用于燃气涡轮发动机的非可熔焊镍铸件的激光粉末沉积焊接返工的制作方法
【专利说明】用于燃气涡轮发动机的非可熔焊镍铸件的激光粉末沉积焊接返工
[0001 ] 背景
[0002]本公开要求2013年10月30日提交的美国临时专利公开序列号61/897,623的优先权。
[0003]本公开涉及一种焊接返工方法，并且更具体地涉及燃气涡轮发动机部件的焊接返工。以下描述的方法可用于填补由于去除在原始设备制造期间或检修和修复服务期间在金属中发现的缺陷而造成的空腔。
[0004]燃气涡轮发动机利用由高温镍合金铸造而成的各种相对大的、复杂的部件。这种部件的示例为中间涡轮机框架(MTF) JTF包括以环-叶片-环结构布置的多个中空叶片，在环-叶片-环结构中，环限定核心燃烧气体路径，而叶片横跨气体路径设置。拉杆通常延伸通过中空叶片以使发动机支架环和轴承室互连。
[0005]铸造部件诸如MTF中空叶片可导致瑕疵，作为正常制造过程的一部分，瑕疵被返工焊接。使用等同于母体部件非可熔焊基合金的填充合金进行返工的各种方法虽然有效，但是相对缓慢且昂贵。在一个返工示例中，半英寸(13mm)大小的缺陷需要超过十个小时进行返工。
[0006]返工焊接的另选方法利用更可焊接的另选填充合金，以促进相对更快的焊接返工，但是这种方法可面临在基底合金处的开裂问题。填充合金与基底合金的材料性质可不完全相容，诸如耐氧化性，或者与涂料不相容，因而可缩短部件的使用寿命。进一步地，通过从中形成通孔，去除铸造缺陷可被复杂化。
[0007]概述
[0008]—种根据本公开的一个公开的非限制性实施方案对部件进行返工或修复的方法包括，从由非可熔焊基合金制造而成的部件中去除缺陷，以形成导致通孔的空腔;使用背衬将该通孔密封；以及使用多个激光粉末沉积点的多个层至少部分填充空腔，多个激光粉末沉积点中的每个由填充合金形成，多个层中的第一层包括多个激光粉末沉积点的周边，该周边与空腔的壁和背衬至少部分重叠。
[0009]本公开的进一步实施方案包括，其中多个层中的第一层形成完整的周边，该周边在任何其他层之前形成。
[0010]本公开的前述实施方案中的任何一个的进一步实施方案包括，在背衬上形成期望表面粗糙度。
[0011]本公开的前述实施方案中的任何一个的进一步实施方案包括，其中背衬上的期望表面粗糙度大约等于空腔的壁，或足以在背衬与空腔的壁之间不引起明显不同的激光能量吸收。
[0012]本公开的前述实施方案中的任何一个的进一步实施方案包括，其中在层中的每个点位于来自前一层的两个点之间，
[0013]本公开的前述实施方案中的任何一个的进一步实施方案包括，其中背衬上的期望表面粗糙度为至少大约125微英寸(0.003_)。
[0014]本公开的前述实施方案中的任何一个的进一步实施方案包括，其中背衬的厚度在大约0.010英寸至0.020英寸(0.254mm至0.508mm)之间。
[0015]本公开的前述实施方案中的任何一个的进一步实施方案包括，，其中填充合金是可融焊粉末材料。
[0016]本公开的前述实施方案中的任何一个的进一步实施方案包括，，其中非可熔焊基合金为高Y '镍基合金。
[0017]—种根据本发明的另一个公开的非限制性实施方案对部件进行返工的方法包括，从由非可熔焊基合金制造而成的部件中去除缺陷，以形成导致通孔的空腔;在背衬上形成期望的表面粗糙度;使用背衬将通孔密封；以及使用多个激光粉末沉积点的多个层至少部分填充空腔，多个激光粉末沉积点中的每个由填充合金形成。
[0018]本公开的前述实施方案中的任何一个的进一步实施方案包括，沿空腔的壁和背衬将背衬完全密封。
[0019]本公开的前述实施方案中的任何一个的进一步实施方案包括，其中多个层中的第一层包括多个激光粉末沉积点的周边，该周边与空腔的壁和背衬重叠。
[0020]本公开的前述实施方案中的任何一个的进一步实施方案包括，其中多个层中的第一层围绕背衬与壁之间的界面形成完整的周边。
[0021]本公开的前述实施方案中的任何一个的进一步实施方案包括，其中背衬上的期望表面粗糙度大约等于空腔的壁，或足以在背衬与空腔的壁之间不引起明显不同的激光能量吸收。
[0022]本公开的前述实施方案中的任何一个的进一步实施方案包括，其中在层中的每个点位于来自前一层的两个点之间。
[0023]本公开的前述实施方案中的任何一个的进一步实施方案包括，其中背衬上的期望表面粗糙度为至少大约125微英寸(0.003_)。
[0024]本公开的前述实施方案中的任何一个的进一步实施方案包括，其中背衬的厚度在大约0.010英寸至0.020英寸(0.254mm至0.508mm)之间。
[0025]一种根据本公开的另一个公开的非限制性实施方案的用于燃气涡轮发动机的铸件部件包括由非可熔焊基合金制造而成的铸件部件，该铸件部件具有空腔，该空腔至少部分填充有多个激光粉末沉积点的多个层，，多个激光粉末沉积点中的每个由填充合金形成，多个层中的至少一层包括多个激光粉末沉积点的周边，该周边在空腔的壁与背衬之间处重置。
[0026]本公开的前述实施方案中的任何一个的进一步实施方案包括，其中非可熔焊基合金为高γ7镍基合金。
[0027]本公开的前述实施方案中的任何一个的进一步实施方案包括，其中在层中的每个点位于来自前一层的两个点之间，
[0028]除非另外明确指示，否则前述特征和元件可在各种组合中进行组合而无排他性。根据以下描述和附图，这些特征和元件及其操作将变得更为明显。然而，应当理解，以下描述和附图实质上旨在是示例性且非限制性的。
[0029]附图简述
[0030]从所公开的非限制性实施方案的以下详细描述中，各种特征对本领域的技术人员而言将变得显而易见。伴随详细描述的附图可简单如下描述:
[0031]图1是示例燃气涡轮发动机构造的示意性横截面；
[0032]图2是一个中间涡轮机框架模块的分解图；
[0033]图3是作为具有铸造缺陷的示例工件的中间涡轮机框架叶片单峰的透视图；
[0034]图4是铸件部件中的铸造缺陷的放大剖视图；
[0035]图5是示出根据一个公开的非限制性实施方案对铸件部件进行返工的方法的流程图；非可熔焊基合金；
[0036]图6是对铸件部件中的铸造缺陷进行返工的一个步骤的放大剖视图；
[0037]图7是经形成移除铸造缺陷的空腔的自顶向下视图；
[0038]图8是根据另一个所公开的非限制性实施方案在铸件部件中对铸造缺陷进行返工的一个步骤的展开的剖视图；
[0039]图9是示出在空腔中形成填充合金以对铸件部件中的铸造缺陷进行返工的一个步骤的展开的剖视图；
[0040]图10是示出在空腔中形成的填充合金的一层多个激光粉末沉积点的空腔自顶向下视图；
[0041 ]图11是对铸件部件中的铸造缺陷进行返工的填充合金涂敷步骤的放大剖视图；
[0042]图12是对铸件部件中的铸造缺陷进行返工的一个步骤的非可熔焊基合金帽的放大剖视图；非可熔焊基合金
[0043]图13是对铸件部件中的铸造缺陷进行返工的混合步骤的放大剖视图；
[0044]图14是对铸件部件中的铸造缺陷进行返工的涂覆步骤的放大剖视图；
[0045]图15是示出根据另一个所公开的非限制性实施方案对铸件部件进行返工的方法的流程图；以及
[0046]图16是经形成以去除铸造缺陷的空腔的自顶向下视图。
[0047]详述
[0048]图1示意性示出了燃气涡轮发动机20。本文公开的燃气涡轮发动机20作为双轴涡轮风扇，其通常包括风扇节段22、压缩机节段24、燃烧室节段26和涡轮节段28。风扇节段22沿旁路流动路径驱动空气，并且将空气驱动到压缩机节段24中。压缩机节段24沿核心流动路径驱动空气，用于压缩并且连通到燃烧室节段26中，然后燃烧室节段26通过涡轮节段28使空气膨胀并且引导空气。虽然在所公开的非限制性实施方案中作为涡轮风扇进行描绘，但应当理解，本文描述的概念并非限于与涡轮风扇一起使用，因为教导可应用于其他类型的涡轮发动机，诸如涡轮喷气发动机、涡轮轴，具有中间转轴以及工业燃气涡轮的三轴(加上风扇)涡轮风扇。
[0049]发动机20通常包括低转轴30和高转轴32，低转轴30和高转轴32经安装用于经由若干轴承结构38相对于发动机壳体组件36围绕发动机中心纵向轴线A旋转。低转轴30通常包括使风扇42、低压压缩机(“LPC”)44和低压涡轮(“LPT”)46互连的内轴40。内轴40直接驱动风扇42或者通过齿轮传动构造48驱动风扇42，从而以比低转轴30更低的速度驱动风扇42。示例性减速变速器为行星变速器，即行星齿轮系统或星型齿轮系统。
[0050]高转轴32包括使高压压缩机(“HPC”)52和高压涡轮(“HPT”)54互连的外轴50。燃烧室56布置在HPC 52与HPT 54之间。内轴40和外轴50同心，并且围绕与它们的纵向轴线共线的发动机中心纵向轴线A旋转。
[0051 ]核心气流由LPC 4