[发明专利]用于部件的钎焊接头及其形成方法

说明书

本发明题为“用于部件的钎焊接头及其形成方法”。本发明公开了一种用于形成钎焊接头(202)的系统(200,300,400,500)。所述系统包括环境(206)，所述环境能够操作以达到足以熔融钎焊材料(218)的至少一部分的钎焊温度。所述系统还包括所述环境(206)内的部件(204)，所述部件(204)包括具有基部表面(212)的基部(210)、从所述基部表面(212)下垂到所述基部(210)中的内边缘(224)的凹陷部(214)，以及在所述凹陷部(214)内并且在所述基部表面(212)上方形成盖(220)的所述钎焊材料(218)。所述钎焊材料(218)填充从所述盖(220)到所述内边缘(224)的所述凹陷部(214)。所述盖(220)具有暴露的钎焊表面(222)。所述系统还包括至少部分地覆盖所述暴露的钎焊表面(222)的绝缘层(302)。

背景技术

本公开的领域整体涉及用于金属合金的钎焊接头，并且更具体地涉及钎焊工艺的热控制。

对于完全或部分地由金属合金制成的至少一些已知部件而言，在部件的正常使用期间，合金中可能出现裂纹或缺陷。例如，至少一些已知的旋转机械在操作期间在旋转机械的热流路径中使用的部件中使用不锈钢和镍基、钴基和铁基超合金。热流路径使部件经受热和/或机械应力和应变。因此，当这些部件的合金中出现裂纹或缺陷时，修复的裂纹或缺陷必须能够类似地承受热流路径的高温、应力和应变。

修复合金中的裂纹或缺陷的一种已知方法是使用钎焊工艺形成钎焊接头。对于一些已知的镍基超合金，诸如Rene’N5、Rene’108、和(CannonMuskegon公司的注册商标)，使用钎焊是抢修受损零件的典型技术。在常规的钎焊工艺中，通过用液态或部分液态的钎焊材料填充间隙，然后使钎焊材料凝固，从而使用钎焊材料来修复现有部件中的缺陷。至少一种已知的钎焊方法包括清洁待接合的缺陷表面，将具有缺陷的部件放置在真空钎焊炉中，并且将炉加热至目标温度，使得钎焊材料变得熔融或部分熔融，从而允许钎焊材料流入形成缺陷的空间中。该钎焊工艺可用于填充两个部件之间的间隙以将它们接合在一起，或者该钎焊材料可用于形成新部件。

在上述用于形成钎焊接头的已知钎焊工艺中的至少一些中，随着在钎焊材料已填充部件中的缺陷之后钎焊材料开始冷却，在接头内发生凝固收缩。除此之外，在至少一些已知的钎焊接头中，随着钎焊材料冷却，更靠近金属合金表面的钎焊材料比更深地进入缺陷的钎焊材料冷却得更快。当与凝固收缩结合时，这种差异冷却可引起凝固缺陷，诸如具有高孔隙度和/或热裂纹的钎焊接头。在至少一些已知的钎焊工艺中，当填充有钎焊材料的间隙大于0.1mm并且钎焊材料是超合金粉末与熔点低得多的钎焊填料的共混物时，可能形成孔隙。在至少一些已知的钎焊工艺中，当填充有钎焊材料的间隙小于0.1mm并且钎焊材料是纯钎焊填料时，可能出现热裂纹。钎焊接头中的这些缺陷可降低拉伸强度并缩短钎焊接头的蠕变寿命和疲劳寿命，从而导致含合金部件的磨损增加，这可引起涡轮机的强制停机或其他内部部件的额外磨损。与钎焊接头中的缺陷相关联的这些问题对于设计用于高应力区域诸如在旋转发动机的热流路径内的部件可能尤其成问题。

发明内容

在一个方面，提供了一种用于形成钎焊接头的系统。该系统包括能够操作以达到足以熔融钎焊材料的至少一部分的钎焊温度的环境。该系统还包括环境内的部件，该部件包括具有基部表面的基部、从基部表面下垂到基部中的内边缘的凹陷部，以及在凹陷部内并且在基部表面上方形成盖的钎焊材料。钎焊材料填充从盖到内边缘的凹陷部。该盖具有暴露的钎焊表面。该系统还包括至少部分地覆盖暴露的钎焊表面的绝缘层。

在另一方面，提供了一种用于钎焊限定在基部内的凹陷部的方法。该凹陷部从基部的表面下垂到基部中的内边缘。该方法包括在凹陷部上方形成钎焊材料的盖。该盖具有暴露的钎焊表面。该方法还包括将热绝缘层定位在暴露的钎焊表面上方。该方法还包括在环境内加热钎焊材料以形成至少部分熔融的钎焊材料。该方法还包括冷却该至少部分熔融的钎焊材料以在凹陷部内形成固态钎焊接头。