化并与修复填充金属材料形成合金和/或变形。一旦翼面材料更换，叶片尖端盖(未示出)可在相同的操作中添加，因此不需要另外的焊接过程。
一旦修复填充金属材料18固化，耐火金属材料可使用氮酸-硫酸溶液通过酸性化学处理来去除。例如，溶液可具有添加到2份水中的大约2份氮酸和大约1份硫酸。该混合物最好加热到高达大约65℃(150)的温度，以便增加溶解率。
作为选择，耐火金属材料可使用其中空气流过叶片内部的氧化热处理来去除。流动空气可以在大约760℃(1400)到大约900℃(1650)的温度下，并且可以流过叶片内部长达大约1到大约4小时的时间。氧化热处理可以在炉子内、通过直接电阻加热、感应加热或通过例如石英灯、激光、红外线源的直接光源来进行。
现在参考图3，说明用于修复涡轮叶片的拖尾边缘30的过程。耐火金属材料的部件22首先被切割以便与叶片拖尾边缘以及其中的任何内部空腔36的形状相符。可以使用例如激光切割、光学蚀刻、冲压或水喷射切割的本领域普通技术人员公知的任何适当的切割技术来切割耐火金属材料。耐火金属材料可以是所述材料中的一种，并且可以如本领域普通技术人员公知那样涂覆或不涂覆。最好是箔片形式的耐火金属材料部件32可放置在将被修复的区域34之上。所述修复填充金属材料38只有可接着靠近耐火材料32的部件放置并经受焊接处理。
在焊接处理过程中，热量输入可保持很低，以便防止耐火金属材料与修复填充金属材料38形成合金。焊接操作可使得修复填充金属材料38准确熔化并形成焊珠，使得焊珠在耐火金属材料上流动并固化以便覆盖耐火金属材料。焊接操作根据需要重复以便重建包括其内部空腔3 6的叶片拖尾边缘。在整个焊接过程中，热源不直接施加在耐火金属材料上。这防止耐火金属材料熔化并与修复填充金属材料形成合金和/或变得变形。
在修复填充金属材料已经固化之后，使用例如以上所述的酸性化学处理或例如以上所述的氧化热处理，可去除耐火金属衬垫材料。
本发明的有利之处在于它消除了耐火金属材料插入物的直接加热。这防止与修复填充金属材料形成合金和/或耐火金属材料的变形。由于防止形成合金和/或变形，耐火金属材料可随后去除，而不需要深度厚焊接混合加工或例如EDM加工的加工。这种方法还有助于修复翼面，并且更换叶片尖端可在单个操作中进行，因此在修复部件中增加运作时间。最后，该方法特别有利于熔模铸件的修复。
已经描述的本发明的一个或多个实施例。但是，应该理解到可以进行多种变型，而不偏离本发明的精神和范围。因此，其它实施例位于下面权利要求的范围内。

Claims (34)

1.一种用于修复部件的方法，包括：
将耐火金属材料的部件放置在将被修复的部件区域之上；
将修复填充金属材料靠近该耐火金属材料部件沉积，其数量足以修复部件；
将修复填充材料经受焊接处理，而不直接加热耐火金属材料部件；
在该区域内流动修复填充材料；以及
铸造修复填充材料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述放置步骤包括在所述区域之上放置由选自以下组中的耐火金属材料形成的耐火金属材料部件，该组包括铌、钽、钼、钨、具有高于超合金材料的熔点的熔点的金属及其合金。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述放置步骤包括在所述区域之上放置具有超过大约1650℃的熔点的耐火金属材料部件。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述耐火金属材料具有超过大约1455℃的熔点。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述部件包括具有至少一个内部空腔的用于涡轮发动机的部件。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耐火金属材料是切割箔片，该箔片与所述部件内的至少一个内部空腔的形状相符。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述焊接步骤已经完成之后使用酸性化学处理去除所述耐火金属材料。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述焊接步骤已经完成之后使用氧化热处理去除所述耐火金属材料。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述放置步骤包括在将被修复的熔模铸造部件的区域上放置所述耐火金属材料部件。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述放置步骤包括在所述区域之上放置具有在至少一个表面上镀覆镍的耐火金属材料部件。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述放置步骤包括在所述区域之上放置具有在至少一个表面上涂覆铬的耐火金属材料部件。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述放置步骤包括放置具有扩散阻挡涂覆物的耐火金属材料部件。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述放置步骤包括放置具有包括氧化铝或富铝红柱石涂覆物的涂覆物的耐火金属材料部件。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述放置步骤包括放置具有氧化铝或富铝红柱石涂覆层和中间硅化物层的耐火金属材料部件。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述耐火金属材料还具有镀覆在所述外部层上的镍。
16.如权利要求1所述的方法，在所述涂覆步骤之前还包括如下步骤：
制备用于修复的所述部件；
将所述部件安装在固定件内；
通过惰性气体对固定件和所述部件的至少一个内部空腔吹扫。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括重复所述经受、流动和铸造步骤，直到所述部件修复完成为止。
18.一种修复涡轮叶片尖端部分的方法，包括：
在涡轮叶片的将被修复区域之上定位耐火金属材料；
将修复填充金属材料靠近耐火金属材料沉积；
焊接修复填充金属材料而不直接加热耐火金属材料；
在该区域内流动修复填充金属材料；以及
铸造修复填充金属材料。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述定位步骤包括在所述将被修复的区域之上定位由选自以下组中的耐火金属材料形成的耐火金属材料部件，该组包括铌、钽、钼、钨、具有高于超合金材料的熔点的熔点的金属及其合金。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述定位步骤包括在所述将被修复的区域之上定位镀覆含镍材料的耐火金属材料部件。
21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述定位步骤包括在所述将被修复的区域之上定位涂覆含铬材料的耐火金属材料部件。
22.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述定位步骤包括在所述将被修复的区域之上定位具有氧化物陶瓷层、硅化物中间层以及镀覆镍的外层的耐火金属材料部件。
23.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括在所述焊接步骤已经完成之后使用酸性化学处理去除所述耐火金属材料。
24.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括在所述焊接步骤已经完成之后使用氧化热处理去除所述耐火金属材料。
25.如权利要求18所述的方法，在所述放置步骤之前还包括如下步骤：
制备用于修复的所述涡轮叶片；
将所述涡轮叶片安装在固定件内；
通过惰性气体对固定件和所述涡轮叶片的至少一个内部空腔吹扫。
26.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括重复所述经受步骤，直到所述涡轮叶片修复完成为止。
27.一种用于修复涡轮叶片的拖尾边缘的方法，包括：
切割耐火金属材料箔片以便与涡轮叶片的拖尾边缘形状相符；
将所述被切割的耐火金属材料箔片定位在将被修复的拖尾边缘的一部分之上；
将修复填充金属材料施加在耐火金属材料箔片上；
焊接修复填充金属材料以便实现修复而不直接加热耐火金属材料；
在该部分内流动修复填充金属材料；以及
铸造修复填充金属材料。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述切割步骤包括切割由选自如下组的耐火金属形成的箔片材料，该组包括铌、钽、钼、钨、具有高于镍的熔点的熔点的金属及其合金。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述箔片材料具有位于其上的镍镀覆物。
30.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述箔片材料具有位于其上的铬涂覆物。
31.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述箔片材料具有位于其上的镀覆镍的陶瓷涂覆物。
32.如权利要求27所述的方法，其特征在于，还包括在所述焊接步骤已经完成之后使用酸性化学处理去除所述耐火金属材料。
33.如权利要求27所述的方法，其特征在于，在所述放置步骤之前还包括如下步骤：
制备用于修复的所述涡轮叶片；
将所述涡轮叶片安装在固定件内；
通过惰性气体对固定件和所述涡轮叶片的至少一个内部空腔吹扫。
34.如权利要求27所述的方法，其特征在于，还包括重复所述经受步骤，直到所述涡轮叶片的所述拖尾边缘修复完成为止。
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