CN101172316A - 高温电子束焊接 - Google Patents

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Abstract

高温电子束焊接，提供焊接金属合金部件(16、18)的方法，其包括：在真空室中将待焊接的一个或者多个部件预热到至少1500的目标温度；采用电子束(12)在焊接区(20)中焊接一个或者多个预热的部件，同时维持目标温度直到焊接完成。

Description

高温电子束焊接
技术领域
本发明涉及焊接技术，且更特定地涉及镍或者钴基超级合金部件的电子束焊接。
背景技术
电子束焊接日益增加地用于结合超级合金燃气涡轮机部件上，特别地，在叶片和喷嘴上的子部件。这些部件经常由非常高强度镍或者钴合金制造，其难以焊接。时常地，可延展填充物或者垫片用于减少焊接熔合区和热影响区中的破裂倾向，但是这些技术降低焊接件相对于基体金属的机械性能。
在使用气体电弧焊(GTAW)的燃气涡轮机叶片的制作和修复中，非常高的温度包括预热已经使用一段时间。当前方法通过辐射或者感应加热将叶片尖端预热到超过1500的温度。这使高强度填充物的使用能够生成具有类似于叶片的基体材料的机械属性的焊接件。
用于预热电子束焊接件的当前方法包括在零件上以较低功率运行电子束，以局部地增加该零件的温度。使用这种方法，由于零件几何形状的变化，温度从一个零件到另一个将变化很大，因此温度是不太可控的。此外，由于焊接开始时加热停止，预热在焊接过程中没有维持。最后，由于电子束仅应用于单个移动点，且由于传导和辐射零件迅速地失热，能够达到的最高温度相对低。
发明内容
在此描述的示范性的实施例中，提供电子束焊接过程，其用于镍或者钴基超级合金部件，包括在焊接前和焊接期间局部地就地预热零件。可以采用电阻、感应或者辐射加热，且加热系统必须能够将待焊接的部件零件的温度提高到至少1500且到基体合金和/或者填充物材料的初熔点。在焊接期间，被焊接的部件维持在升高的温度，使能够使用匹配强度和化学性质的填充物金属焊接非常高合金的基体金属。
因此，在其更广泛的方面，本发明涉及焊接超级合金部件的方法，其包括：在真空室中将待焊接的一个或者多个部件预热到至少1500的目标温度；采用电子束在焊接区焊接该一个或者多个预热的部件，同时维持目标温度直到焊接完成。
在另一方面，本发明涉及焊接超级合金涡轮机部件的方法，其包括：在真空室中将待焊接的一个或者多个部件预热到至少1500的预热目标温度，预热使用感应线圈、电阻加热器或者辐射灯实现；将填充物金属供应到焊接区；采用电子束焊接该一个或者多个预热的部件，同时维持目标温度直到焊接完成。
现在，本发明将结合以下的附图详细描述。
附图说明
该单个附图为依据本发明的示范性的实施例的电子束焊接和预热结构的示意图。
具体实施方式
参见该单个附图，显示电子束焊接设备10，由电子束枪14产生的电子束12通过其引导到由待结合的部件16、18的相对表面形成的界面处。束12生成焊接区(或者简单地焊接部)20，其冶金学地结合部件。部件16、18可以由包括相对地难以焊接的不同的金属合金形成，例如用于形成铸造涡轮机部件的沉淀强化的镍或者钴基超级合金。
焊接过程典型地在适于电子束焊接的环境中执行，也就是，为防止电子散射和基体金属快速氧化所必需的合适的真空水平。该特定的真空水平以及包括电子束的脉冲电流频率和行进速度的其他参数在本领域中已经知道而不需要在此描述。依据示范性的和非限制的实施例，预热系统位于真空室内。预热系统能够局部地将工作件加热到至少1500且直到基体合金和/或者填充物的初熔点(在一些情况下大于2000)(也称为“目标温度”)甚至更高。预热系统能够采用感应线圈、电阻加热器或者辐射(石英)灯，一般地以24处的示意形式指示，以加热部件而同时允许束达到待焊接区。应该理解的是，真空室要求多电气馈给通路，以提供电力给预热系统和监测温度。
在两个部件待焊接(本发明也应用于，例如，单个部件的修复)的情况，结合能够自焊地(没有填充物材料)完成，或者通过使用一个或者多个预置垫片或者丝馈送的填充物材料。填充物金属能够具有性能的任何范围，从高延展性到非常高强度。
在焊接期间，在激励电子束之前，一个或者多个部件16、18的温度升高到目标温度。目标温度在焊接期间维持，且仅在焊接过程完成时加热停止。在焊接后，预热系统可以关闭，或者其可以在焊接后维持在受控的加热模式且用于释放焊接件应力以避免冷却时破裂。
在此描述的过程克服结合电子束焊接使用的现有预热技术的问题，其中电子束本身在低零件处在零件上运行，以局部地增加零件的温度。在此采用的预热过程更可控，允许操作者在整个焊接过程维持一个或者多个部件的大致一致的温度，而独立于电子束本身。
尽管本发明已结合目前认为是最可行和优选的实施例描述，需要理解的是，本发明并不限于披露的实施例，但相反，意欲覆盖在附上的权利要求书的精神和范围内的不同的修改和等价的布置。
零件列表
焊接设备10
电子束12
电子束枪14
待焊接部件16、18
焊接区(焊接部)20
预热系统22

Claims (10)

1.一种焊接金属合金部件的方法，其包括：
在真空室中将待焊接的一个或者多个部件(16、18)预热到至少1500的目标温度；
采用电子束(12)在焊接区(20)中焊接该一个或者多个预热的部件，同时维持所述目标温度直到焊接完成。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在焊接之前，将填充物供应到焊接区(20)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述填充物包括丝馈送的填充物金属。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述填充物包括一个或者多个预置的金属垫片。
5.根据权利要求1所述的方法，其中预热用感应线圈(22)实现。
6.根据权利要求1所述的方法，其中预热用电阻加热器(22)实现。
7.根据权利要求1所述的方法，其中预热用辐射灯(22)实现。
8.根据权利要求2所述的方法，其中所述目标温度在1500和所述一个或者多个部件和/或者所述填充物的初熔点之间。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标温度大于2000。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，在焊接后，维持受控的加热模式以释放焊接件应力。
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