[发明专利]焊接添加材料以及其应用和构件

说明书

本发明涉及权利要求1的焊接添加材料、权利要求15的这种焊接添加材料的应用和权利要求16的构件。

所有高温材料中，镍基超耐热合金具有适于飞机和电站的燃气轮机制造的机械特性、耐腐蚀特性和可加工性的最有利的组合。特别是通过含有极高体积含量的相干γ’相Ni₃ (Al-Ti, Ta, Nb)的颗粒硬化可大大提高其强度。但含较高γ’含量的合金通常看作是仅在一定条件下是可焊接的。该差的可焊接性是由于：

a) 镍合金通常具有较低的导热性和较高的热膨胀系数，该值类似于奥氏体钢和Co合金的值。因此引入的焊接热消除得较慢，且该非均匀加热导致高的热应力，后者又导致热疲劳，其需用高耗费才能控制。

b) 镍合金在较高温度范围的快速温度循环交变时极宜产生热裂纹。其原因是由于化学组成的波动产生晶界熔融(熔析)或形成低熔点相如硫化物或硼化物。

c) 镍合金在γ基质中通常具有高含量的γ’相。在用于涡轮机构件的镍基超耐热合金中该γ’相的含量高达40体积%以上。这产生高强度，但特别在低温和可发生γ/γ’析出过程的温度场范围内也造成材料的低延展性(“延展性下降温度范围”或也称为“亚固相线延展性下降”，依合金不同约为700－1100℃)。因此，所出现的应力可较少地通过塑性流动而分解，这通常增加了形成裂纹的危险。

d) 镍合金易产生焊后热处理裂纹现象，也称为应变时效开裂。从特性上看，该裂纹在焊接后的第一次热处理中通过热影响区中的γ/γ’析出过程产生，或如果该焊接添加剂可形成γ’相，则该裂纹也可在焊接件中产生。原因是在析出γ’相时由于周围基质的收缩而产生的局部应力。该对应变时效开裂的敏感性随形成γ’的合金组分如 Al和Ti的含量的增加而加大，因为由此也增加了在结构中的γ’相的含量。

如果在室温下用常规焊接方法检验同类型的焊接(基材和添加材料是相同的)，则目前对于用于涡轮机轮叶的很多工业用Ni基超耐热合金(如IN 738 LC，Rene 80，IN 939)而言，在热影响区和焊接件中形成裂纹是不可避免的。

当前已知多种方法和工艺步骤可用于改进Ni基超耐热合金的可焊接性：

a) 带预热的焊接：

对于含高强度添加材料(也是Ni基超耐热合金)的Ni基超耐热合金，用于避免形成裂纹的一种可能性是降低温差，由此降低了构件的焊接部位和其余部分间的应力梯度。一个实例是在保护气箱中进行的手工WIG焊接，其中焊接部位通过感应(借助于感应线圈)预热到高于900℃的温度。但这使焊接工艺明显复杂化且大大增加成本。此外，由于缺乏可接近性不可对所有待焊区进行焊接。

b) 采取特别低的热引入的焊接

为此，使用确保向基材引入非常低的热的焊接方法。激光焊和电子束焊属于此类方法。该两方法是非常昂贵的。此外，需要编程化和自动化的耗费，这对具有频繁交替的损伤形成和损伤部位的维修焊接是不经济的。

由US 2004/0115686 A1已知一种含各种不同添加剂的镍合金。

因此，本发明的目的在于提供一种焊接添加材料、该焊接添加材料的应用、一种焊接方法和构件，由此克服现有技术所存在的问题。

本发明的目的是通过权利要求1的焊接添加材料、通过权利要求15的该焊接添加材料的应用和权利要求16的构件实现的。

在从属权利要求中列出有利的方案，其可以有利的方式任意相互组合。

提供一种焊接添加材料和该焊接添加材料的应用，该焊接添加材料可在室温下通过手工或自动化焊接对由镍基超耐热合金制成的涡轮机叶片和其它高温燃气部件进行维修焊接。该焊接添加材料也是一种γ’淬火的镍基超耐热合金，但其特别与待维修的构件的基底材料有区别。该焊接维修能产生低周期强度(LCF，即低周期疲劳)，其相应于约50%或更高的基材特性(该焊接保持50%的基材LCF周期)。

下面详述本发明。

附图简介：

图1示出可用本发明的添加材料焊接的材料的组成表，

图2示出燃气轮机，

图3示出涡轮机轮叶的透视图，和

图4示出燃烧室部件的透视图。

按本发明，提出了增加作为合金元素的硼含量。该硼合金含量应为0.3－0.6重量%。在同类的以及类似的添加材料情况下，这种增加应改进抗热裂纹性。这种添加材料可在室温下通过手工或自动化焊接对由镍基超耐热合金制成的燃气轮机叶片和其它高温燃气部件进行维修焊接。

该改进抗热裂纹性的机理为：