[发明专利]借助于振动射束引导对耐高温的超合金进行激光堆焊

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在基底上逐层地建立由耐高温的超合金构成的涂覆的结构(涂覆结构)的方法。

背景技术

燃气轮机的转子叶片在运行中经受高温和强的机械负荷。因此，对于这种构件优选应用耐高温的镍基超合金，所述耐高温的镍基超合金能够通过析出γ’相来加强。然而，随着时间推移，在转子叶片中会出现裂纹，所述裂纹在时间进程中进一步扩大。这种裂纹例如能够由于在燃气轮机运行中的极端的机械负荷而形成，但是所述裂纹也能够在制造过程期间就已经出现。因为由这种超合金构成的涡轮机叶片和其他的工件是耗费的和成本密集的，所以寻求：在制造中产生尽可能少的废品并且确保所制造的产品的长的使用寿命。

处于运行中的涡轮机叶片进行定期维护，并且当由于运行引起的应变不再能够容易地确保无错地工作时，必要时更换所述燃气轮机叶片。为了实现继续使用所更换的涡轮机叶片，尽可能地对其进行再加工。随后，所述涡轮机叶片能够重新使用在燃气轮机中。在这种再次加工期间，例如能够需要将涂覆结构在受损的区域中堆焊到损坏的工件上，以便再次建立工件的原始壁厚或形状。这可能能够在例如通过铣削来移除损坏部位之后发生。

具有在制造过程中就已经形成的裂纹的涡轮机叶片也能够以这种方式借助堆焊变为适用的，使得能够减少在制造时产生的废品。

然而，多种耐高温的超合金借助于常规的焊接方法仅能够困难地焊接。所产生的涂覆结构通常具有不令人满意的材料特性，这能够归因于在堆焊期间熔化的材料凝固时构成柱状的凝固前沿。

因此，存在对于对如下焊接方法的需求：所述焊接方法尤其适合用于耐高温的超合金，如γ’凝固的镍基超合金，并且不具有或仅少量地具有上述缺点。

发明内容

因此，本发明引入一种用于在基底上、例如在工件如燃气轮机叶片上逐层地建立由耐高温的超合金构成的涂覆结构的方法。在该方法中，将含有耐高温的超合金的构建材料施加到基底上，并且将其由能量束在工作点处熔化。尤其能够将激光束、优选连续的激光束用作为能量束。构建材料例如能够作为粉末或作为线供给。所述构建材料优选在借助能量束进行加工期间连续地供给，这在粉末状的构建材料的情况下例如能够通过运载气体或者在应用线状的构建材料的情况下通过推进所述线来进行。

工作点沿着主运动方向在基底之上引导，并且在此横向于主运动方向振荡。在此，根据本发明，工作点从涂覆结构的相应的层的第一边缘振荡至涂覆结构的该相应的层的第二边缘。在此，将离开第一和第二边缘中的相应的边缘和直接紧随该离开的返回到第一和第二边缘中的该相应的边缘之间的时间间隔确定为，使得在该时间间隔期间，在第一和第二边缘中的相应的边缘处的熔池(Schmelzbad)凝固成糊状区。将由液态的和大量的无序凝固的组成成分构成的混合物称作为糊状区(英文“mushy zone”)。

本发明通过如下方式抑制不期望的柱状生长：将在堆焊期间在相应的时间点且在相应位置处形成的熔池在能量束返回之前在该位置处(或者用于在其附近沿主运动方向的运动)将冷却成糊状区的熔池重新熔化，其中所述能量束的返回通过横向于主运动方向的振荡运动引起。

通过横向于主运动方向的振动运动，减小糊状区正交于固相线边界面的扩展，进而减小微观偏析的程度和减少莱夫斯相的析出。此外，实现如下凝固条件：所述凝固条件有助于球状生长。通过重复地再熔化枝状晶能够将枝状晶片段保留在熔融物中，并且将其提供作为用于球状生长的核。在堆焊时，寻求涂覆结构中的球状生长，因为具有柱状生长的涂覆结构倾向于形成裂纹。

由于工作点沿着主运动方向运动，相应的部位随时间推移在工作点继续返回时越来越少地加热，使得在该处施加的涂覆材料最终能够完全凝固。然而，本发明在这种情况下具有其他优点：涂覆结构的相应的层在其整个宽度之上能够在一个工序中构建，其中也能够建立具有变化宽度的涂覆结构。根据本发明的方法能够以这种方式实现尤其快速地制造要建立的涂覆结构。

如果借助根据本发明的方法能够将变化宽度的涂覆结构施加到基底上，那么相应地增大横向于主运动方向的振动运动的振幅。在此，当要建立的涂覆结构的宽度增加时，能够降低工作点沿主运动方向的速度，或者当要建立的涂覆结构的宽度减小时，提高该速度。附加地或替选地，能够调整能量束的功率，其中当要建立的涂覆结构的宽度增加时，能够提高功率，并且当要建立的涂覆结构的宽度减小时，能够降低功率。