RU2703742C1 - Способ для твердотельного аддитивного технологического процесса - Google Patents

Способ для твердотельного аддитивного технологического процесса Download PDF

Info

Publication number
RU2703742C1
RU2703742C1 RU2018132738A RU2018132738A RU2703742C1 RU 2703742 C1 RU2703742 C1 RU 2703742C1 RU 2018132738 A RU2018132738 A RU 2018132738A RU 2018132738 A RU2018132738 A RU 2018132738A RU 2703742 C1 RU2703742 C1 RU 2703742C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
segment
wire
substrate
sheath
tube
Prior art date
Application number
RU2018132738A
Other languages
English (en)
Inventor
Джералд Дж. БРУК
Original Assignee
Сименс Энерджи, Инк.
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
Application filed by Сименс Энерджи, Инк. filed Critical Сименс Энерджи, Инк.
Application granted granted Critical
Publication of RU2703742C1 publication Critical patent/RU2703742C1/ru

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
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/06—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of high energy impulses, e.g. magnetic energy
    • 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
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342—Build-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00—Restoring or reconditioning objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00—Restoring or reconditioning objects
    • B23P6/002—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors
    • B23P6/007—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors using only additive methods, e.g. build-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/005—Repairing methods or devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

Изобретение относится к формированию сварного соединения ударным воздействием в аддитивном технологическом процессе, в частности, при ремонте компонента турбины. Используемая в процессе проволока (12) имеет сердцевину (14) из металлического порошкового наполнителя, расположенную в оболочке (16) с электропроводными свойствами. Проволоку (12) вставляют в трубку (18), выполненную с отверстием (20), ориентированным поперек оси (22) трубки. Осуществляют подачу по меньшей мере одного электромагнитного импульса через отверстие (20) с возможностью его взаимодействия с оболочкой (16) для отсекания по меньшей мере одного сегмента (40) проволоки (12). Электромагнитный импульс обеспечивает продвижение сегмента (40) к подложке (34) со скоростью, достаточной для его приваривания к подложке (34) ударным воздействием. В соответствии с другим вариантом способа осуществляют подачу по меньшей мере одного импульса лазерной энергии через отверстие (20) с созданием давления газа, обеспечивающего продвижение упомянутого сегмента (40) к подложке (34). Способ обеспечивает аддитивный процесс, который позволяет избежать высокого ввода тепла. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к твердотельному аддитивному технологическому процессу и, более конкретно, к способу формования сварного соединения ударным воздействием, который включает в себя обеспечение проволоки, имеющей металлическую сердцевину из порошкового наполнителя, расположенную внутри оболочки, и обеспечение по меньшей мере одного импульса энергии, который взаимодействует с оболочкой, чтобы отсекать по меньшей мере один сегмент проволоки, причем импульс энергии вызывает продвижение сегмента в направлении подложки с достаточной скоростью для образования сварного соединения ударным воздействием для приварки металлической сердцевины к подложке.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Материалы, которые трудно присоединить и особенно аддитивно осадить, такие как некоторые разнородные металлы (например, алюминий-сталь) и суперсплавы на основе никеля, представляют проблемы для сварки. Термин ʺсуперсплавʺ используется здесь, как он обычно используется в данной области техники, т.е. сплав с высокой коррозионной стойкостью и стойкостью к окислению с превосходной механической прочностью и стойкостью к ползучести при высоких температурах. Суперсплавы обычно включают в себя высокое содержание никеля или кобальта. Примеры суперсплавов включают в себя сплавы, продаваемые под торговыми марками и фирменными названиями Hastelloy, сплавы Inconel (например, IN 738, IN 792, IN 939), сплавы Rene (например, Rene N5, Rene 80, Rene 142), сплавы Haynes, Mar M, CM 247, CM 247 LC, C263, 718, X-750, ECY 768, 282, X45, PWA 1483 и монокристаллические сплавы CMSX (например, CMSX-4).
[0003] Проблемы, связанные с осаждением в аддитивном технологическом процессе, чаще всего ассоциированы с методами слияния (синтеза) с высоким вводом тепла, такими как дуговая сварка, лазерная сварка и другие. К таким проблемам относятся осаждение хрупких фаз, образование сегрегации и образование трещин при затвердевании, которые могут возникать при затвердевании сварного соединения. Кроме того, образование трещин при деформационном старении может возникать при термообработке после сварки.
[0004] Например, компоненты газотурбинного двигателя и, в частности, компоненты двигателя, подвергаемого воздействию горячего газа сгорания, подвержены деградации во время работы двигателя. Деградированные компоненты иногда ремонтируются с использованием аддитивного технологического процесса. Желательно обеспечить аддитивный технологический процесс, который позволяет избежать высокого ввода тепла при ремонте компонента турбины.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Раскрыт способ формирования сварного соединения ударным воздействием, используемого в аддитивном технологическом процессе. Способ включает в себя обеспечение проволоки, имеющей металлическую сердцевину из порошкового наполнителя, расположенную внутри оболочки. Затем проволока вставляется в трубку, имеющую отверстие. Кроме того, способ включает в себя обеспечение по меньшей мере одного импульса энергии, который взаимодействует с оболочкой, чтобы отсекать (отрывать) по меньшей мере один сегмент проволоки, причем импульс энергии вызывает продвижение сегмента в направлении подложки с достаточной скоростью для образования сварного соединения ударным воздействием для приваривания металлической сердцевины к подложке. В частности, импульсом энергии может быть электромагнитный импульс, импульс лазерной энергии или импульс высокого электрического тока.
[0006] Специалисты в данной области техники могут применять соответствующие признаки настоящего изобретения совместно или по отдельности в любой комбинации или подкомбинации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0007] Решения согласно настоящему раскрытию могут быть легко поняты путем рассмотрения следующего подробного описания во взаимосвязи с прилагаемыми чертежами, на которых:
[0008] Фиг. 1 изображает проволоку с сердцевиной, которая включает в себя металлическую сердцевину из порошкового наполнителя, расположенную в оболочке, для использования в аддитивном технологическом процессе.
[0009] Фиг. 2А-2В изображает устройство магнитной импульсной сварки в соответствии с вариантом осуществления изобретения, причем устройство магнитной импульсной сварки формирует сегмент проволоки, который ускоряется в направлении подложки для формирования сварного соединения ударным воздействием.
[0010] Фиг. 3А-3В изображает устройство рельсовой (электромагнитной) пушки (рельсотрона) для использования в связи с устройством магнитной импульсной сварки, причем устройство рельсовой пушки также ускоряет сегмент проволоки.
[0011] Фиг. 4А-4В изображает альтернативный вариант осуществления изобретения, причем устройство лазерной сварки ударным воздействием используется для формирования проволочного сегмента, который ускоряется в направлении подложки с формированием сварного соединения ударным воздействием.
[0012] Фиг. 5А-5В изображает другой вариант осуществления изобретения, в котором сварочное устройство с активацией испаряемой пленкой используется для формирования проволочного сегмента, который ускоряется в направлении подложки с формированием сварного соединения ударным воздействием.
[0013] Чтобы облегчить понимание, идентичные ссылочные позиции были использованы, когда это возможно, для обозначения идентичных элементов, общих для фигур.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0014] Хотя различные варианты осуществления, которые включают в себя решения согласно настоящему раскрытию, подробно показаны и описаны здесь, специалисты в данной области техники могут легко разработать множество других разнообразных вариантов осуществления, которые также включают в себя эти решения. Объем раскрытия не ограничен его применением к деталям конструкции примерного варианта осуществления и расположению компонентов, изложенных в описании или проиллюстрированных на чертежах. Раскрытие изобретения включает в себя другие варианты осуществления и практического применения или выполнения различными способами. Кроме того, следует понимать, что фразеология и терминология, используемые здесь, предназначены для описания и не должны рассматриваться как ограничивающие. Использование терминов ʺвключающий в себяʺ, ʺсодержащийʺ или ʺимеющийʺ и их вариаций в данном описании подразумевается охватывающим перечисленные затем элементы и их эквиваленты, а также дополнительные элементы. Если не указано или ограничено иным образом, термины ʺустановленныйʺ, ʺсоединенныйʺ, ʺподдерживаемыйʺ и ʺсвязанныйʺ и их варианты используются в широком смысле и охватывают прямые и косвенные установки, соединения, опоры и связи. Кроме того, термины ʺсоединенныйʺ и ʺсвязанныйʺ не ограничены физическими или механическими соединениями или связями.
[0015] Далее будет описано устройство магнитной импульсной сварки для использования в аддитивном технологическом процессе. Что касается магнитной импульсной сварки, то раскрытие патента США № 3,520,049 включено в настоящий документ посредством ссылки. Аспекты процесса магнитной импульсной сварки используются, чтобы отсекать сегменты проволоки 12 с сердцевиной, которая включает в себя металлическую сердцевину 14 из порошкового наполнителя, расположенную в оболочке 16 (см. фиг. 1). Например, материал 14 порошковой сердцевины может быть такого типа, который подходит для ремонта компонентов из суперсплава. Оболочка 16 может быть изготовлена из материала на основе никеля и совместима с желаемой композицией осаждаемого материала сердцевины. Кроме того, поверхность оболочки 16 может включать в себя небольшое количество электропроводящего материала, такого как медь. В частности, оболочка 16 может включать в себя достаточно тонкий блестящий слой из меди, которая не сплавляется существенным образом с осаждаемым материалом сердцевины. В качестве альтернативы, оболочка 16 может включать в себя тонкое покрытие из алюминия для обеспечения электропроводности оболочки 16. Следует отметить, что алюминий используется в качестве ингредиента во многих суперсплавах на основе никеля и, таким образом, будет совместим с материалом 14 порошковой сердцевины.
[0016] На фиг. 2А-2В показано устройство 10 магнитной импульсной сварки для использования в аддитивном технологическом процессе. Как показано на фиг. 2А, устройство 10 магнитной импульсной сварки включает в себя трубку 18 (показанную в сечении), которая позиционирует проволоку 12. Трубка 18 включает круглое отверстие 20, ориентированное поперек оси 22 трубки 18, тем самым разделяя трубку 18 на первую 24 и вторую 26 секцию трубки. Проволока 12 подается в первую секцию 24 трубки в первом направлении (см. стрелку 28) от входного (выше по потоку) конца 30 к выходному (ниже по потоку) конца 32 к подложке 34. В частности, проволока 12 подается через отверстие 20 до тех пор, пока желательная длина проволоки 12 не будет позиционирована во второй секции 26 трубки. Отверстие 20 открывает окружную часть 38 оболочки 16. По меньшей мере одна магнитная катушка 36 (показанная в сечении на фиг. 2A) расположена по окружности относительно отверстия 20, так что катушка 36 расположена рядом с окружной частью 38 оболочки 16.
[0017] В процессе работы, катушка 36 возбуждается так, чтобы генерировать электромагнитный импульс в окружном направлении вокруг оболочки 16, что вызывает создание вихревых токов. Например, длительность импульса может составлять порядка микросекунд. Электромагнитный импульс взаимодействует с оболочкой 16, чтобы заставить разнесенные части оболочки 16 перемещаться друг к другу до тех пор, пока оболочка 16 не будет разрушена, так что часть проволоки 12 во второй секции 26 трубки отрезается или отсекается от проволоки 12. Это образует проволочный сегмент 40, включающий в себя часть оболочки 16 и материал 14 порошковой сердцевины. Последующий (ниже по потоку) конец 42 оставшейся проволоки 12 в первой секции 24 трубки и предшествующий (выше по потоку) конец 44 сегмента 40 затем замыкаются оболочкой 16 вследствие пластической деформации оболочки 16.
[0018] Противоположные силы Лоренца ускоряют сегмент 40 в направлении подложки 34, так что сегмент 40 соударяется с подложкой 34 с достаточно высокой скоростью, чтобы вызвать пластическую деформацию на границе раздела между материалом 14 порошковой сердцевины и оболочкой 16 и подложкой 34. Например, скорость при ударе может составлять приблизительно от 100 до 500 м/с. Со ссылкой на фиг. 2В, это образует сварное соединение ударным воздействием, которое соединяет материал 14 порошковой сердцевины и материал оболочки и подложку 34, тем самым образуя первый слой материала 46 сердцевины. В публикации под названием ʺWelding Handbookʺ, тома 1 и 2, опубликованной Американским обществом специалистов по сварке (AWS), сварка взрывом определяется, частично, как твердотельный процесс, который производит сварку высокоскоростным ударным воздействием на детали. Таким образом, в настоящем изобретении используются аспекты сварки взрывом или ударным воздействием в аддитивном технологическом процессе. Кроме того, практически отсутствует плавление, кроме возможного минимального начального локального слияния. Затем от проволоки 12 непрерывно отсекаются дополнительные сегменты 40, каждый из которых продвигается в направлении ранее сформированного слоя материала 46 сердцевины, то есть нижнего слоя, чтобы постепенно образовывать дополнительные слои материала сердцевины для восстановления, например, турбинного компонента. В целях иллюстрации, на фиг. 2В изображены первый 46 и второй 48 слои материала сердцевины.
[0019] Окружная часть 38 и подложка 34 разделены расстоянием D от установочной базы (порядка нескольких миллиметров), чтобы позволить сегменту 40 достичь достаточной скорости и ударного импульса, чтобы вызвать пластическую деформацию и соединение сваркой на границе раздела 50 между материалом 46 сердцевины и подложкой 34. Кроме того, катушка 36 может быть ориентирована так, чтобы устанавливать под углом электромагнитный импульс и, в свою очередь, направлять силы Лоренца и, следовательно, сегмент 40 в направлении вниз по потоку. Кроме того, загрязнения или оксиды, которые могут присутствовать на материале 46 сердцевины и подложке 34, могут быть экструдированы или удалены в виде струи материала в направлении замыкания границы раздела и продолжения сварки.
[0020] Проволока 12 может подаваться через трубку 18 с использованием известного устройства подачи. Частоты повторения подачи проволоки и электромагнитных импульсов согласно настоящему изобретению соответствует скоростям подачи проволоки и возвратно-поступательного перемещения (т.е. переносов металла), соответственно, традиционного процесса сварки. Например, при сварке с возвратно-поступательным холодным переносом металла, проволока подается со скоростью приблизительно от 2 до 8 м/мин, а скорость возвратно-поступательного движения может составлять приблизительно 20-200 раз в секунду. Соответствующие скорости могут использоваться для подачи проволоки и приводимого в действие магнитным способом выброса в соответствии с настоящим изобретением, чтобы обеспечить непрерывную последовательность сегментов 40 для формирования слоев материала 46, 48 сердцевины.
[0021] Устройство 10 магнитной импульсной сварки, показанное на фиг. 2A-2B также может использоваться в сочетании с устройством 60 рельсотрона (см. фиг. 3A-3B) для продвижения сегмента 40 по направлению к подложке 34. Секция 58 рельсотрона включает в себя первую 62 и вторую 64 разнесенные электропроводные направляющие (рельсы) для позиционирования сегмента 40. Первая 62 и вторая 64 проводящие направляющие расположены ниже по потоку от конца 66 оболочки, чтобы сформировать отверстие 20. Проволока 12 подается в первую секцию 24 трубки в первом направлении 28 и к подложке 34. Проволока 12 подается через отверстие 20 до тех пор, пока желательная длина проволоки 12 не будет позиционирована в секции 58 рельсотрона. Катушка 36 возбуждается, чтобы генерировать электромагнитный импульс, который взаимодействует с оболочкой 16, так что часть проволоки 12 в секции 58 рельсотрона отрезается или отсекается от проволоки 12, чтобы сформировать сегмент 40.
[0022] Как показано на фиг. 3В, импульс с высоким постоянным током 68 проходит через первую направляющую 62, сегмент 40 и вторую направляющую 64. Затем сила Лоренца действует, чтобы продвигать сегмент 40 к подложке 34 в соответствии с известным эффектом рельсотрона, причем сегмент 40 служит в качестве арматуры (подвижного элемента) рельсотрона. Сегмент 40 продвигается к подложке 34 с требуемой скоростью для формирования сварного соединения ударным воздействием, как описано выше. Таким образом, устройство 60 рельсотрона дополняет устройство 10 магнитной импульсной сварки. Это позволяет использовать более низкие энергии активации для генерации электромагнитного импульса.
[0023] На фиг. 4А-4В показан альтернативный вариант осуществления изобретения. В этом варианте осуществления используется устройство 70 лазерной сварки ударным воздействием, которое использует аспекты известной технологии лазерной сварки. Устройство 70 лазерной сварки ударным воздействием включает в себя по меньшей мере одно лазерное устройство 72, которое генерирует импульс лазерной энергии 74. Лазерное устройство 72 позиционировано в окружном направлении относительно отверстия 20 и ориентировано так, что часть импульса 74 лазерной энергии направлена вниз по потоку, чтобы способствовать продвижению сегмента 40.
[0024] При работе, лазерное устройство 72 возбуждается, чтобы генерировать импульс лазерной энергии, который падает на оболочку 16, чтобы заставить разнесенные части оболочки 16 перемещаться в направлении друг друга до тех пор, пока оболочка 16 не будет разрушена, так что часть проволоки 12 во второй секции 26 трубки отрезается или отсекается от проволоки 12, образуя сегмент 40. Поверхность оболочки 16 аблирует ввиду импульса 74 лазерной энергии, вызывая генерацию газа 76, который создает давление газа, которое продвигает сегмент 40 к подложке 34. Оболочка 16 может также включать абляционный материал для усиления образования газа 76 и дальнейшего увеличения ускорения сегмента 40. Кроме того, оптически прозрачный материал 78 может быть расположен напротив абляционной поверхности 16, чтобы обеспечить поверхность, которая противодействует генерации расширяющегося газа 76, чтобы также увеличивать ускорение сегмента 40. Следует отметить, что оболочка 16 в этом варианте осуществления необязательно должна быть проводящей.
[0025] Сегмент 40 соударяется с подложкой 34 с достаточно высокой скоростью для образования сварного соединения ударным воздействием, которое соединяет материал 14 порошковой сердцевины и оболочку 16 и подложку 34, тем самым формируя первый слой материала 46 сердцевины, как описано выше. Затем дополнительные сегменты 40 непрерывно отсекаются от проволоки 12, каждый из которых продвигается в направлении ранее сформированного слоя материала сердцевины, то есть нижнего слоя, чтобы постепенно формировать дополнительные слои материала сердцевины, как описано выше. В частности, подходящие скорости могут использоваться для подачи проволоки и генерации импульсов лазерной энергии, чтобы обеспечить непрерывную последовательность сегментов 40 для формирования слоев материала сердцевины.
[0026] На фиг. 5А-5В показан другой вариант осуществления изобретения. В этом варианте осуществления используется сварочное устройство 80 с активацией испаряемой пленкой, которое использует аспекты известной технологии сварки с активацией испаряемой пленкой. В этом варианте осуществления, на оболочке 16 сформирован расходуемый материал 82, который быстро испаряется при воздействии импульса высокого электрического тока. Например, расходуемый материал может представлять собой слой 82 металлической фольги, такой как алюминиевая фольга, которая сформирована на оболочке 16. Сварочное устройство 80 с активацией испаряемой пленкой содержит по меньшей мере один электрод 84, который генерирует импульс высокого электрического тока. Электрод 84 позиционируется в окружном направлении относительно отверстия 20 и находится в контакте со слоем 82 фольги.
[0027] При работе, электрод 84 возбуждается, чтобы генерировать импульс высокого электрического тока, который разряжается в слой 82 фольги. Это вызывает быстрое испарение слоя 82 фольги и генерирует давление 86 газа, которое заставляет разнесенные части оболочки 16 перемещаться друг к другу до тех пор, пока оболочка 16 не будет разрушена, так что часть проволоки 12 во второй секции 26 трубки будет осечена от проволоки 12, чтобы сформировать сегмент 40. Давление 86 газа также продвигает сегмент 40 к подложке 34. Сегмент 40 соударяется с подложкой 34 с достаточно высокой скоростью с образованием сварного соединения ударным воздействием, которое соединяет материал 14 порошковой сердцевины и подложку 34, тем самым формируя первый слой материала 46 сердцевины, как описано выше. Затем от проволоки 12 последовательно отсекаются дополнительные сегменты 40, каждый из которых продвигается в направлении ранее сформированного слоя материала сердцевины, то есть нижнего слоя, чтобы постепенно создавать дополнительные слои материала сердцевины, как описано выше. В частности, подходящие скорости могут использоваться для подачи проволоки и генерации высокого электрического тока, чтобы обеспечить непрерывную последовательность сегментов 40 для формирования слоев материала сердцевины. Слой 82 фольги может быть непрерывным на проволоке 12 или может быть прерывистым и синхронизированным с сегментами 40 проволоки 12, которые должны продвигаться для твердотельного непрерывного осаждения на подложке 34.
[0028] Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает сварочные процессы ударным воздействием, которые являются более контролируемыми и пригодными для непрерывной обработки. В других вариантах осуществления, проволока 12 может быть твердой электродной проволокой 12 и/или может быть предварительно нагретой проволокой 12. Кроме того, настоящее изобретение может быть использовано при ремонте газовых и паровых турбин и для ремонта высоконапряженных компонентов, работающих при повышенных температурах (двигателей, моторов и т.д.)
[0029] Хотя были проиллюстрированы и описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, для специалистов в данной области техники должно быть понятно, что различные другие изменения и модификации могут быть выполнены без отклонения от сущности и объема раскрытия. Поэтому предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает все такие изменения и модификации, которые входят в объем настоящего раскрытия.

Claims (16)

1. Способ формирования сварного соединения ударным воздействием, используемый в аддитивном технологическом процессе, включающий:
обеспечение проволоки (12), имеющей сердцевину (14) из металлического порошкового наполнителя, расположенную в оболочке (16), имеющей электропроводные свойства,
вставку проволоки (12) в трубку (18), выполненную с отверстием (20), ориентированным поперек оси (22) трубки,
подачу по меньшей мере одного электромагнитного импульса через отверстие (20) с возможностью его взаимодействия с оболочкой (16) для отсекания по меньшей мере одного сегмента (40) проволоки (12), при этом электромагнитный импульс обеспечивает продвижение сегмента (40) к подложке (34) со скоростью, достаточной для его приваривания к подложке (34) ударным воздействием.
2. Способ по п. 1, в котором при отсекании сегмента (40) проволоки (12) электромагнитный импульс обеспечивает разрушение оболочки (16) и ее замыкание за счет пластической деформации.
3. Способ по п. 1, в котором отверстие (20) обеспечивает открытие окружной части оболочки (22).
4. Способ по п. 1, в котором оболочка (16) снабжена тонким слоем из меди.
5. Способ по п. 1, в котором множество сегментов (40) непрерывно приваривают к подложке (34) с образованием множества слоев (46, 48).
6. Способ по п. 1, в котором расстояние между отверстием (20) и подложкой (34) обеспечивает достижение сегментом (40) скорости, достаточной для формирования сварного соединения ударным воздействием.
7. Способ по п. 1, который дополнительно включает использование первой и второй электропроводных направляющих (62, 64), которые позиционируют сегмент (40),
подачу импульса высокого постоянного тока, который протекает через первую направляющую (62), сегмент и вторую направляющую (64) с обеспечением продвижения отсеченного сегмента (40) к подложке (34).
8. Способ формирования сварного соединения ударным воздействием, используемый в аддитивном технологическом процессе, содержащий:
обеспечение проволоки (12), имеющей сердцевину (14) из металлического порошкового наполнителя, расположенную внутри оболочки (16),
вставку проволоки (12) в трубку (18), выполненную с отверстием (20), ориентированным поперек оси (22) трубки,
подачу по меньшей мере одного импульса лазерной энергии через отверстие (20) с возможностью его взаимодействия с оболочкой (16), при этом производят абляцию оболочки (16) посредством импульса лазерной энергии с отсеканием по меньшей мере одного сегмента (40) проволоки (12) и созданием давления газа, обеспечивающего продвижение упомянутого сегмента (40) к подложке (34) со скоростью, достаточной для его приваривания к подложке (34) ударным воздействием.
9. Способ по п. 8, в котором часть импульса лазерной энергии направлена в направлении нижнего конца (32) трубки (18), чтобы способствовать продвижению сегмента (40).
RU2018132738A 2016-02-17 2017-01-17 Способ для твердотельного аддитивного технологического процесса RU2703742C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/045,293 2016-02-17
US15/045,293 US10046413B2 (en) 2016-02-17 2016-02-17 Method for solid state additive manufacturing
PCT/US2017/013692 WO2017142657A1 (en) 2016-02-17 2017-01-17 Method for solid state additive manufacturing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2703742C1 true RU2703742C1 (ru) 2019-10-22

Family

ID=57915128

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018132738A RU2703742C1 (ru) 2016-02-17 2017-01-17 Способ для твердотельного аддитивного технологического процесса

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10046413B2 (ru)
EP (1) EP3416776B1 (ru)
JP (1) JP6701340B2 (ru)
KR (1) KR102065323B1 (ru)
CN (1) CN108602154B (ru)
RU (1) RU2703742C1 (ru)
SA (1) SA518391685B1 (ru)
WO (1) WO2017142657A1 (ru)
ZA (1) ZA201805477B (ru)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3074705B1 (fr) * 2017-12-08 2019-11-29 Adm28 S.Ar.L Procedes de formage/soudage de pieces par impulsion magnetique
WO2019117865A1 (en) * 2017-12-12 2019-06-20 Siemens Energy, Inc. Process of, system and apparatus to be used for additive manufacturing a superalloy component using magnetic pulse welding
DE102018001213A1 (de) 2018-02-16 2019-08-22 Technische Universität Chemnitz Einrichtung und Verfahren zur generativen Herstellung dreidimensionaler Körper auf einem Träger
JP2022522186A (ja) * 2019-02-27 2022-04-14 オハイオ・ステイト・イノベーション・ファウンデーション 運動量伝達法を用いた付加製造
CA3133822A1 (en) 2019-03-22 2020-10-01 Dmc Global Inc. Cladded article with clad layer having varying thickness
WO2021051078A1 (en) * 2019-09-13 2021-03-18 Ohio State Innovation Foundation Methods for and devices prepared from shape material alloy welding
CN113385803B (zh) * 2021-06-22 2022-09-16 南昌航空大学 一种重型运载火箭连接环电磁脉冲增材装置及方法
CN113718242B (zh) * 2021-06-30 2023-04-28 中国兵器科学研究院宁波分院 一种大尺寸弥散强化铜构件的增材制造连接成形方法
CN113828793B (zh) * 2021-10-12 2022-07-12 广东省科学院新材料研究所 一种火箭发动机推力室夹壁结构及其制造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2494844C2 (ru) * 2008-05-28 2013-10-10 Фрониус Интернэшнл Гмбх Способ изготовления структуры на поверхности металлической детали
WO2014022241A2 (en) * 2012-07-30 2014-02-06 Illinois Tool Works Inc. Root pass welding solution
DE102012018286A1 (de) * 2012-09-14 2014-03-20 Daimler Ag Kaltschweißverfahren und Kaltschweißvorrichtung
WO2014120913A2 (en) * 2013-01-31 2014-08-07 Siemens Energy, Inc. Localized repair of supperalloy component

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3520049A (en) 1965-10-14 1970-07-14 Dmitry Nikolaevich Lysenko Method of pressure welding
US3502897A (en) * 1967-07-10 1970-03-24 Lincoln Electric Co Method of and power supply for electric arc welding
US4513188A (en) * 1981-10-20 1985-04-23 Jack Katzenstein System and method for impact welding by magnetic implosion
CA2349137C (en) * 2000-06-12 2008-01-08 Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha Multi-layered anti-coking heat resistant metal tube and method for manufacture thereof
US6807717B2 (en) * 2001-09-28 2004-10-26 The Ohio State University High velocity forming of local features using a projectile
US6772934B2 (en) * 2002-10-11 2004-08-10 Dynamic Materials Corporation Kinetic energy welding process
US20050058851A1 (en) * 2003-09-15 2005-03-17 Smith Gaylord D. Composite tube for ethylene pyrolysis furnace and methods of manufacture and joining same
US8680432B2 (en) * 2005-04-20 2014-03-25 Illinois Tool Works Inc. Cooperative welding system
WO2006119620A1 (en) * 2005-05-09 2006-11-16 University Of Ottawa Methods and apparatuses for material deposition
CN100410005C (zh) * 2005-08-31 2008-08-13 江苏大学 激光冲击焊接制备梯度材料的方法和装置
WO2007076110A2 (en) * 2005-12-22 2007-07-05 Luvata Franklin, Inc. Grooved porous surface, production method and application in heat transfer
US20090045172A1 (en) * 2007-08-13 2009-02-19 Lincoln Global, Inc. Method of open root welding
WO2009111774A2 (en) 2008-03-07 2009-09-11 The Ohio State University Low-temperature spot impact welding driven without contact
US9192056B2 (en) 2011-09-12 2015-11-17 Lawrence Livermore National Security, Llc Methods and system for controlled laser-driven explosive bonding
US9021845B2 (en) 2012-04-05 2015-05-05 The Ohio State University Electrically driven rapidly vaporizing foils, wires and strips used for collision welding and sheet metal forming
DE102013014156A1 (de) 2013-08-24 2015-02-26 Daimler Ag Additives Verfahren zum Herstellen eines metallischen Bauteils und metallisches Bauteil

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2494844C2 (ru) * 2008-05-28 2013-10-10 Фрониус Интернэшнл Гмбх Способ изготовления структуры на поверхности металлической детали
WO2014022241A2 (en) * 2012-07-30 2014-02-06 Illinois Tool Works Inc. Root pass welding solution
DE102012018286A1 (de) * 2012-09-14 2014-03-20 Daimler Ag Kaltschweißverfahren und Kaltschweißvorrichtung
WO2014120913A2 (en) * 2013-01-31 2014-08-07 Siemens Energy, Inc. Localized repair of supperalloy component

Also Published As

Publication number Publication date
CN108602154B (zh) 2020-07-28
EP3416776A1 (en) 2018-12-26
KR102065323B1 (ko) 2020-01-13
ZA201805477B (en) 2019-06-26
KR20180114136A (ko) 2018-10-17
JP6701340B2 (ja) 2020-05-27
JP2019507685A (ja) 2019-03-22
SA518391685B1 (ar) 2021-08-18
EP3416776B1 (en) 2020-04-15
CN108602154A (zh) 2018-09-28
US20170232550A1 (en) 2017-08-17
WO2017142657A1 (en) 2017-08-24
US10046413B2 (en) 2018-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2703742C1 (ru) Способ для твердотельного аддитивного технологического процесса
JP5736135B2 (ja) 第１及び第２のフィラー金属の二重レーザビーム溶接方法
US10906128B2 (en) Discharge actuated solid state additive manufacturing
JP6108049B2 (ja) めっき鋼板のスポット溶接方法
CN106563929B (zh) 修复和制造涡轮发动机部件的方法及涡轮发动机部件
US6673169B1 (en) Method and apparatus for repairing superalloy components
RU2613006C2 (ru) Композиционная сварочная проволока
JP4160027B2 (ja) タービン部材の修理方法および材料堆積装置
US11135677B2 (en) Laser welding of component
US10137540B2 (en) Device for coating turbine components
JP2008114290A (ja) 高温電子ビーム溶接
EP1527839B1 (en) Fusion welding method and welded article
Shitarev et al. Repair of a gas turbine blade tip by impulse laser build-up welding
US9162306B2 (en) Method and system for reducing oversized holes on turbine components
CN114126786B (zh) 用于金属零件的增材制造方法
US20170080508A1 (en) Formation and repair of oxide dispersion strengthened alloys by alloy melting with oxide injection
RU2686499C1 (ru) Способ ремонта охлаждаемой лопатки из жаропрочного суперсплава турбины газотурбинного двигателя
US8674262B2 (en) Method of depositing electrically conductive electrode material onto the surface of an electrically conductive work piece
US20130086911A1 (en) Process and apparatus for overlay welding
KR20150008487A (ko) 니켈 베이스 초합금 컴포넌트들의 레이저 첨가제 수리
Schnell et al. A study of the weldability of gamma prime hardened superalloys
JP2010242610A (ja) ガスタービン部品の補修方法、ガスタービン部品及びガスタービン
Nalajala et al. Gas metal arc brazing behaviour of a galvanised advanced high strength steel in short circuiting and short circuiting with pulsing modes
KRIVTSUN et al. RESISTANCE WELDING OF SHAPE-MEMORY COPPER—ALUMINIUM ALLOY
Kireev et al. Equipment for processing materials with YAG-laser radiation