CN106415133B - 具有带中心线无共晶区的钎焊层的燃气涡轮发动机用燃烧器组件 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件的燃料喷射器。该燃料喷射器包括第一部件、第二部件以及钎焊层。第一部件具有侧壁。第二部件也具有侧壁。钎焊层形成在第一部件的侧壁与第二部件的侧壁之间。钎焊层是由包含非金属成分的镍(Ni)合金钎焊材料形成。钎焊层还具有无共晶区，其中，大体上所有非金属成分均远离第一部件与第二部件之间的中心线区扩散。
Description
技术领域
本发明总体涉及燃气涡轮发动机，且更具体地涉及用于组装附接至燃烧器组件的燃料喷射器的钎焊层。
背景技术
燃气涡轮发动机包括压缩机段、燃烧器段以及涡轮段。燃烧器包括具有钎焊在一起的一个或多个子部件的燃料喷射器。燃料喷射器的钎焊部件在燃气涡轮发动机的操作期间必须承受热应力和机械应力。
Y.Yoshoka的美国专利申请预授权公开第2007/00391777号公开了一种用于再生成燃气涡轮定子叶片的方法，该方法包括研磨氧化层以及形成在表面部分处的裂纹以便留下一部分裂纹。该方法还包括将等效材料和钎焊材料填充到地面部分中。等效材料与用于定子叶片的基础材料结合在一起。钎焊材料具有比等效材料的熔点更低的熔点。该方法还包括在加压惰性气体气氛下对填充部分进行热处理，以便使钎焊材料熔化。该方法进一步包括通过将熔化的钎焊材料扩散到裂纹部分中来执行钎焊处理。
本发明旨在克服发明者发现的或者本领域中已知的一个或多个问题。
发明内容
在一个实施例中，公开了一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件的燃料喷射器。该燃料喷射器包括第一部件、第二部件以及钎焊层。第一部件具有侧壁。第二部件也具有侧壁。钎焊层形成在第一部件的侧壁与第二部件的侧壁之间。钎焊层是由包含非金属成分的镍(Ni)合金钎焊材料形成。钎焊层还具有无共晶区，其中，大体上所有的非金属成分均远离第一部件与第二部件之间的中心线区扩散。
在另一个实施例中，公开了另一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件的燃料喷射器。该燃料喷射器包括第一部件、第二部件以及钎焊层。第一部件具有侧壁。第二部件也具有侧壁。钎焊层形成在第一部件的侧壁与第二部件的侧壁之间。钎焊层是由包含非金属成分的镍(Ni)合金钎焊材料形成。钎焊层是通过钎焊过程来形成。该钎焊过程包括将钎焊材料加热至高于钎焊材料的液相线温度的第一温度。钎焊过程还包括使钎焊材料在第一温度下维持至少10分钟。钎焊过程进一步包括在至少5分钟的时间内以受控速率将钎焊材料冷却至低于钎焊材料的固相线温度的第二温度。此外，钎焊过程包括使钎焊材料在第二温度下维持至少30分钟的时间。钎焊过程还包括在至少5分钟的时间内以受控速率将钎焊材料加热至高于钎焊材料的液相线温度的第三温度，其中，第三温度低于第一温度。此外，钎焊过程包括使钎焊材料在第三温度下维持至少30分钟的时间。进一步地，钎焊过程包括在至少3分钟内以受控速率将钎焊材料冷却至高于钎焊材料的固相线温度且低于液相线温度的第四温度。
在另一个实施例中，公开了一种用于对燃气涡轮发动机的一部分进行钎焊的方法。该方法包括将由包含非金属成分的镍(Ni)合金钎焊材料形成的钎焊层施加至该部分。该方法还包括将钎焊材料加热至高于钎焊材料的液相线温度的第一温度。该方法进一步包括使钎焊材料在第一温度下维持第一时间，该第一时间足以允许钎焊材料液化且细化到钎焊接头中。此外，该方法包括在第二时间内以受控速率将钎焊材料冷却至低于钎焊材料的固相线温度的第二温度，该第二时间足以防止该部分由于热惯性而翘曲。该方法还包括使钎焊材料在第二温度下维持第三时间，该第三时间足以使非金属成分的一部分远离钎焊接头的中心线区扩散。此外，该方法包括在第四时间内以受控速率将钎焊材料加热至高于钎焊材料的液相线温度的第三温度，该第四时间足以防止该部分由于热惯性而翘曲，其中，第三温度低于第一温度。进一步地，该方法包括使钎焊材料在第三温度下维持第五时间，该第五时间足以产生大体上没有非金属成分的钎焊接头的中心线区。此外，该方法包括在第六时间内以受控速率将钎焊材料冷却至高于钎焊材料的固相线温度且低于液相线温度的第四温度，该第六时间足以防止该部分由于热惯性而翘曲。
附图说明
图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图。
图2是用于图1的燃烧器的燃料喷射器的透视图。
图3是图1的燃料喷射器的圆筒组件的钎焊接头的截面的显微图。
图4是图1的燃料喷射器的配件的钎焊接头的截面的显微图。
图5是在钎焊过程期间在图3中识别出的钎焊层的钎焊材料的一部分V的放大图。
图6是在图3中识别出的钎焊层的钎焊材料的一部分V的放大图，其中，根据实施例，非金属成分在钎焊过程期间扩散到中心线区之外。
图7是用于对燃气涡轮发动机中的燃料喷射器的一部分进行钎焊的方法的流程图。
具体实施方式
本文公开的系统和方法包括燃料喷射器，该燃料喷射器包括至少两个子部件，在这两个子部件之间具有钎焊层。在实施例中，钎焊层是由包含非金属成分的镍合金钎焊材料形成。钎焊层具有无共晶区，该无共晶区沿着燃料喷射器的子部件之间的中心线没有非金属成分。无共晶区可以减少或者防止钎焊层在燃气涡轮发动机的操作期间出现裂纹。
图1是示例性燃气涡轮发动机100的示意图。为了清楚起见和易于解释，已经省略或者放大了(在此以及其它附图中)一些表面。而且，本发明可以参照前向和后向方向。通常，除非另外指明，否则对“前向”和“后向”的所有参照均与一次空气(即，燃烧过程中使用的空气)的流动方向相关联。例如，前向是相对于一次空气流动的“上游”，而后向是相对于一次空气流动的“下游”。
此外，本发明大体上可以参照燃气涡轮发动机的旋转的中心轴线95，该中心轴线95大体上可以由其轴120(由多个轴承组件150支撑)的纵向轴线限定。中心轴线95可以是与多个其它发动机同心部件共有或者共享的。除非另外指明，否则对径向、轴向和周向方向以及测量的所有参照均涉及中心轴线95，并且诸如“内”和“外“等术语通常均指与中心轴线95相距更小或者更大的径向距离，其中，径向96可以是垂直于中心轴线95且从中心轴线95向外辐射的任何方向。
燃气涡轮发动机100包括进口110、轴120、压缩机200、燃烧器300、涡轮400、排气装置500、以及功率输出联轴器600。燃气涡轮发动机100可以具有单轴配置或者双轴配置。
压缩机200包括压缩机转子组件210、压缩机静止叶片(定子)250、以及进口导向叶片255。压缩机转子组件210机械地联接至轴120。如所图示的，压缩机转子组件210是轴流式转子组件。压缩机转子组件210包括一个或多个压缩机轮盘组件220。每个压缩机轮盘组件220包括压缩机转子轮盘，该压缩机转子轮盘周向地配备有压缩机转子叶片。定子250轴向地跟随每个压缩机轮盘组件220。与跟随压缩机轮盘组件220的邻近定子250成对的每个压缩机轮盘组件220被看作是压缩机级。压缩机200包括多个压缩机级。进口导向叶片255轴向地位于压缩机级之前。
燃烧器300包括一个或多个燃烧室305、一个或多个燃料喷射器310、以及位于从燃烧室305径向向外的燃烧器外壳301。每个燃料喷射器310具有多个部件和子部件，其中包括：邻近燃烧室305的圆筒组件330、邻近燃烧器外壳301的凸缘312、从凸缘312突起的配件凸台315、以及在与配件凸台315相反的方向上在配件凸台315与圆筒组件330之间从凸缘312延伸出去的杆部320。圆筒组件330、配件凸台315、杆部320中的每一个可以包括钎焊层，如下文参照图3和图4所讨论的。
涡轮400包括涡轮转子组件410和涡轮喷嘴450。涡轮转子组件410机械地联接至轴120。如所图示的，涡轮转子组件410是轴流式转子组件。涡轮转子组件410包括一个或多个涡轮轮盘组件420。每个涡轮轮盘组件420包括涡轮轮盘，该涡轮轮盘周向地配备有涡轮叶片430。涡轮喷嘴450轴向地位于每个涡轮轮盘组件420之前。与位于涡轮轮盘组件420之前的邻近涡轮喷嘴450成对的每个涡轮轮盘组件420被看作是涡轮级。涡轮400包括多个涡轮级。
排气装置500包括排气扩散器510和排气收集器520。功率输出联轴器600可以位于轴120的端部。
图2是用于图1的燃烧器300的燃料喷射器310的透视图。参照图2，配件凸台315、凸缘312以及杆部320可以是整体件。配件凸台315可以包括从凸缘312延伸出去的圆柱形或者棱柱形形状。多个配件可以联接至配件凸台315。液体燃料供应管路、气体燃料供应管路以及空气供应管路可以联接至配件以便向燃料喷射器310供应液体燃料、气体燃料和空气。在图2中图示的实施例中，液体燃料配件316联接至配件凸台315的侧面，并且气体燃料配件317联接至配件凸台315的顶面。在所示出的实施例中，配件318和319也联接至配件凸台315的侧面。配件318和319可以用于供应液体或者气体引燃燃料或者可以用于供应空气。钎焊层可以设置在每个配件(316、317、318、319)与配件凸台315之间的接头处，如下文参照图4所讨论的。
凸缘312可以包括圆形或者多边形形状。在图2中示出的实施例中，凸缘312包括矩形形状。凸缘312包括多个安装孔313。安装孔313可以用于将燃料喷射器310附着至燃烧器外壳301。参照图2和图3，燃料喷射器310可以包括通道部325。通道部325可以包括中空圆柱体形状，并且可以位于杆部320的与凸缘312相对且在其远端的端部处。通道部325可以是整体件并且可以加工或者模制有配件凸台315、凸缘312以及杆部320。
杆部320可以包括中空圆柱体形状，并且可以包括从配件凸台315延伸至通道部325的一个或多个通路。每个通路可以从配件凸台315的顶部至通道部325进行加工或者钻孔。可以将诸如气体燃料配件317或者盖子323等配件放置或者插入在配件凸台315处的每个通路的端部处。这些通路可以向圆筒组件330供应液体和气体引燃燃料或者供应气体。
圆筒组件330和通道部325可以共享公共轴线。对径向、轴向和周向方向的所有参照和测量均与圆筒组件330和通道部325相关。
圆筒组件330可以包括旋流器组件350、出口旋流器360以及进口旋流器380。旋流器组件350可以由单一件或者多个件形成，该多个件通过钎焊或者焊接冶金地结合在一起。此外，通道部325和旋流器组件350可以冶金地结合在一起，诸如通过钎焊或者焊接。
图3是图1的燃料喷射器310的圆筒组件330的钎焊接头的截面的显微图。如所图示的，该接头形成在通道部325的一部分的侧壁326与旋流器组件350的一部分的侧壁351之间。将一层钎焊材料800施加在侧壁326与侧壁351之间以便将这两个侧壁326和351冶金地结合在一起。图3图示了在通道部325与旋流器组件350之间进行钎焊之后的一层钎焊材料800。然而，本申请的实施例并不限于将钎焊材料800施加在该位置处。在其它实施例中，该层钎焊材料800可以形成在圆筒组件330的其它部分之间和/或也可以施加至燃料喷射器310的其它部件或者子部件。
图4是图1的燃料喷射器310的配件316的钎焊接头的截面的显微图。如所图示的，该接头形成在配件316的一部分的侧壁321与配件凸台315的一部分的侧壁322之间。将一层钎焊材料800施加在侧壁321与侧壁322之间以便将这两个侧壁321和322冶金地结合在一起。图4图示了施加在配件316与配件凸台315之间的一层钎焊材料800，本申请的实施例并不限于将钎焊材料800施加在该位置处。在其它实施例中，该层钎焊材料800可以施加在燃料喷射器310的其它部件或者子部件之间。
图5是在钎焊过程期间在图3中识别出的钎焊层的钎焊材料800的一部分V的放大图。钎焊材料800可以是镍(Ni)合金钎焊材料。在一些实施例中，钎焊材料800可以是包含镍、铁(Fe)以及铬(Cr)的合金。此外，钎焊材料800还可以包括非金属成分(810、815、820)。例如，在一些实施例中，钎焊材料800可以包含硅(Si)810、硼(B)815的颗粒，并且在一些实施例中，还可以包含各种杂质(诸如，碳、磷、硫等；本文由“X”表示)820。在一些实施例中，钎焊材料800可以是AMS4777钎焊材料，其通常具有如下的组成：82.4％的镍、3％的铁、7％的Cr、3.1％的硼和4.5％的硅。然而，AMS4777钎焊材料的组成由于制造差异而可以在如下范围内发生变化：镍—(80％-84.75％)、铁—(2.5％-3.5％)、铬—(6％-8％)、硼—(2.75％-3.5％)、硅—(4％-5％)。AMS4777钎焊材料的建议钎焊温度范围为1850℉至2150℉。AMS4777钎焊材料800还具有1780℉的固相线温度(给定物质在低于该温度下完全是固体)以及1830℉的液相线温度(材料在高于该温度下完全是液体)。其它钎焊材料可以具有不同的钎焊温度范围和不同的固相线/液相线温度。
如在图5中图示的，钎焊材料800具有遍布在其上的非金属成分810、815、820的基体，包括在通道部325与旋流器组件350之间的中心线区805。非金属成分810、815、820在中心线区805中的存在可以称为中心线共晶区。
图6是在图3中识别出的钎焊层的钎焊材料800的一部分V的放大图，其中，根据本申请的实施例，非金属成分810、815、820在钎焊过程期间扩散到中心线区805之外。如所图示的，非金属成分810、815、820已经朝着钎焊材料800的边缘扩散并且扩散到通道部325和旋流器组件350中，从而产生大体上没有非金属成分810、815、820的中心线区805。在一些实施例中，非金属成分810、815、820将完全扩散到钎焊材料800之外并且扩散到通道部325和旋流器组件350中。
如在图5中图示的，钎焊材料800的实施例可以沿着中心线区805完全没有非金属成分810、815、820。然而，由于非金属成分810、815、820的扩散，钎焊材料800的其它实施例可以是钎焊前和钎焊后的钎焊材料800的非金属成分810、815、820的存在出现大幅减少。大体上所有非金属成分远离中心线区805的扩散可以认为是“大体上没有”非金属成分并且可以称为无共晶区。
在一些实施例中，大体上所有非金属成分远离中心线区805的扩散可以产生从初始钎焊前的值(i)至钎焊后的值(af)的至少50％的减少(即，f＝50％i)。对于AMS4777钎焊材料，非金属成分的钎焊前的值(i)大体上在总材料重量的6.75％-8.5％的范围内。因此，至少50％的减少将意味着所存在的非金属成分810、815、820的重量将在总材料重量的0-4.25％的范围内。
特定百分比减少(可以认为其是足够的)可以基于钎焊接头的设计要求而发生变化。在一些实施例中，可以要求至少90％的减少才被认为是大幅减少(即，f＝90％i)。此外，对于AMS4777，90％的减少将意味着所存在的非金属成分的重量将在总重量的0-0.85％的范围内。当然，可以使用本申请的实施例来实现完全减少(即，f＝0)。
上述实施例图示了通道部325与旋流器组件350之间的以及液体燃料配件316与配件凸台315之间的钎焊层。然而，每个燃料喷射器310的多个其它部件或者子部件也可以冶金地使用本文已经描述的钎焊层。
一个或多个上述部件(或其子部件)可以由不锈钢和/或称为“超合金”的耐久高温材料制成。超合金或者高性能合金是一种表现出高温下的优良机械强度和抗蠕变性、良好的表面稳定性、以及抗腐蚀性和抗氧化性的合金。超合金可以包括诸如哈斯特洛伊耐蚀镍基合金(HASTELLOY)、合金x、因科内尔铬镍铁合金(INCONEL)、沃斯帕洛伊合金(WASPALOY)、RENE合金、海恩斯(HAYNES)合金、合金188、合金230、耐热铬镍铁合金(INCOLOY)、MP98T、TMS合金、CMSX单晶合金等材料。
工业实用性
燃气涡轮发动机可以适用于多种工业应用，诸如，油气行业的多个方面(包括油和天然气的输送、采集、储存、采取和提升)、发电行业、热电联产、航空航天以及其它交通运输业。
参照图1，气体(通常是空气10)作为“工作流体”进入进口110并且由压缩机200压缩。在压缩机200中，工作流体在环形流动路径115中由一系列压缩机轮盘组件220压缩。尤其，空气10在经过编号的“级”中进行压缩，这些级与每个压缩机轮盘组件220相关联。例如，“第四级空气”可以与下游或“后向”方向上的第四压缩机轮盘组件220相关联，从进口110朝着排气装置500前进。同样地，每个涡轮轮盘组件420可以与经过编号的级相关联。
一旦压缩空气10离开压缩机200，其便进入燃烧器300，压缩空气10在燃烧器300处扩散并且添加燃料。空气10和燃料经由燃料喷射器310喷射到燃烧室305中并且进行燃烧。经由涡轮400通过一系列涡轮轮盘组件420的每一级来从燃烧反应中提取能量。然后排气90可以在排气扩散器510中扩散、收集并重新定向。排气90经由排气收集器520离开系统并且可以进一步进行处理(例如，以便减少有害排放物和/或回收来自排气90的热量)。
参照图5，非金属成分810、815、820在中心线区805中的存在形成了所图示的中心线共晶区。如果钎焊材料800能够在中心线共晶区仍存在的情况下冷却至低于钎焊材料800的钎焊范围，则中心线共晶区可以是在经受到机械负载和/或振动时易于发生裂纹的脆性基体。相反，参照图6，没有或者大体上没有非金属成分810、815、820的中心线区805可以允许钎焊材料800在冷却至低于钎焊材料800的钎焊范围之后具有更大的延展性和更小的裂纹形成敏感度。在钎焊材料最初施加时到钎焊过程已经完成时这一期间，非金属成分810、815、820沿着钎焊接头的中心线的存在大幅减少，这时，可以认为中心线区805大体上没有非金属成分810、815、820。在一些实施例中，如果非金属成分的存在从初始钎焊前的值(i)至钎焊后的值(af)减少至少50％(即，f＝50％i)，则可以实现非金属成分810、815、820的存在的大幅减少。对于AMS4777钎焊材料，非金属成分的钎焊前的值(i)可以大体上在总材料重量的6.75％-8.5％的范围内。因此，至少50％的减少将意味着所存在的非金属成分的重量将在总材料重量的0-4.25％的范围内。
特定百分比减少(可以认为其是足够的)可以基于钎焊接头的设计要求而发生变化。在一些实施例中，可以要求至少90％的减少才被认为是大幅减少(即，f＝90％i)。此外，对于AMS4777，90％的减少将意味着所存在的非金属成分的重量将在总重量的0-0.85％的范围内。当然，可以使用本申请的实施例来实现完全减少(即，f＝0)。
图7是对燃气涡轮发动机100中的燃料喷射器310的一部分进行钎焊的过程900的流程图。如下讨论是参照将圆筒组件330的第一部件钎焊到圆筒组件330的第二部件来进行的。然而，正如对于本领域的普通技术人员而言可能是显而易见的是，过程900的实施例也可以应用于燃料喷射器310的其它部件，并且也可以是应用于燃气涡轮发动机100的除燃料喷射器310之外的其他部分。
在步骤905中，将钎焊材料800施加至待钎焊在一起的部件的侧壁326和351。在一些实施例中，在施加钎焊材料800之前，可以对侧壁326和351进行化学或机械清洗。如在图3中图示的，钎焊材料800可以施加至旋流器组件350的侧壁351和通道部325的侧壁326中的一个或者多个。
施加方法没有受到特定限制，并且可以包括以杆、带、粉末、糊状物、膏状物、焊丝、预制件、箔片、胶带的形式或者以对于本领域的普通技术人员而言可能是显而易见的任何其它施加方法来施加钎焊材料800。在已经将钎焊材料800施加至侧壁326和351之后，可以将侧壁326和351彼此紧靠地固定。
在将钎焊材料800施加至侧壁326和351之后，在步骤910中，将钎焊材料800和侧壁326和351加热至高于钎焊材料800的液相线温度的第一温度。例如，当使用AMS4777钎焊材料时，第一温度可以在1935℉至1965℉的范围内，远高于AMS4777的液相线温度(1830℉)。进一步地，在一些实施例中，第一温度可以是1950℉。
钎焊材料800的加热可以在钎焊炉或者钎焊熔炉中执行。然而，钎焊材料800的加热也可以使用对于本领域的普通技术人员而言可能是显而易见的任何其它加热技术来执行。此外，在一些实施例中，钎焊材料800的加热可以在局部真空或者完全真空的条件下执行。
钎焊材料800的加热可以在一段时间内以受控速率来执行，以便防止被钎焊的部件由于热惯性而出现裂纹、弯曲或者翘曲。正如对于本领域的普通技术人员而言应该显而易见的是，如果部件加热得过快，则部件的各部分可能会受热不均匀，从而引起部件出现裂纹、弯曲或者翘曲。例如，在一些实施例中，钎焊材料800的加热可以以30℉/分钟的速率来执行。在其它实施例中，钎焊材料800的加热可以以40℉/分钟的速率来执行。在一些实施例中，钎焊材料800的加热可以以2个或多个阶段执行。例如，可以以30℉/分钟的速率将钎焊材料800加热至接近和低于钎焊材料800的固相线温度的温度(诸如，1750℉)，然后使其在接近和低于固相线温度的该温度下保持一段时间(诸如，5分钟)，并且再以40℉/分钟的速率将其加热至第一温度(诸如，1950℉)。
在步骤915中，一旦已经将钎焊材料800加热至第一温度，则可以使钎焊材料800在该第一温度下维持第一时间，该第一时间足以允许钎焊材料在侧壁336和351之间液化和细化。在一些实施例中，在步骤915中，第一时间可以为至少10分钟。例如，在一些实施例中，钎焊材料800可以在1935℉至1965℉的范围内的温度下保持至少10分钟。在其它实施例中，钎焊材料800可以在1950℉下保持至少12分钟。
在步骤920中，一旦已经将钎焊材料800维持在第一温度下，则将钎焊材料800冷却至低于钎焊材料800的固相线温度的第二温度。例如，当使用AMS4777钎焊材料时，第二温度可以在1735℉至1765℉的范围内，低于AMS4777的固相线温度(1780℉)。进一步地，在一些实施例中，第二温度可以是1750℉。在一些实施例中，第二温度可以是与上文参照步骤910所讨论的两步式加热过程中所使用的接近和低于固相线温度的温度相同的温度。
钎焊材料800的冷却可以在钎焊炉或者钎焊熔炉中执行。然而，钎焊材料800的冷却也可以使用对于本领域的普通技术人员而言可能是显而易见的任何其它技术来执行。此外，在一些实施例中，钎焊材料800的冷却可以在局部真空或者完全真空的条件下执行。
钎焊材料800的冷却可以在第二时间内以受控速率来执行，该第二时间足以防止被钎焊的部件由于热惯性而出现裂纹、弯曲或者翘曲。正如对于本领域的普通技术人员而言应该显而易见的是，如果部件冷却得过快，则部件的各部分可能会冷却不均匀，从而引起部件出现裂纹、弯曲或者翘曲。例如，在一些实施例中，钎焊材料800的冷却可以以30℉/分钟的速率执行至少5分钟的时间。在其它实施例中，钎焊材料800的冷却可以以其它速率来执行，诸如40℉/分钟，或者可以以对于本领域的普通技术人员而言可能是显而易见的任何其它速率来执行。在一些实施例中，钎焊材料800的冷却可以以2个或多个阶段执行。
在步骤925中，一旦已经将钎焊材料800冷却至第二温度，则可以使钎焊材料800在第二温度下维持第三时间，该第三时间足以使非金属成分的一部分远离钎焊接头的中心线扩散。在一些实施例中，在步骤925中，第三时间可以为至少30分钟。例如，在一些实施例中，钎焊材料800可以在1735℉至1765℉的范围内的温度下保持至少30分钟。在其它实施例中，钎焊材料800可以在1750℉下保持至少60分钟。
在步骤930中，一旦已经将钎焊材料800维持在第二温度下，则将钎焊材料800加热至高于钎焊材料800的液相线温度且低于第一温度的第三温度。例如，当使用AMS4777钎焊材料时，第二温度可以在1910℉至1940℉的范围内，高于AMS4777的液相线温度(1830℉)且低于在1935℉至1965℉范围内的第一温度。进一步地，在一些实施例中，第三温度可以是1925℉。
钎焊材料800的加热可以在钎焊炉或者钎焊熔炉中执行。然而，钎焊材料800的加热也可以使用对于本领域的普通技术人员而言可能是显而易见的任何其它加热技术来执行。此外，在一些实施例中，钎焊材料800的加热可以在局部真空或者完全真空的条件下执行。
钎焊材料800的加热可以在第四时间内以受控速率来执行，该第四时间足以防止被钎焊的部件由于热惯性而出现裂纹、弯曲或者翘曲。正如对于本领域的普通技术人员而言应该显而易见的是，如果部件加热得过快，则部件的各部分可能会受热不均匀，从而引起部件出现裂纹、弯曲或者翘曲。例如，在一些实施例中，钎焊材料800的加热可以以30℉/分钟的速率执行至少5分钟的时间。在其它实施例中，钎焊材料800的加热可以以其它速率来执行，诸如40℉/分钟，或者可以以对于本领域的普通技术人员而言可能是显而易见的任何其它速率来执行。在一些实施例中，钎焊材料800的加热可以以2个或多个阶段执行。
在步骤935中，一旦已经将钎焊材料800加热至第三温度，则可以使钎焊材料800在该第三温度下维持第五时间，该第五时间足以产生大体上没有非金属成分的钎焊接头的中心线区。在一些实施例中，在步骤935中，第五时间可以为至少10分钟。例如，在一些实施例中，钎焊材料800可以在1910℉至1940℉的范围内的温度下保持至少30分钟。在其它实施例中，钎焊材料800可以在1925℉下保持至少60分钟。
在步骤940中，一旦已经将钎焊材料800维持在第三温度下，则将钎焊材料800冷却至高于钎焊材料800的固相线温度且低于液相线温度的第四温度。例如，当使用AMS4777钎焊材料时，第四温度可以在1785℉至1815℉的范围内。进一步地，在一些实施例中，第四温度可以是1800℉。
钎焊材料800的冷却可以在钎焊炉或者钎焊熔炉中执行。然而，钎焊材料800的冷却也可以使用对于本领域的普通技术人员而言可能是显而易见的任何其它技术来执行。此外，在一些实施例中，钎焊材料800的冷却可以在局部真空或者完全真空的条件下执行。
钎焊材料800的冷却可以在第六时间内以受控速率来执行，该第六时间足以防止被钎焊的部件由于热惯性而出现裂纹、弯曲或者翘曲。正如对于本领域的普通技术人员而言应该显而易见的是，如果部件冷却得过快，则部件的各部分可能会冷却不均匀，从而引起部件出现裂纹、弯曲或者翘曲。例如，在一些实施例中，钎焊材料800的冷却可以以30℉/分钟的速率执行至少3分钟的时间。在其它实施例中，钎焊材料800的冷却可以以其它速率来执行，诸如40℉/分钟，或者可以以对于本领域的普通技术人员而言可能是显而易见的任何其它速率来执行。在一些实施例中，钎焊材料800的冷却可以以2个或多个阶段执行。
在步骤945中，一旦已经将钎焊材料800冷却至第四温度，则可以对钎焊材料800进行淬火以将钎焊材料800冷却至低于钎焊材料800的钎焊范围的温度。在一些实施例中，钎焊材料800的淬火可以是氩气淬火过程。正如对于本领域的普通技术人员而言可能是显而易见的是，可以使用其它淬火方法。在一些实施例中，可以执行淬火，直到钎焊材料800低于200℉。
通过使用根据本申请的实施例的过程来对燃料喷射器的部件进行钎焊，可以产生具有大体上没有非金属成分810、815、820的中心线区805的钎焊层，诸如在图6中图示的钎焊层。通过产生没有非金属成分810、815、820的中心线区805，可以防止中心线共晶基体，并且可以产生更具延展性的钎焊接头。更具延展性的钎焊接头可能不那么易于因为机械负载和/或振动而出现裂纹，并且可以持续更长的时间而不会出现需要维修或者更换的故障。
由于非金属成分在钎焊材料800内的扩散不足，所以现有的钎焊方法已不能够始终如一地产生大体上没有非金属成分810、815、820的中心线区805。中心线区805大体上没有非金属成分810、815、820，因此钎焊层的钎焊材料800可以具有改进的延展性并且更不易出现裂纹。此外，由于使熔点降低的非金属成分扩散到了中心线区之外，所以钎焊层的钎焊材料800的熔点可以大幅升高，从而可以在没有使钎焊层的钎焊材料800再次熔化的风险的情况下，在后续钎焊过程中对部件的其它部分进行钎焊。
前述详细描述在性质上仅仅是示例性的并且不意在限制本发明或者本申请以及本发明的使用。所描述的实施例不限于与特定类型的燃气涡轮发动机一起使用。因此，尽管本发明为了便于解释而描绘和描述了特定燃料喷射器，但将会理解的是，根据本发明的燃料喷射器可以以多种其它配置进行实施、可以与多种其它类型的燃气涡轮发动机一起使用、并且可以用在其它类型的机器中。此外，不意在受到前述背景技术或者详细描述中呈现的任何原理的约束。还应理解，为了更好地图示所示出的参照项，附图可以包括夸大的尺寸，并且不能认为这些附图具有限制性，除非清楚地这样声明。
Claims (4)
1.一种用于燃气涡轮发动机(100)的燃烧器组件(300)的燃料喷射器(310)，所述燃料喷射器(310)包括：
具有侧壁(321)的第一部件(316)；
具有侧壁(322)的第二部件(315)；以及
形成在所述第一部件(316)的所述侧壁(321)与所述第二部件(315)的所述侧壁(322)之间的钎焊层(800)，所述钎焊层(800)是由包含非金属成分(810、815、820)的镍(Ni)合金钎焊材料形成，所述钎焊材料被加热至高于所述钎焊材料的液相线温度的第一温度并且在所述第一温度下维持第一时间，所述第一时间足以允许钎焊材料液化且细化到钎焊接头中；所述钎焊材料在第二时间内以受控速率被冷却至低于所述钎焊材料的固相线温度的第二温度，所述第二时间足以防止形成有钎焊层的部分由于热惯性而翘曲，并且所述钎焊材料在所述第二温度下维持第三时间，所述第三时间足以使非金属成分的一部分远离钎焊接头的中心线区扩散；所述钎焊材料在第四时间内以受控速率被加热至高于所述钎焊材料的所述液相线温度的第三温度，所述第四时间足以防止所述部分由于热惯性而翘曲，其中，所述第三温度低于所述第一温度，并且所述钎焊材料在所述第三温度下维持第五时间，所述第五时间足以产生大体上没有非金属成分的钎焊接头的中心线区；所述钎焊材料在第六时间内以受控速率被冷却至高于所述钎焊材料的所述固相线温度且低于所述液相线温度的第四温度，所述第六时间足以防止所述部分由于热惯性而翘曲；并且
所述钎焊层(800)具有无共晶区，其中，所有所述非金属成分(810、815、820)均远离所述第一部件(316)与所述第二部件(315)之间的中心线区(805)扩散。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器(310)，其中，所述镍合金钎焊材料是镍(Ni)、铁(Fe)以及铬(Cr)的合金；并且非金属成分(810、815、820)包括硼(B)(810)和硅(Si)(815)中的一种或者多种。
3.根据权利要求2所述的燃料喷射器(310)，其中，所述镍合金钎焊材料是AMS 4777钎焊材料。
4.根据权利要求1所述的燃料喷射器(310)，其中，所述非金属成分(810、815、820)按所述第一部件(316)与所述第二部件(315)之间的所述中心线区(805)的材料重量计为4.5％或者更少。
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