使用復(fù)合填料粉末的高溫合金的包覆和熔焊的方法
【專利摘要】本構(gòu)思是高溫合金的包覆和熔焊的方法并且包括如下步驟：首先，向高溫合金基材施用復(fù)合填料粉末，其包含5-50wt％的含有熔點(diǎn)抑制劑的釬焊粉以及50-95wt％的高溫焊粉。第二，通過可相對(duì)于基材移動(dòng)的焊接熱源將基材和復(fù)合填料粉末同時(shí)加熱。加熱至將完全熔化釬焊粉且至少部分地熔化高溫焊粉且還熔化基材表面層的溫度，從而形成焊池。第三，焊池一旦凝固并冷卻，則在焊珠和基材之間存在接合。
【專利說明】使用復(fù)合填料粉末的高溫合金的包覆和熔焊的方法 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及熔焊和用于熔焊的填充材料，并且利用鎢極惰性氣體保護(hù)焊（GTAW)、 激光束焊（LBW)、電子束焊（EBW)、等離子焊（PAW)和微束等離子焊（MPW)的手動(dòng)和自動(dòng)焊 接，該填充材料可用于制造和修補(bǔ)由鎳、鈷和鐵基高溫合金制成的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 本發(fā)明涉及熔焊并且可以利用熔焊方法來用于連接、制造和修補(bǔ)由常規(guī)多晶、單 晶和定向凝固的高溫合金制造的制品，特別是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件。
[0004] 在熔焊中，兩個(gè)或多個(gè)制品之間的結(jié)合或連接是通過在引入或不引入填充材料的 情況下熔化基材、接著冷卻并結(jié)晶焊池來進(jìn)行的。熔焊可以產(chǎn)生在廣泛的溫度和條件下與 該基材的性能相等的性能。然而，凝固和殘余應(yīng)力的留存往往導(dǎo)致裂紋，難以焊接Inconel 713、Inconel738、Rene 77、Rene 80、CMSX-4、Rene M以及具有低延展性的其它高溫合金。
[0005] 釬焊（brazing)可以產(chǎn)生無裂紋接縫，因?yàn)槠洳恍枰刍囊垣@得接合。釬焊 是通過僅將釬焊材料熔化和凝固而進(jìn)行的。然而，在高溫下，釬焊接縫的機(jī)械性能通常比基 材的機(jī)械性能低50-75%。
[0006]由大部分鎳和鈷釬焊材料制成的釬焊接縫的不良機(jī)械性能不允許大尺寸修復(fù)渦 輪葉片和其它發(fā)動(dòng)機(jī)組件。
[0007] 因此，盡管有裂紋傾向，但是焊接往往比釬焊更常用于制造和修補(bǔ)不同的制品，包 括渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件。
[0008] 例如，按照W02009012747,渦輪葉片的修補(bǔ)是通過去除葉片的受損部分、隨后通過 使用激光束焊（LBW)(也稱為使用粉末填充材料的包覆）的焊縫熔敷來重建被去除的部分 而完成的。
[0009] EU102004002551所公開的方法包括去除受損材料，對(duì)修補(bǔ)區(qū)域進(jìn)行激光粉末沉積 以及機(jī)械加工，從而獲得所需的外形。
[0010] 在US專利6269540中描述了類似的方法。其包括使用相對(duì)于修補(bǔ)的表面移動(dòng)的 激光束和供給到該表面的填充材料、以激光束熔化一薄層的金屬基底并且填充材料在葉片 表面上形成熔融的金屬的方式進(jìn)行包覆。重復(fù)此過程，直到所期望的葉片部分被完全修復(fù)。 [0011] 由鎳和鈷基沉淀硬化和定向凝固的高溫合金制造的低延展性渦輪葉片在焊接和 熱處理過程中極易產(chǎn)生裂紋。
[0012] 因此，根據(jù)US5897801，為了在熔焊過程中避免裂紋，由具有低延展性的材料制成 的渦輪葉片在焊接之前被預(yù)熱至1800° F至2100° F的溫度。通過在預(yù)選區(qū)域中引弧以 局部熔化母體材料，提供具有與制品的鎳基高溫合金相同組成的填充金屬，并且將填充金 屬供給入電弧，電弧導(dǎo)致熔化并且后者與母體材料熔合，一旦凝固則形成焊縫熔敷，從而完 成焊接。
[0013] 在高溫下焊接的類似方法用于US6659332所公開的方法中。制品通過去除存 在于缺陷區(qū)域的受損材料、隨后在含有保護(hù)氣體的室中將制品預(yù)熱至基材固相線溫度的 60-98 %的溫度而進(jìn)行修補(bǔ)。
[0014] 為了使葉片中由于在熔焊過程中施用大量熱能而產(chǎn)生的焊接應(yīng)力最小化，根據(jù) CA1207137所述的方法，使葉片在焊接修補(bǔ)之前經(jīng)歷受控加熱并且在焊接修補(bǔ)之后控制冷 卻。
[0015] 渦輪葉片的預(yù)熱增加了修補(bǔ)成本，并且不能保證無裂紋焊縫，這歸因于使用沉淀 硬化的高溫合金制備的組件的低延展性。
[0016] US2010221567的直接金屬激光燒結(jié)方法包括以下步驟：至少向一部分制品施用 熔化溫度低于基底熔化溫度的包覆材料，并且將該包覆材料加熱至超過液相線溫度的溫 度，以使表面濕潤并在隨后的冷卻和凝固過程中形成固體化合物。為了防止氧化，該方法是 在真空或保護(hù)氣氛下進(jìn)行的。該方法基于在US6454885、US6383312、US6454885、US8123105 和其它現(xiàn)有技術(shù)所述的高溫釬焊工藝，因此也有類似的缺點(diǎn)。
[0017] 該方法的主要劣勢(shì)是在改變焊珠的幾何形狀的焊后固溶或恢復(fù)熱處理過程中釬 焊被覆熔接的完全再熔化，將修補(bǔ)區(qū)域的尺寸局限于單一焊接通道。
[0018] 另外，由于實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在焊后狀態(tài)下，使用具有高含量的諸如B和Si的熔點(diǎn)抑制劑 的Ni和Co基釬焊材料產(chǎn)生的焊縫很容易出現(xiàn)大量裂紋，因此不適于在"焊后"狀態(tài)下使用。
[0019] 根據(jù) Baner jee K.、Richards N. L.和 Chaturvedi M. C.的 "Effect of Filler Alloys on Heat Affected Zone Cracking in Pre-weld Heat Treated IN-738LC Gas-Tungsten-Arc Welds"，Metallurgical and Materials Transactions，卷36A，2005年 7月，第1881-1890頁，在Inconel 738上采用標(biāo)準(zhǔn)填充材料制備無裂紋焊縫的先前嘗試未 獲得成功。
[0020] 為了在發(fā)展現(xiàn)狀的范圍內(nèi)驗(yàn)證以上結(jié)果，對(duì)Inconel 738的可焊性進(jìn)行評(píng)估， 使用標(biāo)準(zhǔn)均質(zhì)焊接材料，其包括：含有諸多合金元素（包括總含量（bulk content)為 0.2-lwt% 的 Si)的標(biāo)準(zhǔn) AMS 5786 (Hastelloy W)和 AMS 5798 (Hastelloy X)鎳基焊絲，硅 的總含量為2. 75wt %的Haynes HR-160鎳基焊絲，與US2515185所述的材料類似的Si含量 為0· 05wt %至2wt %的鎳基合金，以及如US6468367的包含高達(dá)0· 05wt %的B和2. Owt % 的Re的更復(fù)雜的鎳基高溫合金。
[0021] 不考慮化學(xué)組成，使用標(biāo)準(zhǔn)焊接材料制得的所有的焊縫均顯示出在HAZ(熱影響 區(qū)）中沿著基材與焊珠之間的熔合線的大量粒間微裂紋。
[0022] 在Inconel 738中的HAZ裂紋與以下相關(guān)：在焊接過程中沿晶界的低溫共晶、碳 化物和其它沉淀物的初期熔化，隨后是由于在HAZ中的高水平的殘余張應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋傳 播。低溫共晶的缺乏和快速冷卻不允許在焊接過程中進(jìn)行完全裂紋回填，如Alexandrov Β· Τ·、Hope A. Τ·、Sowards J.W.、Lippold J. C.和McCracken S. S發(fā)表的名為：Weldability Studies of High-Cr, Ni-base Filler Metals for Power Generation Applications, Welding in the World，卷55，n. 3/4,第65-76頁2011 (Doc. IIW-2111，ex Doc. IX-2313-09) 所示。
[0023] 這些焊縫的焊后熱處理（PWHT)導(dǎo)致了在HAZ中的額外的壓力-老化裂紋。有些 裂紋傳播入焊縫。
[0024] 因此，目前僅預(yù)熱至超過900°C的溫度，允許在Inconel 738、Inconel 713、⑶T 111、⑶T 222、Rene 80、Mar M247以及其它沉淀硬化多晶和定向凝固的高γ'高溫合金、以 及Mar M 247、Rene 80、CMSX4、CMSX 10、Rene N5和其它單晶材料上進(jìn)行無裂紋焊接。
[0025] 然而，焊接前的預(yù)熱渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件增加了成本，并降低了焊接操作的工作效率。
[0026] 因此，本發(fā)明的主要目標(biāo)之一是開發(fā)出在環(huán)境溫度下對(duì)多晶、定向凝固高溫合金 和單晶高溫合金進(jìn)行焊接和包覆的新的成本有效的方法，其會(huì)使裂紋在焊接和焊后熱處理 過程中自愈合。
[0027] 此外，另一目標(biāo)是開發(fā)出焊后熱處理（PWHT)的參數(shù)以使裂紋在PWHT過程中自愈 合。
[0028] 發(fā)明簡述
[0029] 包覆和熔焊的方法包括步驟：向基材施用含有5-50%的釬焊粉和50-95%的高溫 焊粉的復(fù)合填料粉末，并且同時(shí)用局部焊接熱源加熱基材和復(fù)合填料粉末。填料粉末被加 熱至?xí)耆刍F焊粉和至少部分熔化高溫焊粉以及基材表面層的溫度，根據(jù)焊接參數(shù)產(chǎn) 生非均質(zhì)或均質(zhì)的焊池，隨后依次凝固和冷卻焊池，形成包含高溫枝晶的連續(xù)互連骨架和 枝晶間的共晶基質(zhì)的非均質(zhì)焊珠。這種基質(zhì)，連同在超過釬焊粉固相線溫度且低于基材固 相線溫度的溫度下的焊后熱處理，使裂紋通過毛細(xì)作用力自愈合，同時(shí)由通過高溫焊粉產(chǎn) 生的枝晶的連續(xù)互連骨架來支持焊珠的幾何形狀。
[0030] 使用優(yōu)選實(shí)施方案修補(bǔ)的制品包括具有受損區(qū)域的初始制造的無缺陷基材，該受 損區(qū)域在修補(bǔ)前被去除并且用復(fù)合焊接材料替換，所述復(fù)合焊接材料包含焊池凝固過程中 產(chǎn)生的高溫枝晶的連續(xù)骨架以及含有熔點(diǎn)抑制劑的基于釬焊的基質(zhì)。
[0031] 為了保證所需的焊縫的化學(xué)組成以及微觀結(jié)構(gòu)，在焊接過程中，根據(jù)焊縫熔敷 (weld build up)所需的尺寸使用一條或多條通道將焊池加熱至這樣的溫度，所述溫度超 過釬焊粉的熔化溫度但低于高溫焊粉的熔化溫度的1. 2倍。
[0032] 根據(jù)其它優(yōu)選實(shí)施方案，裂紋愈合是通過使用焊接源來局部加熱焊珠而進(jìn)行的， 優(yōu)選地與在低于釬焊粉的固相線溫度但高于500°C的溫度下完全熱處理制品相結(jié)合，使基 材釋放至少部分應(yīng)力。
[0033] 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，為了確保裂紋愈合，在焊珠材料的固液相線范圍內(nèi)但低于 高溫焊粉的固相線溫度下進(jìn)行焊后熱處理。固液相線范圍是通過實(shí)驗(yàn)得到的。
[0034] 焊接導(dǎo)致殘余應(yīng)力的聚集，同時(shí)在高溫?zé)崽幚磉^程中的裂紋愈合降低了基材的力 學(xué)性能。因此，基于基材的性能需求及使用條件，本發(fā)明的另一實(shí)施方案可以包括退火、老 化或者退火與隨后老化的組合。
[0035] 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，為了減少變形、殘余應(yīng)力以及冷裂，焊后熱處理是在施用 2-10個(gè)焊接通道后進(jìn)行的。
[0036] 優(yōu)選實(shí)施方案的焊接是用一個(gè)粉末加料斗、使用以所需比例預(yù)混合的釬焊粉和焊 粉來進(jìn)行的，或者是用兩個(gè)單獨(dú)的粉末加料斗在用焊接源加熱過程中混合這些粉末來進(jìn)行 的。焊接源選自激光、電子束、電弧或等離子。
[0037] 由于根據(jù)基材的化學(xué)組成和條件來提高可焊性，所以在焊接之前使制品進(jìn)行應(yīng)力 消除、老化或退火熱處理。
[0038] 按照優(yōu)選的實(shí)施方案，產(chǎn)生了無裂紋焊縫，例如當(dāng)焊池長度與焊接速度之比為 0· 002-0. 02 時(shí)。
[0039] 通過焊接修補(bǔ)制品可以在環(huán)境溫度下、在不預(yù)熱基材的情況下或在將制品預(yù)熱至 所需溫度的情況下進(jìn)行，使用具有與基材化學(xué)組成大致相同的類似焊粉或具有與基材化學(xué) 組成不同的不同焊粉以及釬焊粉，所述釬焊粉包括l-10wt%的Si,或0.2-4wt%的B，或者 I. 2-lOwt%的作為熔點(diǎn)抑制劑的Si和B的混合物，其中B的總含量不超過4wt%。
[0040] 在其它優(yōu)選的實(shí)施方案中，復(fù)合焊接材料包括高溫焊粉，并且釬焊粉用于產(chǎn)生預(yù) 堆邊焊道（buttering pass)，接著使用高溫焊粉焊接以產(chǎn)生具有所需幾何形狀的焊縫熔 敷。
[0041] 本發(fā)明的方法可以用于使至少兩個(gè)制品連接，制造、修補(bǔ)及尺寸修復(fù)由多晶、定向 凝固、單晶和復(fù)合材料制造的結(jié)構(gòu)組件、殼體、潤輪導(dǎo)向葉片（nozzle guide vanes)、壓縮 機(jī)葉片和渦輪葉片。
[0042] 觀察到以下優(yōu)勢(shì)。
[0043] 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)此方法在環(huán)境溫度下、在具有高含量的Y '相和碳的大多數(shù)多晶、定向 凝固和單晶高溫合金上產(chǎn)生無裂紋焊縫，降低了成本，提高了生產(chǎn)率，并改善了工作條件的 健康和安全性。
[0044] 該方法導(dǎo)致形成由高溫且高強(qiáng)度的枝晶的連續(xù)骨架和延展性基質(zhì)組成的非均質(zhì) 復(fù)合焊珠結(jié)構(gòu)。這產(chǎn)生的焊珠的機(jī)械性能和抗氧化性超過釬焊的及典型均質(zhì)焊接的接縫的 性能。
[0045] 盡管釬焊粉和焊粉和基材在相同焊池中熔化，但使用優(yōu)化焊接參數(shù)產(chǎn)生的焊縫中 發(fā)生非均質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的形成。
[0046] 由該方法熔敷的焊縫在焊后熱處理中展示出裂紋自愈合，消除了代價(jià)高昂的返工 的必要性。
[0047] 其也顯示出超過基體和高溫焊接材料的抗氧化性的優(yōu)異抗氧化性。
[0048] 有利地，存在最佳焊接參數(shù)的寬泛窗口，這簡化了過程控制。
[0049] 本構(gòu)思是高溫合金的包覆和熔焊的方法，包括如下步驟：
[0050] a)向高溫合金基材施用復(fù)合填料粉末，其包含5-5〇Wt%的含有熔點(diǎn)抑制劑的釬 焊粉以及50-95 Wt%的高溫焊粉；
[0051] b)通過可相對(duì)于基材移動(dòng)的焊接熱源將基材和復(fù)合填料粉末同時(shí)加熱至?xí)耆?熔化釬焊粉且至少部分地熔化高溫焊粉且還熔化基材表面層的溫度，從而形成焊池；
[0052] c)焊池一旦凝固并冷卻，則在焊珠和基材之間存在接合。
[0053] 優(yōu)選地，其中焊接方法施用于由基材構(gòu)成的制品，并且還包括選自以下的步驟：將 制品接合在一起、包覆制品以用于尺寸修復(fù)、制造制品及修補(bǔ)制品。
[0054] 優(yōu)選地，一旦凝固并冷卻，則在焊珠中形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括高熔化溫度的 枝晶的互連骨架與枝晶間的共晶基質(zhì)。
[0055] 優(yōu)選地，一旦加熱，則形成非均質(zhì)焊池。
[0056] 優(yōu)選地，一旦加熱，則形成均質(zhì)焊池。
[0057] 優(yōu)選地，還包括焊后熱處理步驟。
[0058] 優(yōu)選地，其中焊后熱處理是在超過釬焊粉的固相線溫度且低于高溫焊粉的固相線 溫度的溫度下進(jìn)行的，其中至少部分再熔化基質(zhì)并通過毛細(xì)作用由共晶填充裂紋。
[0059] 優(yōu)選地，其中焊后熱處理是在低于釬焊粉的固相線溫度但高于500°C的溫度下進(jìn) 行的，從而發(fā)生焊珠和基材的至少部分應(yīng)力釋放。
[0060] 優(yōu)選地，其中焊后熱處理是通過用焊接熱源加熱焊珠來局部進(jìn)行的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0061] 圖1是在熱處理后使用微等離子焊接在Inconel 738上產(chǎn)生的Mar M247-AWS A5.8BNi-9包覆焊縫的橫向（a)和縱向（b)截面顯微圖像。
[0062] 圖2是在Inconel 738上用Inconel 738-AWS A5.8BNi-9填充材料制成的三通道 激光束包覆焊縫（LBW)的典型宏觀結(jié)構(gòu)，其中（a)_焊態(tài)條件下的縱向樣品，（b)_熱處理后 的縱向樣品（b)。
[0063] 圖3示出在熱處理之前在HAZ中裂紋愈合的微觀結(jié)構(gòu)（a)，以及在1200°C下PWHT 后的三通道包覆焊縫的宏觀結(jié)構(gòu)（b)。
[0064] 圖4是在焊態(tài)條件下（a)和熱處理后（b)的在Inconel 738上用Inconel 738-AWS A5. 8BNi-9填充材料制成的包覆焊縫金屬的宏觀結(jié)構(gòu)。
[0065] 圖5示出在熱處理后，在Inconel 738上用Inconel 738-AMS4782制成的激光包 覆焊縫（a)和HAZ (b)的宏觀結(jié)構(gòu)。
[0066] 圖6是多通道包覆焊縫熔敷的微觀結(jié)構(gòu)，將Mar M247-AWS A5. 8BNi-9填料粉末 用于預(yù)堆邊焊道并且將Rene 80用于頂部焊接通道（top pass)，其中（a)_在頂部上的 Mar M247-AWS BNi-9和Rene 80包覆焊縫之間的熔合區(qū)域，（b)_示出共晶區(qū)域的熱影響區(qū) (HAZ)。
[0067] 圖7示出使用Inconel 738-AWS A5. 8BNI-9填充材料制成的多通道焊縫熔敷。
[0068] 圖8是修補(bǔ)的渦輪葉片和顯微照片，描繪了無缺陷基材（1)，由多通道包覆焊接產(chǎn) 生的葉片的修補(bǔ)部分（2)以及使修補(bǔ)部分（2)與基材（1)結(jié)合的在HAZ中的共晶層（3)。
[0069] 發(fā)明詳述
[0070] 術(shù)語和定義
[0071] 復(fù)僉里魁粉復(fù)IMiLl-在產(chǎn)生焊接接縫或包覆焊縫中加入的材料，該焊接接縫或 包覆焊縫包含具有不同的化學(xué)組成、凝固范圍和性質(zhì)的不同高溫焊粉和釬焊粉的混合物。
[0072] 焊粉-在產(chǎn)生焊接接縫或包覆焊縫中加入的粉末形式的焊接材料。
[0073] 高淵焊粉-固相線溫度高于1200°C且低于鎢熔化溫度3422°C的焊粉。
[0074] 釬焊粉-在產(chǎn)生熔化溫度高于400°C但低于基材和高溫焊粉的熔化溫度的釬焊接 縫中加入的粉末形式的釬焊材料。
[0075] 某材或金屬-待焊接的制品或組件的金屬或合金。
[0076] 包星-出于提高抗磨損性和/或抗腐蝕性或其它性質(zhì)的目的和/或出于以最少滲 入基材的方式將部件修復(fù)至所需的尺寸的目的，施用相對(duì)厚層（>〇.5mm(0. 02英寸））的焊 接材料和/或復(fù)合焊粉的方法。
[0077] 多通道包覆-具有兩個(gè)或更多個(gè)的焊接材料和/或復(fù)合焊粉的連續(xù)通道的包覆。
[0078] 鎢極惰性氣體保護(hù)焊=GTAW
[0079] 激光束焊=LBW
[0080] 電子束焊=EBW
[0081] 等離子弧焊=PAW
[0082] 可燃?xì)夂?OAW
[0083] 焊后熱處理=PWHT
[0084] 熔融焊池 -在凝固為焊接金屬以前的液體或半液體狀態(tài)的焊池。
[0085] 焊珠-在焊接和/或包覆通道的過程中由焊接材料和/或復(fù)合焊粉的凝固產(chǎn)生的 焊接沉積物。
[0086] 相似焊接材料-具有與基材相同的化學(xué)組成的焊接材料。
[0087] 不同焊接材料-具有與基材不同的化學(xué)組成的焊接材料。
[0088] 熱影響區(qū)（HAZ)-基體金屬未被熔化的部分，但其機(jī)械性能或微觀結(jié)構(gòu)已經(jīng)由于 焊接、包覆、釬焊、低溫焊接（soldering)或切割的熱量而改變。
[0089] 均質(zhì)焊珠 -由具有相似化學(xué)組成、凝固范圍和物理性質(zhì)的相似的顆粒、枝晶和相 組成的焊珠。
[0090] 非均質(zhì)焊珠 -由具有不同化學(xué)組成、固-液相線范圍或凝固范圍和物理性質(zhì)的顆 粒、相和沉淀物組成的焊珠。
[0091] 焊珠的部分再熔化-將復(fù)合焊珠加熱至超過釬焊粉的凝固溫度但低于高溫焊粉 的凝固溫度的溫度。
[0092] 共晶基質(zhì)-在低于復(fù)合焊珠中的枝晶的固相線溫度的溫度下于釬焊粉和高溫焊 粉的冶金相互作用過程中形成的合金。
[0093] 復(fù)合焊珠 -通過焊接或包覆產(chǎn)生的并且包含至少兩種具有不同凝固范圍和性質(zhì) 的成分（為枝晶和共晶）的合金。
[0094] 熔點(diǎn)抑制劑-降低金屬和合金的熔化溫度的一種或多種化學(xué)成分，其有時(shí)導(dǎo)致共 晶的形成以及固-液相線范圍（也稱為凝固范圍）的增加。
[0095] 固相線溫度-金屬或合金完全是固體的最高溫度。
[0096] 液相線溫度-所有的金屬或合金都是液體的最低溫度。
[0097] 固-液相線范闈或淵度-在固相線和液相線之間的淵度區(qū)域，其中金屬或合金處 于部分固體和部分液體的狀態(tài)。
[0098] 焊縫熔深-焊縫從其表面延伸到基材或接縫的最小深度，不包括增強(qiáng)情況。
[0099] 間斷-焊珠（金屬）一般結(jié)構(gòu)的中斷，諸如材料或焊珠的機(jī)械、冶金或者物理特性 方面缺乏均勻性。
[0100] 焊縫缺陷-通過天然或累積效應(yīng)（例如，總裂紋長度）致使部件或產(chǎn)品無法滿足 最低的適用驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范的一種或多種中斷。
[0101] 裂紋-以銳利尖端和高的長寬比（通常超過三（3))為特征的斷裂型中斷。
[0102] 裂臉_僅具有斷裂面輕微分離（張開位移）的小裂紋狀中斷。前綴宏觀（macro-) 或微觀（micro-)表示相對(duì)大小。
[0103] 非均質(zhì)焊池 -熔融或半熔融的焊池，其中液化的不同釬焊材料、焊材和基材共存 并在凝固成復(fù)合非均質(zhì)焊珠之前具有非均勻分布的化學(xué)成分。
[0104] 復(fù)合非均質(zhì)焊珠 -由非均質(zhì)焊池的凝固產(chǎn)生的焊接沉積物，所述非均質(zhì)焊池產(chǎn)生 至少兩種冶金結(jié)合的成分，例如在這種情況下，枝晶的互連骨架和枝晶間的共晶基體各自 具有顯著不同的化學(xué)成分、凝固范圍和物理性質(zhì)。
[0105] 老化溫度-在金屬和合金的熱處理過稈中發(fā)牛從過飽和固溶體中沉淀二次相的 溫度。
[0106] 預(yù)堆邊焊道-使用包覆熔焊過稈的表面準(zhǔn)備工作，其在基材上沉積堆焊金屬 (surfacing metal)以為后續(xù)完成焊接提供冶金相容的焊接金屬沉積物。
[0107] 高溫合金基材-用于制造渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件及其它制品的金屬材料,其表現(xiàn)出:在 高溫（至多0. 9倍熔化溫度）下的優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度和抗蠕變性（在應(yīng)力下固體材料緩慢移動(dòng) 或變形的傾向）；良好的表面穩(wěn)定性、抗氧化性和抗腐蝕性。高溫合金通常具有奧氏體面心 立方晶體結(jié)構(gòu)的基質(zhì)。高溫合金主要用于制造渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件。
[0108] 復(fù)合焊接結(jié)構(gòu)-非均質(zhì)結(jié)構(gòu)包括金屬性結(jié)合的高溫互連的枝晶骨架和共晶基質(zhì)， 其中金屬鍵合通過焊池熔化和凝固過程中緊湊在一起的價(jià)金屬原子的增加的空間擴(kuò)展而 產(chǎn)生。
[0109] 初始制誥的制品-從未經(jīng)過修補(bǔ)的制品。
[0110] 詳述
[0111] 航空和工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片由具有低延展性的高溫合金、定向凝固材料和單晶 材料制造，以保證高的斷裂性能。然而，低延展性降低了這些材料的可焊接性，這歸因于焊 縫通過塑性變形適應(yīng)殘余應(yīng)力的能力受限。
[0112] 為了在具有低延展性的材料上成功地進(jìn)行焊接，有必要通過降低填充材料的熔化 溫度來使凝固應(yīng)力最小化，使?jié)B透深度最小化，使基材過熱并提高焊珠的凝固范圍。這允許 通過在焊縫內(nèi)塑性變形來適應(yīng)凝固和熱應(yīng)力。
[0113] 本發(fā)明的方法通過構(gòu)建自愈合焊縫而解決了開裂問題，其中在焊珠中的裂紋和在 與熔合線相鄰的HAZ中的裂紋在焊后熱處理過程中自愈合。此外，自愈合還在多通道焊接 過程中發(fā)生，這歸因于后續(xù)通道的熱量輸入。
[0114] 本發(fā)明的方法僅用舉例的方式公開了 Inconel 738制造的渦輪葉片的修補(bǔ)。
[0115] 在焊接修補(bǔ)之前，使渦輪葉片以及其它渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件進(jìn)行保護(hù)涂層（如果有的 話）的剝離以及按照相關(guān)原始設(shè)備制造商（OEM)的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行除銹和清洗。
[0116] 在清洗后，使渦輪葉片按照AMS2647或ASTM DE1417或OEM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行氟滲透檢驗(yàn) (FPI)，隨后是尺寸檢驗(yàn)。
[0117] 在焊接之前，由沉淀硬化多晶高溫合金如Inconel 738制造的潤輪葉片還可以進(jìn) 行恢復(fù)熱處理或高等靜壓（HIP)處理以修復(fù)部件的斷裂和疲勞壽命并且提高基材承受焊 接的能力。
[0118] 例如，Inconel 738的恢復(fù)（溶液）退火是在1190°C ± KTC的溫度下進(jìn)行2-4小 時(shí)，隨后是控制冷卻以減少Y'-相的量。
[0119] 在熱處理之后，通過機(jī)械加工或使用手持式旋轉(zhuǎn)銼和碳化鎢磨頭的手動(dòng)研磨，將 受損的材料從修補(bǔ)區(qū)域機(jī)械去除。
[0120] 必須徹底清除有缺陷的材料，以保證優(yōu)良的焊接。因此，機(jī)械加工后，使修補(bǔ)區(qū)域 進(jìn)行FPI以確保裂紋完全去除，接著用堿、丙酮、甲醇或蒸汽清洗來除油。在焊接前，修補(bǔ)區(qū) 域還用丙酮和無絨布清洗。
[0121] 預(yù)混合的復(fù)合焊粉可以包括5-50%的硼基釬焊粉，如AWS A5. 8BNi-9 (還有AWS BNi-9)、AMS 4777,或硅基釬焊粉AMS4782或硅-硼基釬焊粉Amdry788,以及高溫焊粉。高 溫焊粉可以具有與基材相似的化學(xué)組成或者與基材化學(xué)組成不同的化學(xué)組成，從而產(chǎn)生更 優(yōu)良的焊縫。
[0122] 包含高溫焊粉Inconel 738、或者具有優(yōu)異的抗氧化性的不同粉末如Mar M247、 Rene 80、Rene 142或者用釬焊粉制備的定制粉末的復(fù)合焊粉被預(yù)先制備或在包覆過程中 于標(biāo)準(zhǔn)多料斗粉末進(jìn)樣器中直接產(chǎn)生。
[0123] 釬焊粉和高溫焊粉的選擇基于使用溫度、修補(bǔ)區(qū)域的應(yīng)力-應(yīng)變情況以及基材的 化學(xué)組成。
[0124] 例如，為了修補(bǔ)暴露于中等溫度的低壓渦輪葉片，硼基釬焊粉是最好的選擇。這是 由于硼能夠容易地?cái)U(kuò)散至HAZ，并且通過形成具有低于母體材料的熔化溫度的共晶來愈合 與熔合區(qū)域相鄰的微裂紋。這些共晶將焊縫冶金結(jié)合至母體材料，構(gòu)建如圖3(b)所示的獨(dú) 特結(jié)構(gòu)。
[0125] 對(duì)于暴露在熱和苛刻條件的航空發(fā)動(dòng)機(jī)的相對(duì)輕的渦輪葉片，硅基釬焊粉如AMS 4782等是更優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈兙哂斜扰鸹F焊材料更好的抗氧化性。
[0126] 暴露于高溫和應(yīng)力的重型工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓渦輪葉片可以使用硅-硼基AWS BNi-KKBCo-I或類似釬焊粉來修補(bǔ)。
[0127] 相同的方法可以用于選擇可由相同或不同的鐵基、鎳基、鈷基高溫合金產(chǎn)生的高 溫焊粉。
[0128] 在包覆過程中，高溫焊粉和釬焊粉以及基材可以被大量熱或者如激光或電子束、 電弧和等離子的焊接源熔化。
[0129] 激光和微等離子焊是目前用于渦輪葉片尖端修復(fù)的最先進(jìn)的方法。因此，這些焊 接方法將更詳細(xì)地討論。使在焊接過程中的熱量輸入最小化，同時(shí)使焊接速度最大化，以降 低滲透深度、稀釋、焊池的大小以及凝固時(shí)間。
[0130] 焊池的凝固和冷卻導(dǎo)致復(fù)合非均質(zhì)焊珠的形成，其是由高溫焊粉所產(chǎn)生的枝晶的 連續(xù)互連骨架以及釬焊粉和焊粉和基材所形成的枝晶間的共晶組成。
[0131] 通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，形成復(fù)合非均質(zhì)焊珠的最佳條件是在激光包覆中以焊池長度與焊 接速度之比為〇. 002-0. 02來實(shí)現(xiàn)的。
[0132] 由激光束熔化基底并將復(fù)合焊粉引入焊池中，這產(chǎn)生了所有材料的熔合以及包覆 焊縫與基材之間的金屬鍵的形成。第一層的化學(xué)組成取決于稀釋和滲透深度。
[0133] 在焊池的凝固過程中，沿熔合區(qū)域形成具有垂直于基底的外延生長的枝晶的柱狀 枝晶結(jié)構(gòu)。隨著凝固進(jìn)展，枝晶的生長方向傾向于焊縫方向，導(dǎo)致形成在包覆焊縫頂端部分 上的與基底平行定向的等軸或延長的晶粒。然而，在多通道包覆中，焊縫的頂端部分被再熔 化，這導(dǎo)致形成如圖5所示的從基材開始的貫穿整個(gè)包覆焊縫的枝晶互連骨架。如果使用 最佳焊接參數(shù)，則形成這種微觀結(jié)構(gòu)。
[0134] 高焊接速度和凝固速率、低熱量輸入、焊池長度小以及液態(tài)金屬的受限攪拌產(chǎn)生 了凝固的非平衡條件。這導(dǎo)致復(fù)合非均質(zhì)焊珠的形成，其中富含硼和硅的共晶沿著枝晶和 晶界分離，產(chǎn)生具有優(yōu)異的自愈合裂紋能力的基質(zhì)。
[0135] 在焊接過程中，也觀察到通過基于液態(tài)釬焊的基體來愈合HAZ中的微裂紋。然而， 由于焊池的快速凝固和冷卻，與熔合線相鄰的大裂紋未完全愈合。
[0136] 為了完全愈合所有焊縫和HAZ裂紋，渦輪葉片在高于釬焊粉的凝固溫度但低于 高溫焊粉的凝固溫度的溫度下進(jìn)行焊后熱處理（PWHT)，使僅有釬焊基基質(zhì)（braze base matrix)部分再熔化，同時(shí)復(fù)合包覆焊縫的幾何形狀由高溫枝晶的連續(xù)骨架支持。
[0137] 按照另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，PWHT的第一階段是在焊縫的固-液相線范圍內(nèi)完成 的，所述固-液相線范圍可以通過預(yù)先的焊縫熱擴(kuò)散分析（DTA)或通過一系列實(shí)驗(yàn)來確定。
[0138] 為了防止在PWHT過程中形成空隙，基于釬焊的基質(zhì)必須互連遍布整個(gè)焊縫。因 此，選擇合適的焊粉和釬焊粉以及優(yōu)化焊接參數(shù)在焊縫自愈合中發(fā)揮重要作用。
[0139] 發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的方法可以用于愈合寬度高達(dá)0. 8mm且長度高達(dá)20毫米的裂紋，這還 沒有在任何現(xiàn)有技術(shù)中觀察到。
[0140] 延長的浸泡時(shí)間使硼擴(kuò)散入基材并且在一定程度上使硅擴(kuò)散入基材。也觀察到硼 擴(kuò)散入由高溫焊粉產(chǎn)生的枝晶中，導(dǎo)致在Inconel 738的HAZ中形成共晶，這伴隨有裂紋愈 合。我們觀察到如圖3(b)所示的深度高達(dá)1.8mm的原始裂紋的所有跡象均被消除。
[0141] 已經(jīng)使用不同的焊接材料進(jìn)行了工業(yè)和航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件的渦輪葉片以及渦 輪導(dǎo)向葉片（NGV)的各種焊接修補(bǔ)。因此，PWHT的主要目的是為了修復(fù)基材的原有機(jī)械性 能以及進(jìn)行應(yīng)力釋放，從而使焊縫的機(jī)械性能最大化。
[0142] 為了完成焊接后的裂紋自愈合，Inconel 738合金在1120_1220°C的溫度下熱處 理2小時(shí)，隨后用氬氣從980°C的溫度淬火。這導(dǎo)致基材的退火、，熔解和碳化物的再沉 淀。
[0143] 為了修復(fù)Inconel 738基材的初始機(jī)械性能，進(jìn)行了在1120°C的溫度下四⑷個(gè) 小時(shí)的兩階段PWHT，隨后進(jìn)行在845°C的溫度下十六（16)個(gè)小時(shí)的老化以及氬氣淬火。
[0144] 觀察到在兩階段老化之后的IN 738的典型微觀結(jié)構(gòu)包括在奧氏體基質(zhì)中的Y ' 的立方體沉淀。Y '和碳化物的沉淀硬化確保了高極限強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為49. 4KSI和 36. 8KSI，以及15. 5%的伸長率及在22KSI的壓應(yīng)力和982°C的溫度下破裂時(shí)間為23. 7小 時(shí)的蠕變強(qiáng)度。這種熱處理后的大多數(shù)晶界已具有了有助于延長葉片斷裂壽命的鋸齒形的 形態(tài)。
[0145] 使用本發(fā)明的復(fù)合焊粉產(chǎn)生的焊縫包含高熔化溫度的枝晶的互連骨架以及富含 硼（B-系列）、娃（S-系列）及硼和娃（SB-系列）的枝晶間的鎮(zhèn)和鈷基共晶基質(zhì)，它們也在 焊后熱處理過程中經(jīng)歷了部分老化。
[0146] 因此，用硼基釬焊粉制成的焊縫顯示出更粗糙的晶粒邊界特征以及非常細(xì)的立方 體和球形的微觀結(jié)構(gòu)，這也是在老化狀態(tài)的Inconel738的典型結(jié)構(gòu)。
[0147] 具有硅添加劑的焊縫有更高的熱穩(wěn)定性。沒有證據(jù)表明初生奧氏體晶粒再結(jié)晶或 枝晶形態(tài)改變。在兩階段老化之后，用Si基釬焊粉產(chǎn)生的焊珠具有極其精細(xì)的立方體， 相。
[0148] 具有中等量的硼和硅的焊縫具有過渡微觀結(jié)構(gòu)。沒有證據(jù)表明在焊縫或在HAZ有 裂紋。
[0149] 所有三種所述類型的釬焊粉可以潛在地用于Inconel 738渦輪葉片上的焊接，但 是使用Si產(chǎn)生的焊縫具有最高的抗氧化性，如實(shí)施例9表2所示。因此，Si基釬焊粉對(duì)于 渦輪葉片的尖端修復(fù)是最有效的，而硼基釬焊粉應(yīng)當(dāng)用于葉片平臺(tái)中裂紋的焊接修補(bǔ)。
[0150] PWHT之后，使修補(bǔ)區(qū)域進(jìn)行機(jī)械加工或拋光以修復(fù)渦輪葉片的原始輪廓線。
[0151] 最終的FPI和/或影像學(xué)檢驗(yàn)（X-射線）是基于有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范而進(jìn)行的。
[0152] 使用本發(fā)明的方法和復(fù)合填料粉末修補(bǔ)的渦輪葉片的典型示意圖在圖8中示出。
[0153] 該葉片包含基材的原始無缺陷部分（1)(在該情況下為Inconel 738)以及通過多 通道激光包覆和PWHT產(chǎn)生的修補(bǔ)部分（2)。
[0154] 因此，葉片的修補(bǔ)部分包括由高溫焊粉產(chǎn)生的互連枝晶骨架和基于釬焊的基質(zhì)， 所述基質(zhì)通過在HAZ中的無裂紋共晶層（3)與基材產(chǎn)生聚結(jié)。
[0155] 為了證明本發(fā)明的方法和復(fù)合焊粉修補(bǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)部件的能力，在Inconel 738、Mar M002、Inconel 625、Rene N5和奧氏體不銹鋼304基材上進(jìn)行多通道包覆。
[0156] 自動(dòng)激光束包覆是使用配備了 IkW激光器的Liburdi LAWS 1000激光焊接系統(tǒng)進(jìn) 行的。
[0157] 自動(dòng)微等離子（MPW)焊接是用Liburdi LAWS 4000系統(tǒng)進(jìn)行的。
[0158] 手動(dòng)GTAW-M焊接是用Liburdi Puls Weld 100電源和標(biāo)準(zhǔn)焊炬進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)結(jié) 果在下面的實(shí)施例1至9中進(jìn)行討論。
[0159] 實(shí)施例1
[0160] 三（3)通道自動(dòng)微等離子體脈沖包覆是在環(huán)境溫度下使用由70% Mar M247高溫 填料和30% AWS BNi-9釬焊粉末組成的填充材料在0. 060-0. 070英寸寬的Inconel 738基 底上進(jìn)行的。
[0161] 使用以下參數(shù)：
[0162] 行進(jìn)（焊接）速率_2ipm(英寸/分鐘）
[0163] 送粉速率 _3g/min
[0164] 最大焊接電流-21. 8A
[0165] 最小焊接電流-15. 6A
[0166] 占空比（Duty Cycle)-60%
[0167] 頻率-3Hz
[0168] 保護(hù)氣-氬氣
[0169] 維弧氣-氬氣
[0170] 使焊接的樣品在壓力低于KT4托的真空中于1120° ±10°C的溫度下進(jìn)行焊后熱 處理兩（2)小時(shí)。在此溫度下，該包覆焊縫的材料處于固-液狀態(tài)，這使包覆焊縫中的微裂 紋自愈合以及沿熔合線形成共晶合金，致使微裂紋愈合。
[0171] 在包覆焊縫和HAZ中沒有觀察到裂紋。圖Ia和圖Ib中不出了樣品的典型顯微圖 像。
[0172] 實(shí)施例2
[0173] 三（3)通道激光包覆是在環(huán)境溫度下使用由75% Inconel 738高溫填料和25% AWS BNi-9釬焊粉末組成的填充材料于環(huán)境溫度下在0. 080-0. 090英寸寬的Inconel 738 基底上進(jìn)行的。
[0174] 為了產(chǎn)生0.090-0. 100英寸寬的包覆焊縫，激光焊頭與焊接方向垂直地振動(dòng)。
[0175] 為了使在第一通道（first pass)期間的基底過熱最小化并確保通道之間的良好熔 合，激光束能量從第一通道至頂部（最后）通道逐漸增加。
[0176] 使用以下焊接參數(shù)：
[0177] 焊接速率-3. 8ipm
[0178] 送粉速率 _6g/min
[0179] 振動(dòng)速率（橫跨焊接樣品）_45ipm
[0180] 振動(dòng)距離-樣品中心線每側(cè)0. 033英寸
[0181] 束能量：325W(第一通道）、350W(第二通道）、400W(第三通道）
[0182] 載氣-氬氣
[0183] 保護(hù)氣-氬氣
[0184] 在焊接后，將樣品切為兩個(gè)相等的部分。
[0185] 使一部分在焊態(tài)條件下進(jìn)行金相評(píng)定。我們觀察到在激光焊接過程內(nèi)由熔融的填 充材料完成在HAZ中微裂紋的自愈合，所述填充材料通過毛細(xì)作用從焊接溶池中被吸入裂 紋，如圖3a所示。
[0186] 使樣品的第二部分在壓力低于KT4托的真空中于1200° ±10°C的溫度下進(jìn)行焊 后熱處理兩（2)小時(shí)。在此溫度下，該包覆焊縫的材料處于固-液狀態(tài)，這使焊縫中的微裂 紋自愈合。我們觀察到沿熔合線形成共晶合金，這消除了初始HAZ微裂紋的所有跡象，如圖 3b所示。
[0187] 焊后熱處理還致使過飽和固溶體分解，如圖4所示的富含硼的顆粒的沉積以及如 以下表1所示的包覆焊縫的顯微硬度降低至母體材料水平，這證明了將本發(fā)明的方法用于 修復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)組件的可行性：
[0188] 表1-包覆焊縫的顯微硬度
[0189]

【權(quán)利要求】
1. 高溫合金的包覆和熔焊的方法，包括以下步驟： a) 向高溫合金基材施用復(fù)合填料粉末，所述復(fù)合填料粉末包含5_50wt %的包含熔點(diǎn) 抑制劑的釬焊粉以及50-95Wt%的高溫焊粉； b) 通過可相對(duì)于所述基材移動(dòng)的焊接熱源將所述基材和所述復(fù)合填料粉末同時(shí)加熱 至完全熔化所述釬焊粉且至少部分地熔化所述高溫焊粉且還熔化所述基材的表面層的溫 度，從而形成焊池； c) 所述焊池一旦凝固并冷卻，則在焊珠和所述基材之間存在接合。
2. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，其中將所述焊接方法施用于由所述基材 構(gòu)成的制品，并且還包括選自以下的步驟：將制品接合在一起、包覆所述制品以用于尺寸修 復(fù)、制造所述制品及修復(fù)所述制品。
3. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，一旦凝固并冷卻，則在所述焊珠中形成復(fù) 合結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包含高熔化溫度的枝晶的互連骨架和枝晶間的共晶基質(zhì)。
4. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，一旦加熱，則形成非均質(zhì)焊池。
5. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，一旦加熱，則形成均質(zhì)焊池。
6. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，還包括焊后熱處理的步驟。
7. 如權(quán)利要求1和3所述的包覆和熔焊的方法，其中焊后熱處理是在超過所述釬焊粉 的固相線溫度且低于所述高溫焊粉的固相線溫度的溫度下進(jìn)行的，其中至少一部分的所述 基質(zhì)再熔化并通過毛細(xì)作用由共晶填充裂紋。
8. 如權(quán)利要求6所述的包覆和熔焊的方法，其中所述焊后熱處理是在低于所述釬焊粉 的固相線溫度但高于500°C的溫度下進(jìn)行的，從而發(fā)生所述焊珠和所述基材的至少部分應(yīng) 力釋放。
9. 如權(quán)利要求6所述的包覆和熔焊的方法，其中通過用所述焊接熱源加熱所述焊珠來 局部進(jìn)行所述焊后熱處理。
10. 如權(quán)利要求6所述的包覆和熔焊的方法，其中所述焊后熱處理是在所述基材的退 火溫度下進(jìn)行的。
11. 如權(quán)利要求6所述的包覆和熔焊的方法，其中所述焊后熱處理是在所述基材的老 化溫度下進(jìn)行的。
12. 如權(quán)利要求6所述的包覆和熔焊的方法，其中所述焊后熱處理包括退火和隨后的 老化熱處理。
13. 如權(quán)利要求6所述的包覆和熔焊的方法，其中所述焊后熱處理是在所述焊珠材料 的固-液相線范圍內(nèi)但低于所述高溫焊粉的固相線溫度下進(jìn)行的。
14. 如權(quán)利要求13所述的包覆和熔焊的方法，其中所述焊珠材料的固-液相線范圍是 通過實(shí)驗(yàn)得到的。
15. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，其中所述復(fù)合填料粉末在焊接期間被所 述熱源加熱至如下溫度，所述溫度超過所述釬焊粉的熔化溫度但低于所述高溫焊粉的熔化 溫度的1. 2倍。
16. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，其中使用至少兩個(gè)連續(xù)通道進(jìn)行所述復(fù) 合焊粉向所述基材的施用。
17. 如權(quán)利要求6所述的包覆和熔焊的方法，其中所述焊后熱處理是在施用至少兩個(gè) 焊接通道后進(jìn)行的。
18. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，其中所述釬焊粉和焊粉在凝固和冷卻之 前是完全熔化的。
19. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，其中當(dāng)所述高溫焊粉被加熱至低于其液 相線溫度的溫度時(shí)，所述釬焊粉是完全熔化。
20. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，在所述加熱步驟之前，還包括預(yù)混合預(yù)選 比例的所述釬焊粉和所述高溫焊粉的步驟，并且還包括將所述預(yù)混合的粉末從單個(gè)粉末加 料斗送入所述焊池。
21. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，還包括以下步驟：在所述加熱步驟過程中 并僅在進(jìn)入所述焊池之前將所述釬焊粉和所述高溫焊粉混合，并且進(jìn)一步將所述粉末從至 少兩個(gè)粉末加料斗送入所述焊池。
22. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，其中選擇所述焊池的長度與焊接速度之 t匕，使其落在〇. 002-0. 02之間。
23. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，還包括在焊接之前進(jìn)行的退火熱處理步 驟。
24. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，還包括在焊接之前進(jìn)行的應(yīng)力釋放熱處 理步驟。
25. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，還包括在焊接之前進(jìn)行的老化步驟。
26. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，其中所述熔點(diǎn)抑制劑由Si組成，Si的量 為所述釬焊粉的約l-l〇wt%。
27. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，其中所述熔點(diǎn)抑制劑由B組成，B的量為 所述釬焊粉的約〇. 2-4wt%。
28. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，其中所述熔點(diǎn)抑制劑由B和Si的預(yù)選 混合物組成，所述預(yù)選混合物的量為所述釬焊粉的約1. 2-lOwt %，其中所述B含量小于約 4wt % 〇
29. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，其中所述高溫焊粉選自鎳基合金、鎳基高 溫合金、鈷基合金、鈷基高溫合金、鐵基合金以及鐵基高溫合金。
30. 如權(quán)利要求1和29所述的包覆和熔焊的方法，其中以wt %計(jì)，所述高溫焊粉由以 下化學(xué)元素組成： Co 9-15% ； A1 3-6. 5% ； C 0. 1-0. 2% ； Ti、Zr 和 Hf，總含量 1-8. 5 % ; Ta 和 Nb，總含量 0. 5-8. 5% ; W和Mo，總含量7-20% ; Cr 和 Re，總含量 6. 5-18. 5% ; Fe和Mn，總含量0. 1-1% ; 其余為Ni和雜質(zhì)。
31. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，其中所述高溫焊粉具有與所述基材大致 相同的組成。
32. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，其中所述高溫焊粉具有與所述基材不同 的組成。
33. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，其中所述焊接熱源選自激光束、電子束、 電弧和等離子。
34. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，其中所述復(fù)合填料粉末僅用于產(chǎn)生預(yù)堆 邊焊道。
35. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，其中所述焊接是在環(huán)境溫度下且不預(yù)熱 所述基材的情況下進(jìn)行的。
36. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，其中在焊接之前，所述基材被預(yù)熱至超過 應(yīng)力釋放溫度但低于所述基材的凝固溫度的溫度。
37. 如權(quán)利要求2所述的包覆和熔焊的方法，其中所述制品為渦輪葉片。
38. 如權(quán)利要求37所述的包覆和熔焊的方法，其中所述渦輪葉片的材料選自多晶材 料、定向凝固材料以及單晶材料。
39. 如權(quán)利要求2所述的包覆和熔焊的方法，其中所述制品選自渦輪導(dǎo)向葉片、渦輪發(fā) 動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)組件、渦輪機(jī)殼體和壓縮機(jī)葉片。
40. 如權(quán)利要求2所述的包覆和熔焊的方法，其中所述制品由復(fù)合材料制造。
41. 如權(quán)利要求1所述的包覆和熔焊的方法，還包括以下初始步驟：從由所述基材組成 的最初制造的制品上去除受損區(qū)域以進(jìn)行所述制品的修補(bǔ)。
【文檔編號(hào)】B23K31/02GK104428101SQ201280074474
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月5日
【發(fā)明者】亞歷山大·B·恭查洛夫, 約瑟夫·利寶地, 保羅·羅登, 斯科特·哈斯蒂 申請(qǐng)人:利寶地工程有限公司