[发明专利]利用部件支撑的填料对基底的修复

说明书

在修复部件基底(18)、特别是由诸如镍基超合金之类的超合金组成的基底(18)的方法中，待修复的在受损区域(26)的基底(18)的一部分被移除，形成通过基底(18)的修复开口(28)。修复开口(28)相邻于部件(10)的内部腔(20)。腔(20)填充有诸如粉末金属合金之类的填充材料(30)，该粉末金属合金具有与基底(18)的组分对应的组分。热量随后被施加到填充材料(30)并且跨修复开口(28)以熔融填充材料，其被允许冷却以形成被融合到基底(18)并且跨开口(28)的修复沉积物(36、40、50)。随后从腔(20)中移除未消耗的填充材料(30)。

技术领域

本发明通常涉及金属接合的领域，并且更具体地涉及用于使用激光热源沉积金属的过程。

背景技术

焊接过程取决于被焊接的材料的类型而显著地变化。一些材料在各种条件下更容易被焊接，而其它材料需要特殊过程以便于实现结构良好的接合而不劣化周围的基底材料。

普通的电弧焊接通常利用自耗电极作为供给材料。为了从针对焊接熔池中的熔融材料的大气(atmosphere)提供保护，惰性覆盖气体或者焊剂材料可以在焊接许多合金时被使用，该许多合金例如包括钢、不锈钢以及镍基合金。惰性和组合的惰性和活性气体的过程包括气体钨电弧焊(GTAW)(也称为钨惰性气体(TIG))和气体金属电弧焊(GMAW)(也称为金属惰性气体(MIG)和金属活性气体(MAG))。焊剂保护的过程包括通常馈送有焊剂的埋弧焊(SAW)，焊剂包括在电极的芯中的药芯焊丝电弧焊(FCAW)，以及焊剂被涂布在填料电极外部上的屏蔽金属电弧焊(SMAW)。

利用能量束作为热源进行焊接也是已知的。例如，激光能量已经被用于将预放置的不锈钢粉末熔化到碳钢基底上，其中粉末状焊剂材料提供熔池的屏蔽。焊剂粉末可以与不锈钢粉末混合，或者作为单独的覆盖层施加。以本发明人的知识，当焊接超合金材料时并未使用焊剂材料。

已认识到的是，由于超合金材料易受到焊接凝固开裂和应变时效开裂的影响，超合金材料是最难焊接的材料之一。术语“超合金”在本文中使用，因为它在本领域中被普遍使用；即，在高温下表现出优异的机械强度和耐蠕变的高度抗腐蚀和抗氧化的合金。超合金通常包含高镍或钴含量。超合金的示例包括以下列商标和品牌名称销售的合金：Hastelloy,Inconel合金(例如，IN 738、IN 792、IN 939)、Rene合金(例如，Rene N5、Rene80、Rene 142)、Haynes合金、Mar M、CM 247、CM 247LC、C263、718、X-750、ECY 768、282、X45、PWA1483和CMSX(例如，CMSX-4)单晶合金。

通过将材料预加热到非常高的温度(例如，到高于1600℉或870℃)以便于在修复期间显著地增加材料的延展性已成功完成一些超合金材料的焊接修复。该技术被称为在升高的温度下的热箱焊接或超合金焊接(SWET)焊接修复，并且其通常使用手动GTAW过程被完成。然而，热箱焊接被维持均匀的部件过程表面温度的困难和维持完全的惰性气体屏蔽的困难而限制，并且也被施加在于这样高的温度的部件附近工作的操作者的物理困难而限制。

一些超合金材料的焊接应用可以使用冷却板以限制基底材料的加热而被执行；从而限制致使开裂问题的基底热影响和应力的发生。然而，该技术对于部件的几何形状不便于使用冷却板的许多修复应用而言是不实际的。

图11是图示了作为其铝和钛含量的函数的各种合金的相对焊接性的常规图。诸如具有这些元素相对较低的浓度以及必然相对较低的γ'(gamma prime)含量的718之类的合金被认为是相对可焊的，虽然这样的焊接通常被限制为部件的低应力区域。诸如具有这些元素相对较高的浓度的939之类的合金通常不被认为是可焊的，或者仅可以利用以上讨论的增大材料的温度/延展性并且最小化过程的热量输入的特殊过程被焊接。为了本文的讨论目的，虚线80指示了介于在线80以下的可焊区与在线80以上的非可焊区之间的边界。线80在垂直轴线上相交于3wt％(重量百分比)铝并且在水平轴线上相交于6wt％钛。在非可焊区以内，具有最高铝含量的合金通常被发现是最难焊接的。