焊接-钎焊技术制造技术

本发明专利技术提供了一种系统，该系统包括具有凹陷部分的气体涡轮部件，该凹陷部分具有为难焊(HTW)材料的凹陷表面。该系统包括设置在凹陷部分上方的板。该板具有易焊(ETW)材料。该板具有外表面和内表面，并且内表面面向凹陷部分。该系统包括设置在凹陷部分内的位于板的凹陷表面与内表面之间的钎焊材料。钎焊材料被配置成当钎焊材料被加热到钎焊温度时，将凹陷部分的凹陷表面与板的内表面粘结。该系统包括设置在板的设置在凹陷部分上方的外表面上的填充材料。填充材料到板的外表面的施加被配置成将钎焊材料加热到钎焊温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】焊接-钎焊技术
技术介绍
本文所公开的主题涉及焊接-钎焊技术，并且更具体地涉及用于修复气体涡轮引擎的缺陷气体涡轮部件的焊接-钎焊技术。气体涡轮部件在操作期间经受高温和应力。气体涡轮部件可由难焊材料形成。不当机加工的气体涡轮部件可能具有缺陷(例如，凹陷部、沟槽或缺少材料)。修复气体涡轮部件的难焊材料中的缺陷可能是昂贵和/或耗时的。直接焊接到难焊材料中的缺陷的焊接工艺可能是昂贵和/或困难的。此外，直接焊接到难焊材料中的缺陷的焊接工艺可能不利地影响气体涡轮部件的相邻部分，因为焊接工艺期间的不均匀加热和冷却将产生热应力和残余应力。这些应力可能导致焊接期间、焊接之后或焊接后热处理(PWHT)期间的热开裂或应变老化开裂。钎焊可与真空炉一起使用以加热用于修复的钎焊材料。然而，真空炉可具有可用于气体涡轮部件的有限空间，并且可具有用于完成钎焊工艺的大量加热时间。此外，在真空炉之后对经修复的气体涡轮部件进行热处理可进一步增加修复气体涡轮部件的成本和时间。
技术实现思路
在一个实施方案中，系统包括具有凹陷部分的气体涡轮部件，该凹陷部分具有为难焊(HTW)材料的凹陷表面。该系统包括设置在凹陷部分上方的板。该板具有易焊(ETW)材料。该板具有外表面和内表面，并且内表面面向凹陷部分。该系统包括设置在凹陷部分内的位于板的凹陷表面与内表面之间的钎焊材料。钎焊材料被配置成当钎焊材料被加热到钎焊温度时，将凹陷部分的凹陷表面与板的内表面粘结。该系统包括设置在板的设置在凹陷部分上方的外表面上的填充材料。填充材料到板的外表面的施加被配置成将钎焊材料加热到钎焊温度。在另一个实施方案中，一种方法包括将钎焊材料布置在气体涡轮部件的凹陷表面上的步骤。此外，该方法包括将板设置在钎焊材料上的步骤。板的内表面靠近钎焊材料，并且板具有与内表面相对的外表面。另外，该方法包括加热填充材料以将填充材料施加到板的外表面的步骤。来自施加填充材料的热量被配置成用于加热板。此外，该方法包括经由来自施加填充材料的热量用钎焊材料将气体涡轮部件的凹陷表面粘结到板的内表面的步骤。在另一个实施方案中，系统包括用于包含难焊材料的气体涡轮的气体涡轮部件。难焊材料为镍基合金。系统还包括钎焊材料，该钎焊材料包括被配置成接触气体涡轮部件表面的粘结表面和设置在钎焊材料的与粘结表面相对的一面上的钎焊材料界面表面。此外，系统包括板，该板包括被配置成接触钎焊材料界面表面的板界面表面。板界面表面具有比钎焊材料界面表面更大的表面积。另外，系统包括设置在板的与钎焊材料相对的表面上的填充材料。此外，焊接设备被配置成将填充材料施加到板的与钎焊材料相对的表面。钎焊材料被配置成响应于通过板传导到钎焊材料的热量而熔融并且在固化之后将板粘结到气体涡轮部件。附图说明当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点，附图中相同的字符在整个附图中表示相同的部件，其中：图1是涡轮系统的实施方案的剖视图；图2是具有表面缺陷的气体涡轮部件的实施方案的剖视图；图3是设置在气体涡轮部件上的板的实施方案的顶视图；图4是气体涡轮部件的实施方案的剖视图，其中填充材料被施加到板以经由钎焊材料将板与气体涡轮部件粘结；并且图5是用于执行钎焊的方法的实施方案的流程图。具体实施方式下面将描述一个或多个具体实施方案。为了提供这些实施方案的简明描述，可能未在说明书中描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在任何此类实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出许多特定于实施方式的决策以实现开发者的特定目标，诸如遵守系统相关和业务相关的约束，这些约束可能因实施方式而异。此外，应当理解，此类开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员来说仍然是设计、制作和制造的常规任务。当介绍本专利技术的各种实施方案的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在意指存在元件中的一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包含性的，并且意味着可能存在除列出元件之外的附加元件。在某些应用中，涡轮机械(例如，涡轮、压缩机和泵)和其他机械可包括在高热环境下操作的部件。例如，某些涡轮系统部件包括叶片、衬里、转子轮、轴、喷嘴等。一些涡轮部件可具有制造缺陷(例如，凹陷部、沟槽、凹口等)。一般来讲，钎焊可用于使部件恢复到操作条件。然而，钎焊工艺可能是昂贵和/或耗时的。例如，钎焊可包括在钎焊工艺期间使用加热炉(例如，真空炉)。由于加热炉的尺寸和部件的尺寸，加热炉钎焊气体涡轮部件的能力可能有限。另外，在钎焊气体涡轮部件时使用加热炉可能具有针对钎焊工艺的大量加热时间和/或具有专门的操作者。另外，除了钎焊材料之外，加热炉也加热了气体涡轮部件的部分；因此，整个经修复的气体涡轮部件可在钎焊之后进行热处理，以恢复气体涡轮部件的所需材料特性。此外，气体涡轮部件的缺陷的直接焊接对于修复由难焊材料制成的气体涡轮部件中的缺陷可能是无效的。本文所公开的焊接-钎焊技术克服了钎焊或焊接气体涡轮部件的当前问题。例如，该焊接-钎焊技术可在没有专门设备(例如，加热炉)的情况下使用，从而减少气体涡轮部件的成本、复杂性和/或修复时间。此外，通过本文所述的焊接-钎焊技术施加到气体涡轮部件自身的热量可减少或消除气体涡轮部件的后续热处理，从而减少气体涡轮部件的成本和修复时间。另外，焊接-钎焊技术可有效地修复具有难焊材料的气体涡轮部件。因此，本文所公开的焊接-钎焊技术克服了气体涡轮部件的钎焊和焊接的当前问题。该焊接-钎焊技术还可提供优于传统钎焊的另外优点。钎焊可能不适用于修复承载部件。钎焊材料可能不具有用于承载应用的期望的机械特性(例如，拉伸强度等)。焊接可能适用于修复承载部件；然而，如上所述，单独的焊接可能不能有效修复难焊材料，诸如在一些气体涡轮部件中使用的那些。除了钎焊材料之外，本文所公开的焊接-钎焊技术可有效地应用具有期望的承载机械特性的材料。因此，本文所公开的焊接-钎焊技术可提供比钎焊更有效的对承载气体涡轮部件的修复。图1是涡轮系统10的实施方案的剖视图。在涡轮系统10的操作期间，燃料诸如天然气或合成气可通过一个或多个燃料喷嘴12被引导至涡轮系统10并进入燃烧器16。空气可通过进气区段18进入涡轮系统10并且可被压缩机14压缩。压缩机14可包括压缩空气的一系列级20、22和24。每个级可包括一组或多组静叶26和叶片28，它们旋转以逐渐增加压力，从而提供压缩空气。叶片28可附接到连接到轴32的旋转轮30。来自压缩机14的压缩排放空气可通过扩散器区段36离开压缩机14，并且可被引导至燃烧器16中以与燃料混合。例如，燃料喷嘴12可以以合适的比率将燃料-空气混合物喷射到燃烧器16中，以实现最佳燃烧、排放、燃料消耗和功率输出。在某些实施方案中，涡轮系统10可包括以环形布置设置的多个燃烧器16。每个燃烧器16可将热燃烧气体引导至涡轮34中。涡轮34可包括由衬里56包围的三个单独的级40、42和44。每个级40、42和44包括一组联接到相应转子轮48、50和52的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：/n气体涡轮部件，所述气体涡轮部件包括凹陷部分，所述凹陷部分具有为难焊(HTW)材料的凹陷表面；/n板，所述板设置在所述凹陷部分上方，其中所述板包括外表面和内表面，所述板包含易焊(ETW)材料，并且所述内表面面向所述凹陷部分；/n钎焊材料，所述钎焊材料设置在所述凹陷部分内的位于所述板的所述凹陷表面与所述内表面之间，其中所述钎焊材料被配置成在所述钎焊材料被加热到钎焊温度时将所述凹陷部分的所述凹陷表面与所述板的所述内表面粘结；和/n填充材料，所述填充材料设置在所述板的设置在所述凹陷部分上方的所述外表面上，其中所述填充材料到所述板的所述外表面的施加被配置成将所述钎焊材料加热到所述钎焊温度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190124 US 16/256,3401.一种系统，包括：
气体涡轮部件，所述气体涡轮部件包括凹陷部分，所述凹陷部分具有为难焊(HTW)材料的凹陷表面；
板，所述板设置在所述凹陷部分上方，其中所述板包括外表面和内表面，所述板包含易焊(ETW)材料，并且所述内表面面向所述凹陷部分；
钎焊材料，所述钎焊材料设置在所述凹陷部分内的位于所述板的所述凹陷表面与所述内表面之间，其中所述钎焊材料被配置成在所述钎焊材料被加热到钎焊温度时将所述凹陷部分的所述凹陷表面与所述板的所述内表面粘结；和
填充材料，所述填充材料设置在所述板的设置在所述凹陷部分上方的所述外表面上，其中所述填充材料到所述板的所述外表面的施加被配置成将所述钎焊材料加热到所述钎焊温度。


2.根据权利要求1所述的系统，其中将所述填充材料施加到所述外表面包括经由TIG、MIG、激光、EB、FCAW、等离子、LB融焊或它们的一些组合将所述填充材料焊接到所述外表面。


3.根据权利要求1所述的系统，其中所述气体涡轮部件包括用于气体涡轮的热气体路径部件。


4.根据权利要求1所述的系统，其中所述板的面积大于所述气体涡轮部件的所述凹陷部分的凹陷面积，并且所述板的所述内表面的至少一部分与所述气体涡轮部件的外表面交接。


5.根据权利要求1所述的系统，其中所述填充材料包括难焊材料，诸如Inconel939、MarM247、GTD111、Inconel738或另一种合适的难焊材料。


6.根据权利要求1所述的系统，其中所述填充材料包括易焊材料，诸如Inconel617、Nimonic263、GTD222、GTD292或另一种合适的易焊材料。


7.根据权利要求1所述的系统，其中所述填充材料包括被机加工成与包围所述凹陷部分的所述气体涡轮部件的外表面平齐的机加工表面。


8.根据权利要求1所述的系统，其中所述填充材料到所述板的所述外表面的所述施加被配置成将所述钎焊材料加热到所述钎焊温度而不改变所述气体涡轮部件的所述凹陷部分的微观结构，并且其中通过所述板传导的热量被配置成将所述板与所述钎焊材料之间的界面处的温度升高介于982摄氏度和1287摄氏度之间。


9.根据权利要求1所述的系统，其中所述钎焊材料包括粉末、箔、带材或预成型件。


10.根据权利要求1所述的系统，其中所述钎焊材料包括介于982摄氏度和1287摄氏度之间的液相线温度。


11.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔燕，M·阿内特，M·莱洛克，布赖恩·李·托利森，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US