[发明专利]用于激光焊接的焊剂

说明书

适合用于激光焊接、修复和增材制造应用的焊剂组合物。焊剂组合物含有5至60重量百分比的透光成分，10至70重量百分比的粘度/流动性增强剂，0至40重量百分比的屏蔽剂，5至30重量百分比的清除剂，和0至7重量百分比的引导剂，其中，所述百分比都是相对于所述焊剂组合物的总重量。还公开了一种方法，其涉及在所公开焊剂组合物的存在下超合金材料的熔融，以形成被熔渣层覆盖的熔池，并使熔池和熔渣冷却并固化，从而形成被固体熔渣覆盖的超合金层。

本申请要求提交日为2013年7月29日的美国临时申请号61/859317(代理人案号2013P12177US)的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明一般涉及金属接合领域，并且更具体涉及使用激光能量热源的超合金材料的焊接、维修和增材制造，并涉及用于激光焊接的焊剂材料。

背景技术

取决于被焊接材料的类型，焊接工艺变化很大。一些材料在各种条件下更容易焊接，而其他材料需要特殊处理，以实现结构完好的接合，而不使周围基底材料退化。

常见电弧焊通常利用自耗电极作为进给材料。为了给焊池内的熔融材料提供免受大气之害，当焊接许多合金包括例如钢、不锈钢以及镍基合金时，惰性保护气体和/或焊剂材料可以被使用。惰性以及组合的惰性和活性气体工艺包括气体保护钨极电弧焊(GTAW)(也称为钨极惰性气体(TIG))和气体保护金属极弧焊(GMAW)(也称为金属惰性气体(MIG)和金属活性气体(MAG))。受保护的焊剂工艺包括其中焊剂常规进给的埋弧焊(SAW)，其中焊剂被包括在电极的芯中的药芯焊丝电弧焊(FCAW)，和其中焊剂被涂覆在填料电极的外部上的屏蔽金属电弧焊(SMAW)。

利用能量束作为热源进行焊接也是已知的。例如，激光能量已经被用于将预放置的不锈钢粉末熔融到碳钢基底上，其使用常规的粉末状焊剂材料，从而提供熔池的屏蔽。焊剂粉末可以与不锈钢粉末混合，或者作为单独的覆盖层施加。以本发明人的知识，当焊接超合金材料时，焊剂材料没有被使用。

应该认识到，由于其对焊接凝固裂纹和应变时效开裂的敏感性，超合金材料是最难焊接的材料之一。术语“超合金”如其在现有技术中常用的那样在本文中被使用；即在高温下表现出优异的机械强度和耐蠕变的高度耐腐蚀和耐氧化的合金。超合金通常包括高的镍或钴含量。超合金的例子包括以商标和品牌名出售的合金：哈氏合金，铬镍铁合金(例如IN738，IN792，IN939)，雷内(Rene)合金(例如Rene N5，Rene 41,Rene 80，Rene 108，Rene142，Rene 220)，海恩斯合金(282)，Mar M，CM247，CM 247LC，C263，718，X-750，ECY 768，282，X45，PWA 1480，PWA 1483，PWA 1484和CMSX单晶合金(例如CMSX-4，CMSX-8，CMSX-10)，GTD111，GTD 222，MGA 1400，MGA 2400，PSM 116，IN 713C，Mar-M-200，IN100，IN700，Udimet(尤迪麦特镍基耐热合金)600，Udimet500和铝化钛。

一些超合金材料的焊接修复通过预热材料到非常高的温度(例如高于1600°F或870℃)，以在修复过程中显著增加材料的延展性而已成功完成。这种技术被称为热匣焊接或在升高温度(SWET)焊接修复下的超合金焊接，它通常使用手动GTAW工艺完成。然而，热匣焊接受到保持均匀的组件处理表面温度的困难和保持完整的惰性气体屏蔽的困难，以及强加在这种极端温度下在部件附近工作的操作者上的身体困难的限制。

一些超合金材料的焊接应用可以使用冷却板，以限制基底材料的加热来进行；从而限制基底热效应的出现和引起开裂问题的应力。然而，这种技术对于许多零件的几何形状不便于使用冷却板的修复应用是不实际的。