[发明专利]用于修理燃气涡轮的电火花沉积方法和系统

说明书

技术领域

本申请大体上涉及燃气涡轮构件的修理。本申请更具体地涉及使用电火花沉积方法来修理燃气涡轮主燃料喷嘴。

背景技术

燃气涡轮发动机包括用以将燃烧燃料递送到燃烧器构件的燃料喷嘴。在长时间使用的过程中，燃料喷嘴可例如在喷嘴末端的边缘周围经历劣化。当前没有可用的有效方法来修理制造成在喷嘴末端与喷嘴的本体之间具有硬焊接合部的主燃料喷嘴。任何用以通过传统熔焊来建立金属层的方法都存在硬焊接合部可被焊接工艺所施加的热损伤的风险。此外，焊接工艺所诱发的变形对于诸如主燃料喷嘴之类的涡轮构件所需的公差来说是不能接受的。为了避免与熔焊相关的风险，必须使用具有低热输入的工艺。激光熔覆对于将喷嘴末端恢复到正确尺寸来说温度可足够低，但难以利用激光熔覆技术来将金属沉积在喷嘴的边缘上。

已知电火花沉积(ESD)工艺具有很低的热输入。ESD将所储存的能量传送到可消耗的电极，例如碳化物(W、Ti、Cr等)、不锈钢、铝和其它电极组分。电极末端上的温度可在约5000°C至约10,000°C的范围内。电极材料被电离并传送到基底表面，从而与基底产生合金并在融合的电极-基底交界处产生沉积物。沉积层冶金地结合在融合的基底和电极材料上。

ESD用于燃气涡轮构件的表面修理。ESD工艺必须克服的一个挑战是例如在燃料喷嘴中的电极和局部基底的过热，其中焊接或ESD技术所导致的局部加热可危害硬焊接合部。需要一种局部冷却方法，其在不使电极和局部基底过热的情况下在燃料喷嘴上提供ESD。

所公开的系统和/或方法的预期优点满足了这些需求中的一个或多个或提供了其它有利特征。其它特征和优点将从本说明书而变得显而易见。所公开的教导扩展到落入权利要求的范围内的那些实施例，不论它们是否实现前述需求中的一个或多个。

发明内容

本公开的一个实施例涉及一种修理金属基底的方法，该方法包括以下步骤：提供基底；提供具有可消耗的电极的电火花沉积装置；提供保护气体；冷却保护气体以将气体的温度冷却到环境温度以下；在电极与基底之间建立连续火花；将保护气体流引导到电极、基底与火花的交界处；以及沉积融合的覆层直至获得期望的覆层厚度。

另一实施例涉及一种用于修理金属基底的系统，该系统包括电火花装置和被可移除地支承在电极保持器中的电极。电火花装置在安置成与金属基底接触时施加材料的覆层。冷却装置用于将保护气体流的温度降低到环境温度以下。导管布置成将保护气体流引导到电极与基底的交界处以冷却基底的接受覆层的区域。

本公开描述了一种用于修理主燃料气体喷嘴末端的方法，该方法具有不会危害附近的硬焊接合部的很低的热输入。ESD工艺中的当前技术仅使用保护气体来冷却电极以防止氧化。在本公开中，冷却后的保护氩气或氮气施加至电极和基底的与电极接触的表面两者。

另一个优点在于所公开的ESD工艺可按需连续操作以沉积所需的覆层厚度。

又一个优点是电极和基底的低温，因为在电极上所测得的温度低于200℉。

又一个优点是提供在2与10密尔之间的覆层厚度的能力，其足以修复一些气体喷嘴。而且，如果需要的话，可沉积较厚的ESD覆层。

根据一实施例，一种修理金属基底的方法，包括：提供基底；提供电火花沉积装置，电火花沉积装置构造成利用可调节的转速保持可消耗的电极；提供保护气体；冷却保护气体，以将气体的温度降低到环境温度以下；在电极与基底之间建立连续火花；将保护气体流引导到电极、基底与连续火花的交界处；以及沉积融合的覆层直至获得期望的覆层厚度。

根据一实施例，方法还包括连续操作电火花沉积涂覆工艺直至在基底的表面上施加期望的覆层厚度的步骤。

根据一实施例，方法还包括调节基底相对于电极的转速。

根据一实施例，方法还包括调节电极相对于基底的转速。

根据一实施例，方法还包括将基底可旋转地安装在定位器中。

根据一实施例，方法还包括重复沉积融合的覆层的前一步骤直至获得期望的覆层厚度。

根据一实施例，方法还包括在基底与在基底的表面上的融合覆层之间形成冶金结合。

根据一实施例，旋转电极包括适合于与基底形成冶金结合的电极材料。

根据一实施例，冷却保护气体的步骤还包括将保护气体导入冷却装置中。

根据一实施例，沉积融合覆层的步骤还包括邻近在基底上的硬焊接合部利用ESD沉积装置沉积融合覆层而不热损伤硬焊接合部。

根据一实施例，基底是燃料气体喷嘴。