[发明专利]复合焊丝及其制造方法

说明书

本发明涉及用于对高温合金制成的组件进行熔焊的复合焊丝。该复合焊丝包括内焊芯以及施用并结合于该内焊芯的表层。该表层包含选自B和Si的合金元素，B和Si在复合焊丝中的总的整体含量为0.1‑10wt.％。优选地，B的总的整体含量小于4wt.％，且表层包含5‑95wt.％的选自B和Si的合金元素。

技术领域

本发明涉及熔焊的填充材料，其可用于采用钨极氩弧焊(GTAW)、激光焊(LBW)、等离子焊(PAW)和微束等离子焊(MAW)的手动和自动焊接对由镍、钴和铁基高温合金制成的涡轮发动机组件进行的修复。

背景技术

已经开发了数代用于涡轮发动机的镍基和钴基高温合金。然而，尽管沉淀强化高温合金制成的发动机组件拥有优异的机械和抗氧化性能，但其依然易于热疲劳裂纹、氧化、硫化和腐蚀。

为了修复严重损坏的发动机组件，Liburdi Engineering Ltd.开发了LiburdiPowder Metallurgy方法(LPM^TM)，该方法获得专利权并于1992年首次记载在美国专利5,156,321中。

所述LPM^TM方法基于向修复区域施用Mar M-247、Inconel 738或其它高温合金制成的修补剂与有机粘合剂，随后在超过1000℃的温度下烧结该粉末来产生多孔复合物，所述多孔复合物冶金结合在基底上，随后用在修复区域形成具有优异的机械和氧化性能的沉积物的低熔镍或钴基合金对修复区域进行LPM^TM液相烧结。

General Electric公司开发并提出了类似的名为活化扩散愈合(ADH)的方法，该方法描述在下述文献中：“Improving Repair Quality of Turbine Nozzles UsingSA650Braze Alloy”,Wayne A.Demo,Stephen Ferrigno,David Budinger和Eric Huron,Superalloys 2000,由T.M.Pollock,R.D.Kissinger,R.R.Bowman,K.A.Green,M.McLean,S.Olson和J.J.Schim编辑,TM.5,The Minerals,Metals&Materials Society,2000,pp.713-720。

在ADH修复中，向修复区域施用浆料。所述浆料由高熔点高温合金粉末和ADH合金制成，所述高温合金粉末通常具有与待修复的合金相同的组成，所述ADH合金通过添加硼(B)或硅(Si)粉末而具有较低的熔点。将所述浆料混合在一起并悬浮在标准有机钎焊粘合剂中。

主要通过使用硼而使ADH合金具有低熔点。硼水平在下列之间获得平衡：钎焊流动所需的最低值、可接受的裂缝填补、以及在一侧上的合理低的钎焊过程温度(避免对另一侧上的机械性能产生过多的有害影响)。

在ADH和LPM方法中，修复区域均包含大量的低熔点物质，这使得用传统填充材料通过熔焊极难进行任何缺损的下列修复或返工。因此，过量的硼扩散导致即使为了修复微小的间断，也必须重复LPM^TM和ADH周期，从而提高修复成本并对母材的性能造成影响。

Joe Liburdi等人报告了采用Inconel 625填充焊丝进行GTAW焊接以修复LPM^TM材料的若干进展，记载于“Novel Approaches to the Repair of Vane Segments”,International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition,Cincinnati,Ohio-May 24-27,1993,发表于American Society of Mechanical Engineers,93-GT230。然而，由于产生不一致性的大多数原因是Inconel 625合金的高熔化温度超过了LPM方法中使用的钎焊材料的熔化温度，从而该方法的实际使用受到限制。