NT100, Oerlikon 0P76, Sandvik 50SW或SASl。在使用之前可將焊劑顆粒研磨成所需較小的網(wǎng)目尺寸范圍。 常規(guī)用于高溫應(yīng)用如燃氣渦輪發(fā)動機的任何目前可得的基于鐵、鎳或鈷的超級合金將使用 本發(fā)明的方法連接、修復(fù)或涂覆，包括上述的那些合金。
[0040] 其它方案可提供熔化熱以穿過進料材料而不提供能量束或與能量束組合。例如， 圖2的線或帶進料材料44可被供電以在粉末和焊劑的層之下產(chǎn)生電弧，其中該線為易于以 擠出形式得到的材料（即并非超級合金材料）且該粉末包括其它所需的合金元素以在混合 的熔體池中形成所需的超級合金組合物?；蛘?，該粉末和焊劑可被選擇為導(dǎo)電的，以例如促 進電渣焊接方法從而有效形成超級合金包覆的材料層。在另一實施方案中，可使用常規(guī)等 離子體電弧包覆設(shè)備（plasma arc cladding equipment)(任選具有冷卻裝置的設(shè)備）將 與超級合金粉末材料混合的焊劑粉末進料至超級合金基底。在多種實施方案中該基底、進 料材料和/或粉末可預(yù)加熱。因為該熱輸入的精確度在使用能量束時（±1-2%)高于電 極（±10-15%)，因此期望使用能量束多于總熱輸入的一半。該光束能量可引導(dǎo)該埋弧或 電澄方法來引發(fā)具有源自基底的最小稀釋度（dilution)的預(yù)備恪體池 （preliminary melt pool)，然后可將該埋弧或電渣供料（contribution)添加至沉積的體積，而沒有顯著進一 步的基底影響，從而最小化稀釋效應(yīng)。
[0041] 根據(jù)多種實施方案，將混合的埋弧焊接焊劑和合金247粉末預(yù)先放置在2. 5至 5. 5mm深度且證實在最終焊接后的熱處理后實現(xiàn)無裂縫激光包覆沉積物。0. 6至2千瓦的 ?乙纖維激光功率水平已與檢流計掃描光學(xué)系統(tǒng)（galvanometer scanning optics) -起被 使用，使得熔體池沉積物寬度為3至IOmm且運行速度約為125mm/min。通過沉積物橫截面 的染料滲透試驗和金相檢測證實不存在裂縫。應(yīng)理解合金247為已知超級合金中最難以焊 接的合金之一，如圖6所示，由此證明本發(fā)明對于所有范圍的超級合金組合物的可操作性， 包括鋁含量大于3重量％的那些。
[0042] 應(yīng)理解無論是否沉積附加的包覆材料，當(dāng)修復(fù)超級合金基底時可實現(xiàn)使用粉末焊 劑材料的優(yōu)點。超級合金基底中的表面裂縫可通過以下修復(fù)：用粉末焊劑材料覆蓋表面，然 后加熱表面和焊劑材料以形成具有漂浮的熔渣層的熔體池。在熔渣層的保護下固化該熔體 池后，將形成沒有裂縫的干凈的表面。
[0043] 通過使用具有通常矩形能量密度的二極管激光可將激光能量施加穿過表面區(qū)域。 或者，在其沿基底向前移動時可以前后掃描圓形激光束以實現(xiàn)區(qū)域能量分布。圖5示出一 個實施方案的掃描方式，其中具有光斑直徑D的大體圓形的光束從第一位置74移動至第二 位置74'，然后移動至第三位置74"，等等。在其方向改變的位置處的光束直徑模式（beam diameter pattern)的重疊0的量優(yōu)選在D的25-90%，以提供材料的最佳加熱和恪化?；?者，兩個能量束可同時被掃描以獲得穿過表面區(qū)域的所需的能量分布，且光束模式之間的 重疊在各光束直徑的25-90 %的范圍。
[0044] 圖7示出使用粉末焊劑材料的激光微細熔覆方法。一個或多個噴嘴90a、90b用于 將包含推進劑氣體和粉末材料的射流92導(dǎo)向基底94。該基底可以是或可以不是超級合金 材料，但有利地可以是位于由圖6的線80所限定的可焊性區(qū)域之外的材料。射流92中的粉 末材料可包括任何在熔化時需要防止空氣的合金材料93a，且有利地可包含位于由圖6的 線80所限定的可焊性區(qū)域之外的粉末合金材料。隨著粉末材料推向基底94的表面，其通 過能量束如激光束96熔化形成焊池98。該粉末材料也包括粉末焊劑材料93b，隨著該方法 穿過基底94的表面，粉末焊劑材料93b與粉末合金材料93a -起熔化，且然后分開并固化， 以形成包覆合金的材料層102之上的熔渣層100。材料冷卻后使用任何已知方法去除熔渣 100。該粉末焊劑材料93b提供所有歸因于其在上述圖1-4的方法中的優(yōu)點。而且，因為該 粉末焊劑材料93b在處理位點即焊池自身內(nèi)提供屏蔽和脫氧化作用，該推進劑氣體可為常 規(guī)的惰性氣體如氬氣，或其可為不太昂貴的氮氣或空氣。
[0045] 如上述圖1-4所述，射流92中的粉末焊劑93b和粉末合金材料93a可具有重疊的 網(wǎng)目尺寸范圍或可成形為復(fù)合顆粒。由于不需要預(yù)先放置粉末，因而圖7的方法可被施加 至非水平表面，而且可結(jié)合多軸工具使用以施加包層至三維表面，如沿著燃氣輪機燃燒室 的過渡錐體的內(nèi)表面。在一個實施方案，圖7的方法可在船舶應(yīng)用中用于施加硬飾面或不 銹鋼抗腐蝕材料。焊劑93b和合金93a可由相同噴嘴進料或可獨立地從單獨的噴嘴90b、 90a進料。
[0046] 圖7的方法克服了用于沉積超級合金材料的常規(guī)激光微細熔覆的限制，因為可實 現(xiàn)更高的沉積速率（例如加倍的沉積速率而不用添加焊劑）而沒有使用標(biāo)準焊接后熱處理 的裂縫。圖5所示的激光二極管或激光束掃描，可促進這樣高的沉積速率。
[0047] 應(yīng)理解使用粉末材料促進功能分級的材料的沉積，其中沉積的材料的組成隨著時 間和空間改變。例如，合金組合物可從產(chǎn)物內(nèi)壁至外壁而改變，或產(chǎn)物內(nèi)部至接近其表面而 改變。該合金組合物可響應(yīng)于需要不同機械或腐蝕抗性的預(yù)期的操作條件而改變，且將材 料的成本考慮在內(nèi)。
[0048] 盡管本文已顯示和描述了本發(fā)明的多種實施方案，但顯而易見這些實施方案僅作 為實例提供?？稍诓黄x本發(fā)明的情況下做出多種變化、改變和替換。因此，預(yù)期本發(fā)明僅 由所附權(quán)利要求的實質(zhì)和范圍所限定。
【主權(quán)項】
1. 一種方法，包括： 使用推進劑氣體以將粉末合金材料和粉末焊劑材料導(dǎo)向基底； 用能量束熔化該粉末合金材料和粉末焊劑材料以在基底上形成焊池；和 使該焊池作為被熔渣層覆蓋的包覆合金的材料層在基底上固化和冷卻。2. 權(quán)利要求1的方法，還包括選擇該推進劑氣體為空氣或氮氣。3. 權(quán)利要求1的方法，還包括選擇該粉末合金材料和粉末焊劑材料以具有重疊的網(wǎng)目 尺寸范圍。4. 權(quán)利要求1的方法，還包括用激光束熔化該粉末合金材料和粉末焊劑材料。5. 權(quán)利要求4的方法，還包括用二極管激光束熔化該粉末合金材料和粉末焊劑材料。6. 權(quán)利要求1的方法，還包括： 用具有光束直徑D的激光束熔化該粉末合金材料和粉末焊劑材料；和 通過反復(fù)的方向改變掃描激光束，使得光束直徑在其方向改變的位置處的重疊〇的量 為 D 的 25-90%。7. 權(quán)利要求1的方法，還包括將該粉末合金材料和粉末焊劑材料成形為合金和焊劑材 料的雜合顆粒。8. 權(quán)利要求1的方法，還包括隨著該方法沿該表面移動改變該粉末合金材料的組成。9. 權(quán)利要求1的方法，還包括選擇該粉末合金材料以包括在繪制鈦含量相對鋁含量的 超級合金的圖上限定的可焊性區(qū)域之外的組合物，其中可焊性區(qū)域的上界為與鈦含量軸在 6重量％處交叉且與鋁含量軸在3重量％處交叉的線。10. -種方法，包括： 選擇粉末合金材料以包括在繪制鈦含量相對鋁含量的超級合金的圖上限定的可焊性 區(qū)域之外的組合物，其中可焊性區(qū)域的上界為與鈦含量軸在6重量％處交叉且與鋁含量軸 在3重量％處交叉的線；使用推進劑氣體以將該粉末合金材料和粉末焊劑材料導(dǎo)向基底； 用激光束熔化該粉末合金材料和粉末焊劑材料以在基底上形成焊池； 使該焊池作為被熔渣層覆蓋的包覆超級合金的材料層在基底上固化和冷卻；和 去除該熔渣層。11. 權(quán)利要求10的方法，還包括使用氮氣或空氣作為推進劑氣體。12. 權(quán)利要求10的方法，還包括選擇該粉末合金材料和粉末焊劑材料以具有重疊的網(wǎng) 目尺寸范圍。13. 權(quán)利要求10的方法，其在非水平表面上進行。14. 權(quán)利要求10的方法，其在彎曲表面上進行。15. 權(quán)利要求10的方法，還包括用二極管激光束熔化該粉末合金材料和粉末焊劑材 料。16. 權(quán)利要求10的方法，還包括： 用具有光束直徑D的激光束熔化該粉末合金材料和粉末焊劑材料；和 通過反復(fù)的方向改變掃描激光束，使得光束直徑在其方向改變的位置處的重疊O的量 為 D 的 25-90%。
【專利摘要】一種使用粉末焊劑材料(93b)的激光微細熔覆方法。將包含粉末合金材料(93a)和粉末焊劑材料的推進劑氣體的射流(92)導(dǎo)向至基底(94)。該粉末材料通過激光束(96)熔化以形成焊池(98)，其分離為覆蓋包覆合金的材料層(102)的熔渣層(100)。該焊劑材料使焊池脫氧化且隨著其冷卻保護該包覆層合金材料，從而使得推進劑氣體為氮氣或空氣而非惰性氣體。在一個實施方案中，該基底和合金材料為其組成在常規(guī)可焊性區(qū)域之外的超級合金。
【IPC分類】C23C24/10
【公開號】CN104955983
【申請?zhí)枴緾N201480006750
【發(fā)明人】G.J.布魯克, A.卡梅爾, M.奧特
【申請人】西門子能量股份有限公司
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2014年1月29日
【公告號】EP2950965A1, WO2014120729A1