专利名称：焊接方法
技术领域：
本发明涉及到一种在具有由单方向凝固结晶或单结晶构成的方向凝固结晶的母材上形成叠层体的焊接方法。
背景技术：
由于在高速地旋转的涡轮、喷气发动机等翼(桨叶)有大的离心力作用，所以使用具有对着离心力作用方向的结晶取向的单方向凝固翼和由单结晶形成翼全体的单结晶翼，在这些的方向凝固结晶翼上由于使用而产生裂纹、缺损，此外，在制造时也产生铸造缺陷。
这些在翼上产生的缺陷，以往通过钎焊，熔焊进行修补。若是普通铸造的涡轮翼等，通过以往的修补方法没有问题，但对于单方向凝固结晶翼、单结晶翼这样的方向凝固结晶翼，如果进行以往的钎焊、熔焊的修补方法，由于其修补部分的结晶不能成为方向凝固结晶，出现其修补部分的强度降低的问题。
因此，为了解决此问题，对比文件1提供一种方法，以使切除面对着母材的优先结晶生长方向的方式削除损伤部位，其后，添加焊填金属的同时，以比较小的输出密度，在照射面的射束直径比较大地，并较长时间地照射激光束，生成深宽比较小的熔融池，进行修补。
特开平9-110596号然而，此方法必须跨布大范围削除修补部位，而且，由于熔化花费时间，没有效率。另外还有熔融池的宽度方向端部的结晶生长方向和其他的部位相比有显著不同的问题。
此外，作为在母材上层叠单结晶的方法，如图21所示，例如虽然有通过半重叠(half overlap)法层叠叠层部的方法，但是存在加热分布以及熔化材料添加量不均匀，没有适合控制组织的温度分布管理，产生别的结晶(异结晶)的问题。
发明内容
本发明课题在于，鉴于上述问题，提供一种在单结晶以及单方向凝固结晶的母材上形成叠层部时，通过规定层叠方法，可得到健全的叠层的焊接方法。并且，焊接包括堆焊等。
用于解决上述课题的本发明的第1发明，在于一种焊接方法，在单结晶或单方向凝固结晶的的母材上形成熔融叠层部，此焊接方法特征在于具有预定的间隙，形成多个叠层部，在上述间隙上形成叠层部。
第2发明，在于一种焊接方法，在单结晶或单方向凝固结晶的的母材上形成熔融叠层部，此焊接方法特征在于具有预定的间隙，形成多个叠层部；在所述间隙上形成叠层部，形成第1层叠层体，在此第1层叠层体上具有预定间隙，形成多个叠层部；以及在所述间隙上形成叠层部，形成第2层叠层体。
第3发明，在于根据第2发明的焊接方法，此焊接方法特征在于和第2层叠层体同样地重复操作第3层叠层体以后的叠层体，形成多层的叠层体。
第4发明，在于根据第1至3发明中任一发明的焊接方法，此焊接方法特征在于在所述间隙上形成叠层部时，在形成叠层部的间隙的两个相邻的间隙以外的间隙上形成叠层部。
第5发明，在于根据第1至4发明中任一发明的焊接方法，该焊接方法特征在于所述叠层部为线状叠层部。
第6发明，在于根据第1至5发明中任一发明的焊接方法，此焊接方法特征在于所述母材为单方向凝固结晶构造时，在和所述母材的结晶生长方向垂直的方向上形成线状叠层部。
第7发明，在于一种铸造品的修补方法，此铸造品的修补方法特征在于使用第1至6发明中任一发明的焊接方法，所述母材是铸造物，削除此铸造物的缺陷部分形成凹部，在此凹部形成叠层体。
第8发明，在于根据第7发明的铸造品的修补方法，该铸造品的修补方法特征在于，所述凹部的相向面为斜面状。
第9发明，在于一种接合件的接合方法，此接合件的接合方法特征在于使用第1至6发明中的任一发明的焊接方法，在所述母材上接合接合件时，在所述母材和接合件上实施接边加工，在此接边加工部形成叠层体。
第10发明，在于根据第9发明的接合件的接合方法，此接合件的接合方法特征在于此接边加工部的相向面是斜面状。
第11发明，在于根据第1至6发明中任一项的焊接方法，此焊接方法特征在于所述焊接的前处理工序，包括以比所述母材的固相线温度还低30～50℃的温度，进行熔体化处理的第1热处理工序；以比所述第1热处理温度还高的温度进行热处理，消除析出物或者微偏析的第2热处理工序。
第12发明，在于根据第11发明的一种焊接方法，此焊接方法特征在于所述第2热处理工序是和固相线温度等同的温度、比固相线温度还高的温度或者液相线温度的任一温度。
第13发明，在于一种焊接方法，母材上形成焊接部，此焊接方法特征在于焊接前处理工序包括以比所述母材的固相线温度还低30～50℃的温度进行熔体化处理的第1热处理工序；以比所述第1热处理温度还高的温度进行热处理，消除析出物或者微偏析的第2热处理工序。
第14发明、在于根据第13发明的焊接方法，此焊接方法特征在于所述第2热处理工序是和固相线温度等同的温度、比固相线温度还高的温度或者液相线温度的任一温度。
根据本发明，在单结晶以及单方向凝固的母材上形成叠层部时，通过规定层叠方法，可得到健全的叠层。
图1是实施例1的层叠方法的概略图。
图2是实施例1的其他的层叠方法的概略图。
图3是实施例1的叠层部的正面图。
图4是实施例2的层叠方法的概略图。
图5是实施例2的其他的层叠方法的概略图。
图6是实施例3的层叠方法的概略图。
图7是实施例4的层叠方法的概略图。
图8是实施例4的层叠方法的概略图。
图9是实施例5的层叠方法的概略图。
图10是实施例6的处理方法的概略图。
图11是实施例6的其他的处理方法的概略12是实施例6的其他的处理方法的概略图。
图13是实施例7的处理方法的概略图。
图14是实施例7的其他的处理方法的概略图。
图15是实施例7其他的的处理方法的概略图。
图16是实施例8的处理方法的概略图。
图17是实施例8的其他的处理方法的概略图。
图18是实施例9的处理方法的概略图。
图19是实施例9的其他的处理方法的概略图。
图20是实施例2的叠层体的显微镜照片图。
图21是以往的半重叠(half overlap)法的叠层体的显微镜照片图。
图22是实施例6的叠层体的显微镜照片图。
图23是以往的存在微偏析的叠层体的显微镜照片图。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明进行详细的说明。但是并不以此实施例限定此发明。另外，下述实施例的构成要素，包含本领域普通技术人员可以简单设想的，或者在实质上相同的构成要素。
实施例1图1是实施例1的层叠方法的概略图，图中上段侧是平面工序图，下段侧是对应的侧面工序图。
根据本发明的实施例1的层叠方法，是在单结晶或者单方向凝固结晶的母材11上，层叠形成通过加热源加热而成的叠层部12的焊接方法，其中，具有预定的间隙13，形成多条的(在本实施例中为2条)的第1叠层部12-1，第2叠层部12-2，在上述间隙13上形成第3叠层部12-3。
由于在第1叠层部12-1和第2叠层部12-2的间隙13层叠第3叠层部12-3，可健全地形成单结晶。
即，由于对着第1叠层部12-1，隔着间隙13，形成第2叠层部12-2，可不受第1叠层部12-1的热影响，形成第2叠层部12-2。而且，由于形成此间隙13的第1叠层部12-1和第2叠层部12-2确保左右对称的温度条件，对于在间隙13上形成的第3叠层部12-3的结晶生长，不会有异结晶层叠。
作为加热源，可使用例如激光束、电子束、等离子体加热等可局部加热的公知的任一方式的加热源。在图1的实施例中，使用激光束14形成焊接部。
另外，关于熔化材料，是金属、高分子材料、陶瓷等，其供给方法不被特别限定，例如可以是线供给、粉末供给、粉末敷设等任一方法。
在图1的实施例中，表示以粉末状的熔化材料15A供给熔化材料的方法，在图2的实施例中表示使用放置粉末(或者放置线)的熔化材料15B的方法。
在本实施例中，例如有2mm的圆形的YAG激光束(扫描速度5mm/秒)14，通过此激光束14，在初期温度20℃的条件下，以每单位面积的输入热量为500W/mm2进行加热，边以2g/分的速度供给熔化材料(粒径50μm)15，边在母材11的表面上形成叠层体(宽度2mm)。
另外，如图3所示，应设置第1叠层部12-1和第2叠层部12-2间的距离L，以使形成于间隙13上的第3叠层部12-3的截面积和第1叠层部12-1的截面积相同。
由此，优选第1至第3叠层部形成的叠层体16的表面为大致平坦面。并且，可在此叠层体16上，如下述，再使多层的叠层体层叠，形成柱状的叠层部。
实施例2
图4是实施例2的层叠方法的概略图，而且，对和实施例1的构成部件相同的部件附以相同的标号，省略其说明。
根据本发明的实施例2的层叠方法，是在单结晶或者单方向凝固结晶的母材11上，层叠形成通过加热源加热而成的叠层部12的焊接方法，其中，具有预定间隙13，形成多条(在本实施例中为5条)的第1叠层部12-1、第2叠层部12-2，第3叠层部12-3、第4叠层部12-4、第5叠层部12-5，在这些的间隙13-1、13-2、13-3、13-4形成第6叠层部12-6至第9叠层部12-9。由此，形成第1叠层体16-1，接着，在第1叠层体16-1的上面，形成第10叠层部12-10、第11叠层部12-11、第12叠层部12-12、第13叠层部12-13、第14叠层部12-14，在这些的间隙13-5至13-8形成第15叠层部12-15至第18叠层部12-18。由此，形成第2叠层体16-2。由此，由于形成此间隙的间隙两侧的叠层部确保左右对称的温度条件，对于在间隙上形成的叠层部的结晶生长，不会有异结晶层叠，可形成良好的第1叠层体16-1，通过在该第1叠层体16-1上同样的形成叠层部，可形成良好的第2叠层体16-2。
在图20表示此叠层体的部分的显微镜照片。图20中，表示在第6叠层部12-6、第2叠层体以及第7叠层部12-7上，形成第11叠层部12-11的样子，如附图所示，证实了根据本发明可形成没有异结晶的良好的叠层体。
图5是实施例2的其他的层叠方法的概略图。
如图5所示，在形成第2叠层体16-2时，不是在第11叠层部12-11和第12叠层部12-12之间，形成第16叠层部12-16，而是使第16叠层部12-16层叠在第12叠层部12-12和第13叠层部12-13之间。其结果，在位于当形成第15叠层部12-15时受到热影响的第11叠层部的邻侧的第12叠层部12-12和第13叠层部12-13的间隙13-6上，形成第16叠层部12-16，可以没有热影响地控制组织，可得到没有异结晶出现的良好的焊缝隆起。
实施例3图6是实施例3的层叠方法的概略图，并且对和实施例1的构成部件相同的部件标以相同的标号，省略其说明。
根据本发明的实施例3的层叠方法，在母材11上出现缺陷部21时，除去该缺陷部21，再在该除去部形成叠层部，修补缺陷。
如图6所示，首先，除去母材11的含有缺陷部21的部分，形成凹部22。这时，将该凹部22的接边加工部的相向面加工成斜面，形成第1斜面部23-1、第2斜面部23-2。
接着，根据与实施例1同样的方法，具有预定的间隙13，形成多条(在本实施例为3条)的第1叠层部12-1、第2叠层部12-2、第3叠层部12-3，在这些的间隙13-1、13-2以及第1叠层部12-1和第1斜面部23-1之间的第3间隙13-3、第3叠层部12-3和第2斜面部23-2之间的第4间隙13-4上，形成第4叠层部12-4至第7叠层部12-7。由此，在削除含有缺陷部21的部分而形成的凹部22内形成叠层体16，完成修补。
此斜面的角度不是特别限定的，例如可以是60°±20°，由于通过此斜面部形成的间隙13-3、13-4构成和第1叠层部的斜面相同的角度，可缓和热影响，没有异结晶出现而进行修补。
由此，可无热影响地控制组织，可实现没有异结晶发生的，良好的伴随缺陷部21的削除的修补。
在上述凹部22的形成以及斜面部23-1、23-2的形成时，设定以叠层部成左右对称的方式进行层叠。因此，经常优选形成奇数的叠层部。这是因为如果是偶数的叠层部，就破坏了左右的热平衡。
实施例4图7是实施例4的层叠方法的概略图。并且，对与实施例1的构成部件相同的部件标以相同的标号，省略其说明。
根据本发明的实施例4的层叠方法，是在母材11上接合其他的接合件31的方法。
如图7所示，首先，在母材11与接合件31上实施接边加工，形成凹部32。这时，使该凹部32的接边加工面的相向面为斜面，形成第1斜面部33-1、第2斜面部33-2。
接着，加热凹部底面部分进行熔融接合35。在后叙述此熔融接合。
接着，在第1斜面部33-1和第2斜面部33-2之间，形成第1叠层部12-1，形成第1间隙13-1以及第2间隙13-2。接着，在第1间隙13-1形成第2叠层部12-2，在第2间隙13-2形成第3叠层部12-3，由第1叠层部12-1至第3叠层部12-3形成第1叠层体16-1。由此，从底面开始填埋接合部的凹部，在凹部32内顺次形成第1叠层体16-1至第4叠层体16-4，完成母材11与接合件31的接合。
由此，可无热影响地控制组织，可实现没有异结晶的出现的良好的接合。
图8是实施例4的层叠方法的概略图，是母材的厚度较薄时，贴上具有与母材相同组织和结晶取向的垫板36而接合的情况。
首先，将母材和接合件对接，实施接边加工，形成第1斜面部33-1以及第2斜面部33-2。
接着，在背面侧贴上垫板36，形成凹部32。
其后，和上述同样地在凹部32内形成叠层部，形成多个叠层体，填埋凹部32，完成两者的接合。
实施例5图9是实施例5的层叠方法的概略图。并且，对与实施例1中的构成部件相同的部件标以相同的标号，省略其说明。
根据本发明的实施例5的层叠方法，在将接合件31焊接于由多种结晶取向不同的物质构成的母材11时，不发生裂纹地接合接合件31。例如有为了获得母材的对应强度特性在高温的高强度化，而使母材的结晶方向变得不同的情况。
在本实施例中，如图9所示，母材为五种结晶取向不同的母材11-1～11-5时，在与该母材的结晶生长方向相直交的方向上，隔着间隙13形成第1叠层部12-1和第2叠层部12-2。
接着，在间隙上使第3叠层部12-3层叠，形成叠层体16。
此时，以使得母材表面形成的叠层部的结晶取向，和下侧的母材的结晶生长方向的方位相同的方式进行结晶生长。其结果，沿着母材彼此的结晶晶粒边界形成叠层体时，不生成裂纹。并且，图9通过付以相同的模样表示母材和在其上层叠的叠层部12-2的结晶取向相同的概念。
实施例6图10是实施例6的处理方法的概略图。
在本实施例中，在焊接施工前，通过在母材的熔点以下的条件下，对母材进行热处理，保持单结晶或者单方向性凝固结晶的组织而使析出物或者微偏析消解或者缓和。
在这里，通常的焊接的熔体化处理是指，例如在比向金属的固体和液体的共存区域过渡的温度——固相线温度还低数10℃的温度(特别是优选低30～50℃程度的温度)下，进行数小时的热处理，以一般地达到强度提高为目的热处理。
另一方面，本发明的热处理中，此熔体化处理的温度范围是指在不同的高的温度范围进行热处理。具体的，是指1)进行与固相线温度同程度的热处理的情况；2)在与固相线温度同等以上的温度进行热处理的情况；3)在向完全液体过渡的液相线温度以上的温度进行热处理的情况。
因此，在本发明中，在对母材进行堆焊等的焊接时，对母材实施2步骤的热处理。即，进行根据一般熔体化处理的热处理，和根据在比该熔体化处理高的高温侧进行的高温热处理，而进行的焊接前的热处理。
具体的，如图10所示，首先，对母材11在第1加热炉61中，作为第1热处理工序62，实施通常的熔体化处理，接着，在第2加热炉63中，作为第2热处理工序64，实施上述1)～3)的任一的高温热处理。
其后，在焊接工序65中，例如通过激光束14进行堆焊，在母材11的表面上形成叠层部12。并且，图10中，18表示供给粉末状的熔化材料15A的供给管。
通过此热处理，使析出物或者微偏析消解或者缓和，可以消除其后的焊接中的因微偏析而引起的别的结晶的生长。
在本实施例中，例如使用镍合金(CM247LC(商品名，canonマスケゴン社制)，固相线温度1280℃，液相线温度1370℃)铸造单方向凝固母材，其后，在第1热处理工序62中，在1260℃实施3小时的熔体化处理。其后，在第2热处理工序64中，控制表面单位面积对应的输入热量为1.5×106J/m2，消除了析出物以及微偏析。
图22是对母材11实施第1热处理以及第2热处理，其后，多层地形成叠层部12，形成焊缝隆起的情况的显微镜图。如图22所示，通过实施第1热处理的熔体化处理和高温的第2热处理，焊接中未出现别的结晶。
与此相对，如图23所示，只进行第1热处理时，母材11中产生微偏析，发现了别的结晶的出现。
在本实施例中，使焊接部12为1条的线状体，在上述实施例1至5的多条的焊接中，由于应用本前处理，可以消解微偏析、防止别的结晶的出现。
此外，如图11所示，也可以使用放置线状的熔化材料15B。
此外，如图12所示，也可以不使叠层部为线状体，而形成点状的叠层部12a。
此外，可以同样地进行填埋操作。
此外，本前处理也适用于等轴晶体材料。
实施例7图13是实施例7的处理方法的概略图，并且，对与实施例6的构成部件相同的部件标以相同的标号，省略其说明。
在图10至图12的实施例中，在加热炉61对母材的整体进行第2热处理，但本发明不限于此。例如在加热炉61进行第1热处理62后，也可以使用激光束14进行第2热处理工序64，进行局部的热处理，形成析出物或者微偏析消除(缓和)区域66。
此外，如图14所示，也可以使用放置线状的熔化材料15B。
此外，如图15所示，也可以使叠层部不为线状体，而形成点状的叠层部12a。这时使用激光束的第2热处理工序64也以点处理就足够。
实施例8图16是实施例8的处理方法的概略图。并且，对与实施例6构成部件相同的部件标以相同的标号，省略其说明。
在本实施例中，母材上有缺陷部分时，除去此缺陷部分71，对此除去部实施修补时，在修补前实施热处理。
如图16所示，除去母材11的缺陷部71，形成凹部72。其后，在加热炉73实施热处理工序74，使微偏析消解。
其后，通过通常的焊接处理，形成叠层部12，进行修补工序75。
图17是在缺陷部的修补时，使热处理工序和实施例同样地使用激光束14。
实施例9图18是实施例9的处理方法的概略图。并且，对和实施例6的构成部件相同的部件标以相同的标号，省略其说明。
根据本发明的实施例9的前处理方法，适用于在母材11上接合其他的接合件31的情况。
如图18所示，首先，对接合于母材11的接合件31实施接边加工，形成斜面状的凹部81。此时，实施该凹部81的预定厚度、第2热处理，形成第1析出物或偏析除去区域66-1。其后，翻过来，从背面侧对母材11和接合件31的接合附近处实施例第2热处理，形成第2析出物或偏析除去区域66-2。
其后，再翻过来，在凹部81形成叠层部81。
由此，在焊接母材和接合件时，可得到消解微偏析，防止不同结晶的出现的修补。
图19的接合表示实施例9的变形例，母材的厚度较薄时，贴上具有和母材有相同组织和结晶取向的垫板36而接合。
首先，将母材11和接合件31对接，实施接边加工，形成凹部81。接着，将垫板36贴在在背面侧。
接着，对该凹部81以及垫板36实施第2热处理，形成析出物或偏析除去区域66，其后，在凹部81形成叠层部81，其后，除去垫板。
由此，在焊接母材和接合材时，消解微偏析，可得到防止不同的结晶出现的修补。
其后，和上述同样地在凹部81内形成叠层部，形成多个叠层体，填埋凹部81，完成两者的接合。
如上所述，本发明的焊接方法，在单结晶以及单方向凝固的母材上形成叠层部时，通过规定层叠方法，可得到健全的叠层，适用于涡轮的动翼、静翼等的堆焊、修补、接合等。
权利要求
1.一种焊接方法，在单结晶或单方向凝固结晶的的母材上形成熔融叠层部，其特征在于具有预定的间隙，形成多个叠层部；和在所述间隙上形成叠层部。
2.一种焊接方法，在单结晶或单方向凝固结晶的的母材上形成熔融叠层部，其特征在于具有预定的间隙，形成多个叠层部；在所述间隙上形成叠层部，形成第1层叠层体；在此第1层叠层体上具有预定间隙，形成多个叠层部；以及在所述间隙上形成叠层部，形成第2层叠层体。
3.根据权利要求2的焊接方法，其特征在于和第2层叠层体同样地重复操作第3层叠层体以后的叠层体，形成多层的叠层体。
4.根据权利要求1至3中任一项的焊接方法，其特征在于在所述间隙上形成叠层部时，在形成叠层部的间隙的两个相邻的间隙以外的间隙上形成叠层部。
5.根据权利要求1至4中任一项的焊接方法，其特征在于所述叠层部为线状叠层部。
6.根据权利要求1至5中任一项的焊接方法，其特征在于所述母材为单方向凝固结晶构造时，在和所述母材的结晶生长方向垂直的方向上形成线状叠层部。
7.一种铸造品的修补方法，其特征在于使用权利要求1至6中任一项的焊接方法，所述母材是铸造物，削除此铸造物的缺陷部分形成凹部，在此凹部形成叠层体。
8.根据权利要求7的铸造品的修补方法，其特征在于所述凹部的相向面为斜面状。
9.一种接合件的接合方法，其特征在于使用权利要求1至6中的任一项的焊接方法，在所述母材上接合接合件时，在所述母材和接合件上实施接边加工，在此接边加工部形成叠层体。
10.根据权利要求9的接合件的接合方法，其特征在于此接边加工部的相向面为斜面状。
11.根据权利要求1至6中任一项的焊接方法，其特征在于所述焊接的前处理工序，包括以比所述母材的固相线温度还低30～50℃的温度，进行熔体化处理的第1热处理工序；以比所述第1热处理温度还高的温度进行热处理，消除析出物或者微偏析的第2热处理工序。
12.根据权利要求11的一种焊接方法，其特征在于所述第2热处理工序是和固相线温度等同的温度、比固相线温度还高的温度或者液相线温度的任一温度。
13.一种焊接方法，在母材上形成焊接部，其特征在于焊接前处理工序包括以比所述母材的固相线温度还低30～50℃的温度进行熔体化处理的第1热处理工序；以比所述第1热处理温度还高的温度进行热处理，消除析出物或者微偏析的第2热处理工序。
14.根据权利要求13的焊接方法，其特征在于所述第2热处理工序是和固相线温度等同的温度、比固相线温度还高的温度或者液相线温度的任一温度。
全文摘要
本发明提供一种焊接方法，在单结晶以及单方向凝固的母材上形成叠层部时，通过规定层叠方法，可得到健全的叠层。所涉及的层叠方法，在单结晶或单方向凝固结晶的的母材(11)上层叠形成通过加热源加热而成的熔融叠层部(12)，具有预定间隙(13)，形成2根的第1叠层部(12－1)，第2叠层部(12－2)，在所述间隙(13)上形成第3叠层部(12－3)，由于在第1叠层部(12－1)和第2叠层部(12－2)的间隙(13)上，使第3叠层部(12－3)层叠，健全地形成单结晶。
文档编号F04D29/38GK1618560SQ20041008821
公开日2005年5月25日 申请日期2004年10月21日 优先权日2003年11月21日
发明者下畠幸郎, 妻鹿雅彦, 贵志公博, 片山圣二 申请人:三菱重工业株式会社