CN101987385A - 用于修理构件的钎焊工艺和材料 - Google Patents

用于修理构件的钎焊工艺和材料 Download PDF

Info

Publication number
CN101987385A
CN101987385A CN2010102489796A CN201010248979A CN101987385A CN 101987385 A CN101987385 A CN 101987385A CN 2010102489796 A CN2010102489796 A CN 2010102489796A CN 201010248979 A CN201010248979 A CN 201010248979A CN 101987385 A CN101987385 A CN 101987385A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
solder paste
powder
weight
nickel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010102489796A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101987385B (zh
Inventor
J·A·约翰逊
T·香奈儿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co PLC
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=42669560&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=CN101987385(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN101987385A publication Critical patent/CN101987385A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101987385B publication Critical patent/CN101987385B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • B23K1/0018—Brazing of turbine parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0244—Powders, particles or spheres; Preforms made therefrom
    • B23K35/025—Pastes, creams, slurries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3033—Ni as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/34—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material comprising compounds which yield metals when heated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/362—Selection of compositions of fluxes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/001—Turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2230/00—Manufacture
    • F05B2230/80—Repairing, retrofitting or upgrading methods
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/49318—Repairing or disassembling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明用于修理构件的钎焊工艺和材料提供了一种工艺和钎焊膏，其适合于填充和封闭相对较薄的高温构件的壁部分中的空隙，高温构件包括例如燃气涡轮发动机的燃烧器的冲击板。该工艺通常需要将至少第一钎焊膏施加于裂纹，以形成钎焊膏补丁，其包括第一合金和第二合金的粉末以及有机粘结剂。第一合金具有比第二合金更高的熔点，并且第一合金和第二合金的粉末按照重量百分比为大约30∶70至大约70∶30的重量比而存在于钎焊膏补丁中。然后将钎焊膏补丁加热，以烧掉粘结剂，并至少使第二合金的粉末熔化，以便在裂纹中形成钎焊部，其包含分散在由第二合金形成的基质中的第一合金的颗粒。

Description

用于修理构件的钎焊工艺和材料
技术领域
本发明大体上涉及用于修理在高温下操作的构件的钎焊(brazing)工艺和材料。更具体地说，本发明涉及一种填充燃气涡轮的热气路构件中的裂纹以及其它缺陷的工艺，这些裂纹包括相对较薄的构件例如燃气涡轮发动机的冲击板(impingement plate)中的穿透厚度裂纹。
背景技术
燃气涡轮的热气路构件通常由具有针对涡轮操作温度和条件所需的机械和环境属性的镍、钴或铁基超级合金形成。一个特别的示例是冲击板，其保护燃烧衬套端盖组件的后端，通过该组件，燃料喷嘴组件延伸到燃气涡轮发动机的燃烧器中。冲击板可装备泄流冷却孔，以提高冲击板的能力，其用作用于端盖组件的辐射屏蔽罩。冲击板通常较薄，一个非限制性的示例大约为0.092英寸(大约2.3mm)的厚度，结果在靠近有害的燃烧器的热环境中可能形成穿透裂纹。包括钎焊和焊接技术在内的各种方法已经用于填充这些裂纹。
如本领域中已知的那样，钎焊修理技术是在比所修理构件的基体金属的熔点更低的温度下执行的。根据共同转让给Budinger等人的美国专利No.6,187,450、Cohen等人的No.6,530,971和Budinger等人的No.7,279,229所述，对超级合金构件执行的钎焊通常涉及使用柔顺形式的钎焊材料，例如膏剂、腻子、软膏和带。如共同转让给Sathian的美国专利No.7,335,427所述，为了将耐磨材料应用到叶片表面上已经提出了利用烧结的预制件的钎焊技术，并且如共同转让给Sathian等人的美国出版的专利申请No.2007/0154338所述用于表面建造和表面硬化。钎焊膏、腻子、软膏和带通常包含位于粘结剂中的金属颗粒，粘结剂将金属颗粒粘接在一起并粘接到进行钎焊的表面上，之后在钎焊操作期间烧掉。金属颗粒通常是两种或多种不同合金的混合物，其中一个包含熔点抑制剂(例如硼或硅)，以取得比钎焊材料的剩余金属构件更低的熔点。在钎焊期间，较低熔点的颗粒熔化以形成液体，其填充了在更高熔点的颗粒之间的空隙，并且在固化时将高熔点颗粒粘接在一起并粘接到衬底材料上。与这种钎焊材料相关的困难包括一致地使用最佳数量的钎焊材料，精确地放置钎焊材料，以及针对进行钎焊的区域精确地整形和定制钎焊材料的困难。其它缺点可包括低密度和过大的孔隙率以及在粘结剂烧掉期间产生的空隙，其对于所得的钎焊部会导致不良的机械特性。
在修理装备了泄流冷却孔的冲击板的情况下，额外的缺点包括，难以填充相对较薄的壁部分中的细小穿透裂纹以及更大的穿透开口，在这种情况下，钎焊材料必须是具有足够粘性的，使得材料在进行钎焊之前和进行钎焊期间不会流离进行钎焊的区域，但必须能够完全渗透各种宽度的裂纹。
发明内容
本发明提供了一种工艺和一种或多种钎焊膏，其适合于填充和封闭相对较薄的高温构件的壁部分中的裂纹，高温构件包括例如燃气涡轮发动机的燃烧器的冲击板。
该工艺通常需要将至少一种钎焊膏施加于裂纹，以形成钎焊膏补丁(patch)，其包括第一合金和第二合金的粉末以及有机粘结剂。第一合金具有比第二合金更高的熔点，并且第一合金和第二合金的粉末按照重量百分比大约30∶70至大约70∶30的重量比而存在于钎焊膏补丁中。第一合金要么是按重量(重量百分比)计算包含15.0至17.0的钼、14.5至16.5的铬、4.0至7.0的铁、3.0至4.5的钨、高达2.5的钴、余量是镍以及附带杂质的镍基合金，或者是按重量计算包括9至11％的钴、7至9％的铬、9至11％的钨、2.5至3.5％的钽、5至6％的铝、0.5至1.5％的钛、0.6至0.8％的钼、1.3至1.7％的铪、0.03至0.08％的锆、0.01至0.02％的硼、0.13至0.17％的碳、余量是镍及附带杂质的γ’相增强的(gamma prime-strengthened)镍基合金。第二合金是按重量计算包括19至21％的铬、2.5至3.5％钽、2.5至3.5％的硼、0.003至0.005％的钇、以及余量是镍和附带杂质的镍基合金。然后将钎焊膏补丁加热，以烧掉粘结剂，并至少使第二合金的粉末熔化，以便在裂纹中形成钎焊部(brazement)，其包含分散在由第二合金形成的基质中的第一合金的颗粒。
根据本发明的一个优选方面，钎焊膏能够形成致密的钎焊部，其能够修理相对较窄和相对较宽的穿透裂纹，以及邻近的通孔，结果，钎焊膏在钎焊温度下充分变成流体，从而完全填充各种宽度的裂纹。
从以下详细说明中将更好地理解本发明的其它的方面和优点。
附图说明
图1是扫描图像，其显示了用于燃气涡轮发动机的燃烧器衬套端盖组件的冲击板的表面区域中的穿透裂纹。
图2示意性地显示了在导致本发明的研究期间所评估的钎焊膏样本的布置。
图3代表在加热图2中所标识的样本期间所采用的钎焊循环温度分布曲线的曲线图。
图4是扫描图像，其显示了在经过图3的钎焊循环之后由图2样本形成的钎焊部的外观。
图5和图6是扫描图像，其显示了图4其中一些样本的截面。
图7A是扫描图像，其显示了在导致本发明的第二次研究期间，钎焊膏样本在冲击板的窄的穿透裂纹上的布置。
图7B是扫描图像，其显示了在第二次研究期间，钎焊膏样本在冲击板的宽的穿透裂纹上的布置。
图8A和8B是扫描图像，其显示了在修理类似于图7A的窄的穿透裂纹期间所形成的钎焊部。
图9A和9B是扫描图像，其显示了在修理图7B的宽的穿透裂纹期间所形成的钎焊部。
图10和11是扫描图像，其分别显示了在第二次研究期间，在所修理的冲击板中的窄的和宽的穿透裂纹的截面。
具体实施方式
图1显示了一种类型的冲击板的表面区域，该冲击板适合于用作用于燃气涡轮发动机的燃烧衬套端盖组件的辐射屏蔽罩。冲击板显示为成形成具有大量的泄流冷却孔，其提高了冲击板保护端盖组件免于燃气涡轮发动机的燃烧器所发射的热辐射的能力。冲击板由能够承受有害的燃气涡轮燃烧器的热环境的材料形成。这种材料的突出示例是哈司特镍合金X(Hastelloy X)、镍基超级合金，其名义成分在文献中被报告为按重量百分比是Ni-0.1C-22Cr-9Mo-0.5W-1Co-19Fe。适合于冲击板的合金的另一突出示例包括但不局限于海恩斯230(Haynes 230)，其名义成分在文献中报告为按重量百分比是Ni-0.1C-22Cr-2Mo-14W-0.3Al-0.5Mn-0.4Si-0.02La。
图1中所示类型的冲击板通常较薄，例如高达大约0.1英寸(大约2.5mm)，特殊的示例是大约0.092英寸(大约2.3mm)，但更小和更大的厚度是可预见的。在有害的燃气涡轮燃烧器的热环境中，图1所示类型的薄的冲击板可能容易受到穿透裂纹的影响，其中一个穿透裂纹在图1中是可见的。该裂纹是由于应力破裂而形成的类型的代表，但是由其它工艺形成的裂纹也是众所周知的。图1中所描绘的裂纹相对较窄，通常在大约一毫米宽度左右。在裂纹的长度中还存在孔，并且比裂纹宽至少十分之一。最后，裂纹存在于包含许多泄流冷却孔的冲击板的区域中，其中某些泄流冷却孔被裂纹贯穿。因此，穿透裂纹和其邻近通孔的修理需要使用钎焊膏，其在钎焊温度下是充分流动性的以完全填充裂纹，但是也将填充并完全封闭孔。
除了能够封闭窄的和宽的裂纹之外，针对钎焊膏优选的属性包括与进行钎焊的合金相适应的化学和冶金属性、疲劳强度、低的破裂倾向、抗氧化能力和可加工性。本发明的优选的钎焊膏包含至少一种“高熔点”合金成分和至少一种“低熔点”合金成分，高熔点合金成分的属性与进行钎焊的合金的属性相似，低熔点合金成分具有比高熔点合金成分的熔点更低的熔化温度，并且优选足够低，以便在钎焊工艺期间保留构件所需的显微结构。
在导致本发明的研究中，钎焊膏样本由三种不同合金的混合物配置而成，以评估候选的钎焊膏，其能够修理窄的和宽的穿透厚度裂纹，以及图1中所示类型的通孔。三种受评估的合金中的两种被选择为钎焊膏的高熔点成分，而第三种被选择为低熔点成分。高熔点成分是Mar-M 247和Alloy C-276。MAR-M 247是γ’相增强的镍基超级合金，其具有按重量计算9至11％的钴、7至9％的铬、9至11％钨、2.5至3.5％钽、5至6％铝、0.5至1.5％的钛、0.6至0.8％的钼、1.3至1.7％的铪、0.03至0.08％的锆、0.01至0.02％的硼、0.13至0.17％的碳、余量是镍和附带杂质的报告成分。用于研究中的MAR-M 247成分具有按重量计算包括大约10％的W、10％的Co、8％的Cr、5％的Al、3％的Ta、1％的Hf、1％的Ti、0.7％的Mo、0.2％的C和余量是镍及附带杂质的名义成分。Alloy C-276是镍基合金，其具有按重量(重量百分比)计算包括15.0至17.0的钼、14.5至16.5的铬、4.0至7.0的铁、3.0至4.5的钨、高达2.5的钴、余量是镍及附带杂质的报告成分。用于研究的Alloy C-276材料是商业上可从Praxair技术公司得到的粉末，为NI-544，并且具有按重量计算大约16％的Cr、16.5％的Mo、4％的W、5.5％的Fe、1％的Co、余量是镍及附带杂质的名义成分。MAR-M 247由于呈现优秀的机械强度而为人所知，并且Alloy C-276由于呈现优秀的抗裂纹扩展强度而为人所知。
钎焊膏样本的低熔点成分是Amdry DF-6A，其是镍基合金，该合金具有按重量计算包含19至21％的铬、2.5至3.5％的钽、2.5至3.5％的硼、0.003至0.005％的钇以及余量是镍和附带杂质的报告成分。用于研究中的DF-6A成分具有按重量计算大约19.7％的Cr、3.1％的Ta、3.1％的B和0.001％的Y、余量是镍以及附带杂质的名义成分。
在初始的研究中，制备了八种不同的钎焊膏，其包含DF-6A作为低熔点成分和MAR-M 247或Alloy C-276作为高熔点成分的各种组合。这些合金成分以粉末的形式来提供，其具有-100+325目的粒径。高熔点成分至低熔点成分的重量比从大约30∶70变化至大约60∶40。低熔点成分和高熔点成分与有机粘结剂组合以形成膏剂，其具有足够粘性以阻碍在重力作用下的流动。有机粘结剂是可从Vitta公司得到的名为Vitta Pink的聚合物凝胶，并且组成膏剂的大约15％重量。各个膏剂样本沉积在由哈司特镍合金X(Hastelloy X)形成的板上。图2中示意性地显示了膏剂成分和其在板上的布置。
然后将板和其膏剂成分在真空炉中经历了钎焊循环。图3中显示了钎焊循环。执行840°F(大约450℃)和1900°F(大约1040℃)的保温以防止部件变形，并执行2155°F(大约1180℃)的保温，以确保完全的钎焊液相线。1975°F(大约1080℃)的保温、2050°F(大约1120℃)的保温和2150°F(大约1175℃)的保温是为了确保完全的钎焊液相线而没有畸变的目的。由于钎焊循环，DF-6A粉末颗粒被熔化，形成钎焊部，其中高熔点成分(MAR-M 247或Alloy C-276)的颗粒分散在由DF-6A形成的基质中。
在钎焊循环之后，针对孔隙率百分比通过光学显微镜目测检查并评估各个所得的钎焊部。图4中显示了显现于哈司特镍合金X板上的钎焊部，并且图5和图6中显示了所有八个钎焊部的截面。因为高熔点成分的最大含量提高了整个钎焊部的高温能力，所以针对包含MAR-M 247或Alloy C-276的两组膏剂成分的各个膏剂成分，是基于具有高熔点成分的最大含量和10％或更小的孔隙率水平来选择膏剂成分的。由于在60/40MAR-M 247/DF-6A样本中具有明显的孔隙度，所以当MAR-M 247用作高熔点成分时，最初选择50/50MAR-M247/DF-6A样本作为更优化的膏剂成分。类似地，为了进一步测试利用Alloy C-276作为高熔点成分的膏剂成分，50/50 Alloy C-276/DF-6A样本中明显的孔隙度促进了最初40/60 Alloy C-276/DF-6A样本的选择。
然后利用50/50MAR-M 247/DF-6A和40/60 Alloy C-276/DF-6A成分经由ASTM E466对哈司特镍合金X的轧制板样本(厚度0.060至0.066英寸(大约1.5至大约1.7mm))执行高循环疲劳(HCF)试验，从而评估用钎焊膏成分形成的钎焊部。试验条件是30Hz，完全反向(R＝-1；A＝无限)，在大约16至大约52ksi(大约110至大约360MPa)的应力水平和大约1300°F(大约700℃)的试验温度下模拟典型的板失效模式。为了模拟存在于冲击板中的泄流冷却孔，一些HCF样本被钻孔，从而具有大约0.030英寸(大约0.76mm)直径且轴线相对样本平面成大约30度的孔。为了比较，还试验了没有钎焊部且具备钻孔和没有钻孔的样本。试验结果证明50/50MAR-M 247/DF-6A和40/60 AlloyC-276/DF-6A样本呈现了至少与基准样本一样良好的HCF寿命，并且在某些情况下远好于基准样本。
对于哈司特镍合金X形成的冲击板执行了第二系列的研究。冲击板已经被除去，并且其表面经过染料处理，以定位和标出穿过大约0.092英寸(大约2.3mm)板厚的裂纹的特征。然后通过原子氢清理(AHC)或细砂喷丸以除去氧化物，从而清洗板。AHC和细砂喷丸都是用于在相对较低的温度下除去氧化物以及其它污染物的众所周知的技术。在AHC中，原子氢照射用于将氧化物转换成更易挥发的氧化物。对于该研究，在大约2150°F(大约1180℃)的温度下执行AHC技术，并且原子氢照射作为六个不连续脉冲进行传送，其各具有大约一至两毫秒的持续时间。
图7A描绘了根据初始研究而制备好的MAR-M 247/DF-6A钎焊膏，从而具有30∶70的MAR-M 247对DF-6A的重量比。钎焊膏被施加于冲击板中的窄的穿透厚度裂纹。图中显示膏剂通常采用补丁的形式，其被液态的钎焊阻碍(“阻挡”)成分所包围，该成分包含悬浮于液体载体介质中的细小氧化物颗粒。图7B描绘了MAR-M 247/DF-6A膏剂施加于第二冲击板中的相对较宽的穿透厚度裂纹上，同样其被阻碍成分所包围。虽然图7A中的裂纹在宽度上不超过大约一毫米，但图7B中的裂纹在宽度上大于一毫米。为了填充图7B的大得多的裂纹，膏剂是在两个步骤中用两种不同的膏剂成分施加的。第一膏剂包含重量百分比为大约85％的MAR-M 247粉末和余量的粘结剂，并且施加于填充裂纹，之后施加包含重量百分比大约85％的DF-6A粉末和余量为粘结剂的第二膏剂以包封第一膏剂，产生包含重量比大约1∶1的MAR-M 247和DF-6A钎焊膏的钎焊膏补丁。然后将冲击板放置在真空炉中，并经历图3中所示的相同的钎焊循环。
在钎焊循环之后，通过光学显微镜目测检查和评估所产生的钎焊部。图8A和8B中分别显示了其中一个用于修理窄的裂纹的钎焊部的顶侧和背面，并且图9A和9B中分别显示了修理图7B宽的裂纹的钎焊部的顶侧和背面。图10和11分别显示了研究中所修理的其中一个窄的裂纹和其中一个宽的裂纹的截面。图10和11中的图像证明了MAR-M 247/DF-6A膏剂成分用于修理由哈司特镍合金X形成的薄壁式冲击板中的穿透厚度裂纹的能力。从这些图像中证明，DF-6A粉末颗粒在钎焊循环期间熔化，形成了钎焊部，其具有非常低的孔隙率(小于10％)的特征，并且包含更高熔点的MAR-M 247粉末的分散颗粒。
然后进一步评估之前研究中通过原子氢清理所清洗的冲击板，从而评估AHC技术的效率。在用氢离子的单脉冲和多脉冲所处理的冲击板之间的比较，证明了单脉冲通常不足以从待进行钎焊的表面上除去氧化物，并且可能会导致钎焊部与所修理的构件的基体金属之间的结合不充分。
从上述研究中可看出，用于制备和钎焊冲击板的特别优选但非限制性的工艺被认为需要以下步骤。在对包围待修理的裂纹的任何粗缺陷进行冷加工和矫直之后，利用合适的染料处理冲击板以识别裂纹。然后例如利用蒸汽浴、水浴、蒸汽压等等，随后在大约2150°F(大约1175℃)通过施加六个脉冲进行细砂喷丸然后进行原子氢清理，从而使板经受清洗，各个脉冲持续大约一至两个毫秒的持续时间。钎焊膏优选制备成DF-6A与MAR-M 247和Alloy C-276中任一者的混合物，或者在修理大裂纹的情况下制备为分开的膏剂，一个包含DF-6A，并且另一个包含MAR-M 247或Alloy C-276。考虑到上面报告的结果，如果钎焊膏是MAR-M 247和DF-6A合金粉末的混合物，那么MAR-M247粉末可具有大约-100+325目的粒径，并且可组成钎焊膏中的合金粉末混合物重量的30％至70％，更优选大约40％至小于60％的重量百分比，例如大约50％的重量百分比，并且合金粉末混合物的剩余物是DF-6A粉末，其也可具有大约-100+325目的粒径。如果钎焊膏是AlloyC-276和DF-6A合金粉末的混合物，那么Alloy C-276粉末可具有大约-100+325目的粒径，并且可组成钎焊膏中的合金粉末混合物重量的30％至70％，更优选大约40％至小于50％的重量百分比，例如大约45％的重量百分比，并且合金粉末混合物的剩余部分是DF-6A粉末，其也可具有大约-100+325目的粒径。在修理通常具有大于一毫米宽度的大裂纹的情况下，可由DF-6A和MAR-M 247或Alloy C-276的合金粉末制备分开的钎焊合金膏剂。各膏剂可包含重量百分比大约15％的合适的有机粘结剂，例如前述Vitta Pink粘结剂，但是更小和更大的粘结剂含量是可预见的，并且可使用的。针对MAR-M 247、Alloy C-276和DF-6A的合适的成分被认为是前述针对这些合金的报告成分，但是处于这些范围之外的细小的变化或差异也是可预见的。
之后施加钎焊膏，并且如果需要，可被阻碍成分包围，以限制液化的钎焊材料在钎焊循环期间的流动。如果钎焊膏包含DF-6A与MAR-M 247或Alloy C-276的合金粉末的混合物时，那么可选择性地将膏剂只施加于裂纹和该构件直接邻近的表面区域上。在修理较大裂纹的情况下，优选首先施加MAR-M 247或Alloy C-276钎焊膏以填充裂纹，之后用DF-6A钎焊膏密封，以产生钎焊膏补丁，其包含30％至70％重量的MAR-M 247或Alloy C-276钎焊膏，更优选大约40％至大约60％的重量百分比，例如大约50％重量的MAR-M 247或AlloyC-276钎焊膏，余量是DF-6A钎焊膏。钎焊循环优选如图3中所示，但是可预见的是可适合和使用其它钎焊循环。在进行钎焊之后，经过钎焊修理的表面优选经历精加工，以使钎焊部的轮廓融入周围表面中。在冲击板具有冷却孔的情况下，任何被钎焊工艺封闭的孔优选通过例如放电加工(EDM)或利用水射流或激光而重新打开。
虽然已经根据特定的实施例描述了本发明，但是应该懂得，本领域中的技术人员可采用其它形式。例如，虽然以其中所修理的构件是用于燃气涡轮发动机的燃烧器的冲击板的示例进行描述，但是钎焊膏和该工艺被认为可适用于修理其它构件，尤其是由镍基合金形成的且在相对较薄的壁部分中具有一个或多个穿透厚度裂纹的构件。因此本发明的范围只受到所附权利要求的限制。

Claims (10)

1.一种修理由镍基合金形成的构件的工艺，所述工艺包括：
将至少第一钎焊膏施加到所述构件中的空隙，以形成钎焊膏补丁，其包括第一合金和第二合金的粉末以及有机粘结剂，其中所述第一合金具有比所述第二合金更高的熔点，所述第一合金和所述第二合金的粉末以重量百分比为大约30∶70至大约70∶30的重量比而存在于所述钎焊膏补丁中，所述第一合金或者是按重量计算包含15.0至17.0的钼、14.5至16.5的铬、4.0至7.0的铁，3.0至4.5的钨、高达2.5的钴、余量是镍以及附带杂质的镍基合金，或者是按重量计算包含9至11％的钴、7至9％的铬、9至11％的钨、2.5至3.5％的钽、5至6％的铝、0.5至1.5％的钛、0.6至0.8％的钼、1.3至1.7％的铪、0.03至0.08％的锆、0.01至0.02％的硼、0.13至0.17％的碳、余量是镍以及附带杂质的γ’相增强的镍基合金，并且所述第二合金按重量计算包含19至21％的铬、2.5至3.5％的钽、2.5至3.5％的硼、0.003至0.005％的钇、余量为镍以及附带杂质的镍合金；之后
加热所述钎焊膏补丁以烧掉所述粘结剂，并且至少使所述第二合金的粉末熔化，以便在所述空隙中形成钎焊部，该钎焊部包含分散在由所述第二合金形成的基质中的所述第一合金的颗粒。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述空隙是所述构件的壁部分中的穿透厚度裂纹，并且所述壁部分具有高达大约2.5毫米的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述第一合金粉末按重量计算包含15.0至17.0的钼、14.5至16.5的铬、4.0至7.0的铁、3.0至4.5的钨、高达2.5的钴，余量是镍以及附带杂质。
4.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述第一合金和所述第二合金的粉末按重量百分比为大约40∶60至小于50∶50的重量比而存在于所述钎焊膏补丁中。
5.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述第一合金粉末按重量计算包含9至11％的钴、7至9％的铬、9至11％钨、2.5至3.5％钽、5至6％铝、0.5至1.5％的钛、0.6至0.8％的钼、1.3至1.7％的铪、0.03至0.08％的锆、0.01至0.02％的硼、0.13至0.17％的碳，余量是镍以及附带杂质。
6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述第一合金和所述第二合金的粉末按重量百分比为大约40∶60至小于60∶40的重量比而存在于所述钎焊膏补丁中。
7.根据权利要求1至6中的任一权项所述的工艺，其特征在于，所述第一合金和所述第二合金的粉末混合在一起并与所述粘结剂结合以形成第一钎焊膏，其施加到所述空隙以形成所述钎焊膏补丁。
8.根据权利要求7所述的工艺，其特征在于，所述空隙具有高达大约一毫米的宽度。
9.根据权利要求1至6中的任一权项所述的工艺，其特征在于，所述第一合金的粉末经过处理以形成所述第一钎焊膏，所述第二合金的粉末经过处理以形成第二钎焊膏，所述第一钎焊膏施加到所述空隙，并且所述第二钎焊膏施加于所述第一钎焊膏上以形成所述钎焊膏补丁，并且其特征还在于，所述空隙具有大于一毫米的宽度。
10.根据权利要求1至9中的任一权项所述的工艺，其特征在于，所述构件是用于燃气涡轮发动机的燃烧器的冲击板。
CN201010248979.6A 2009-07-31 2010-07-29 用于修理构件的钎焊工艺和材料 Active CN101987385B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/533101 2009-07-31
US12/533,101 US7789288B1 (en) 2009-07-31 2009-07-31 Brazing process and material for repairing a component
US12/533,101 2009-07-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101987385A true CN101987385A (zh) 2011-03-23
CN101987385B CN101987385B (zh) 2014-01-29

Family

ID=42669560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201010248979.6A Active CN101987385B (zh) 2009-07-31 2010-07-29 用于修理构件的钎焊工艺和材料

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7789288B1 (zh)
JP (1) JP5579525B2 (zh)
CN (1) CN101987385B (zh)
CH (1) CH701554B1 (zh)
DE (1) DE102010036630B4 (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9149881B2 (en) 2011-01-24 2015-10-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Damage-repairing method of transition piece and transition piece
CN106583964A (zh) * 2016-10-27 2017-04-26 中国人民解放军第五七九工厂 一种发动机热端部件三维尺寸钎焊修复材料及制备方法
CN106988798A (zh) * 2015-12-03 2017-07-28 通用电气公司 执行燃气涡轮发动机的内部构件的就地修理的系统和方法
CN108620596A (zh) * 2017-03-21 2018-10-09 肯纳金属公司 向超合金制品赋予耐磨性
CN108907502A (zh) * 2018-08-31 2018-11-30 西安理工大学 一种用于钎焊钽Ta1与1Cr18Ni9不锈钢的非晶态高熵合金钎料及其制备方法
US11247268B2 (en) 2013-03-15 2022-02-15 Kennametal Inc. Methods of making metal matrix composite and alloy articles
CN114207250A (zh) * 2019-07-30 2022-03-18 西门子能源美国公司 用于修复高温燃气涡轮部件的系统和方法

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8510926B2 (en) * 2008-05-05 2013-08-20 United Technologies Corporation Method for repairing a gas turbine engine component
US9056372B2 (en) * 2010-10-12 2015-06-16 Alstom Technology Ltd Extending useful life of a cobalt-based gas turbine component
WO2012114404A1 (ja) 2011-02-22 2012-08-30 三菱重工業株式会社 インペラの製造方法
CH705327A1 (de) 2011-07-19 2013-01-31 Alstom Technology Ltd Lot zum Hochtemperaturlöten und Verfahren zum Reparieren bzw. Herstellen von Bauteilen unter Verwendung dieses Lotes.
US9180538B2 (en) 2011-10-14 2015-11-10 General Electric Company Brazing process, braze assembly, and brazed article
US8568826B2 (en) 2011-10-21 2013-10-29 General Electric Company Method of brazing a component, a brazed power generation system component, and a braze
US9101996B2 (en) * 2012-05-09 2015-08-11 Siemens Energy, Inc. Low melting point braze alloy for high temperature applications
US9127550B2 (en) * 2012-08-10 2015-09-08 Siemens Energy, Inc. Turbine superalloy component defect repair with low-temperature curing resin
ES2742376T3 (es) * 2012-12-05 2020-02-14 Liburdi Engineering Método de revestimiento y soldadura de fundición de superaleaciones usando polvo de relleno de material compuesto
DE102012024130B4 (de) * 2012-12-11 2014-09-11 Klaus Union Gmbh & Co. Kg Spalttopf für magnetgekuppelte Pumpen sowie Herstellungsverfahren
US9056443B2 (en) 2013-02-04 2015-06-16 General Electric Company Brazing process, braze arrangement, and brazed article
US9346101B2 (en) 2013-03-15 2016-05-24 Kennametal Inc. Cladded articles and methods of making the same
WO2014169116A1 (en) * 2013-04-12 2014-10-16 United Technologies Corporation Wide gap braze
US9849533B2 (en) * 2013-05-30 2017-12-26 General Electric Company Hybrid diffusion-brazing process and hybrid diffusion-brazed article
US9719420B2 (en) * 2014-06-02 2017-08-01 General Electric Company Gas turbine component and process for producing gas turbine component
FR3028436B1 (fr) * 2014-11-14 2019-04-05 Safran Aircraft Engines Procede d'elaboration d'une piece de turbomachine
US20160175991A1 (en) * 2014-12-19 2016-06-23 General Electric Company Weld filler for superalloys
US10221702B2 (en) 2015-02-23 2019-03-05 Kennametal Inc. Imparting high-temperature wear resistance to turbine blade Z-notches
WO2016185407A2 (en) * 2015-05-18 2016-11-24 Universidad Rey Juan Carlos Brazing filler
DE102015219512A1 (de) * 2015-10-08 2017-04-13 MTU Aero Engines AG Reparatur verschlissener Bauteiloberflächen
US10610982B2 (en) 2015-11-12 2020-04-07 General Electric Company Weld filler metal for superalloys and methods of making
US10052724B2 (en) * 2016-03-02 2018-08-21 General Electric Company Braze composition, brazing process, and brazed article
EP3216554B1 (de) * 2016-03-09 2020-05-06 MTU Aero Engines GmbH Bauteil mit verschleissgeschützten öffnungen und vertiefungen sowie verfahren zur herstellung derselben
SE540384C2 (en) 2016-12-16 2018-09-04 Swep Int Ab Brazing material
US20180200817A1 (en) * 2017-01-19 2018-07-19 General Electric Company Method of brazing and brazed article
US11581239B2 (en) * 2019-01-18 2023-02-14 Indium Corporation Lead-free solder paste as thermal interface material
US11819919B2 (en) * 2019-09-20 2023-11-21 Rtx Corporation Oxidation resistant nickel braze putty
US11840032B2 (en) 2020-07-06 2023-12-12 Pratt & Whitney Canada Corp. Method of repairing a combustor liner of a gas turbine engine
JP7451388B2 (ja) * 2020-12-08 2024-03-18 株式会社東芝 ろう付け補修方法
KR102278835B1 (ko) * 2021-04-12 2021-07-19 주식회사 성일터빈 브레이징을 이용한 가스터빈 베인의 코어플러그 제조방법
EP4279620A1 (de) 2022-05-20 2023-11-22 MTU Aero Engines AG Lotmischung zur anwendung in einem verfahren zum löten eines bauteils, additivlegierung, lötverfahren und bauteil

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4908069A (en) * 1987-10-19 1990-03-13 Sps Technologies, Inc. Alloys containing gamma prime phase and process for forming same
US5240491A (en) * 1991-07-08 1993-08-31 General Electric Company Alloy powder mixture for brazing of superalloy articles
US5437737A (en) * 1994-02-07 1995-08-01 United Technologies Corporation Repair coating for superalloy articles, such as gas turbine engine components
US5628814A (en) * 1994-12-28 1997-05-13 General Electric Company Coated nickel-base superalloy article and powder and method useful in its preparation
EP1491283A1 (en) * 2003-06-26 2004-12-29 United Technologies Corporation Repair process
EP1685923A1 (en) * 2005-01-27 2006-08-02 United Technologies Corporation Repair and reclassification of superalloy components
CN1853843A (zh) * 2005-04-28 2006-11-01 西门子公司 具有元素粉末的焊料
CN1876312A (zh) * 2006-07-04 2006-12-13 广州有色金属研究院 一种自动钎焊用镍焊膏

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000071764A2 (en) * 1999-05-07 2000-11-30 Rolls-Royce Corporation Cobalt-base composition and method for diffusion braze repair of superalloy articles
US6187450B1 (en) 1999-10-21 2001-02-13 General Electric Company Tip cap hole brazing and oxidation resistant alloy therefor
DE10052023C1 (de) * 2000-10-20 2002-05-16 Krupp Vdm Gmbh Austenitische Nickel-Chrom-Cobalt-Molybdän-Wolfram-Legierung und deren Verwendung
US6530971B1 (en) 2001-01-29 2003-03-11 General Electric Company Nickel-base braze material and braze repair method
US6968991B2 (en) * 2002-07-03 2005-11-29 Honeywell International, Inc. Diffusion bond mixture for healing single crystal alloys
US7335427B2 (en) 2004-12-17 2008-02-26 General Electric Company Preform and method of repairing nickel-base superalloys and components repaired thereby
US7279229B2 (en) 2005-03-24 2007-10-09 General Electric Company Nickel-base braze material and method of filling holes therewith
US8703044B2 (en) 2006-01-03 2014-04-22 General Electric Company Machine components and methods of fabricating and repairing
US8267662B2 (en) * 2007-12-13 2012-09-18 General Electric Company Monolithic and bi-metallic turbine blade dampers and method of manufacture

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4908069A (en) * 1987-10-19 1990-03-13 Sps Technologies, Inc. Alloys containing gamma prime phase and process for forming same
US5240491A (en) * 1991-07-08 1993-08-31 General Electric Company Alloy powder mixture for brazing of superalloy articles
US5437737A (en) * 1994-02-07 1995-08-01 United Technologies Corporation Repair coating for superalloy articles, such as gas turbine engine components
US5628814A (en) * 1994-12-28 1997-05-13 General Electric Company Coated nickel-base superalloy article and powder and method useful in its preparation
EP1491283A1 (en) * 2003-06-26 2004-12-29 United Technologies Corporation Repair process
EP1685923A1 (en) * 2005-01-27 2006-08-02 United Technologies Corporation Repair and reclassification of superalloy components
CN1853843A (zh) * 2005-04-28 2006-11-01 西门子公司 具有元素粉末的焊料
CN1876312A (zh) * 2006-07-04 2006-12-13 广州有色金属研究院 一种自动钎焊用镍焊膏

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9149881B2 (en) 2011-01-24 2015-10-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Damage-repairing method of transition piece and transition piece
US11247268B2 (en) 2013-03-15 2022-02-15 Kennametal Inc. Methods of making metal matrix composite and alloy articles
CN106988798A (zh) * 2015-12-03 2017-07-28 通用电气公司 执行燃气涡轮发动机的内部构件的就地修理的系统和方法
CN106583964A (zh) * 2016-10-27 2017-04-26 中国人民解放军第五七九工厂 一种发动机热端部件三维尺寸钎焊修复材料及制备方法
CN106583964B (zh) * 2016-10-27 2019-07-23 中国人民解放军第五七一九工厂 一种发动机热端部件三维尺寸钎焊修复材料及制备方法
CN108620596A (zh) * 2017-03-21 2018-10-09 肯纳金属公司 向超合金制品赋予耐磨性
US11117208B2 (en) 2017-03-21 2021-09-14 Kennametal Inc. Imparting wear resistance to superalloy articles
CN108907502A (zh) * 2018-08-31 2018-11-30 西安理工大学 一种用于钎焊钽Ta1与1Cr18Ni9不锈钢的非晶态高熵合金钎料及其制备方法
CN114207250A (zh) * 2019-07-30 2022-03-18 西门子能源美国公司 用于修复高温燃气涡轮部件的系统和方法
CN114207250B (zh) * 2019-07-30 2024-03-08 西门子能源美国公司 用于修复高温燃气涡轮部件的系统和方法
US11939884B2 (en) 2019-07-30 2024-03-26 Siemens Energy, Inc. System and method for repairing high-temperature gas turbine blades
US11994040B2 (en) 2019-07-30 2024-05-28 Siemens Energy, Inc. System and method for repairing high-temperature gas turbine components

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010036630B4 (de) 2020-07-23
DE102010036630A1 (de) 2011-02-03
JP2011033028A (ja) 2011-02-17
CN101987385B (zh) 2014-01-29
US7789288B1 (en) 2010-09-07
JP5579525B2 (ja) 2014-08-27
CH701554B1 (de) 2015-12-31
CH701554A2 (de) 2011-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101987385B (zh) 用于修理构件的钎焊工艺和材料
CN104428101B (zh) 使用复合填料粉末的高温合金的包覆和熔焊的方法
EP1972408B1 (en) Process for repairing wide cracks
JP4060083B2 (ja) ニッケル基ろう材及びろう補修方法
EP0800889B1 (en) Nickel-base braze material
CN106170368B (zh) 用于超级合金材料的结构钎焊
EP1486286A2 (en) Process for repairing turbine components
JP7275252B2 (ja) タービン翼の金属ろう付けプリフォームを用いたセクション置換
US9664049B2 (en) Braze alloy compositions and brazing methods for superalloys
US9611741B2 (en) Braze alloy compositions and brazing methods for superalloys
EP3219434B1 (en) Repair of superalloys by weld forced crack and braze repair
US11077512B2 (en) Manufactured article and method
CN104923956A (zh) 用于镍基超合金的焊接填料
US20080210741A1 (en) Weld repair as a combined heat treatment brazing process for metallic components
CN113646508A (zh) 使用复合梢部硼基预烧结预制件对涡轮机部件的梢部修复
CN117484009A (zh) 镍基活性钎焊材料

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20231227

Address after: Swiss Baden

Patentee after: GENERAL ELECTRIC CO. LTD.

Address before: New York, United States

Patentee before: General Electric Co.

TR01 Transfer of patent right