專利名稱：高溫電子束焊接的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接技術(shù)，且更特定地涉及鎳或者鈷基超級合金部件的 電子束焊接。
背景技術(shù)：
電子束焊接日益增加地用于結(jié)合超級合金燃氣渦輪機部件上，特別 地，在葉片和噴嘴上的子部件。這些部件經(jīng)常由非常高強度鎳或者鈷合 金制造，其難以焊接。時常地，可延展填充物或者墊片用于減少焊接熔 合區(qū)和熱影響區(qū)中的破裂傾向，但是這些技術(shù)降低焊接件相對于基體金 屬的機械性能。
在使用氣體電弧焊(GTAW)的燃氣渦輪機葉片的制作和修復(fù)中， 非常高的溫度包括預(yù)熱已經(jīng)使用一段時間。當前方法通過輻射或者感應(yīng) 加熱將葉片尖端預(yù)熱到超過1500°F的溫度。這使高強度填充物的使用 能夠生成具有類似于葉片的基體材料的機械屬性的焊接件。
用于預(yù)熱電子束焊接件的當前方法包括在零件上以較低功率運行 電子束，以局部地增加該零件的溫度。使用這種方法，由于零件幾何形 狀的變化，溫度從一個零件到另一個將變化很大，因此溫度是不太可控 的。此外，由于焊接開始時加熱停止，預(yù)熱在焊接過程中沒有維持。最 后，由于電子束僅應(yīng)用于單個移動點，且由于傳導和輻射零件迅速地失 熱，能夠達到的最高溫度相對低。

發(fā)明內(nèi)容
在此描述的示范性的實施例中，提供電子束焊接過程，其用于鎳或 者鈷基超級合金部件，包括在焊接前和焊接期間局部地就地預(yù)熱零件。 可以采用電阻、感應(yīng)或者輻射加熱，且加熱系統(tǒng)必須能夠?qū)⒋附拥牟?件零件的溫度提高到至少1500。F且到基體合金和/或者填充物材料的初 熔點。在焊接期間，被焊接的部件雛持在升高的溫度，使能夠使用匹配 強度和化學性質(zhì)的填充物金屬焊接非常高合金的基體金屬。
因此，在其更廣泛的方面，本發(fā)明涉及焊接超級合金部件的方法，
其包括在真空皇中將待焊接的一個或者多個部件預(yù)熱到至少1500°F 的目標溫度；采用電子束在焊接區(qū)焊接該一個或者多個預(yù)熱的部件，同 時維持目標溫度直到焊接完成。
在另一方面，本發(fā)明涉及焊接超級合金渦輪機部件的方法，其包 括在真空室中將待焊接的一個或者多個部件預(yù)熱到至少"00。F的預(yù) 熱目標溫度，預(yù)熱使用感應(yīng)線圈、電阻加熱器或者輻射燈實現(xiàn)；將填充 物金屬供應(yīng)到焊接區(qū)；采用電子束焊接該一個或者多個預(yù)熱的部件，同 時維持目標溫度直到焊接完成。
現(xiàn)在，本發(fā)明將結(jié)合以下的附圖詳細描述。


該單個附圖為依據(jù)本發(fā)明的示范性的實施例的電子束焊接和預(yù)熱 結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施例方式
參見該單個附圖，顯示電子束焊接設(shè)備IO,由電子束槍14產(chǎn)生的 電子束12通過其引導到由待結(jié)合的部件16、 18的相對表面形成的界面 處。束12生成焊接區(qū)(或者簡單地焊接部)20,其冶金學地結(jié)合部件。 部件16、 18可以由包括相對地難以焊接的不同的金屬合金形成，例如 用于形成鑄造渦輪機部件的沉淀強化的鎳或者鈷基超級合金。
焊接過程典型地在適于電子束焊接的環(huán)境中執(zhí)行，也就是，為防止 電子散射和基體金屬快速氧化所必需的合適的真空水平。該特定的真空 水平以及包括電子束的脈沖電流頻率和行進速度的其他參數(shù)在本領(lǐng)域 中已經(jīng)知道而不需要在此描述。依據(jù)示范性的和非限制的實施例，預(yù)熱 系統(tǒng)位于真空室內(nèi)。預(yù)熱系統(tǒng)能夠局部地將工作件加熱到至少1500°F 且直到基體合金和/或者填充物的初熔點(在一些情況下大于2000°F) (也稱為"目標溫度，，)甚至更高。預(yù)熱系統(tǒng)能夠采用感應(yīng)線圈、電阻 加熱器或者輻射(石英)燈， 一般地以24處的示意形式指示，以加熱 部件而同時允許束達到待焊接區(qū)。應(yīng)該理解的是，真空室要求多電氣饋 給通路，以提供電力給預(yù)熱系統(tǒng)和監(jiān)測溫度。
在兩個部件待焊接(本發(fā)明也應(yīng)用于，例如，單個部件的修復(fù))的 情況，結(jié)合能夠自焊地(沒有填充物材料)完成，或者通過使用一個或
者多個預(yù)置墊片或者絲饋送的填充物材料。填充物金屬能夠具有性能的 任何范圍，從高延展性到非常高強度。
在焊接期間，在激勵電子束之前， 一個或者多個部件16、 18的溫 度升高到目標溫度。目標溫度在焊接期間維持，且僅在焊接過程完成時 加熱停止。在焊接后，預(yù)熱系統(tǒng)可以關(guān)閉，或者其可以在焊接后維持在 受控的加熱模式且用于釋放焊接件應(yīng)力以避免冷卻時破裂。
在此描述的過程克服結(jié)合電子束焊接使用的現(xiàn)有預(yù)熱技術(shù)的問 題，其中電子束本身在低零件處在零件上運行，以局部地增加零件的溫 度。在此采用的預(yù)熱過程更可控，允許操作者在整個焊接過程維持一個 或者多個部件的大致一致的溫度，而獨立于電子束本身。
盡管本發(fā)明已結(jié)合目前認為是最可行和優(yōu)選的實施例描述，需要理 解的是，本發(fā)明并不限于披露的實施例，但相反，意欲覆蓋在附上的權(quán) 利要求書的精神和范圍內(nèi)的不同的修改和等價的布置。
零件列表
焊接設(shè)備10 電子束12 電子束槍.14 待焊接部件16、 18 焊接區(qū)(焊接部)20 預(yù)熱系統(tǒng)2權(quán)利要求
1.一種焊接金屬合金部件的方法，其包括在真空室中將待焊接的一個或者多個部件(16、18)預(yù)熱到至少1500的目標溫度；采用電子束(12)在焊接區(qū)(20)中焊接該一個或者多個預(yù)熱的部件，同時維持所述目標溫度直到焊接完成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在焊接之前，將填充物供 應(yīng)到焊接區(qū)(20)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述填充物包括絲饋送的填 充物金屬。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述填充物包括一個或者多 個預(yù)置的金屬墊片。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中預(yù)熱用感應(yīng)線圈(22)實現(xiàn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中預(yù)熱用電阻加熱器(22)實現(xiàn)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中預(yù)熱用輻射燈(22)實現(xiàn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述目標溫度在1500。F和所 述一個或者多個部件和/或者所述填充物的初熔點之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述目標溫度大于2000。F。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在焊接后，維持受控的加 熱模式以釋放焊接件應(yīng)力。
全文摘要
高溫電子束焊接，提供焊接金屬合金部件(16、18)的方法，其包括在真空室中將待焊接的一個或者多個部件預(yù)熱到至少1500的目標溫度；采用電子束(12)在焊接區(qū)(20)中焊接一個或者多個預(yù)熱的部件，同時維持目標溫度直到焊接完成。
文檔編號B23K15/06GK101172316SQ20071016923
公開日2008年5月7日 申請日期2007年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月2日
發(fā)明者D·A·諾沃克, M·D·阿內(nèi)特, P·S·迪馬斯焦 申請人:通用電氣公司