用于修补叶片的系统及方法
【技术领域】
[0001]本文所述的系统及方法大体上涉及叶片修补。更具体而言，本系统及方法涉及一种感应加热线圈，其构造成在焊接操作期间保持可见性的同时向叶片的平台削减面区域提供均匀的局部加热。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮发动机利用轴流式压缩机吸入和压缩空气，使压缩空气与燃料混合，燃烧混合物，且经由对压缩机供能的轴流式涡轮区段排出燃烧产物。发动机的涡轮区段包括一个或更多个盘，各个盘均包括从其外周突出的多个叶片。热排出气体冲击叶片，引起(多个)盘旋转。(多个)旋转盘附接到轴上，轴也驱动压缩机。压缩机也由旋转盘制成，各个盘均具有从其外周突出的多个叶片。盘在轴由涡轮旋转时在轴上快速转动，且弯曲叶片以与电风扇有些相同的方式吸入和压缩空气。
[0003]盘上的涡轮叶片处于由燃料的燃烧所得的热排出气体中，且以很高速度旋转。因此，叶片在氧化和腐蚀环境中操作，且经历高操作应力。为了在这些恶劣条件下幸存，涡轮叶片由超级合金制成，这是提供抗氧化性、耐腐蚀性和强度的元素的昂贵混合物。这些超级合金通过各种机构沿优选方向进一步被加强，该机构包括使涡轮叶片作为定向颗粒或甚至作为单晶生长。
[0004]用于涡轮叶片的超级合金包括镍基超级合金、铁基超级合金和钴基超级合金。这些超级合金可由沉淀机制来进一步加强。例如，包括Ni3Al的ga_a’ ( γ ')相通过适合的溶液和时效处理来沉淀在合金的FCC晶体结构的γ基质中。控制γ’相，这些铸造的新零件的尺寸和分布两者是公知的。涡轮叶片包括延伸到热气流中的翼型件部分、将叶片附接到涡轮盘上的燕尾部分、以及将翼型件部分与燕尾部分分离的平台部分。柄部分在平台部分与燕尾部分的中间。涡轮叶片还设有环境涂层和/或热障涂层，以进一步改善涡轮发动机的热、腐蚀、氧化环境中的其存活能力。
[0005]然而，涡轮叶片由于在燃气涡轮发动机中操作而经历破坏。该破坏可为机械性质和冶金性质两者。涡轮叶片制造昂贵，以致于从经济观点期望只要可能就修补叶片，而非替换它们。在许多情形中，叶片可通过除去任何剩余的保护涂层，随后焊接受损的机械区域且再加工焊补区域以恢复按需要的尺寸，随后再次施加保护涂层来修补。
[0006]感应加热和焊接已经用于修补叶片，但此方法在尝试修补涡轮叶片的平台和削减面区域时不令人满意。之前已知的感应加热线圈在平台和削减面区域中不提供均匀的局部温度轮廓。由平台和削减面区域经历的非均匀温度可引起修补处开裂和失效。此外，之前已知的感应线圈在焊接期间妨碍焊接技术人员的视线。在焊接技术人员看不到需要修补的整个区域时，由于焊接可能不当定位或以不以正确的量或厚度施加，故可产生较差的焊接质量。
[0007]所需的是一种系统及方法，其在超级合金涡轮叶片的焊补期间允许平台和削减面区域中的均匀的局部温度轮廓，同时对于焊接技术人员保持焊接区域的可见性。
【发明内容】
[0008]在本发明的一个方面中，一种用于修补叶片的系统包括构造成用于加热叶片的平台和削减面的感应加热线圈。感应加热线圈在平台下方延伸，且邻近削减面，以向叶片的平台和削减面两者提供大致均匀的局部加热。感应加热线圈构造成以便平台可在焊接或修补操作期间可见。
[0009]在本发明的另一个方面中，一种用于修补叶片的方法包括以下步骤:提供具有翼型件、平台和削减面的叶片，以及提供用于支承叶片的夹具。夹具包括感应加热线圈，其构造成用于加热叶片的平台和削减面。感应加热线圈在平台下方延伸，且邻近削减面，以向叶片的平台和削减面两者提供大致均匀的局部加热。感应加热线圈构造成以便在焊接操作期间可看到平台。该方法还包括以下步骤:在惰性气氛中加热平台和削减面，以及在惰性气氛中焊接平台或削减面的受损区域。
[0010]在本发明的又一个方面中，提供了一种用于修补叶片的方法。该叶片具有翼型件、平台和削减面。该方法包括提供用于支承叶片的夹具的步骤。夹具包括感应加热线圈，其构造成用于加热叶片的平台和削减面。感应加热线圈在平台下方延伸，且邻近削减面，以向叶片的平台和削减面两者提供大致均匀的局部加热。感应加热线圈构造成以便平台在修补操作期间可见。该方法还包括以下步骤:加热平台和削减面，以及修补平台或削减面的受损区域。
[0011]本发明的第一技术方案是一种用于修补叶片的系统，系统包括:构造成加热叶片的平台和削减面的感应加热线圈；以及其中感应加热线圈在平台下方延伸，且邻近削减面来将大致均匀的局部加热提供至叶片的平台和削减面两者，且其中感应加热线圈构造成以便平台在修补操作期间可见。
[0012]本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，感应加热线圈还包括:多个通量集中器，通量集中器构造成将来自感应加热线圈的磁通量聚焦于叶片中。
[0013]本发明的第三技术方案是在第二技术方案中，第一通量集中器定位于在平台下方延伸的感应加热线圈的一部分上，且第一通量集中器构造成将磁通量聚焦于平台中。
[0014]本发明的第四技术方案是在第三技术方案中，第二通量集中器和第三通量集中器定位在邻近削减面的感应加热线圈的一部分上，且第二通量集中器和第三通量集中器两者都构造成将磁通量聚焦于削减面中。
[0015]本发明的第五技术方案是在第四技术方案中，第二通量集中器定位在叶片的前缘附近，且第三通量集中器定位在叶片的后缘附近。
[0016]本发明的第六技术方案是在第五技术方案中，第二通量集中器和第三通量集中器定位在削减面的高度的大约50%处。
[0017]本发明的第七技术方案是一种用于修补叶片的方法，方法包括:提供具有翼型件、平台和削减面的叶片；提供用于支承叶片的夹具，夹具还包括:构造用于加热所述叶片的所述平台和削减面的感应加热线圈，其中所述感应加热线圈在所述平台下方延伸，且邻近所述削减面来向所述叶片的所述平台和削减面两者提供大致均匀的局部加热，且其中感应加热线圈构造成以便平台在焊接操作期间可见；在惰性气氛中加热平台和削减面；以及在惰性气氛中焊接平台或削减面的受损区域。
[0018]本发明的第八技术方案是在第七技术方案中，感应加热线圈还包括:多个通量集中器，通量集中器构造成将来自感应加热线圈的磁通量聚焦到叶片中；以及其中第一通量集中器定位于在平台下方延伸的感应加热线圈的一部分上，且第一通量集中器构造成将磁通量聚焦于平台中，第二通量集中器和第三通量集中器定位在邻近削减面的感应加热线圈的一部分上，且第二通量集中器和第三通量集中器两者都构造成将磁通量聚焦于削减面中。
[0019]本发明的第九技术方案是在第八技术方案中，第二通量集中器定位在叶片的前缘附近，且第三通量集中器位于叶片的后缘附近。
[0020]本发明的第十技术方案是在第九技术方案中，第二通量集中器和第三通量集中器位于削减面的高度的大约50%处。
[0021 ] 本发明的第十一技术方案是在第七技术方案中，加热步骤在焊接步骤之前和焊接步骤期间执行。
[0022]本发明的第十二技术方案是在第十一技术方案中，加热步骤还包括:将平台和削减面加热至大约1，650° F到大约1，750° F之间。
[0023]本发明的第十三技术方案是一种用于修补叶片的方法，叶片具有翼型件、平台和削减面，方法包括:提供用于支承叶片的夹具，夹具还包括构造用于加热叶片的平台和削减面的感应加热线圈，其中感应加热线圈在平台下方延伸，且邻近削减面来将大致均匀的局部加热提供至叶片的平台和削减面两者，且其中感应加热线圈构造成以便平台在修补操作期间可见；加热平台和削减面；以及修补平台或削减面的受损区域。
[0024]本发明的第十四技术方案是在第十三技术方案中，加热步骤还包括:在惰性气氛中加热平台和削减面。
[0025]本发明的第十五技术方案是在第十四技术方案中，修补步骤还包括:在惰性气氛中焊接叶片。
[0026]本发明的第十六技术方案是在第十三技术方案中，感应加热线圈还包括:多个通量集中器，通量集中器构造成将来自感应加热线圈的磁通量聚焦到叶片中；以及其中第一通量集中器定位于在平台下方延伸的感应加热线圈的一部分上，且第一通量集中器构造成将磁通量聚焦于平台中，第二通量集中器和第三通量集中器定位在邻近削减面的感应加热线圈的一部分上，且第二通量集中器和第三通量集中器两者都构造成将磁通量聚焦于削减面中。