JP2016516580A - Method of remelting and repairing superalloy by laser using flux - Google Patents
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Abstract
本発明は、超合金部品(90)の使用によって生じる表面割れ(92)を修復する方法に関する。粉末状フラックス材料(100)が割れの上方に施与され、レーザービーム(98)によって溶解されて、スラグ層(106)の下方に超合金材料の再溶解領域(104)が形成される。スラグは、割れ内に捕捉されている汚染物の溶湯プールを洗浄するので、溶接前フッ化物イオン洗浄の必要がなくなる。さらに、合金材料は、再溶解領域の溶融体積を増大させるため、又は、組成を変化させるために、粉末状フラックス材料とともに施与可能である。The present invention relates to a method for repairing surface cracks (92) caused by the use of a superalloy component (90). Powdered flux material (100) is applied above the crack and melted by the laser beam (98) to form a remelted region (104) of superalloy material below the slag layer (106). The slag cleans the molten pool of contaminants trapped in the crack, eliminating the need for pre-weld fluoride ion cleaning. In addition, the alloy material can be applied with a powdered flux material to increase the melt volume of the remelt zone or to change the composition.
Description
本願は、2011年1月13日付で提出した係属中の米国特許出願第13/005656号(米国特許出願公開第2012/0181255号明細書)の一部継続出願である。当該米国特許出願の開示内容は、引用により本願の開示内容に含まれるものとする。 This application is a continuation-in-part of pending US Patent Application No. 13/005656 filed on January 13, 2011 (US Patent Application Publication No. 2012/0181255). The disclosure of the US patent application is hereby incorporated by reference.
発明の技術分野
本発明は、一般には金属接合の分野に関し、具体的には超合金材料の修復に関する。
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to the field of metal bonding, and specifically to the repair of superalloy materials.
発明の背景技術
ガスタービンエンジンで使用された後、ブレードやベーンなどの高温ガス路部品にはしばしばクレーズクラックとして知られる幅の狭い蜘蛛状のクラックが生じている。部品を構成する超合金材料の溶接性が制限されているため、こうしたクラックの修復は困難である。超合金材料は容易に溶融するが、溶融熱の作用する領域が凝固中に割れやすく、また、材料特性の再形成に必要な後続の溶接後熱処理によって再加熱割れを起こしやすい。
BACKGROUND OF THE INVENTION After being used in a gas turbine engine, hot gas path components such as blades and vanes often have narrow saddle-shaped cracks known as craze cracks. Repair of such cracks is difficult because of the limited weldability of the superalloy material constituting the part. Although the superalloy material melts easily, the region where the heat of fusion acts is prone to cracking during solidification, and reheat cracking is likely to occur due to the subsequent post-weld heat treatment necessary to reform the material properties.
米国特許第7169242号明細書には、超合金材料における小面積の成形欠陥を修復する方法が示されている。ここでは、不活性雰囲気中もしくは真空下でレーザービーム又は他のエネルギ源を用いて、材料の表面層を深さ500μmまで再溶解させることにより、修復が行われる。部材の予熱によって深い位置の欠陥を修復でき、熱断裂欠陥の生じるおそれを低減できることが記載されている。 U.S. Pat. No. 7,169,242 shows a method for repairing small area forming defects in superalloy materials. Here, the repair is performed by redissolving the surface layer of material to a depth of 500 μm using a laser beam or other energy source in an inert atmosphere or under vacuum. It is described that a defect at a deep position can be repaired by preheating the member, and the risk of occurrence of a thermal fracture defect can be reduced.
使用後のクラックは、典型的には、種々の燃焼プロセスの生成物によって汚染されているので、溶接修復はいっそう困難である。溶接前に汚染物を除去するフッ化物イオン洗浄FICを利用することもできるが、その効果は幅の狭いクラックに限定されており、周囲の基板材料から主要な元素が浸出する可能性が高いため、集中的に適用される場合にはきわめて有害となりうる。 Since cracks after use are typically contaminated by the products of various combustion processes, weld repair is more difficult. Fluoride ion cleaning FIC that removes contaminants before welding can be used, but the effect is limited to narrow cracks, and it is likely that major elements will leach from the surrounding substrate material Can be extremely harmful when applied intensively.
溶接法は、溶接対象の材料の種類に依存して著しく大きく変わってくる。種々の条件下でも比較的容易に溶接することができる材料もあれば、他方では、周辺の基材を劣化させることなく構造的に確実な接合を実現するのに特殊な処理を必要とする材料もある。 Welding methods vary significantly depending on the type of material being welded. While some materials can be welded relatively easily under various conditions, on the other hand, materials that require special treatment to achieve a structurally reliable bond without deteriorating the surrounding substrate There is also.
通常のアーク溶接は、一般に、消耗性の電極を供給材料として用いる。例えば鋼、ステンレス鋼及びニッケル基合金等を含んだ多種の合金を溶接する場合、溶湯プール中の溶融した材料を雰囲気から保護できるようにするには、不活性のカバーガス又はフラックス材料を用いることができる。不活性ガスプロセス、及び、不活性ガスと活性ガスとを併用したプロセスには、ガスタングステンアーク溶接GTAW(タングステンイナートガスTIGとの呼称でも知られている)やガスメタルアーク溶接GMAW(金属不活性ガス(ミグ;MIG)、金属活性ガス(マグ;MAG)との用語でも知られている)が含まれる。フラックス保護による処理法には、フラックスを共通に供給するサブマージアーク溶接SAW、電極のコアにフラックスが含まれているフラックスコアードアーク溶接FCAW、及び、フラックスが溶加材電極の外側にコーティングされているシールドメタルアーク溶接SMAWが含まれる。 Conventional arc welding generally uses a consumable electrode as the feed material. For example, when welding a wide variety of alloys, including steel, stainless steel and nickel-base alloys, an inert cover gas or flux material should be used to protect the molten material in the molten pool from the atmosphere. Can do. Gas tungsten arc welding GTAW (also known as tungsten inert gas TIG) and gas metal arc welding GMAW (metal inert gas) are used for inert gas processes and processes using both inert gas and active gas. (Mig; MIG), also known as the term metal active gas (Mag)). The processing method by flux protection includes submerged arc welding SAW for supplying flux in common, flux cored arc welding FCAW in which flux is contained in the core of the electrode, and flux is coated on the outside of the filler metal electrode. Shield metal arc welding SMAW is included.
溶接の熱源としてエネルギビームを用いることも公知である。例えば、溶湯プールのシールドを実現する粉末状フラックス材料を用いて、事前に配置したステンレス鋼粉末を炭素鋼基材に溶着させるためにレーザーエネルギが用いられてきた。フラックス粉末は、ステンレス鋼粉末と混合することもできるし、又は、別個のカバー層として施与することもできる。ただし、本願の発明者らが知る限りでは、フラックス材料は、超合金材料を溶接する際には用いられたことが無い。 It is also known to use an energy beam as a heat source for welding. For example, laser energy has been used to weld pre-arranged stainless steel powder to a carbon steel substrate using a powdered flux material that provides a shield for the molten metal pool. The flux powder can be mixed with the stainless steel powder or can be applied as a separate cover layer. However, as far as the inventors of the present application know, flux materials have never been used when welding superalloy materials.
超合金材料は、溶接凝固割れやひずみ時効割れが生じやすいため、最も溶接しにくい材料に属すると認識されている。ここで「超合金」なる用語は、関連分野において通常用いられている意味で用いる。すなわち、優れた機械的強度及び高温での耐クリープ性を示す、高い耐食性及び耐酸化性を有する合金を指す。超合金は、典型的には、高含有量のニッケル又はコバルトを含む。超合金の例としては、ハステロイ、インコネル合金(例えばIN738,IN792,IN939)、レネ合金(例えばReneN5,Rene80,Rene142)、ハイネス合金,Mar−M,CM247,CM247LC,C263,718,X−750,ECY768,282,X45,PWA1483及びCMSX(例えばCMSX−4)単結晶合金などの商標や販売名で販売されている合金が含まれる。 Superalloy materials are recognized as belonging to materials that are most difficult to weld because they tend to cause weld solidification cracking and strain aging cracking. Here, the term “superalloy” is used in the meaning normally used in related fields. That is, it refers to an alloy having high corrosion resistance and oxidation resistance that exhibits excellent mechanical strength and creep resistance at high temperatures. Superalloys typically contain a high content of nickel or cobalt. Examples of superalloys include Hastelloy, Inconel alloys (eg, IN738, IN792, IN939), Rene alloys (eg, ReneN5, Rene80, Rene142), Highness alloys, Mar-M, CM247, CM247LC, C263, 718, X-750, Alloys sold under trademarks or trade names such as ECY768, 282, X45, PWA 1483 and CMSX (eg, CMSX-4) single crystal alloys are included.
幾つかの超合金材料の溶接修復は、修復中に当該超合金材料の延性を格段に増加させるため、非常に高い温度(例えば1600°Fないしは870°C)まで当該超合金材料を予熱することで達成される。この技術は「ホットボックス溶接」修復又は「超合金昇温溶接SWET」修復とも称され、通常は、手動のGTAWプロセスを用いて行われる。しかし、ホットボックス溶接は、部品の処理面温度を均一に維持するのが困難であること、及び、完全な不活性ガスシールドを維持するのが困難であることによって、また、このように極端に高温の部品付近で作業するオペレータにかかる物理的な困難性によっても制限されてしまう。 Weld repair of some superalloy materials preheats the superalloy material to very high temperatures (eg 1600 ° F or 870 ° C) to significantly increase the ductility of the superalloy material during repair. To be achieved. This technique is also referred to as “hot box welding” repair or “superalloy temperature-welded welding SWET” repair and is typically performed using a manual GTAW process. However, hot box welding is also extremely difficult due to the difficulty of maintaining a uniform part surface temperature and the difficulty of maintaining a complete inert gas shield. It is also limited by physical difficulties for operators working near hot parts.
超合金材料溶接の用途の中には、基材の加熱を抑制するためにチルプレートを用いて行う用途もある。これにより、基材の熱影響が生じること、及び、応力に起因するクラックの問題を抑制することができる。しかし、この技術は、部品の幾何学的特性によってチルプレートが使用しにくい多くの修復用途においては、実用的でない。 Among the uses of superalloy material welding, there is also an application performed using a chill plate in order to suppress heating of the base material. Thereby, the thermal influence of a base material arises and the problem of the crack resulting from a stress can be suppressed. However, this technique is not practical in many repair applications where the chill plate is difficult to use due to the geometric properties of the parts.
図6は、種々の合金の相対的な溶接性を、各合金のアルミニウム含有率及びチタン含有率に依存して示す従来図である。上記2つの元素の濃度が比較的低いためにガンマプライム含有率が比較的低いインコネル(登録商標)IN718等の合金は、一般にその溶接が部品の低応力の領域に限定されるにもかかわらず、比較的溶接しやすいと考えられている。上記2つの元素の濃度が比較的高い、インコネル(登録商標)IN939等の合金は、一般には溶接性を有さないか、又は、材料の温度/延性を増大させかつプロセスの入熱を最小限にする上述した特殊な手順を用いなければ溶接できないと考えられている。説明のために、破線80は溶接性領域の上限を表しており、破線80を上回る領域は非溶接性領域を表している。この破線80は、縦軸のアルミニウム含有率3重量%と交差し、かつ、横軸のチタン含有率6重量%と交差する。非溶接性領域では、一般に、アルミニウム含有率が最も高い合金が最も溶接困難であると考えられている。
FIG. 6 is a conventional diagram showing the relative weldability of various alloys depending on the aluminum content and titanium content of each alloy. Alloys such as Inconel (R) IN718, which have a relatively low gamma prime content due to the relatively low concentration of the two elements, generally, although the weld is limited to the low stress region of the part. It is considered to be relatively easy to weld. Alloys such as Inconel® IN939, which have a relatively high concentration of the two elements, generally do not have weldability or increase the temperature / ductility of the material and minimize the heat input of the process It is considered that welding cannot be performed without using the special procedure described above. For the sake of explanation, the
また、超合金粉末粒子の薄層を超合金基材に溶着するために、選択的レーザー溶融法SLM又は選択的レーザー焼結法SLSを用いることも公知である。溶湯プールは、レーザー加熱中、例えばアルゴン等の不活性ガスを適用することによって雰囲気からシールドされる。これらの手法は、溶着した材料の層中に含まれる粒子の表面に付着した酸化物(例えば酸化アルミニウムや酸化クロム)を捕捉しやすく、当該酸化物の捕捉に付随して細孔、気孔もしくは他の欠陥を引き起こす。処理後の高温アイソスタティックプレスHIPを用いて、このようなボイドや気孔、割れを解消することにより、溶着したコーティングの特性を改善することが多い。 It is also known to use selective laser melting SLM or selective laser sintering SLS to weld a thin layer of superalloy powder particles to a superalloy substrate. The molten pool is shielded from the atmosphere by applying an inert gas such as argon during laser heating. These techniques facilitate the capture of oxides (eg, aluminum oxide or chromium oxide) adhering to the surface of the particles contained in the layer of deposited material, and are associated with the capture of the oxide such as pores, pores or other Cause defects. In many cases, the properties of the deposited coating are improved by eliminating such voids, pores and cracks by using a high-temperature isostatic press HIP after the treatment.
非溶接性領域にある超合金材料の中には、溶接法や修復法が知られていないものもある。また、合金含有率がより高い新規の超合金が継続的に開発され続けているので、商業上実用化可能な、超合金材料用の接合及び修復プロセスを開発しようという挑戦も増え続けている。 Some superalloy materials in the non-weldable region are not known for welding and repair methods. Also, as new superalloys with higher alloy content continue to be developed, the challenge of developing commercially viable joining and repair processes for superalloy materials continues to increase.
以下、図面を参照して本発明を説明する。 The present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の詳細な説明
読みやすくするため、図1から図5までは本願発明の技術の種々の態様及び用途を示していること、及び、以下の図7についての説明が特に特許請求の範囲に挙げられている本発明のレーザーによる超合金材料の再溶解修復の適用分野を対象としていることに留意されたい。
Detailed Description of the Invention For ease of reading, FIGS. 1-5 illustrate various aspects and applications of the technology of the present invention, and the following description of FIG. 7 is particularly within the scope of the claims. It should be noted that it is directed to the field of application of remelting repair of superalloy materials by laser of the present invention as listed.
本願の発明者らは、溶接が非常に困難な超合金材料を有効に接合及び/又は修復できる材料接合プロセスを開発した。従前は、フラックス材料は超合金材料を溶接する際には使用されたことがなかったが、本発明の方法の実施形態は、溶解及び再凝固プロセス中に超合金基材上で粉末状フラックス材料を適用できるという利点を奏する。さらに、幾つかの実施形態では、エネルギビームによる加熱プロセス、例えばレーザービーム加熱につき、正確なエネルギ入力制御手段を使用している。粉末状フラックス材料は、高温のホットボックス溶接の利用又はチルプレートの使用もしくは不活性シールドガスの使用を要さずに、超合金材料を割れ無しで接合できるよう、ビームエネルギの捕捉、不純物洗浄、大気シールド、ビードの成形及び冷却温度制御を実施するのに有効である。本発明の種々の構成要素は、数十年前から溶接業において公知となっているが、本願の発明者らは、長い間問題となっている超合金材料の割れを解消する、超合金の接合プロセスの複数の工程を組み合わせたものを開発するという革新を成し遂げた。 The inventors of the present application have developed a material joining process that can effectively join and / or repair superalloy materials that are very difficult to weld. Previously, flux materials have not been used in welding superalloy materials, but embodiments of the method of the present invention provide powdered flux materials on superalloy substrates during the melting and resolidification process. There is an advantage that can be applied. Further, in some embodiments, accurate energy input control means are used for energy beam heating processes, such as laser beam heating. Powdered flux material captures beam energy, cleans impurities, so that superalloy materials can be joined without cracking without the use of high temperature hot box welding or the use of chill plates or inert shielding gases. It is effective for carrying out air shielding, bead forming and cooling temperature control. The various components of the present invention have been known in the welding industry for decades, but the inventors of the present application have developed a superalloy material that eliminates cracks in superalloy materials that have long been a problem. We have achieved the innovation of developing a combination of multiple processes in the joining process.
図1に、超合金基材12の予熱やチルプレートを全く使用することなく、室温の周辺温度で、超合金材料のクラッド層10を超合金基材12上に溶着する処理を示す。基材12は、例えばガスタービンエンジンブレードの一部を成すことができ、また、幾つかの実施形態では、クラッド形成プロセスを修復プロセスの一部とすることができる。顆粒状の粉末層14を基材12上に事前配置し、レーザービーム16を当該粉末層14の全体にわたって移動させることにより、当該粉末を溶融して、スラグ層18により覆われたクラッド層10を形成する。クラッド10及びスラグ18は、粉末状超合金材料20の層を粉末状フラックス材料22の層で覆ったものを含む粉末層14から形成される。
FIG. 1 shows a process of welding a superalloy
フラックス材料22と、その結果物であるスラグ層18とは、クラッド層10及びその下にある基材12の割れを防止するのに有利な数多くの機能を果たす。第一に、フラックス材料22及びスラグ層18は、溶融状態の材料の領域と凝固した(ただしなお高温の)クラッド材料10の領域との双方を、レーザービーム16の進行方向にある大気からシールドする機能を有する。スラグは表面に向かって泳動し、溶融状態又は高温の金属を大気から分離する。幾つかの実施形態では、シールドガスが生成されるようにフラックスを調合でき、これにより、高コストの不活性ガスの使用を回避するか又はその使用量を最低限に抑えることができる。第二に、スラグ18は、凝固した材料を緩慢かつ均等に冷ますためのブランケットとして機能する。このように冷ますことにより、溶接後の再加熱割れ又はひずみ時効割れを生じさせるおそれのある残留応力を低減できる。第三に、スラグ18は、溶融した金属のプールの高さと幅との比が所望の1:3付近に維持されるように、当該プールを成形するのを補助する。第四として、フラックス材料22は、溶接凝固割れを発生させる硫黄やリン等の微量不純物を除去する洗浄作用を実現する。この洗浄は、金属粉末の脱酸を含む。フラックス粉末は金属粉末に密接しているので、前出の機能を実現するのに特に効果的である。最後に、フラックス材料22は、エネルギの吸収捕集機能を実現することにより、熱エネルギへのレーザービーム16の変換の効率を高くし、これにより、例えば1〜2%以内での入熱の正確な制御、及び、処理中の材料温度の厳密な制御を容易にすることができる。さらに、処理中に揮発した元素の損失が補償されるように、又は、金属粉末自体では実現されない成分が溶着物に積極的に与えられるように、フラックスを調合することもできる。総合すると、これらの処理工程によって、従前はホットボックスプロセスやチルプレートを用いてしか接合できないと考えられていた材料について、室温で超合金基材上に超合金クラッドの割れ無しの溶着部を形成できる。
The
図2に、超合金材料のクラッド層30を超合金基材32上に溶着する他の実施形態を示す。超合金基材32は、本実施形態では、複数の柱状結晶粒34を有する方向性凝固した材料として示されている。この実施形態では、粉末層36を事前配置しておくか、又は、粉末状合金材料38と粉末状フラックス材料40との双方を混合したものを含む均質層として、基材32の表面上に供給する。幾つかの実施形態では、粉末層36の厚さを、公知の選択的レーザー溶融プロセスや選択的レーザー焼結プロセスにおいて典型的である1mm未満とするのではなく、1mmから数mmの厚さとすることができる。従来技術の典型的な粉末状フラックス材料の粒径は、例えば0.5mm〜2mmの範囲である。ただし、粉末状合金材料38の粒径範囲(メッシュサイズ範囲)は0.02mm〜0.04mmとするか、又は0.02mm〜0.08mmとするか、又は、この範囲の一部の範囲とすることができる。このようにメッシュサイズ範囲が異なっていても、各材料がそれぞれ別個の層を構成する図1の実施形態は良好に機能するが、図2の実施形態では、粉末を混合して供給するのを容易にするため、さらに、溶融プロセス中のフラックスによるカバー率を改善するために、粉末状合金材料38のメッシュサイズ範囲と粉末状フラックス材料40のメッシュサイズ範囲とが重なるか又は同一であることが有利である。
FIG. 2 shows another embodiment in which a superalloy
図2の実施形態におけるエネルギビーム42は、一般には方形の横断面形状を有するダイオードレーザービームであるが、他の公知の形式のエネルギビームを用いることも可能であり、例えば電子ビーム、プラズマビーム、1つ又は複数の円形レーザービーム、走査レーザービーム(1次元走査又は2次元走査又は3次元走査)、集積レーザービーム等を用いることも可能である。方形の形状は、クラッド被覆の対象が比較的大面積である実施形態、例えばガスタービンエンジンブレードの先端を修復する実施形態にとって特に有利である。ダイオードレーザーにより生成されるこのような幅広い面積のビームは、溶接入熱、熱影響領域、基材による希釈及び残留応力を低減させるのを補助し、これらはいずれも、超合金修復に通常付随して生じる割れ現象を引き起こす傾向を低下させる。
The
幅広い面積でのレーザー露光を実現するのに用いられる光学的条件及び光学系機械設備は、
・レーザービームの焦点外し距離;
・焦点において方形のエネルギ源を生成するダイオードレーザーの使用;
・焦点において方形のエネルギ源を生成するセグメントミラー等のインテグレート光学系の使用;
・1次元以上でのレーザービームの走査(ラスタ走査);
・可変ビーム径(例えば、微細加工作業を行う際には、焦点ビーム径は0.5mmであり、比較的微細でない作業を行う際には、焦点ビーム径は2.0mmにまで及ぶ)の集光光学系の使用;
を含むことができるが、これらに限定されない。カスタム形状の溶着層を形成するため、光学系及び/又は基材の移動を、選択的レーザー溶融プロセス又は選択的レーザー焼結プロセスと同様にプログラミングすることができる。上述のプロセスにより奏される、公知のレーザー溶融法やレーザー焼結法に対する利点には、
・溶着速度が速く、各処理層中の溶着厚が厚いこと;
・シールドが、不活性ガスを用いる必要なく、高温の溶着金属全体に及ぶように改善されたこと;
・フラックスにより、凝固割れの原因となる成分の溶着物の洗浄が強化されること;
・フラックスにより、レーザービーム吸収が増大し、処理装置へ戻る反射が最小限になること;
・スラグ形成により溶着物が成形されて支持され、熱が保存されて冷却速度が緩慢になることにより、溶接後熱処理中にひずみ時効(再加熱)割れを発生させる残留応力が低下すること;
・フラックスにより成分損失が補償されるか又は合金成分が追加され、溶着物が厚いことにより、部品形成全体にかかる総時間が大幅に短縮されるので、粉末及びフラックスの事前配置又は供給を効率良く選択的に行えること;
などが含まれる。
The optical conditions and optical system equipment used to realize laser exposure over a wide area are:
-Defocus distance of the laser beam;
The use of a diode laser that generates a square energy source at the focal point;
The use of integrated optics such as segment mirrors that generate a square energy source at the focal point;
・ Scanning of the laser beam in one dimension or more (raster scanning);
A collection of variable beam diameters (for example, when performing fine machining operations, the focal beam diameter is 0.5 mm, and when performing relatively non-fine operations, the focal beam diameter reaches 2.0 mm). Use of optical optics;
It is possible to include, but is not limited to these. To form a custom shaped weld layer, the movement of the optics and / or substrate can be programmed in the same manner as the selective laser melting process or the selective laser sintering process. Advantages of the known laser melting method and laser sintering method that are achieved by the above-described process include:
-The welding speed is fast and the welding thickness in each treatment layer is thick;
The shield has been improved to cover the entire hot weld metal without the need to use an inert gas;
-Flux enhances the cleaning of welded components that cause solidification cracking;
The flux increases laser beam absorption and minimizes reflections back to the processing equipment;
-The welded material is formed and supported by slag formation, the heat is stored, and the cooling rate is slowed, thereby reducing the residual stress that causes strain aging (reheating) cracking during post-weld heat treatment;
・ The component loss is compensated by the flux or the alloy component is added and the welded material is thick, so the total time required for the entire part formation is greatly shortened. What you can do selectively;
Etc. are included.
また、図2の実施形態には、ベース合金の供給材料44(選択的に溶加材とも称される)を使用することも示されている。供給材料44は、ワイヤ又はストリップの形態とすることができ、このワイヤ又はストリップは、基材32に向かう方向に供給又は振動され、エネルギビーム42によって溶融されて溶湯プールの一部となる。要望に応じて、レーザービームから得るべき総エネルギを低減するため、供給材料を(例えば電気的に)予熱することができる。中にはワイヤ形状又はストリップ形状に成形するのが困難又は不可能である超合金材料も存在するが、純粋なニッケル又はニッケルクロム又はニッケルクロムコバルト等の材料はこうした形状で容易に入手可能である。図2の実施形態では、ベース合金の供給材料44及び粉末状合金材料38及び粉末状フラックス材料40は、好適には、クラッド材料層30が所望の超合金材料の組成を有するように選定される。溶加材とすることができるのは、所望の超合金材料を決定する元素組成の押出成形可能な元素サブセットのみであり、粉末状金属材料には、溶加材中の元素を補完して、所望の超合金材料を決定する元素組成を完成させる成分が含まれる。溶加材及び粉末状金属材料は溶湯プール内において組み合わされて、所望の超合金材料30の修復面を形成する。図1に示されているように、当該処理により、クラッド形成材料層30を保護し、成形し、かつ熱絶縁するスラグ層46が生成される。
The embodiment of FIG. 2 also illustrates the use of a base alloy feed material 44 (also optionally referred to as a filler metal). The
図3に、低温金属アーク溶接トーチ54を用いて超合金基材52上に超合金材料層50を溶着する実施形態を示す。トーチ54は、中空の金属シース57に粉末状コア材料59を充填したものを含むフラックス入りワイヤ材料又はストリップ材料の形態の溶加材56を供給して溶解するために用いられる。粉末状コア材料59は、粉末状の金属合金及び/又はフラックス材料を含むことができる。好適には、金属シース57は、中空形状に簡単に成形することが可能な材料、例えばニッケル又はニッケルクロム又はニッケルクロムコバルトから成り、粉末状コア材料59は、溶加材56が溶解したときに所望の超合金組成を形成するように選定される。例えば、シース対粉末状フラックス入り材料のソリッド対ソリッド比を3:2の比に維持できるよう、シースは、所望の超合金組成を実現するのに充分な量のニッケル(又はコバルト)を含む。アークの熱が溶加材56を溶解して、スラグ層58によって覆われた所望の超合金材料層50を形成する。粉末状フラックス材料は、溶加材56中に含有させる(例えば、コア体積の25%)、又は、粉末状フラックス材料を基材52の表面上に事前に配置しておくもしくは基材52の表面上に溶着する(図3には示していない;図2を参照)、又は、電極をフラックス材料でコーティングする、又は、これらいずれかの組み合わせによって形成できる。補完される粉末状金属材料は、基材52の表面への事前配置によって、又は、溶解ステップ中に溶湯プールへ直接に供給することによって、溶湯プールに追加される(図3には示していない;図1,図2を参照)。種々の実施形態において、フラックスを導電性(エレクトロスラグ)又は非導電性(サブマージアーク)とすることができ、また、フラックスを化学的に中性又はアディティブとすることもできる。上述したように、必要な処理エネルギを低減するため、本実施例では低温金属アークトーチから得るべき処理エネルギを低減するために、溶加材を予熱することができる。フラックスを使用することにより、シールドが実現され、これにより、低温金属アークプロセスで通常必要とされる不活性ガス又は部分的に不活性のガスを使用する必要性を低減するか又は無くすことができる。
FIG. 3 shows an embodiment in which a
図4に示す実施形態では、溶加材66を溶解するためにレーザービーム64等のエネルギビームを用いて、超合金基材62上に超合金材料層60を溶着する。図3を参照して上述したように、溶加材66は、中空形状に成形するのが容易な材料から構成された金属シース68を有し、当該材料は例えばニッケル又はニッケルクロム又はニッケルクロムコバルト等であり、粉末状材料70は、溶加材66をレーザービーム64で溶解したときに所望の超合金組成が形成されるように選定される。粉末状材料70は、粉末状フラックスと合金成分との双方を含むことができる。レーザービーム64の熱が溶加材66を溶解して、スラグ層72によって覆われた所望の超合金材料層60を形成する。上述したように、必要な処理エネルギを低減するため、本実施例ではレーザービームから得るべき処理エネルギを低減するために、例えば電流によって、溶加材を予熱することができる。
In the embodiment shown in FIG. 4, the
1つの実施態様の溶加材56,66は、以下のように、合金247材料を溶着するように調合されている:
・シースソリッド体積は、総金属ソリッド体積の約60%であり、純粋なNiである;
・コア金属粉末体積は、総金属ソリッド体積の約40%であり、シースからの純粋ニッケルと共に溶解又は混合したときに、公称で8.3重量%のCrと、10重量%のCoと、0.7重量%のMoと、10重量%のWと、5.5重量%のAlと、1重量%のTiと、3重量%のTaと、0.14重量%のCと、0.015重量%のBと、0.05重量%のZrと、1.5重量%のHfとの組成の合金247を生成するのに十分なCr,Co,Mo,W,Al,Ti,Ta,C,B,Zr及びHfを含む;
・コアフラックス粉末体積は、大部分が非金属である追加的なワイヤ体積であり、アルミナ、フッ化物及びケイ酸塩を35:30:35の比で含む。当該ワイヤ体積のサイズは場合によっては、金属粉末体積のサイズと等しくすることができる。フラックスのメッシュサイズ範囲は、コア金属粉末内において均等に分布するようにされている。
One embodiment of
The sheath solid volume is about 60% of the total metal solid volume and is pure Ni;
The core metal powder volume is approximately 40% of the total metal solid volume, and when dissolved or mixed with pure nickel from the sheath, nominally 8.3% Cr, 10% Co, 0% 0.7 wt% Mo, 10 wt% W, 5.5 wt% Al, 1 wt% Ti, 3 wt% Ta, 0.14 wt% C, 0.015 Sufficient Cr, Co, Mo, W, Al, Ti, Ta, C to produce an alloy 247 having a composition of wt% B, 0.05 wt% Zr, and 1.5 wt% Hf. , B, Zr and Hf;
The core flux powder volume is an additional wire volume that is mostly non-metallic and contains alumina, fluoride and silicate in a ratio of 35:30:35. The size of the wire volume can in some cases be equal to the size of the metal powder volume. The mesh size range of the flux is uniformly distributed in the core metal powder.
溶融熱をアークにより生成する実施形態では、アーク安定性を維持するために、フラックス又はシールドガス中に酸素もしくは二酸化炭素を含ませるのが通常である。しかし、溶解プロセス中に、酸素もしくは二酸化炭素がチタンと反応して、チタンの一部が蒸気又は酸化物となって失われてしまう。本方法により、上述のようなチタンの損失を補填するため、溶加材に含まれるチタン量を、溶着後の超合金組成において所望のチタン量より多めにすることができる。例えば上述の合金247の場合には、コア金属粉末に含まれるチタン量を1%から3%にまで増加させることができる。 In embodiments where the heat of fusion is generated by an arc, it is common to include oxygen or carbon dioxide in the flux or shielding gas to maintain arc stability. However, during the melting process, oxygen or carbon dioxide reacts with titanium and a part of titanium is lost as vapor or oxide. In order to compensate for the above-described loss of titanium by this method, the amount of titanium contained in the filler material can be made larger than the desired amount of titanium in the superalloy composition after welding. For example, in the case of the alloy 247 described above, the amount of titanium contained in the core metal powder can be increased from 1% to 3%.
他の合金、例えばステンレス鋼などを、粉末状フラックス及び粉末状金属を含む粉末状コア材料がコア供給材料に加えられる同様のプロセスで溶着できることは、当業者には容易に理解されるはずである。粉末状金属は、シース材料の組成を増加させて所望の化学特性を有するクラッド材料を得るのに用いられる。溶解ステップ中の揮発に起因して材料の損失が発生する実施例では、粉末状金属は、当該損失を補償するために、失われる材料を多めに含む。例えば、合金321ステンレス鋼のシース材料が酸素もしくは二酸化炭素を含むシールドガス中で溶着される場合、シース材料からのチタンの幾分かが酸素もしくは二酸化炭素との反応によって失われる。こうした実施形態における粉末状コア材料は、損失を補償するために、粉末状フラックス及び粉末状チタンを含むことができるので、所望の合金321のクラッド組成を達成することができる。 It should be readily appreciated by those skilled in the art that other alloys, such as stainless steel, can be deposited in a similar process in which a powdered core material including powdered flux and powdered metal is added to the core feed. . Powdered metal is used to increase the composition of the sheath material to obtain a cladding material having the desired chemical properties. In embodiments where loss of material occurs due to volatilization during the melting step, the powdered metal contains more material that is lost to compensate for the loss. For example, if an alloy 321 stainless steel sheath material is deposited in a shielding gas containing oxygen or carbon dioxide, some of the titanium from the sheath material is lost by reaction with oxygen or carbon dioxide. The powdered core material in these embodiments can include powdered flux and powdered titanium to compensate for the loss, so that the desired alloy 321 cladding composition can be achieved.
超合金材料に対する修復プロセスは、欠陥を除去するために、所望に応じた研磨や表面洗浄によって修復すべき超合金材料の表面を準備し、フラックス材料を含む粉末状材料層を表面へ事前配置するか又は供給し、ついで、エネルギビームを表面全体にわたって移動させて粉末と表面の上方層とを溶解させ、スラグ層の浮遊する溶湯プールを形成し、その後、溶湯プール及びスラグを凝固させるステップを含む。 The repair process for superalloy materials prepares the surface of the superalloy material to be repaired by polishing or surface cleaning as desired to remove defects and pre-positions a powdered material layer containing flux material on the surface Or supplying and then moving the energy beam across the surface to melt the powder and the upper layer of the surface to form a floating molten pool of slag layer, and then solidify the molten pool and slag. .
溶解は、典型的には公知の機械的及び/又は化学的処理によってスラグを除去することにより、基材の表面におけるあらゆる素地欠陥を治癒して当該表面を修復状態にするという機能を有する。粉末状材料はフラックス材料のみとしてもよいし、又は、超合金クラッド材料層を形成したい実施形態の場合には、溶解によって表面上に当該クラッド層が形成されるように、当該粉末状材料は金属粉末を含んでもよい。ここで、当該金属粉末は、粉末状フラックス材料層の下方に配置される別個の層とするか、又は、当該粉末状フラックス材料と混合するか、又は、フラックス材料と組み合わせて複合粒子とすることができる。オプションとして、供給材料をストリップ又はワイヤの形態で溶湯プールに導入することができる。粉末状金属材料及び供給材料(これらが使用される場合)と、フラックス材料からの中性又はアディティブの任意の金属寄与分とが、溶湯プール中で組み合わされて、所望の超合金材料の組成を有するクラッド層を生成する。幾つかの実施形態では、ニッケル、ニッケルクロム、ニッケルクロムコバルト、又は、押出成形される他の金属の供給材料を、適切な合金金属粉末と組み合わせることにより、クラッドにおいて所望の超合金組成を実現する。このことにより、所望の超合金材料をワイヤ又はストリップの形状に成形する問題を回避することができる。 Melting typically has the function of healing any substrate defects on the surface of the substrate to make the surface repaired by removing the slag, typically by known mechanical and / or chemical treatments. The powdered material may be a flux material only, or in the case of an embodiment where a superalloy cladding material layer is desired, the powdered material is a metal so that the cladding layer is formed on the surface by melting Powders may be included. Here, the metal powder is a separate layer disposed below the powdery flux material layer, or is mixed with the powdery flux material or combined with the flux material to form composite particles. Can do. Optionally, the feed material can be introduced into the melt pool in the form of strips or wires. Powdered metal material and feed material (if they are used) and any neutral or additive metal contribution from the flux material are combined in the molten pool to achieve the desired superalloy material composition. A clad layer is produced. In some embodiments, nickel, nickel chromium, nickel chromium cobalt, or other metal feeds that are extruded are combined with a suitable alloy metal powder to achieve the desired superalloy composition in the cladding. . This avoids the problem of forming the desired superalloy material into the shape of a wire or strip.
基材の予熱は、許容範囲の生成物を得るために必ず必要というわけではないが、例えば、基材の延性を増加させるため、及び/又は、溶加材を溶融するのに必要なビームエネルギを低減するために、溶解ステップの前に超合金基材及び/又は供給材料及び/又は粉末に熱を加えることが望ましい実施形態もある。一部の超合金基材の延性の改善は、合金の融点の約80%を上回る温度で実現される。また、特定の用途では、オプションとしてチル固定具を用いることもできる。このことにより、エネルギビームの高精度の入熱と相俟って、溶解処理の結果として材料中に生じる応力を最低限に抑えることができる。上述した方法では、さらに、不活性シールドガスを用いる必要を無くすこともできる。しかし、好適である場合には、一部の用途では補助シールドガスを用いることもできる。溶加材44を用いる場合、一部の実施形態ではこの溶加材44を予熱することができる。
Preheating the substrate is not always necessary to obtain an acceptable product, but for example to increase the ductility of the substrate and / or the beam energy required to melt the filler material. In some embodiments, it may be desirable to apply heat to the superalloy substrate and / or feedstock and / or powder prior to the melting step. The improvement in ductility of some superalloy substrates is achieved at temperatures above about 80% of the melting point of the alloy. In certain applications, a chill fixture can also be used as an option. As a result, combined with the high-precision heat input of the energy beam, the stress generated in the material as a result of the melting process can be minimized. The method described above can further eliminate the need to use an inert shielding gas. However, auxiliary shield gas may be used in some applications where appropriate. When the
使用可能なフラックス材料は、販売名リンカーンウェルドP2007,BohlerSoudokayNiCrW‐412,ESABOK10.16又は10.90,スペシャルメタルNT100、エルリコンOP76、サンドヴィク50SW又はSAS1などで販売されている市販のフラックスを含む。使用前にフラックス粒子を粉砕することにより、より小さな所望のメッシュサイズ範囲にすることができる。この分野で知られているフラックス材料には、典型的に、アルミナ、フッ化物、ケイ酸塩などが含まれる。上述した方法の有利な実施形態には、所望のクラッド材料の金属成分、例えば酸化クロム又は酸化ニッケル又は酸化チタンなどが含まれる。上記合金も含めて、例えばガスタービンエンジン等の高温用途に慣用されている現在入手可能な任意の鉄、ニッケル基もしくはコバルト基の超合金を、本発明のプロセスによって、接合、修復又はコーティングすることができる。 Flux materials that can be used include commercially available fluxes sold under the trade name Lincoln Weld P2007, BohlerSoudokay NiCrW-412, ESABOK 10.16 or 10.90, Special Metal NT100, Erlikon OP76, Sandvik 50SW or SAS1. By grinding the flux particles prior to use, a smaller desired mesh size range can be achieved. Flux materials known in the art typically include alumina, fluoride, silicates, and the like. Advantageous embodiments of the method described above include the metal component of the desired cladding material, such as chromium oxide or nickel oxide or titanium oxide. Bonding, repairing or coating any of the presently available iron, nickel-based or cobalt-based superalloys commonly used for high temperature applications such as gas turbine engines, including the above alloys, by the process of the present invention. Can do.
他の変形態様では、エネルギビームに代えて又はエネルギビームと併用して、供給材料を介して溶解用の熱を生成することができる。例えば、図2のワイヤ状又はストリップ状の供給材料44に通電することにより、粉末及びフラックスの層の下方にアークを生成することができる。その際には当該ワイヤは、押出成形された形態で容易に入手可能な材料(すなわち、超合金材料ではない材料)とし、粉末は、組み合わされた溶湯プール中で所望の超合金組成を成すのに必要な他の合金成分を含む。これに代えて、例えば、超合金クラッド材料層を形成するのに有効であるエレクトロスラグ溶接プロセスを行いやすくするように、粉末及びフラックスとして導電性のものを選定することができる。さらに他の実施形態では、従来のプラズマアーククラッド形成装置を用いて、フラックス粉末と超合金粉末状材料とを混合したものを超合金基材へ供給することができる。その際にオプションとして、チル固定具を用いることができる。種々の実施形態において、基材、供給材料及び/又は粉末を予熱することができる。入熱の精度は、電極を用いた場合よりも(±10〜15%)エネルギビームを用いた方が高くなるので(±1〜2%)、総入熱量の半分を上回る入熱量については、エネルギビームを用いるのが好適である。ビームのエネルギにより、サブマージアーク処理又はエレクトロスラグ処理は、基材からの希釈化が最小限である予備的な溶湯プールを生じさせることができ、その後、基材に対して大きな影響を更に及ぼすことなく、サブマージアーク又はエレクトロスラグの寄与分が溶着物体積に追加され、このことにより、希釈化作用を最小化することができる。
In other variations, heat for melting can be generated through the feed material instead of or in combination with the energy beam. For example, by energizing the wire or strip of
種々の実施形態では、サブマージアーク溶接フラックスと合金247粉末とを混合したものを、2.5mmから5.5mmまでの深さに事前配置した。すると、最終的な溶接後熱処理を行った後、当該混合物により、割れ無しのレーザークラッド溶着を実現することができた。0.6kWから最大2kWの出力レベルのイッテルビウムファイバレーザーとガルバノメータ走査光学系とを併用することにより、125mm/minのオーダの進行速度で、3mmから10mmまでの幅の溶着物が形成された。溶着物の断面を染色浸透探傷試験及び金属組織検査にかけることにより、割れが存在しないことが確認された。合金247は、図6にも示されているように、公知の超合金の中で最も溶接しにくい合金に属するので、3重量%を上回るアルミニウム含有率の超合金も含めた全範囲の超合金組成において、本発明が動作可能であることが示されたといえる。 In various embodiments, a mixture of submerged arc welding flux and alloy 247 powder was pre-positioned at a depth from 2.5 mm to 5.5 mm. Then, after performing the final post-weld heat treatment, it was possible to realize laser clad welding without cracking with the mixture. By using an ytterbium fiber laser having an output level of 0.6 kW to a maximum of 2 kW and a galvanometer scanning optical system, a weld having a width of 3 mm to 10 mm was formed at a traveling speed of the order of 125 mm / min. It was confirmed that there was no crack by subjecting the cross section of the welded material to a dye penetration test and a metal structure inspection. As shown in FIG. 6, the alloy 247 belongs to the most difficult-to-weld alloy among the known superalloys. Therefore, the entire range of superalloys including aluminum superalloys exceeding 3% by weight is included. It can be said that the composition has shown that the present invention is operable.
超合金基材を修復する際に粉末状フラックス材料を用いることの利点は、いずれにせよアディティブのクラッド材料が溶着されることであると認識されている。超合金基材の表面割れは、粉末状フラックス材料により当該表面を覆い、その後、当該表面とフラックス材料とを加熱して、スラグ層を浮かべた溶湯プールを形成することにより修復することができる。スラグ層で保護しながら溶湯プールを凝固させることにより、クラックや汚染物が無い表面が形成される。 It has been recognized that the advantage of using a powdered flux material in repairing a superalloy substrate is that any additive cladding material is deposited anyway. The surface crack of the superalloy substrate can be repaired by covering the surface with a powdery flux material and then heating the surface and the flux material to form a molten metal pool with a slag layer floating thereon. By solidifying the molten pool while protecting with a slag layer, a surface free of cracks and contaminants is formed.
一般に方形のエネルギ密度を有するダイオードレーザーを用いることにより、レーザーエネルギを表面全体に当てることができる。これに代えて、円形レーザービームを基材に沿って往復進行させてラスタ走査することにより、面状のエネルギ分布を生じさせることができる。図5に、1つの実施形態のラスタ走査パターンを示しており、当該ラスタ走査パターンは、焦点径Dを有する一般に円形のビームを、第1の位置74から第2の位置74’を経て第3の位置74”へ移動させ、以下同様のことを繰り返す、というものである。材料の最適な加熱及び溶融を実現するために有利なのは、方向変化位置におけるビーム径パターンのオーバーラップ量Oの大きさを径Dの25〜90%の間とすることである。これに代えて、表面全体にわたる所望のエネルギ分布を実現するために、2つのエネルギビームを同時にラスタ走査させることもできる。その際には、各ビームパターンの重なりが、各ビームの径の25〜90%の範囲内となるようにする。
In general, by using a diode laser having a square energy density, the laser energy can be applied to the entire surface. Instead, a planar energy distribution can be generated by performing a raster scan by reciprocating a circular laser beam along the substrate. FIG. 5 shows a raster scan pattern of one embodiment, wherein the raster scan pattern passes a generally circular beam having a focal diameter D from a
粉末状材料を用いることにより、溶着される材料の組成が時間的かつ空間的に変化する機能材料の溶着が容易になる。例えば、製品の内壁から外壁に向かって、又は、製品内部から表面付近に向かって、合金組成を変えることも可能である。必要な機械的特性や耐食特性が異なる、想定される動作条件に応じて、また、材料コストを考慮して、合成組成を変化させることもできる。 By using a powdery material, it becomes easy to weld a functional material whose composition of the material to be welded changes temporally and spatially. For example, the alloy composition can be changed from the inner wall to the outer wall of the product or from the inside of the product to the vicinity of the surface. Depending on the assumed operating conditions, which differ in the required mechanical and corrosion resistance properties, and in consideration of material costs, the synthetic composition can also be varied.
図7には、表面近傍の欠陥、例えば、ガスタービン高温ガス路部品の超合金表面の使用後の割れを修復するプロセスが示されている。表面近傍に1つもしくは複数の割れ92を有する基材90は、修復装置96に対して相対的に、矢印94の方向へ搬送される。レーザービーム98などのエネルギビームは、修復装置96によって、粉末状フラックスを含む粉末層100へ方向付けられ、粉末状フラックスがノズル102を介して表面へ供給されるか又は選択的に基材90上に事前配置される。レーザービーム98は粉末100及び基材90の薄い表面領域を溶解させ、基材90にスラグ層106によって覆われた再溶解領域104を形成する。再溶解領域104は、レーザービーム98から移動して離れると、スラグ106の下方で再凝固して、修復された、割れの無い表面108が形成される。粉末状フラックス100は、不活性カバーガスを用いる必要なく、溶融して引き延ばされた高温の材料が空気と反応してしまうことを防止する。つまり、フラックスは、レーザー及び熱エネルギに結合されてこれをトラップし、表面割れ92が修復されるよう、基材90の充分な深さまで溶解が生じることを保証する。
FIG. 7 illustrates a process for repairing defects near the surface, such as cracks after use of a superalloy surface of a gas turbine hot gas path component. A
図7のプロセスは、有利には、溶湯プールの洗浄及び脱酸のための機構を提供しており、ここでは、割れ92内に存在する汚染物が、汚染物と反応してスラグ106の一部を形成する表面へ泳動することにより、溶接前フッ化物イオン洗浄の必要なしに除去される。基材90の表面は、上方のセラミック製の熱バリアコーティングもしくは表面に付着した汚染物を再溶解プロセス前に除去するために、ワイヤブラシ又はグリットブラスティングプロセスなどによって洗浄される。ただし、フッ化物イオン洗浄などの浅在性の割れの洗浄プロセスは任意であり、他の実施例において回避することもできる。当該プロセスにより、図6の非溶接性領域の線80を超える組成を有する超合金材料につき、使用によって生じた割れの修復が、予熱の必要や溶解後の再加熱割れなしに可能となる。基材の予熱中、許容可能な結果を得るのに必須というわけではないが、基材の延性を増大するため、及び/又は、必要なビームエネルギを低減するために、幾つかの実施例では、超合金基材及び/又は粉末に溶解ステップの前に熱を加えることが望ましい。
The process of FIG. 7 advantageously provides a mechanism for cleaning and deoxidizing the molten pool, where contaminants present in the crack 92 react with the contaminants and become one of the
図7のプロセスの粉末100は、付加的に、溶加材として、フラックスが事前に混合されてともに供給される状態で、又は、再溶解領域に対して別個に供給もしくは事前配置される状態で、粉末状合金材料を含んでもよい。これに代えて、溶加材が図2に示されているワイヤ材料又はストリップ材料として供給されてもよい。こうした溶加材は基材90と同じ組成を有してもよいし、又は、例えば何らかの異なった特性を再溶解領域104へ与えるために、異なる組成を有してもよい。上述したように、フラックス及び溶加材粉末は、同じもしくは重なるメッシュサイズ範囲を有する。なお、種々のタイプのレーザー(CO2,NdYAG,ファイバ、ダイオードなど)を種々のタイプの光学系(焦点合わせ光学系、焦点外し光学系、インテグレーテッドビーム光学系、走査ビーム光学系など)とともに使用できる。
The
本発明の種々の実施形態を図示及び説明したが、これらの実施形態は単なる一例であることは明らかであり、本発明から逸脱することなく、数多くの変形、変更及び置換が可能である。したがって、本発明は特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。 While various embodiments of the invention have been illustrated and described, it will be appreciated that these embodiments are merely exemplary and that many variations, modifications, and substitutions can be made without departing from the invention. Accordingly, the invention is limited only by the following claims.
Claims (19)
スラグ層が上方を覆う再溶解領域を前記基材に形成するために、エネルギビームを前記表面の全体にわたって移動させるステップと、
欠陥のない修復面を形成するために、前記スラグ層の下方の前記再溶解領域を凝固させるステップと、
を含む方法。 Applying a powdery flux material to the surface of the superalloy substrate containing the defects;
Moving an energy beam across the surface to form a remelting region on the substrate, over which a slag layer covers;
Solidifying the remelted region below the slag layer to form a defect free repair surface;
Including methods.
請求項1記載の方法。 The energy beam is a laser beam;
The method of claim 1.
請求項1記載の方法。 During the step of moving the energy beam across the surface, the method further comprises applying a filler material to the surface and adding a molten filler material to the remelt region.
The method of claim 1.
請求項3記載の方法。 Further comprising applying the filler material to the surface as a powdered alloy material.
The method of claim 3.
請求項4記載の方法。 The mesh size range of the powdered alloy material overlaps the mesh size range of the powdered flux material,
The method of claim 4.
請求項3記載の方法。 Further comprising applying the filler material as a wire material or a strip material.
The method of claim 3.
前記溶接性領域の上限は、前記チタン含有率の軸と6重量%で交差し、かつ、前記アルミニウム含有率の軸と3重量%で交差する線によって定められる、
請求項1記載の方法。 The superalloy substrate has a composition that exceeds the weldability region defined in the superalloy graph representing titanium content versus aluminum content;
The upper limit of the weldability region is defined by a line that intersects the titanium content axis at 6% by weight and intersects the aluminum content axis at 3% by weight.
The method of claim 1.
請求項1記載の方法。 Applying heat to the substrate prior to moving the energy beam across the surface;
The method of claim 1.
スラグ層の下方に前記基材の再溶解領域を形成するために、前記粉末状フラックス材料と前記基材の表面領域とをエネルギビームによって溶解させるステップと、
前記スラグ層の下方の前記再溶解領域を冷まして凝固させるステップと、
スラグを除去するステップと、
再加熱割れを生じさせずに、前記基材を熱処理するステップと
を含み、
前記基材は、チタン含有率対アルミニウム含有率を表す超合金グラフに規定された溶接性領域を超える組成を有しており、前記溶接性領域の上限は、前記チタン含有率の軸と6重量%で交差し、かつ、前記アルミニウム含有率の軸と3重量%で交差する線によって定められる、
方法。 Covering the substrate with a powdered flux material;
Melting the powdery flux material and the surface area of the substrate with an energy beam to form a remelted area of the substrate below the slag layer;
Cooling and solidifying the remelted region below the slag layer;
Removing the slag;
Heat-treating the substrate without causing reheat cracking, and
The base material has a composition exceeding the weldability region defined in the superalloy graph representing the titanium content to the aluminum content, and the upper limit of the weldability region is 6 wt. % And defined by a line intersecting the aluminum content axis at 3% by weight,
Method.
請求項9記載の方法。 The energy beam is a laser beam;
The method of claim 9.
請求項9記載の方法。 Further comprising melting a filler material with the energy beam and adding the melted filler material to the remelt region.
The method of claim 9.
請求項11記載の方法。 Further comprising applying the filler material as a powdered alloy material.
The method of claim 11.
請求項12記載の方法。 The mesh size range of the powdered alloy material overlaps the mesh size range of the powdered flux material,
The method of claim 12.
請求項11記載の方法。 Further comprising applying the filler material as a wire material or a strip material,
The method of claim 11.
請求項9記載の方法。 Further comprising applying heat to the substrate prior to the dissolving step;
The method of claim 9.
フラックス材料を、欠陥を含む前記部品の表面へ施与するステップと、
スラグ層の下方に再溶解層を形成するために、前記部品の表面と前記フラックス材料とをエネルギビームによって溶解させるステップと、
前記スラグの下方の前記再溶解層を冷ますステップと、
前記部品の欠陥のない修復面を露出させるために、前記スラグを除去するステップと
を含む方法。 Removing a superalloy hot gas path component from the point of use in the gas turbine engine;
Applying a flux material to the surface of the part containing defects;
Melting the surface of the component and the flux material with an energy beam to form a remelt layer below the slag layer;
Cooling the remelted layer below the slag;
Removing the slag to expose a defect-free repair surface of the part.
請求項16記載の方法。 Performing the dissolving step without previously performing the step of cleaning superficial cracks;
The method of claim 16.
前記スラグを除去するステップの後、再加熱割れを生じさせずに、前記部品の熱処理を行うステップをさらに含む、
請求項16記載の方法。 The base material has a composition exceeding the weldability region defined in the superalloy graph representing the titanium content to the aluminum content, and the upper limit of the weldability region is 6 wt. % And defined by a line intersecting with the aluminum content axis at 3% by weight,
After the step of removing the slag, further comprising the step of heat treating the part without causing reheat cracking;
The method of claim 16.
請求項16記載の方法。 Further comprising applying heat to the surface of the part prior to the melting step;
The method of claim 16.
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