KR102049329B1 - 초합금 접합을 위한 유지 및 냉각 공정 - Google Patents

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Abstract

비교적 큰 양들의 Al 및/또는 Ti를 함유하는 니켈계 초합금들은 만족스럽게 용접하는 것이 어려운 것으로 공지되어 있다. 초합금의 Al 및 Ti 함량이 강도를 개선하기 위해 증가될 때, 부품의 용접성은 현저히 감소된다. γ' 상을 감소시키는 것이 용접성을 개선한다는 것이 여기서의 결론이다. 단계적으로 제어된 가열 및 냉각 공정은 γ' 상의 존재를 감소시키고 그에 의해서 용접성을 개선하기 위해서 용접 공정과 협동하여 사용되는 것으로 설명된다.

Description

초합금 접합을 위한 유지 및 냉각 공정 {HOLD AND COOL PROCESS FOR SUPERALLOY JOINING}
이는 35 U.S.C.§111 (a)에 따라 출원된 실용 특허 출원이며 2011년 11월 7일자 출원된 가 특허 출원 61/556,395로부터 35 U.S.C.§119를 따라 우선권을 주장한다. 전술한 가 특허 출원의 전체 내용들은 모든 목적을 위해 인용에 의해 본 발명에 포함된다.
본 발명은 초합금 부품들의 수리 또는 접합에 관한 것이며, 더 구체적으로는 니켈(nickel) 계 초합금 부품들의 용접 빌트 업(built up)에 관한 것이며, 더더욱 구체적으로는 비교적 많은 양들의 알루미늄(aluminum) 및/또는 티타늄(titanium)을 함유하는 니켈 계 초합금 부품들의 용접에 관한 것이다.
초합금들은 전형적으로, 온도들이 심지어 재료들의 융점들에 가까워질 때라도 특성들의 기계적 및 화학적 열화에 대한 우수한 저항성을 나타내는 고온 재료들이라고 이해된다. 니켈 계 초합금들은 니켈(Ni)을 기초로 하고 전형적으로, 다른 것들 중에서도 크롬(chromium)(Cr), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 텅스텐(tungsten)(W), 코발트(cobalt)(Co), 탄탈륨(tantalum)(Ta), 탄소(C)와 같은 상당한 양들의 다수의 다른 원소들을 함유한다. 고온 초합금들은 항공기 터빈 엔진(turbine engine)들에서 최초 용례가 발견되었다. 더 높은 작동 온도가 전형적으로 증가된 연료 효율 및 더 낮은 탄소 배출을 유도하기 때문에, 지상(ground-bases) 터빈 시스템(system)들에서도 또한 초합금들의 증가된 용도들을 발견하는 원인이 된다. 예를 들어, Roger C. Reed의 초합금들(The Superalloys)(캠브릿지(Cambridge) 대학 출판부, 2006), 특히 제 1장 참조. 이러한 문헌의 전체 내용들은 모든 목적을 위해 인용에 의해 본 발명에 포함된다.
따라서, 초합금들이 아주 다수의 항공기 및 지상 터빈 시스템들에 사용되고 더 높은 온도들에서 작동될 때, 증가한 수의 블레이드 밴(blades vanes)들 및 다른 부품들은 수리를 요하는 균열 및 다른 형태들의 재료 열화를 겪는다. 수리된 부품들이 본래 부품들의 특성들과 가능한 가까운 특성들을 갖는 결과를 초래하도록 그와 같은 터빈 부품들의 수리가 효율적으로 수행되는 것이 중요하다.
초합금들의 경제적 중요성은 그들의 용접 및 수리에 있어서의 상당한 조사를 야기했다. 예를 들어, J. N. DuPont, J. C. Lippold, Samuel D. Riser의 용접 금속학 및 니켈 계 합금들의 용접성(John Wiley & Sons, 2009), 특히 제 4 장 참조. 이런 문헌의 전체 내용들은 모든 목적들을 위해 인용에 의해 본 발명에 포함된다.
용접은 니켈 계 초합금 부품들의 수리 또는 접합을 위해 상업적으로 중요한 방법이다. 그러나, Al 및/또는 Ti가 부품들의 고온 강도를 개선하기 위해서 초합금에 첨가될 때, 부품들을 용접하는 것이 훨씬 더 어렵게 되며, 전형적으로는 균열 또는 다른 결함들을 겪게 된다. 따라서 니켈 계 초합금 부품들, 특히 비교적 다량들의 Al 및/또는 Ti를 포함하는 부품들을 용접하기 위한 개선된 방법들에 대한 요구가 본 기술 분야에 존재한다.
공정의 하나의 냉각 및 유지 부분에서 20% 이하의 γ'를 생성하도록 접합 영역의 가열 및 단계적으로 제어된 냉각에 의해 니켈 계 초합금들을 접합하기 위한 공정을 제공하고자 하는 것이 여기서 설명된 공정들의 하나의 목적이다.
여기서 설명된 공정들은 Al 및 Ti로부터 γ를 고갈시키고 용접성을 개선하도록 유지 및 냉각 공정 중에 Al 및 Ti의 기본 파티셔닝(partitioning)을 제공한다.
따라서 그리고 유리하게, 이들 및 다른 장점들은 아래에서 상세히 설명되는 바와 같은 본 발명에 따라서 달성된다.
도 1은 Ti 및 Al 함량에 따른 몇몇 초합금들의 용접성에 대한 그래프로 된(graphical) 도면이며,
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 유지 및 냉각 공정의 추가 상세들에 대한 그래프로 된 도면으로서, 도 2a는 Ni-Al 가상 2원 상태도로부터 완전 상 평형에서의 기본 파티셔닝을 도시하며, 도 2b는 단계적 냉각 및 유지 공정으로 인한 TTT(시간-온도-변태) 다이어그램(diagram)에서의 시프트(shift)를 도시하며, 도 2c는 Al 및 Ti의 파티셔닝 중 각각의 유지 온도에서 용접의 예상 응력 제거를 도시하며, 도 2d는 파티셔닝으로 인한 무균열 영역에 대한 합금 247의 조성 시프트를 도시하며,
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 유지 및 냉각 공정을 실시하기 위한 전형적인 장치이다.
여기서 주어진 모든 퍼센트(percentage)들은 달리 특정하지 않는 한 중량%이다.
Ti 및 Al은 만족스런 용접들을 생성하기 위한 어려움의 현저한 증가를 희생하면서 부품의 고온 강도를 증가시키기 위해 니켈 계 초합금들에 첨가된다. 니켈 계 초합금들의 용접성에 영향을 끼치는 요인들에 대한 더욱 신중한 연구는 본 발명자들로 하여금, 약 30 중량% 미만의 양으로 존재하는 γ' 상이 유리한 용접성을 나타내며, 약 60% 초과의 γ' 상이 비용접성을 나타내는 반면에 중간 γ' 값이 전형적으로 어렵고 고가의 용접을 나타낸다는 결론에 도달하게 했다.
요약하면, 여기서 설명된 용접 공정은 단계적 냉각 및 유지 공정을 통해서 γ 및 γ' 상들로 Al 및 Ti의 기본 파티셔닝을 사용하게 한다. 이는 Al 및 Ti로부터 제어된 방식으로 γ 상을 고갈시키며 전형적으로 저 중량%의 γ'로 달성되는 용접성을 개선한다. 접합부에서 응력 제거된 γ의 Al 및 Ti 함량이 용접가능한 수치들로 감소될 때, 단계적 냉각 및 유지 공정은 종료되고 종래의 용접 아르곤(argon) 냉각으로 교체된다.
본 발명의 전형적인 실시예들은 두 개의 열원들을 사용한다. 제 1 열원은 종래의 용접 공정인 접합을 위해 사용된다. 레이저(laser) 열원이 이런 제 1 열원으로서 유리하게 사용되나 다른 것들 중에서도 아크(arc)들, 방전들, 전자 빔(beam)들, 입자 빔들과 같은 다른 열원들이 본질적으로 배제되지 않는다.
제 2 열원은 상기 공정의 유지 및 냉각 부분을 위해 사용되고 임의의 등온 유지 온도에서 γ로부터 약 30 % 이하의 γ'를 생성하기 위해서 접합부의 등온 유지 온도를 조정한다. 레이저 열원이 이런 제 2 열원으로서 유리하게 사용되나 다른 것들 중에서도 유도 가열, 전자 빔들, 텅스텐 할로겐(halogen) 전구들, 적외선 가열과 같은 다른 열원들이 본질적으로 배제되지 않는다.
Al 및 Ti의 기본 파티셔닝은 임의의 등온 유지 온도에서 최대 30% γ' 형성을 허용하는 이용가능한 열역학적 데이터(data)로부터 계산된다. 30% γ'를 달성하는데 필요한 유지 시간들은 γ-γ' 시스템의 공지된 상 변태 운동들로부터 계산된다.
도 1은 이들의 Ti 및 Al 함량(중량%로)에 따른 전형적인 초합금들의 용접성 구역에 대한 그래프로 된 도면이다. 선(100) 위에 놓인 이들 합금들은 일반적으로, 용접성이 있는 것으로 고려되지 않는다. 도 1의 합금들의 조성들에 대한 더 상세한 연구는 선(100) 위에 기입된 합금들이 이들의 최종 조직들에서 60% 초과의 γ' 상을 갖는다는 것을 보여준다. 대조적으로, 선(101) 아래에 놓인 초합금들은 이들의 최종 조직들에서 20% 미만의 γ' 상을 가진다. 따라서, 약 20% 미만의 γ'를 갖춘 Ni 계 초합금들이 용접성이 있을 것으로 예상됨이 예측된다.
여기서 특정 관심의 합금들은 도 1에서 주목한 것들을 포함한다.
그의 용융 온도로부터 초합금의 냉각은 γ 상으로부터 γ + γ' 상들로의 전이를 경험하는 초합금들을 갖는 경향이 있다. 여기서 설명된 유지 및 냉각 공정은 유지 및 냉각 공정 중의 임의의 유지 시간에서 30% 이하의 γ'을 생성하기 위해서 완전한 열역학적 상 평형에서 γ 및 γ' 상들로의 Al 및 Ti의 기본 파티셔닝을 사용한다. 이는 Al 및 Ti로부터 γ 상을 고갈시키고 도 1에 그려진 바와 같이 용접성 영역으로 최종 γ 조성을 이동시킨다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 공정들을 수행하기 위한 유지 및 냉각 능력들을 포함하는 전형적인 접합 시스템을 도시한다. 상기 장치는 전형적으로, 용접을 시행하기 위한 열원(201)(전형적으로 레이저, 레이저 1), 및 기판을 예정 온도로 가열하기 위한 제 2 열원(전형적으로 레이저, 레이저 2)을 포함한다. 용접 장소의 가열은 레이저 1(201)가 접합 장소에서 켜지기 이전에 또는 켜지자마자 용접 이전에 수행된다. 접합 장소의 최초 예정 온도는 유리하게 약 2100 ℉를 초과하도록 선택된다.
도 2는 본 유지 및 냉각 공정의 몇몇 실시예들에 의해 접합된 전형적인 고강도 Ni 초합금들에 대한 금속학적 반응들의 개략적 도면이다. 도 3의 열원(202)은 용접 레이저(201)에 의해 수행되는 접합 작업이 완료될 때 작동한다. 도 2에 그려진 특정 예에 대해 다음 공정은 레이저 용접 공정 및 레이저(201)가 종료된 후에 사용되었다.
a. 1 내지 3분 동안 T1에서 유지,
b. T2로 냉각하고 2 내지 15분 동안 유지. 30% 미만 γ' 생성.
c. T3로 냉각하고 2 내지 30분 동안 유지. 30% 미만 γ' 생성.
d. T4로 냉각하고 0.1 내지 2시간 동안 유지. 30% 미만 γ' 생성.
.
.
(필요 또는 바람직할 수 있다면, 부가의 단계들)
.
.
y. Tn으로 냉각하고 1 내지 20시간 동안 유지. (n = 120) 30% 미만 γ' 생성.
z. 최종 30% 또는 그 미만의 γ'를 생성하기 위해 실온으로 냉각.
도 2에 그려진 바와 같은 이런 공정에서, γ는 그의 최종 조성이 도 2d의 용접 가능한 선(100) 아래로 감소할 때까지 기본 파티셔닝을 통해 Al 및 Ti로부터 고갈된다. γ의 조성 변화는 도 2a에 지점(T1-Tn)들로 도시된다. 도 2b 및 도 2c는 각각의 유지 단계에서 용접물의 응력 제거로 인한 각각의 유지 단계 이후의 냉각 곡선들 및 응력 대 시간 곡선에서 예측된 시프트를 도시한다.
여기서 설명된 바와 같은 일반적인 유지 및 냉각 공정이 고온 균열뿐만 아니라 변형 시효 균열을 경험한 임의의 초합금 거의 모두에 사용될 수 있다고 예상된다. 공정의 유지 부분들 중에 Al 및 Ti의 기본 파티셔닝은 변형 시효 균열 및 고온 균열의 가능성을 감소시킨다. 그와 같은 파티셔닝은 또한 후 용접 열 처리 중의 변형 시효 균열 쪽으로의 경향을 상당히 감소시키는데, 이는 γ가 Al 및 Ti로부터 실질적으로 고갈되고 유지 및 냉각 공정 중의 각각 단계에서 응력이 제거되기 때문이다.
본 발명의 교시들을 포함하는 다양한 실시예들이 여기에 도시되고 상세히 설명되었지만, 당업자들은 이들 교시들을 여전히 포함하는 많은 다른 변형된 실시예들을 용이하게 창안할 수 있다.

Claims (10)

  1. 용접 이음새(welded seam)를 내부에 포함하는 합금 247인 니켈계 초합금으로서, 상기 용접 이음새는:
    a) 용접 이전에, 제 1 열원에 의해 2100 ℉를 초과하는 최초 예정된 온도까지 용접 장소를 가열하는 단계;
    b) 제 2 열원에 의해 상기 니켈계 초합금을 용접하는 단계;
    c) 상기 용접하는 단계가 완료되는 즉시, 상기 제 2 열원을 제거하는 단계;
    d) 냉각-및-유지 단계들 동안의 임의의 유지 온도에서 30 중량% 이하의 γ' 상(γ' phase)이 형성되도록, 상기 냉각-및-유지 단계들을 계단식으로 수행하여 상기 용접 장소의 온도를 제어하는 단계; 및
    e) 최종적으로 30 중량% 미만의 γ'를 생산하도록 상기 용접 장소를 실온까지 냉각하는 단계;를 포함하는 공정에 의해 생산된 것인,
    니켈계 초합금.
  2. 제 1 항의 공정에 의해 형성된 용접 이음새를 내부에 갖는,
    초합금 부품 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 부품 조립체는 터빈 블레이드(turbine blade)를 포함하는,
    초합금 부품 조립체.
  4. 합금 247인 니켈계 초합금 부품들을 하나 이상의 접합 장소에서 접합함으로써 형성되는 초합금 부품 조립체로서, 상기 접합은,
    a) 제 1 열원에 의해 2100 ℉를 초과하는 온도까지 상기 하나 이상의 접합 장소를 가열하는 단계;
    b) 2100 ℉를 초과하는 온도에서 제 2 열원으로 상기 니켈계 초합금 부품들의 상기 하나 이상의 접합 장소를 용접하는 단계;
    c) 상기 용접하는 단계가 완료되는 즉시, 상기 제 2 열원을 제거하는 단계;
    d) 냉각-및-유지 단계들 중의 임의의 유지 온도에서 30 중량% 이하의 γ' 상이 형성되도록, 상기 냉각-및-유지 단계들을 계단식으로 수행하여 용접부의 온도를 제어하는 단계; 및
    e) 최종적으로 30 중량% 미만의 γ'를 생산하도록 상기 하나 이상의 접합 장소를 실온까지 냉각하는 단계;를 포함하는 공정에 의해 수행되는,
    초합금 부품 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 부품 조립체는 터빈 블레이드를 포함하는,
    초합금 부품 조립체.
  6. 용접 이음새를 내부에 포함하는 합금 247인 니켈계 초합금으로서, 상기 용접 이음새는:
    a) 용접 이전에, 제 1 열원에 의해 2100 ℉를 초과하는 최초 예정된 온도까지 용접 장소를 가열하는 단계;
    b) 제 2 열원에 의해 상기 니켈계 초합금을 용접하는 단계;
    c) 상기 용접하는 단계가 완료되는 즉시, 상기 제 2 열원을 제거하는 단계;
    d) 냉각-및-유지 단계 동안의 임의의 유지 온도에서 20 중량% 이하의 γ' 상이 형성되도록, 냉각-및-유지 단계들을 계단식으로 수행하여 상기 용접 장소의 온도를 제어하는 단계; 및
    e) 최종적으로 30 중량% 미만의 γ'를 생산하도록 상기 용접 장소를 실온까지 냉각하는 단계;를 포함하는 공정에 의해 생산된 것인,
    니켈계 초합금.
  7. 제 6 항의 공정에 의해 형성된 용접 이음새를 내부에 갖는,
    초합금 부품 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 부품 조립체는 터빈 블레이드를 포함하는,
    초합금 부품 조립체.
  9. 합금 247인 니켈계 초합금 부품들을 하나 이상의 접합 장소에서 접합함으로써 형성되는 초합금 부품 조립체로서, 상기 접합은,
    a) 제 1 열원에 의해 2100 ℉를 초과하는 온도까지 상기 하나 이상의 접합 장소를 가열하는 단계;
    b) 2100 ℉를 초과하는 온도에서 제 2 열원으로 상기 니켈계 초합금 부품들의 하나 이상의 접합 장소를 용접하는 단계;
    c) 상기 용접하는 단계가 완료되는 즉시, 상기 제 2 열원을 제거하는 단계;
    d) 냉각-및-유지 단계 동안의 임의의 유지 온도에서 20 중량% 이하의 γ' 상이 형성되도록, 냉각-및-유지 단계들을 계단식으로 수행하여 용접부의 온도를 제어하는 단계; 및
    e) 최종적으로 30 중량% 미만의 γ'를 생산하도록 상기 하나 이상의 접합 장소를 실온까지 냉각하는 단계;를 포함하는 공정에 의해 수행되는,
    초합금 부품 조립체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 부품 조립체는 터빈 블레이드(turbine blade)를 포함하는,
    초합금 부품 조립체.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9315903B2 (en) * 2011-01-13 2016-04-19 Siemens Energy, Inc. Laser microcladding using powdered flux and metal
US9352413B2 (en) * 2011-01-13 2016-05-31 Siemens Energy, Inc. Deposition of superalloys using powdered flux and metal
US9393644B2 (en) * 2013-01-31 2016-07-19 Siemens Energy, Inc. Cladding of alloys using flux and metal powder cored feed material
EP2815841B1 (en) 2013-06-18 2016-02-10 Alstom Technology Ltd Method for post-weld heat treatment of welded components made of gamma prime strengthened superalloys
US10422026B2 (en) 2016-04-28 2019-09-24 Siemens Energy, Inc. Process and product for forming gamma prime precipitation strengthened superalloys
WO2018194479A1 (en) * 2017-04-19 2018-10-25 Siemens Aktiengesellschaft A technique for welding precipitation-hardened superalloys with oscillating beam

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011214541A (ja) * 2010-04-01 2011-10-27 Toshiba Ge Turbine Service Kk タービン翼の補修方法および補修されたタービン翼

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2659038B1 (fr) 1990-03-02 1994-11-10 Snecma Procede de soudage par friction et machine de mise en óoeuvre.
US5106010A (en) 1990-09-28 1992-04-21 Chromalloy Gas Turbine Corporation Welding high-strength nickel base superalloys
US5509980A (en) 1994-08-17 1996-04-23 National University Of Singapore Cyclic overageing heat treatment for ductility and weldability improvement of nickel-based superalloys
US6333484B1 (en) 2000-03-17 2001-12-25 Chromalloy Gas Turbine Corporation Welding superalloy articles
US6503349B2 (en) 2001-05-15 2003-01-07 United Technologies Corporation Repair of single crystal nickel based superalloy article
CN100345990C (zh) 2001-11-09 2007-10-31 阿尔斯托姆科技有限公司 镍基高温合金的制备方法
US7137544B2 (en) 2002-12-13 2006-11-21 General Electric Company Apparatus and method for performing welding at elevated temperature
US20050274701A1 (en) 2004-06-10 2005-12-15 United Technologies Corporation Homogeneous welding via pre-heating for high strength superalloy joining and material deposition
US7896986B2 (en) 2004-09-02 2011-03-01 Siemens Energy, Inc. Heat treatment of superalloy components
US7335427B2 (en) 2004-12-17 2008-02-26 General Electric Company Preform and method of repairing nickel-base superalloys and components repaired thereby
US7653995B2 (en) 2006-08-01 2010-02-02 Siemens Energy, Inc. Weld repair of superalloy materials

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011214541A (ja) * 2010-04-01 2011-10-27 Toshiba Ge Turbine Service Kk タービン翼の補修方法および補修されたタービン翼

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