[发明专利]包括涡轮机叶片的超级合金部件的等温结构修复

说明书

要求优先权

本申请要求于2011年11月3日提交的，被分配的序列号为61/555,109的，题为“Isothermal Structural Repair of Gas Turbine Components （燃气涡轮机部件的等温结构修复）”的共同待决的美国临时专利申请的权益，其通用引用并入本文。

本公开背景

1. 发明领域

本发明涉及在先进的超级合金部件中的缺陷的结构修复。在某些实施例中，本发明涉及用于蒸汽或燃气涡轮机（工业的或航空的）的超级合金涡轮机叶片中的裂纹或其它缺陷的修复，以不明显减弱超级合金叶片基体的机械结构或材料特性的方式，通过使用熔化的超级合金填料填充裂纹。熔化的超级合金填料固化成超级合金填料的现场浇铸补片。

2. 背景技术

燃气涡轮机或其它超级合金部件的“结构”修复普遍被认为是将损坏材料替换为匹配的合金材料，并且获得机械性能，例如强度，其接近初始的制造部件规格（例如，最终的抗张强度为原始规格的70%）。例如，优选地在已经经历开裂的涡轮机叶片上执行结构修复，以便减少裂纹进一步增长的风险，并且叶片被还原成初始的材料结构和尺寸规格。

被用来生产涡轮机部件的基于镍和钴的超级合金材料的结构修复，例如浇铸的涡轮机叶片，由于叶片成品材料的冶金特性而存在挑战性。例如，带有按总重量百分比计超过6%的铝或钛含量的超级合金，例如CM247或DS247合金，当遇到高温焊接时，比低铝-钛含量的X-750超级合金，更容易受到应变时效裂纹的影响。成型的涡轮机叶片合金通常在浇铸后热处理中被强化，使其实施随后的结构修复焊接非常困难。目前针对超级合金结构生产或修复采用的焊接工艺通常包含邻接焊接准备体的基体的熔化，以及完成焊条或其它添加的填充材料的熔化。当由此种材料构成的叶片与同种或相似的合金的焊条一起熔化，该叶片易受焊接点及其附近的结晶裂纹（也称作偏析），和/或在随后的热处理，以及旨在修复超级合金初始的强度以及可比拟新部件的其它材料特性的处理中的应变时效（也称作再加热）裂纹的影响。

与结构修复相比，超级合金的“装饰性”修复被认为是将受损材料替换为不匹配的较低的结构特性规格的合金材料，其局部的初始的结构性能不被需要。例如，装饰性修复可能被用来修复修过的部件的初始的几何轮廓。如上所述，为了减少当部件被重新使用时出现裂纹随后的传播，需要在裂纹表面实施结构修复。相反地，列举一个装饰性修复的例子，为了修复其初始的气动轮廓，填充涡轮机叶片翼型上的填充表面凹点（与结构裂纹相对），其叶片外部局部外表面的材料特性对整个叶片的结构完整性并非关键的。装饰性修复通常通过使用抗氧化焊缝或比叶片本体超级合金基体强度低的铜合金来实现，但是具有较高延展性和较低应用温度，其并未给超级合金基体的材料特性带来负面影响。

由于超级合金结构修复焊接的缺点，通常仅商业可接受的解决方案为废弃需要结构修复的受损涡轮机叶片，因为过去的经验表明此类结构修复成功次数有限。因此修复被限于在过去证明能通过装饰性焊接成功实施的修复，使用结构强度降低的延性焊条填充材料。在结构焊接修复成功实施的状况下，装饰性焊接修复通常被实施在不需要结构修复的叶片部分上。这在相同叶片上需要两种不同的修复模式。

因此，现有技术需要一种在例如涡轮机叶片的超级合金部件表面上实施结构修复的方法，如此结构破坏裂纹和其它的表面缺陷能够被修复。

另外现有技术还需要提高在例如涡轮机叶片的超级合金部件表面上的结构修复的成功率，使得能够减少受损叶片的废弃率。

现有技术还需要实施例如涡轮机叶片的超级合金部件的结构修复的方法，通过被证明的可重复的修复技术和修复后不需要复杂焊接的热处理过程。

现有技术另外还需要实施例如涡轮机叶片的超级合金部件的修复的通用方法，使其能够用来修复所有叶片的缺陷。

发明内容

相应地，本发明的目的在于实施例如涡轮机叶片的超级合金部件的结构修复，因此结构裂纹和其它表面缺陷能够被修复。

本发明的另一目的在于提高实施例如涡轮机叶片的超级合金部件的结构修复的成功可能性，使得减少受损部件的废弃率。

本发明还有另外的目的在于实施例如涡轮机叶片的超级合金部件的结构修复，其采用被证实的，可重复的修复技术，并且修复后不需要复杂焊接的热处理过程。

本发明额外的目的在于创造实施例如涡轮机叶片的超级合金部件的修复的通用方法，如果有需要，该方法能够被用于所有叶片缺陷的修复。