[发明专利]通过光透射的熔渣的材料加工

说明书

本申请要求于2013年1月31日递交的美国临时专利申请号61/758,795的权益。

技术领域

本发明通常涉及材料技术领域，更具体地涉及使用能量束熔化供给材料的添加方法，并且在一个实施例中涉及用于使用激光热源沉积金属的方法。

背景技术

电渣焊(ESW)是一种传统的方法。ESW通过连续使电流通过一个或多个供给金属丝、经由熔化的和导电的熔渣到基底表面以生成熔化的合金池。在该过程中没有电弧，但在熔渣和金属中的电阻生成热量并且连续地熔化供给金属，由此加入熔化的金属池。随着熔池的深度增大，在该池的底部的金属被冷却并且在竖直方向上固化，由此向基底加入新铸造的材料。这种类型的方法通常被用来接合非常厚的板，诸如用于桥梁或储油罐。在那些应用中，正在被接合的板的边缘含有熔池的两个侧面并且水冷铜滑块被用来含有其它两个侧面。

电渣焊的缺点是通常由初始硬件设置所固定的填充金属和电能的递送缺乏灵活性。这使得一旦它正在进行则难以优化热分布、改变填充金属、或以其它方式修改该方法。其结果是，ESW不是普遍被用来修复现有部件的方法。

附图说明

本发明根据附图在以下描述中进行解释，该幅图示出了：

图1是根据本发明的各个方面操作的装置的示意性前剖面图。

图2是根据本发明的第二实施例操作的装置的示意性前剖面图。

图3是根据本发明的第三实施例操作的装置的示意性前剖面图。

图4是根据本发明的方面的燃气涡轮发动机叶片的剖面图。

图5是根据本发明的方面的材料沉积过程的示意性前剖面图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的各个方面操作的装置20。该装置包括模具22，它例如可以是具有或不具有冷却和/或加热的水冷铜模或耐熔金属或陶瓷模具。合金基底24被沉积及累积在模具22上。随着金属合金熔池28在熔化的熔渣层30下方固化，合金基底24可以单轴地26生长。合金粉末32可以通过供给设备34被沉积到熔渣层30上或喷到熔渣层30中。合金粉末32可通过熔化的熔渣层30的表面张力被喷洒，或者合金粉末32可以在熔化之前或熔化期间由于其重量而浸没。激光束36沿着一个或多个路径38被引导，如后所述，其可以被扫描并光栅化以便于形成期望的熔融区域。

本发明施加诸如激光能量36之类的能量束到粉末32以添加至熔池28，用于修复、焊接或制作。覆盖熔池28的熔渣层30对激光能量至少是部分透射的。正如传统的ESW过程，熔渣层30隔离熔融金属28并屏蔽该熔融材料与空气的反应。熔渣材料可以被选择用于与空气进行低反应。以合金粉末32形式的填充金属(用于熔池的给料)被供给到池中，由激光能量熔化并且被允许固化以添加至合金基底24。熔渣可以是对激光能量部分地光学吸收的或半透明的以从激光36吸收足够的能量从而保持熔融。熔渣层30提供针对熔池28的热绝缘并且可以保持被熔化的金属28充分加热，而不需要像在一些实施例中是对激光能量部分吸收的。

图2示出了在其中给料以丝或带的形式提供的实施例40，该给料诸如为具有可含有期望的合金24的成分的粉末状合金芯44的中空供给丝42。一些超合金难以制作成丝但作为粉末可用。中空丝42可以从期望的合金的可挤出的子集来制作，其中粉末的芯44含有剩余的成分。例如，NiCoCrAIY超合金可能难以提取或挤出成丝。然而，镍丝可以利用含有Co、Cr、Al和Y的粉末的中空芯制成。这些粉末可以由以合金的形式和/或作为元素或化合物形式的颗粒形成。焊剂材料和/或其它熔渣增强成分也可以被包含在芯中。在熔池中的成分的混合可以通过熔融物的电磁搅拌和/或通过供给丝的搅拌运动或振动或其它方式加以改进。这样的混合改进了合金24中的成分比例的均匀性，并加速熔渣和释放的气体从熔池30的分离。

在另一实施例中，供给丝和粉末状金属的组合可以作为供给材料被使用。粉末状给料的组成可以在加工期间通过调节到粉末供给件34的供应或者通过调节多个粉末供给件而被改变，以便于形成具有梯度组成的成品金属修复层或制作。