超级合金部件的修复的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请通常涉及金属连接领域，并尤其是在一些实施例中涉及用钎焊工艺超级合 金燃气轮机部件的修复。
【背景技术】
[0002] 燃气轮机热气体路径部分通常由超级合金材料来制造。本文使用的术语"超级合 金"如其在本领域中通常使用的；即，一种高抗腐蚀和氧化的合金展示出卓越的机械强度以 及对高温下蠕变的抗性。超级合金典型的包含高镍或钴含量。超级合金的示例包含以下商 标和品牌名销售的合金，哈斯特洛伊合金，因科内尔镍铬铁耐热耐蚀合金（例如IN 738, IN 792, IN 939)，雷内合金（例如 Rene N5, Rene 80, Renel42)，海恩斯合金，Mar M，CM 247， CM 247LC，C263, 718, X-750, ECY 768, 282, X45, PWA 1483 和 CMSX (例如 CMSX-4)单晶体合 金。
[0003] 图1图示了已知燃气轮机发动机叶片10,其包括翼面12、平台14和底部16。叶片 10可以从超级合金材料制造，并可以被任何多种已知的热障涂层系统覆盖。这样的叶片已 知会发展出运行导致的热机械疲劳裂纹，诸如位于平台14上的裂纹18、20。运行导致的超 级合金材料的其它形式的退化也是可能的，并且此类缺陷可能在叶片10的其它区域或者 在发动机的其它热气流路径部件中形成。
[0004] 已知由于它们对焊缝凝固裂纹和应变时效裂纹的敏感性，超级合金材料是最难以 修复的材料。在其超级合金基础材料中发展成运行导致缺陷的诸如叶片10的现有技术燃 气轮机超级合金部件通常不能被修复，导致大笔开支用于替换该元件。超级合金材料的裂 纹能够通过钎焊过程维修，但是因为钎焊材料有限的强度并且由于钎焊过程通常要求使用 不利的熔点抑制材料，例如硼或硅，此类维修存在应用限制。因此，改进修复超级合金材料 的维修工艺是被期望的。
【附图说明】
[0005] 该发明通过以下图来解释。多个图中图示的相似特征用相似的附图标记来指示。
[0006] 图1图示了显示运行导致裂纹的现有技术燃气轮机叶片。
[0007] 图2图示了为了消除运行导致裂纹具有其一部分平台被移除的燃气轮机叶片。
[0008] 图3图示了替换部分连接用于代替平台的移除部分的图2的叶片。
[0009] 图4是替换部分和图3的平台间接口的局部侧面剖面图。
[0010] 图5是替换图不表面结构的表面的局部剖面图。
【具体实施方式】
[0011] 图2图示了诸如通过加工，磨削，切割或其它已知工艺来移除平台14的一部分24 之后的燃气轮机叶片22。有利地，移除的部分24包括之前呈现的运行导致的裂纹18、20的 位置。
[0012] 图3图示了在替换部分26已经被连接到平台14代替被移除的部分24之后的图2 的燃气轮机叶片，因此消除了对单独裂纹18、20的清理和维修的需求。这个替换部分26使 用钎焊过程连接。被改良的适合用于超级合金材料的钎焊材料已经被本发明的委托人开发 出来，诸如在共同的美国专利应用号13/495223和13/467402中描述的基于合金的镍铬钛 合金，在本文两者均被合并作为参考。与以前的钎焊材料比较这些材料强度更好，并且它们 足够牢固被考虑为结构修复（例如至少基体金属的屈服强度的70%)。本发明通过允许相 同的超级合金材料形成替换部分以及叶片22的剩余部分，或者对于移除的部分24的特定 位置用具有期望的特定属性的另一种超级合金材料来形成，而利用这种改善的纤焊特性。 替换部分可以是未涂覆的或者其可以在被纤焊到位置之前至少部分用热障涂层来涂覆，但 不论发生何种情况，平台14上涂覆的任何热障涂层在替换部分安装后被重新磨光。替换 部分26可以由铸造合金形成，或者可选择地，可以由粉状材料形成，诸如选择性激光熔化 (SLM)或选择性激光烧结（SLS)材料。
[0013] 移除部分24的尺寸和形状在叶片10的检查之后确定以确保所有关注的裂纹18、 20的移除。根据被修复的缺陷的图案，在特定叶片上多于一个部分将被移除或者替换。对 于特定的部件设计，运行导致的缺陷图案可能在机器的机群上形成，并且一个或多个具有 标准尺寸的替换部分26可以被开发，其包含用于针对该机群的运行导致的缺陷的全部或 大部分。标准替换部分26可以在一个机器检修停机前被制造，材料的移除步骤可以响应于 标准尺寸而被控制以提供对应于可替换替换部分26中的一个的移除部分24。可替换地，材 料的移除可以基于叶片22的检查和与作为移除部分24紧密配合的替换部分26的要求来 确定和执行。计算机和本领域已知的视觉系统可以用于对移除的部分24定尺寸和/或创 造并且用以引导紧密配合的替换部分26的制造。
[0014] 图4是对于一个实施例的替换部分26和平台14之间的钎焊连接界面28的局部 侧面部分视图。界面28具有机械联锁形状（即，提供关于至少两个轴的移动限制），其在实 施例中通常为S型。可以设想界面的其它形状，诸如Z形，C形，W形、U形等等。机械联锁 不仅仅帮助减少接合处的压力和最小沿着接合处化裂纹的扩散，还可以以绘图者的方式， 在垂直方向上支撑替换部分26的同时，在替换部分26粘合之前通过将它在水平方向滑入 至移除部分24的位置来支撑替换部分26。注意只有顶部表面30被暴露至热气流路径，并 通常覆盖热障涂层，而底部表面32通常被压缩冷空气有效地冷却，因此，界面28通常被保 护免受最高的温度和压力。
[0015] 维修燃气轮机发动机部将的过程可以包括以下步骤：
[0016]-从设施移除发动机；
[0017]-选择性从发动机移除部件；
[0018] -将部件清理至后续步骤需要的程度，包含适当地移除表面涂层；
[0019] -执行检查以必要地定位缺陷；
[0020] -移除部件包含缺陷的部分；
[0021] -准备替换部分；
[0022] -按要求清理部件上的界面表面和替换部分；
[0023] -通过钎焊将替换部分连接至部件替换移除部分；
[0024] -适当地替换表面涂层
[0025] -必要时将部件返回至发动机；以及
[0026] -把发动机返回服务。
[0027] 在一个实施例中，燃气轮机叶片由合金247制成，合金247由8. 3铬，10钴，0. 7钼， 10钨，5.5铝，1钛，3钽，0. 14碳，0.015硼，0.05锌和1.5铪额定重量百分比成分组成。叶 片从设施移除，并在其平台上找到具有运行导致疲劳裂纹。平台部分包含通过机械加工移 除的裂纹，并且合金247的替换部分通过使用诸如钎焊粉末的结构性钎焊材料连接在其位 置处，或者钎箱具有不超过约0.003英寸的厚度。钎焊材料由具有窄熔融温度范围（诸如 小于10摄氏度）的近共晶合金和具有液相温度小于合金247材料的溶液温度（1220摄氏 度-1260摄氏度）