具有焊接添加材料的特殊质量输送率的、用于焊接由耐高温超合金制成的工件的方法技术

提出一种用于焊接由耐高温超合金构成的工件（9）的焊接方法。其包括：借助热源（3）在工件表面（10）上产生热引入区域（11）；借助于输送装置（5）将焊接添加材料（13）输送到热引入区域中；以及借助运输设备（15）在一方面热源（3）和输送装置（5）以及另一方面工件表面（10）之间产生相对运动。此外，该焊接方法包括：质量输送率为≤350mg/min。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于焊接工件、尤其是例如燃气轮机叶片的燃气轮机工件的方法。
技术介绍
燃气轮机的转子叶片在工作中承受高温和巨大的机械负荷。因此，对于这种构件优选使用镍基超合金，所述镍基超合金可通过Y’相的析出来强化。但是，随着时间可能在转子叶片中出现裂缝，所述裂缝随着时间进一步扩大。这样的裂缝可例如由于在燃气轮机工作时极限的机械负荷而产生，但其也可能在制造过程期间就已经出现。因为由这种超合金来制造涡轮机叶片和其他工件是耗费且成本高昂的，所以力求尽可能少地在制造中产生废品并且确保所制造产品的长的使用寿命。当由于根据工作条件的应力不再可毫无问题地确保令人满意的功能时，那么定期维护并且必要时更换处于运行中的燃气轮机叶片。为了实现所更换的燃气轮机叶片的其他应用，将这些燃气轮机叶片尽可能再处理。这些燃气轮机叶片然后可以重新用在燃气轮机中。在这种再处理的过程中，例如需要在损伤的区域中堆焊，以便再次形成原始的壁厚。同样在制造过程中已含有裂纹的涡轮机叶片可以例如借助堆焊来适于使用，从而可在制造中减少废品。然而，Y’强化镍基超合金现今仅能借助传统焊接方法用同种添加材料来困难地焊接。对此的原因是，必须避免微偏析，即熔融物的微小的离析。此外，焊接过程本身可导致在焊接区域中在后续的热处理期间生成裂纹。对此的原因是，由在焊接时的热引入期间的塑性变形引起的焊接固有应力。为了回避Y ’硬化的镍基超合金的困难的可焊接性，通常用可延展的焊接添加材料来焊接，例如用不带有Y’ -硬化的镍基超合金来焊接。这样的不带有Y’硬化的镍基超合金典型的代表例如是ΙΝ625。没有Y’硬化的添加材料的可延展性允许了消除在焊接之后的第一次热处理期间由塑性变形引起的焊接应力。然而，没有硬化的合金相比于Y’硬化的镍基超合金具有更低的耐高温性(不仅是低抗拉强度，而且是低持久强度)。因此，优选使用无延展的添加材料的焊接方法。这种方法可以划分为如下两类，即借助Y’相的粗糙化来进行基材的过老化以提高可延展性的方法和在预热基底时执行焊接过程的方法。在预热的基底上执行焊接过程通过在焊接过程期间的恢复来减小焊接固有应力。例如在US6，120，624中说明了具有在先的过老化的焊接过程，例如在US 5，319，179中说明了在预热的工件上执行的焊接过程。然而，两种所述不带有可延展的焊接添加材料的焊接方法同样造成缺点。因此，例如在焊接过程之前执行过老化的情况下，在焊接之前对Y ’硬化的镍基超合金执行相应的热处理，以便引起Y’相的过老化。在此，基材的可延展性明显得到提高。可延展性的这种提高实现了在室温下焊接材料。此外，该材料可以被冷校正。此外，这种热处理实现了使用、例如Rene41或Haynes282的镍基超合金作为焊接材料。所述这些镍基超合金虽然在组织中形成Y’相，但相比现今使用于例如燃气轮机叶片的燃气轮机热气体部件中的典型的含Y，镍基超合金(例如 IN 738LC、IN939、Rene80、IN6203DS、PWA1483SX、合金 247 等)仅具有明显更小的体积份额。因此，即使当在热过程之前进行过老化时也不可实现全结构的焊接。当进行涡轮机叶片的预热时，在焊接部位和涡轮机叶片的剩余部之间的温差和由此出现的应力梯度减小，由此可避免在由镍基超合金构成的构件中形成焊接裂纹。然而，这样的在900°C和1000°C之间的温度上借助于感应线圈进行涡轮机叶片的预加热的方法必须在保护气体下执行，这使得焊接过程变得复杂且昂贵。此外，由于存在于保护气体容器中的工件缺乏可接近性而不能在工件的所有区域执行这种方法。因此，存在用于堆焊的替选的焊接方法的需求，该焊接方法尤其适用于Y ’硬化的镍基超合金，并且不具有或仅以减小的程度具有上述缺点。
技术实现思路
该任务通过一种根据权利要求I的用于堆焊的方法来解决。从属权利要求包括本专利技术的有利的扩展方案，并且可有利地任意相互组合。在依据本专利技术的用于焊接由耐高温超合金构成的工件的方法中，实现将焊接添加材料借助热引入区域和用于将焊接添加材料输送到热引入区域中的输送区域来施加到工件表面上。热引入区域和输送区域在焊接期间在工件表面上移动。该移动可沿着焊接方向进行，例如在直线的路径或者在围绕焊接方向振荡的路径上进行。依据本专利技术的质量输送率为< 350mg/min。在该方法的改进方案中，焊接参数选择为使得在材料结晶时的冷却率为至少8000K/S。用于在材料结晶时将冷却率设定为至少8000K/S而提供的主要参数是有关焊接功率和热引入区域的直径的方法参数，例如具有激光功率和激光束直径、进给率(过程速度)以及必要时输入的焊接添加材料的流量的形式。依据所使用激光源的类型，可通过这些参数的适合的匹配来调节待焊接的材料的所要求的冷却率。过程速度在这种情况下可以是至少250mm/min,尤其是大于500mm/min。在过程速度大于500mm/min的情况下,关于焊接功率和热引入区域直径的方法参数例如调节成，使得在材料结晶时冷却率为至少8000K/min0由于高冷却率和高结晶速度，分配系数提高成，使得进一步避免微偏析也就是熔融物的微小离析。在焊缝金属中的熔融物成枝晶状结晶，即成树形结构结晶，其中，枝晶的生长方向沿着焊接轨迹变化，因为枝晶的可能的生长方向的定向相对于在结晶前沿上的温度梯度变化。实现这种具有相对于温度梯度最低的倾角的或者具有最小的生长速度的生长方向。此外，晶核形成在结晶前沿之前，该晶核在结晶期间被结晶前沿追上。所述晶核开始静态分布的枝晶生长方向。 依据本专利技术的方法例如适用于借助于焊接添加材料焊接由含Y ’镍基超合金构成的工件，所述焊接添加材料是Y’构成的镍基超合金材料。那么可以基于使用同种添加材料而获得在焊缝金属中的高强度和可接受的焊接质量，也就是说非常低的裂纹数量以及非常低的平均裂纹长度。由于在室温下借助局部位于熔池中的保护气氛进行焊接过程的可能性，依据本专利技术的焊接方法达到高的经济性。该方法可尤其构成为堆焊方法，其中分层地进行焊接添加材料的施加。在这种情况下，依次连续的层的焊接方向可相对彼此转动，尤其是转动90°。通过转动不同层的焊接方向，可以避免在层之间的接合错误，尤其是当热引入区域和输入区域此外还沿着焊接方向在围绕焊接方向振荡的轨道上在工件表面上运动时。不规则分布的枝晶定向主要出现在焊接轨迹的上半部分中。因此有利的是，在依据本专利技术的方法中，将事先施加的层以小于其层厚度的一半再次熔化。在此，在结晶时接收再次熔化的区域的晶体结构。通过小的再熔化深度确保，结晶前沿堆到具有不规则分布的枝晶定向的区域上。这在多层焊接中结果上导致，生成具有晶粒的多晶体，该多晶体的直径平均非常小。晶界一般是关于在焊接期间或随后的热处理期间的临时应力情况下的裂纹形成的薄弱部位。由于晶界在平面中以及在其用依据本专利技术的方法焊接的焊缝金属中的不规则的定向中的低延展，焊缝金属相对于裂纹形成是不敏感的，从而可在室温下执行焊接过程。 依据本专利技术的方法既可在多晶的也可在定向结晶的或单晶的基底中应用。在所有提到的情况下，含Y’镍基超级合金可用作焊接添加材料。在依据本专利技术的焊接方法的过程中，热处理可以接着施加焊接添加材料进行。因此借助匹配于焊缝金属的热处理，可以调节所期望的Y’形态结构。这用于进一步改善本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：贝恩德·布尔鲍姆，安德烈斯·加塞尔，托尔斯滕·扬博尔，斯特法尼·林嫩布林克，诺贝特·皮尔沙，尼古拉·阿里亚金，乔治·博斯坦约格洛，托尔斯滕·梅尔策约基施，塞利姆·莫卡德姆，米夏埃尔·奥特，罗尔夫·维尔肯赫纳，
申请(专利权)人：西门子公司，弗劳恩霍弗实用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：