[发明专利]超耐热合金部件以及超耐热合金部件的电渣修复和电气修复

说明书

技术领域

本发明涉及服务退化的诸如涡轮叶片和轮叶的超耐热合金部件铸件的修复。更特别地，本发明涉及通过重熔基体基板铸件表面并在熔融的填充材料池中生长的电渣焊工艺修复或新制造超耐热部件铸件。由于结合的熔融材料固化形成至少部分地复制原始基板铸件晶体结构的灌注基板扩展(substrate extension)。

背景技术

服务退化的燃气涡轮或者其它的超耐热合金部件铸件的“结构”修复通常被认为是用匹配的合金材料替换损坏的材料并且实现接近原始制造部件规格(例如，至少原始规格极限抗拉强度的70％)的性能，诸如强度。例如，优选地对经历表面裂纹或叶尖腐蚀的涡轮叶片进行结构修复，以便降低进一步开裂的风险，并且叶片恢复至原始的材料结构和尺寸规格。

由于成品叶片材料的冶金性能，用于制造诸如铸件涡轮叶片的涡轮部件的镍钴基超耐热合金材料的结构修复或重新制造是具有挑战性的。例如，当经受高温焊接时，具有高于6％的聚合的铝或钛含量的诸如CM247合金的超耐热合金比较低铝-钛含量的X-750超耐热合金更容易受到应变时效开裂。通常，在使成品涡轮叶片合金难于进行随后的结构性焊接的铸造后热处理过程中，成品涡轮叶片合金被加强。目前用于超耐热合金结构制造或修复的焊接工艺通常涉及邻接焊接准备的基板的大致熔化以及所添加的焊条或其它填充材料的完全熔化，以便修复裂纹或建立侵蚀表面。当此材料构成的叶片用相同或相似合金的填充金属焊接时，相比于新部件，叶片易经受固化(亦称，熔析)焊缝内和焊缝附近的开裂，和/或恢复超耐热合金原始强度以及其它材料性能的随后的热处理工艺过程中易经受应变时效(亦称，二次加热)开裂。

可替换的超耐热合金焊接工艺，包括在升高的温度下，在所谓的“热”箱中焊接的包括具有冷却夹具的激光微熔覆，以及惯性摩擦焊仍然可以导致焊接后热处理应变时效开裂(strain age cracking)。诸如搅拌摩擦焊的其它的摩擦焊工艺可以降低超耐热合金开裂倾向，但所使用的焊接设备有相对有限的工具寿命。可替换的超耐热合金焊接工艺均不太合适于重建大容积的侵蚀部件基板材料，例如，侵蚀的涡轮叶尖或轮叶的重建。

相比于结构修复或制造，超耐热合金的“装饰性”修复或制造被认为是用较少结构性质规格的非匹配合金材料替换损坏的材料(或者接合新制造材料的两个部件)，其中不需要局部的原始结构性能。例如，可使用装饰性修复以恢复所修复的包括轻度涡轮叶尖或轮叶侵蚀的部件的原始轮廓的几何形状。如上所述，理想的是对表面裂纹进行结构修复以降低部件恢复工作时的表面裂纹随后扩张的可能性。相反地，装饰性修复的一示例是在涡轮叶片机翼上填充表面凹坑(如对抗表面裂纹)以恢复其原始的空气动力学外形，其中叶片的局部外表面对于整个叶片的整体结构不是关键的。通常通过使用耐氧化焊接或钎焊比叶片主体超耐热合金基板强度更低的合金来实现装饰性修复或制造，但该合金有更高的延展性以及对超耐热合金基板的材料性能无负面影响的更低的应用温度。

鉴于超耐热合金结构修复焊接的缺陷，通常商业上唯一可接受的解决方案是废弃需要结构修复的损坏的涡轮叶片，这是因为过去的经验表明此结构修复的成功很有限。因此，修复被限制于在过去已经被证实可成功执行的结构，其通过上文描述的可替代的超耐热合金焊接工艺或通过使用具有降低的结构强度的更易延展的焊条填充材料的装饰性焊接。

因此，本领域需要一种用于进行超耐热合金部件铸件的结构制造的方法或者一种用于对服务退化的诸如涡轮轮叶和叶片的超耐热合金部件铸件的表面进行结构修复的方法，以便能修复结构裂纹、侵蚀表面以及其他表面缺陷。

本领域还需要增加服务退化的诸如涡轮轮叶和叶片的超耐热部件铸件的结构修复的成功率，以便降低损坏部件的废弃率。

本领域还需要一种用于进行超耐热合金部件铸件的结构制造或修复服务退化的诸如涡轮轮叶和叶片的超耐热合金部件铸件的表面的方法，但不需要复杂焊接或修复后的热处理过程。

发明内容

因此，本发明的目的是进行超耐热合金部件铸件的结构制造，或者对服务退化的诸如涡轮轮叶和叶片的超耐热合金部件铸件的表面进行修复，以便修复结构裂纹、侵蚀表面以及其它表面缺陷。

本发明的另一目的是增加成功进行结构修复诸如涡轮轮叶和叶片的超耐热合金部件铸件的可能性，以便降低损坏部件的废弃率。

本发明的另一目的是进行超耐热合金部件铸件的结构制造或者对服务退化的诸如涡轮轮叶和叶片的超耐热合金部件铸件的表面进行修复，但不需要复杂的焊接或者修复后的热处理过程。