專利名稱：通過在激光熱作用過程中設定溫度梯度對具有定向微觀結構的部件進行修補的方法；一 ...的制作方法
ffiil在激光熱作用過程中設定溫度梯度對具有定向微觀結構的部件進行修補的方法； 一種以此方法制造的部件本發明涉及一種根據權利要求1所述的對具有帶有一種定向貧j[觀結構的 基礎材料的部件進行修補的方法，以及一種根據權利要求27所述的部件。當今利用定向微見結構材料所制造的渦輪機部件并不鮮見。所謂定向結構 材料(MaterialienmiteinergerichtetenMikrostruktur)， 一般尤其指的是單晶材料， 以及具有顆粒結構的材料，，粒的膨脹具有一種共同的優選方向。例如，顆 粒在某一特定的優選方向中具有比其它方向中更大的尺寸。具有此，粒結構 的部件也稱作定向凝固部件(directional solidified)。諸如渦輪葉片之類的高負荷部件在運行過程中要承受可能會引起材料疲 勞、且最終導致出現裂紋的熱負荷與機械負荷。由于采用具有定向微觀結構的 基礎材料所制造的部件比較昂貴，因lt隨常總是試圖在出現損傷之后對這類部 件進行修補。以此可重新恢復部件的功能，從而可將該部件用于下一個檢查周 期。例如可采用釬焊(L5ten)來修補受損的部件。進行釬焊時，在受損部位將 焊料置于部件的材料上，也就是置于基礎材料上，然后利用熱作用4吏其與基礎 材料接合在一起。但就迄今為止常用的方法而言，在完成釬焊之后，焊料并不 具有單晶結構或定向凝固結構。與定向'微觀結構相比，無序結構具有較差的材 料特性(尤其在高溫范圍內)，從而使得釬焊部位具有比周圍基礎材料差一些 的材料特性。如果要對具有定向微觀結構的受損部件進行修補，應使用也能夠在焊接結 構中也能產生定向微觀結構的焊接方法。例如，在EP089 090A1中就公布了 這樣一種方法。其它方法或所使用的焊粉可查閱下列公開文獻US 6,283,356、 US 4,705,203、 US 4,900,394、 US 6,565，678、 US 4,830,934、 US 4,878,953、 US 5,666,643、 US 6,454,885、 US 6,503,349、 US 5,523,170、 US 4,878,953、 US 4,987,736、 US 5,806,751、 US 5,783,318、 US 5,873,703 。在US-PS 6,050,477中公開了一種使兩個部件結合的方法，即將焊料大面積 置于這兩個部件之間，然后利用溫度梯度來產生同樣的定向微觀結構。對整個US 2003/0075587 Al公開了對具有定向凝固微觀結構的部件進行修補的一 種方法，但經過修補的部位仍然沒有和待修補的部件一樣的微觀結構。US-PS 6,495,793公開了一種利用激光對鎳基耐高熱合金進行焊接修補的 方法，用激光將材料輸送機戶膽入的材料熔化。除fct外，還在焊接過程中將 基礎材料熔化。但并沒有對部件或修補部位的微觀結構作出任何陳述。EP 1 258 545 Al公開了一種不使用溫度梯度的釬焊方法。EP 1 340 567 Al公開了一種將輔助材料添加到己熔化的待修補的部位中的 焊接方法。這里同樣也是將基礎材料熔化。同樣也使用一種溫度梯度，來處 理具有定向微觀結構的部件。US-PS 4,878,953公開了一種對具有定向微觀結構的部件進行修補的焊接 方法，禾,粉末將材料涂布在正在修補的部位上，且該部位具有一種微細顆粒 狀微觀結構。這里同樣也是將基礎材料烙化。焊接方法始終將待修補的部件的基礎材料熔化，所以不可以用來焊接部件 的結構性部分，因為基礎材料的熔化會使得定向結構的完整性不復存在。因此 僅當損傷并非存在于部件的結構性范圍內時，才可利用焊接法來修補具有定向 微觀結構的部件。而當損傷處在部件的承載著結構性范圍內時，如果要求有定 向焊接結構，貝ij應將該部件當成不可修補，并且將其更換成無損傷的部件。本發明的任務在于提供一種方法和一種部件，即使當所述損傷處在部件 的結構性范圍內時，也能對具有帶有定向微觀結構的基礎材料的受損部件進行 修補。采用權利要求1所述的一種方法以及權利要求27所述的一種部件，即可 解決這一任務。從屬權利要求中包括本發明所述的一些優選方案，可以用適宜的方式和方 法任意地將其組合^ffl。在根據本發明的一種對具有定向微觀結構材料的部件進行修補的方法中，所述修補如lt爐行使得修理后的部位具有和周圍基礎材料相應的定向微觀結構。在這種情況下尤其是所述的基礎材料可以是一種l臬基材料。在本發明所述的方法中，將焊料置于待修補的部位的范圍內，然后利用熱作用將其與部件 焊接在一起。在熱作用過程中在此時產生一種^^梯度，即在待修補部位的范 圍內產生一種從較高溫度到較低^Jt的一種、鵬變化。在釬焊過程中并不熔化基礎材料，而是僅僅熔化焊料，然后再使其重新凝 固，焊料在其間與基礎材料結合，從而使得本發明所述的修補方法也可以應用 于部件的結構性區域，且不會損害基礎材料的良好材料特性。借助所述溫度梯 度可以使焊料實現外延生長并且凝固，即這樣一種生長其中由基底的晶向、 也就是基礎材料的晶向來決定焊料凝固時的晶向。因此，所述 ，梯度有助于 形成單晶焊料區，或者在焊接后的焊料中形成另一種定向微觀結構，同時具有 與非定向微觀結構相似地改善了的材料特性。其間可沿著溫度梯度的方向、也 就是沿著從低溫到高溫的方向進行定向生長。由于所述定向的生長，并且因此 而產生的定向微觀結構，因此焊接后的焊料具有與部件的基礎材料相似良好的 材料特性。按照本發明所述的修補方法中的溫度梯度最好如此產生，使其沿著部件的 基礎材料的定向微觀結構的取向方向進行變化。以這種方式可以使得正在凝固 的焊料沿著基礎材料定向微觀結構的取向方向進行定向生長。在根據本發明的方法的一種有益改進方案中，焊料具有熔化溫度劍氏、且 最好明顯低于部件基礎材料熔化溫度的熔化溫度的第一組成成分，以及強度較 高的第二組成成分，且第二組成成分的熔化^Jt高于第一組成成分的熔化溫度， 倒氐于基礎材料的熔化^Jt而直至該熔化溫度。按照所述方法的這種改進方案 所述，在待焊部位的區域中如此施涂焊料，使得M基礎材料的焊料中的第一 組成成分的比例大于遠離基礎材料的區域中的組成成份。在所述方法的這禾中實 施方案中，具有較低熔化溫度的第一組成成分用來使焊料與基礎材料相結合， 而具有較高熔化^J5的組成成份貝傭來提高焊接后的焊料的阻抗能力(強度)。 這種使焊料在基礎材料的范圍內具有較大的比例的第一組成成分的做法，能夠 讓已被焊接的焊料與基礎材料良好結合。而另一方面在距離基礎材料較遠的區 域中，具有較高阻抗能力的第二組成成分的比例則比較大，從而使得釬焊部位 的在將來的部件工作過程中承受較大的負荷的區域具有較高阻抗能力。在根據本發明所述的方法中，所有能夠在待進行釬焊的部位中(也就是在 焊料中)形成一種、鵬梯度的加熱工序，均可用來提供熱作用。例如可以利用激光或常規照射裝置進行光學加熱過程，或者利用加熱線圈進行感應式加熱。 也可以使用鑄造爐來鑄造具有定向微觀結構的材料。例如，可以使用一種所謂的"熱盒"^ii行感應式加熱。所謂"熱盒"，主要指一種裝置，其中有可容納待修補部件的容器，以及在所述容器中可活動地安 裝的感應線圈，用于對部件進行局部加熱的。可以在釬焊過程中將一種惰性氣 體(例如氬氣)充入到容器中。在根據本發明的方法的一種改進方案中，可以將基礎材料的熱處理整合在 焊料的焊接工藝之中。這樣就可在進行修補時，同時實現對于基礎材料的特性進行翻新(Rejuvenation)。以下將參照附圖
和一種實施例，對本發明的其它特征、特性和優點進行說明。附圖la- lc 示出根據本發明的方法的一種實施例，附圖2 示出所述實施例的一種翅；附圖3 示出一種渦輪葉片；附圖4 示出一種燃燒室；附圖5 示出一種渦$^幾；附圖la所示為一種受損部件1的示意圖。部件1的基礎材料包括一種最好在鎳基上的合金，且具有附圖中以短傾斜 延伸虛線表示的定向微觀結構。部件1的受損部位3位于表面5的范圍內， 在附圖中表示為凹陷部分。對受損部件1進行修補時，將焊料7置于經過預先清潔的受損部位3上， 本實施例中適宜4頓粉狀焊料，然后禾擁熱作用將其與部件1的基礎材料焊接 在一起(附圖lb)。最好將所需的全部焊料7置于經過預先清潔的受損部位3 之中，且必要時可以少許過量，尤其不要在熔化過程中逐步添加焊料。最好在熔化之前將焊料7壓入受損部位3之中。這樣做的優點在于可 IOT焊料7將全部受損部位3 ±真滿。尤其當裂紋3非常深(高寬比較大)且 具有不均勻的橫斷面時，如果使用現有技術，利用粉末輸送機從外部供應粉末， 將無法4吏得焊料7 itA^紋尖端。焊料7可以是糊狀、膏狀、純粉末狀，或者利用薄膜進行涂覆，并將其置 于受損部位3之中。可想而知，也可以用其它形式^^焊料裝A^者涂覆。如果焊料7的材料成份與部件1的材| 似，則較為有益。"類似"這一說 法表示焊料7的材料具有基礎材料的所有元素，且還添加有一種或多種熔點 斷氐劑(例如硼，硅)。焊料7必須包括至少一種熔化溫度比部件1的基礎 桐-料的熔化^Jt低的組成成分，以便利用熱作用使焊料7熔化，但并不使部件 1的基礎材料熔化。焊料7最好由一種組成成分組成，也就是說，焊料7應由一種合金組成，而不是由兩種合金的粉末混合物組成。進行釬焊時，焊料7的釬徵^應比部件1的基礎材料的熔化^^低至少 30°C或者至少50°C，使得基礎材料會穀幅壞。釬焊纟鵬與熔化溫度之差最 好在50°C和70°C之間。如果所涉及的基礎材料是耐高熱合金耐高熱合金 (Superlegierung)，則這一點尤其是重要的。耐高熱合金會在接近于其熔化溫 度的高溫下將鉻蒸發出來，因此焊料7的熔化溫變應當盡可制氏，從而使得焊 料7的釬徵鵬與基礎材料熔化溫度之差保持得盡可能大。焊料7的釬焊溫 度與基礎材料熔化^j^之差最好也至少為70。C，且最好是70。C士4。C。焊料7 的釬徵顯度與基礎材料熔化溫度之間的最大M最好為120°C。最好使得焊料7恰好熔化，使其能夠流入到待修補的部位3之中。 為此所需的溫度可以高于或低于用于形成所述定向微觀結構所需的溫度。 對于需要進行釬焊的耐高熱合金沒有任何限制。特別適合于應用本發明所 述的焊料7的材料為PWA1483、 PWA1484和RENEN5。
PWA1483的熔 點為1341°C， RENEN5的熔點在1360。C至1370。C之間。 焊料7的熔點在(例如)1160。C至1220。C之間。除此之外，當使用較高纟鵬時，DS或者SX材料均存在再結晶問題，因 此也要求焊料7的釬焊^j度與部件1的基礎材料的熔化溫度之間有較大的差 別。為了對焊料7施加熱作用，在本實施例中適宜使用電子束焊槍9，由電子 束焊槍來照射待融化的焊料7，并且向其提供熔化所需的熱量。最好在真空中進fi^電子束處理。如果是易于氧化的材料(例如耐高熱合 金)，尤其是氧化作用起到一種重要的影響，由此應當在真空中禾,激光或電 子束 行熱處理。所述電子束處理的優點在于肖^多更好地將能量耦合到材 料之中，且電子束以非接觸方式穿過線圈，線圈在這種情況下如同透鏡，可以 在待修補的部位3上運動。也可以利用激光M焊料7施加熱作用。激光功率或電子束的功率如此確定，使其可以完全熔化焊料7，并且使其 達到,亍焊^Jt。在這種情況下，焊料7的釬徵^比焊料7的熔化》顯度局部高出直至140°。Nd-YAG激光器的功率在這種情況下最好在1500至2000W之間。根據本 發明所述，在釬焊過程中最好沿著基礎材料微觀結構的"述方向，在受損部位3 的范圍內形成一種溫度梯度。可以通過下歹防式形成溫度梯度即使得部件1 和電子束焊槍9相對運動。因此，在本實施例中，電子束焊槍9平行于表面5 在焊料7上方運動。電子束焊槍9在焊料7上方運動的ilit在這種情況下如 ltbit行選擇，使得可以在受損部位3的范圍內、也就是在焊料7中形成所需的 鵬梯度。當被電子束焊槍9熔化的焊料7重新凝固時，該^S梯度在這種 情況下就會誘導形成一種外延定向微觀結構(epitaktisch gerichteten Mikrostruktur)。例如，在這種情況下可以通過電子束焊槍9與部件1的相對 運動速度、或者ilil激光功率來調整溫度梯度的陡度。所謂梯度的陡度，指的 是每長度單位的溫度增加或下降程度。溫度梯度的陡度可在正在凝固的焊料7 中導致形成一禾中定向1^見結構，該陡度在這種情況下與焊料7的成份有關。必須對溫度梯度進行調整，可根據所謂的GV-圖表(溫度梯度與凝固速度圖 表一 GV-Diagram)得出溫度梯度，對于各種金屬和金屬合金這是不相同的， 必須針對每一種合M行計算，或者以實驗方式來確定。GV-圖表中的曲線L 糊疑固速度和^it梯度這兩個參數的區域分開，在一個區域中合金凝固成球狀， 在另一個區域中合金凝固成枝狀定向結構。有^GV-圖表的描述和解釋，可參 閱丄D.Hunt于1984 ，'Matenal Science Engineering (材料科學工禾呈)"第65 巻中發表的題為"Columnar to equiangular加nsition"的文章。所述溫度梯度由焊料7的釬焊纟，以及待修補的部位3背面上的部件溫 度來確定。最好不要使部件1冷卻，或者使其保持室溫，或者如果可能將其預熱到 300。，正如專利文獻WO98/20995、WO98/05450、WO 96/05006或EP0 631 832 Al所述的那樣。在EP 1 437 426 Al或WO 03/087439 Al中也公開了利用激光或以電子束 的等同的方式來形成單晶結構的方法，這些方法均為涉及對于使用^敫光或電子束來形成單晶結構的應用的組成部分。在實施例中，部件1的基礎材料中的定向微觀結構的優選方向在繪圖平面內>廟向右延伸。為了在正在凝固的焊料7中誘導形成一種定向的mH結構，且使其優選方向與基礎材料中的"繼方向相一致，應使電子束焊槍9相對于部件i的運動平行于基礎材料的定向mM結構的"琉方向地進行。如果部件1具有 一種SX結構，則已被修補的部位3同樣也可以具有一種SX結構，但也可以具有一種DS結構。如果部件1具有一禾中DS結構，則已被修補的部位3同樣可以具有一種 DS結構，但也可以具有一種SX結構。部件1和己被修補的部位3最好具有相同的微觀結構。部件l同樣不需要具有定向凝固結構，其中在已被修補的部位3中貝贓高 溫下M31定向凝固的結構使部件1獲得一種較高的強度，因為焊料7在己被修 補的部位中的定向凝固結構在高溫下可以抵消低熔點對機械 販的不利影響。待修補的部位的寬度b (附圖la)在1 至1000 '1^t間，最好為約 500微米。激光或電子束最好可以到達待修補的部位3的寬度b。由于僅在 待修補的部位3的區域內對部件1進行加熱，因lt戰里所涉及的是局部修補法 ，部釬焊法。待修補的部位3的寬度b在5微米至300微米之間較為適宜。 待修補的部位3的寬度b在5 M至100 之間也較為適宜。 此外，還可以對20微米至300微米之間的裂紋寬度b進行修補。 待修補的部位3的寬度b在20 至100 之間較為適宜。 待修補的部位3的寬度b在50微米至300微米之間也較為適宜。 如果待修補的部位3的寬度b在50微米至200微^J司，還可以獲得 其它一些優點。除lfe^外，最好M本方法以有益的方式對寬度在50微沐至100微^t 間的裂紋3進行修補。對于待修補的部位的長度沒有任何限制。但在這里有時必須讓激光器9 和電子束沿縱向運動(iSA繪圖平面內)，其中讓激光器在該方向中運動(如WO 03/087439 Al所述)。激光束或電子束的運動速度在100mm/min至 ]30mm/匪之間較為適宜。激光束或電子束的停留時間視材料以及凝固速度而定。附圖lc所示為受損部位3經過修補后的部件1。如在現已凝固的焊料7 所在區域中的斜線所示，凝固后的焊料7 (也就是修理材料)具有一種定向微 觀結構，該定向微觀結構具有如同部件1的基礎材料的定向結構那樣相同的優 選方向。同樣也可以如此加寬電子束，使得該電子束例如照射全部焊料7，并且將 其由此無論如何完全加熱。并非一定要使用電子束焊Mli行處理。將焊料7的熱量散發到部件的基材之中，就可在焊料7的內部形成一 種、鵬梯度。在焊料7的外表面上、鵬最高，而在焊料7與部件1的對才之 間的界面上溫度較低。必要時可以在背面、受損部位3的對面或者任何部位對部件i進行y射卩或加熱，以便可以根據部件1和受損部位3的幾何Wt^調節所需的^Jt梯度。在本實施例中，使用電子束焊槍9來提供熱量。但也可選用其它光學加熱方法，例如使用常規照射裝置進行照射。除Jlfct 外，也可以使用借助著加熱線圈來對于焊料進行加熱的感應加熱法來替代光學 加熱法。最后也可以使用特殊的加熱爐來生產具有定向的微觀結構的鑄件，例 如一種所謂的"熱盒(HotBox)"或者鑄造爐。在任何情況下，所i頓的方法均 必須適合于在受損部位或填充有焊料的受損部位所在的區域內，在對于凝固所 希望的方向中產生一種i^Jt梯度。在使用一種爐時，這例如M31—種固定安裝 的爐來實現，該爐可以使得在爐的不同的區域內分開地調整所述加熱效果。在附圖2中所示為參照附圖la至lc所示實施例的一種變型。在這一變 型方案中，施涂在受損部位3上的焊料17包括兩種組成成分，其中第一種組 成成分的熔化溫度明顯低于部件1的基礎材料的熔化溫叟；第二種組成成分的 熔化溫度則在第一種組成成分的熔化溫度與基礎材料的熔化溫度之間的范圍 內。除lfcfe外，第二禾中組成成分尤其也可以具有一種大致在基礎材料的數量級 的較高強度。將粉末狀焊料17如此施涂在經過預先清潔的受損部位3上，使得首先施 涂其中第一種組成成分在粉末上占有較高比例的焊料組合物18，然后施涂其中第一種組成成分比第二種組成成分少的焊料組合物19。如果現在將焊料17與基礎材料進行焊接，貝IJ所占比例較大的第一組成成分、也就是熔化溫度劍氐 的成分，就會很容易將焊料與基礎材料焊接在一起，而其中第一組成成分所占 比例較少的焊料組合物19則可保證修補后的部位具有較高的強度。同樣，焊料組合物18也可以保證待修補的部位3具有較高的強度，且接近表面的焊料組合物19具有較高的防氧化和/或者防腐性能。代替輝料7的 這種雙層結構之外，在待修補的部位3中的焊料7也可以具有一種從修補部位 3的底部直至部件的表面5的材料梯度，其中焊料7的成份連續變化。在根據本發明的方法的兩種實施變型中，也可以在施加熱作用將焊料7、 17與部件1的基礎材料焊接在一起的同時，將這種熱作用用來對基礎材料進 行熱處理，以便翻新基礎材料的特性。在所述實施例及其 方案中，將粉末狀的焊料7、 17施涂在待修補的部 位上。但也可以選用薄膜或膏齊腿行涂布。例如，焊料7、 17的粉末可作為納M^末，即粉末的粒度小于500納米， 或小于300納米，或小于100納米。現已發現，納米粉末構成的焊料7具有 比同一成份微米級顆粒組成的常規粉末更低的熔化溫度。焊料7、 17的粉末 同樣也可以是納M^末和微米級粒度的常規粉末組成的混合物。這樣就可以有 目標地調低熔點。用來施涂焊料7的薄膜或膏劑也可以部分或完全地具有由納米粉末組成 的粉末。與現有技斜目比，其優點在于這里可不必通過粉末輸送機來提供粉末， 而是將其壓實后i^A待修補的部位3。幾乎無法如同由現有技術已知的那樣， 通過噴嘴將納米粉末送入到待修補的部位3，因為納米粉末的粒度極其細微， 會在噴出時很寬范圍地散開。附圖3所示為流體機械的轉子葉片120或者導向葉片130的透視圖，該 葉片沿著縱軸線121延伸，并且利用根據本發明所述的方法對其進行修補。所述流體機械可以是飛機或發電廠的燃氣輪機、或者是蒸汽輪機或壓縮機。葉片120、 130具有沿著縱軸線121依次排列的固定部分400、與該固定 部分相鄰的葉片緣板403以及葉片406。作為導向葉片130 ，葉片130可以在其葉片頂部415具有另一個緣板(圖 紙并未繪出)。在固定部分400中構成葉片根部183，葉片根部用來將轉子葉片120、 130 固定在軸或輪盤上(圖紙并未繪出)。例如，可以將葉片根部183設計成錘 頭形狀，也可以將其設計成秒人積t形或燕尾形。葉片120、 130具有用于介質的入流棱邊409和排流棱邊412，介質從葉 片406旁流過。就常規葉片120、 130而言，在葉片120、 130的所有區域400、 403、 406 中均使用實心金屬材料，尤其是耐高熱合金。例如由EP 1 204 776 Bl、 EP 1 306 454、 EP 1 319 729 Al、 WO 99/67435或 者WO 00/44949已知這樣的耐高熱合金；這些文獻關于合金的化學成份是本公 開內容的一部分。葉片120、 130均《借助于定向凝固的鑄造法 行制造。具有單晶結構的工件可以作為在工作時承受較高機械負荷、熱負荷以W或 者化學負荷的機械部件使用。例如，可ffi3i^^液定向 疑固的方法來制造此類單晶工件。在i^種情況下 所涉及的是鑄造法，其中使得液態金屬合金定向凝固成單晶結構，即單晶工件。 其間使枝狀晶體沿著熱流方向對齊，并且形成柱狀晶粒結構(即在工件全長上 分布的柱狀體、也就是粒狀物，并在這里一般稱作定向凝固)，或者形成一種 單晶結構，即整個工件由一個單一晶體構成。采用這些方法時，必須避免轉變 成球狀(多晶)凝固，因為非定向生長會形成橫向與縱向晶界，該晶界使定向 凝固的或單晶部件的良好特性遭到破壞。所謂定向凝固結構，指的是沒有晶界 或具有最小角晶界的單晶，也指那些雖然具有沿著縱向延伸的晶界、但是沒有 橫向晶界的柱晶結構。第二種晶體結構也稱作定向固化結構(directionally solidified structures)。此類方法均已由US-PS 6,024,792和EP0 892 090 Al公開；這些專利文獻 均為本公開的的部分。葉片120、 130同樣也可具有防腐或防氧化的層(例如MCrAlX涂層，M 表示至少選自由鐵(Fe)鈷(Co)鎳(NO所組成的組中的某一種元素，X表 示一種活性元素，如釔(Y)禾卩/或硅和/或至少一種稀土元素，或者鉿(Hf))。 由EP0486489B1、 EP0786 017 B1、 EP0412397B1或EP1 306454Al已 公開了此類合金，該文獻涉及化學成份的內容為本公開內容的一部分。在MCrAlX上還可以有一種隔熱層，例如ZiOs、 Y204-ZiO3所構成的隔熱層，i!51氧化釔和/或氧化鈣和/或氧化錳，可使其不穩定、部分穩定或完全穩 定。M適當的涂層法，例如電子束蒸發法(EB-PVD)，在隔熱層中形成柱 狀晶粒。翻新(Reilirbishment)表示部件120、 130在經過使用后，有可能必須清 除其保護層(例如采用噴砂法)。然后清除防腐層、氧化層和/或氧化層或者產 物。必要時也可對部件120、 130中的裂紋進行修補。然后對部件120、 130重 新涂層，然后重新使用部件120、 130。葉片120、 130可以是空心的或實心的。如果要對葉片120、 130進行冷卻，貝i」為空心構造，并且還在必要時具有 薄膜7令卻孔418 (虛線部分)。附圖4所示為一種燃氣輪機100的燃燒室110。燃燒室110例如可設計 J^萬謂的環形燃燒室，其中多個沿圓周方向圍繞旋轉軸線102分布的燒嘴107 匯聚到一個共同的燃燒室腔154之中，形成火焰156。燃燒室110整體為環 形結構，布置于旋轉軸線102周圍。》然燒室110可耐受工作介質M的大約在1000。C至1600°C之間的較高 的溫度，以便實現較高的效率，至。為了即使在不禾盱材料的運行參數下也能 夠實現比較長的使用壽命，燃燒室壁153在其朝向工作介質M的一側配有一 種由熱屏蔽元件155所構成的內襯。每個用合金制成的熱屏蔽元件155朝向工作介質的一側具有特別耐熱的 保護層(MQA1X層以歷或者陶瓷涂層)，或者采用耐高溫材料制成(實心陶 瓷磚)。這^f呆護層可以類似于渦輪葉片，也就是意味著例如MQA1X: M是由鐵 (Fe)鈷(Co)鎳(M)所組成的組中的至少一種元素，X是一種活性元素， 表示釔(Y)禾n/或者硅和/或至少一種稀土元素，或者鉿(Hf)。由EP 0 486 489 Bl、 EP0 786017Bl、 EP0 412397Bl或EP1 306454A1公開了此類合金，該專利文獻涉及所述合金的化學成份的內容是本公幵內容的一部分。在MCrAlX上還可以有一個例如陶瓷隔熱層，例如由Zr02、 Y204-ZrO2所構成的隔熱層，也就是ijWl氧化憶和/或氧化铞和減氧化錳，可使其不穩定、部分穩定或完全穩定。Mig當的涂層法，例如電子束蒸發法(EB-PVD)，在隔熱層中形成柱狀晶粒。翻新(Reforbishment)表示熱屏蔽部件155在經過使用后，有可能必須清 除保護層(例如采用噴砂法)。然后清除防腐層和/或氧化層和/或氧化層或者 產物。必要時也可對熱屏蔽部件155中的裂紋進行修補。然后對熱屏蔽部件 155重新涂層，然后重新〗吏用熱屏蔽部件155。由于燃燒室110內部的溫度很高，還可以給熱屏蔽元件155或者其固定元 件配備一種冷卻系統。熱屏蔽元件155可以例如是空心的，且必要時還可具 有匯聚到燃燒室腔154之中的薄膜y賴卩 L (圖中并未繪出)。附圖5所示為燃氣輪機100的局部縱剖面示意圖。燃氣輪機100在其內部具有一圍繞旋轉軸線102旋轉支承的轉子103(也 稱作渦輪機轉子)以及軸101。沿著轉子103依次排列有進氣殼104、壓縮機 105、例如環狀的燃燒室110 (尤其是具有多個同軸排列的燒嘴107的環形燃 燒室)、渦輪機108和排氣殼109。環形燃燒室110與例如環形的高溫燃氣通道111相聯系。在這里例如由四 個先后相連的渦輪機級112構成渦輪機108。每個渦輪機級112例如均由兩個葉片環構成。沿著工作介質113的流動 方向觀察,隨后在導向葉片級的高溫燃氣通道111中有一列轉子葉片120所構 成的葉柵125。導向葉片130在這種情況下固定于定子143的內殼138上，而葉柵125 的轉子葉片120則例如利用渦輪盤133固定于轉子103上。發電機或工作機械耦聯在轉子103上(圖紙并未繪出)。在燃氣輪機100運轉過程中，由壓縮機105通過進氣殼104吸入空氣 135并對其進行壓縮。將在壓縮機105的渦輪機一側的末端上己作準備的經 過壓縮的空氣輸送給燒嘴107，在這里將其與燃燒劑相混合。混合氣在形成工 作介質113的情況下在燃燒室110中進行燃燒。工作介質113從這里開始沿 著高S)i氣通道111流過導向葉片130和轉子葉片120。工作介質113傳遞 脈沖地在轉子葉片120處卸載，使得轉子葉片120驅動轉子103，并且該轉子 再驅動耦聯在其上的工作機械。暴露于高溫工作介質113之中的部件在燃氣輪機100運轉過程中要承受 熱負荷。沿著向工作介質113的流動方向觀察的第一渦輪機級112的導向葉片130和轉子葉片120在圍護著環形燃燒室110的熱屏蔽元件旁邊將承受最 大熱負荷。為了耐受這里所存在的^t，可以利用一禾中7賴卩劑進行7賴卩。部件的基材同樣也可以具有一種定向結構，即單晶機構(SX結構)，或者 僅具有縱向定向的晶粒(DS結構)。例如，可以j頓鐵基鎳基或鈷基的耐 高熱合金作為部件的材料，尤其是作為渦輪葉片120、 130以及燃燒室110的 部件的材料。例如由EP 1 204 776 Bl、 EP 1 306 454、 EP1 319 729A1、 WO 99/67435或 者WO 00/44949已知此類耐高熱合金；這些專利文獻涉及到合金化學成份的內 容均為本公開內容的部分。葉片120、 130同樣也可具有防腐涂層(MCrAK; M是至少由鐵(Fe) 鈷(Co)鎳(M)所組成的組中的一種元素，X表示一種活性元素，如釔(Y) 禾口/或硅和/或至少一禾中稀土元素，或者鉿)。由EP 0 486 489 Bl、 EP 0 786 017 Bl、 EP 0 412 397 Bl或EP 1 306 454 Al已公開了此類合金，該文獻涉^^f述 化學成份的內容應是本公開內容的一部分。在MCrAlX上還可以有一種隔熱層，并且例如由Zr02、 Y203-Zr02所構 成，也就是說M51氧化釔和/或氧化鈣和/或氧化錳可使其不穩定、部分穩定或完 全穩定。通過適當的涂層法，例如電子束蒸發法(EB-PVD)，在隔熱層中形 成柱狀晶粒。導向葉片130具有朝向渦輪機108內殼138的導向葉片根部(圖紙沒有 繪出)以及位于導向葉片根部對面的導向葉片頂部。導向葉片頂部朝向轉子 103，并且固定于定子143的固定環140上。
權利要求
1.對具有帶有一種定向微觀結構的基礎材料的部件(1)進行修補的方法，其中將焊料(7，17)置于待修補的部位(3)的范圍內，焊料(7，17)具有至少一種組成成分，其釬焊溫度比基礎材料的熔化溫度至少低30℃，并且接下來借助熱作用在釬焊溫度下將焊料(7，17)與部件(1)焊接在一起，同時在熱作用過程中在待修補的部位(3)的范圍內如此調節一種溫度梯度，用于在待修補的部位(3)中形成一種定向微觀結構，使得修補后的部位(3)具有和周圍的基礎材料一樣的定向微觀結構。
2. 根據權禾腰求1所述的方法，其特征在于，焊料(7， 17)的釬徵鵬與 部件(1)的基礎材料的熔化溫度之差至少為50°C。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，焊料(7， 17)的釬徵驢與 部件(1)的基礎材料的熔化^JS之差至少為70°C。
4. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，焊料(7， 17)的釬徵鵬與 基礎材料的熔化 ，之差為70。C士4。C。
5. 根據權利要求1、 2、 3或4所述的方法，其特征在于，首先完全施涂焊 料(7， 17)，然后使其完全熔化。
6. 根據權利要求1、 2、 3、 4或5所述的方法，其特征在于，通過電子束 尤其在真空中施加熱作用。
7. 根據權利要求1、 2、 3、 4、 5或6所述的方法，其特征在于，部件(O 由一種鎳基或鈷基的耐高熱合金構成，尤其是由Rene N5、 PWA 1483或者 PWA1484構成。
8. 根據權利要求1、 5、 6或7所述的方法，其特征在于，？鵬梯度如lt爐 行定向，使其沿著部件(1)的基礎材料的定向'微見結構的取向方向變化。
9. 根據JlM權利要求中任一項或多項所述的方法，其特征在于，焊料(17) 包括第一組成成分和第二組成成分，其中第一組成成分的熔化纟鵬低于部件(1) 的基礎材料的熔化溫度；第二組成成分具有較高的阻抗能力，并且其熔化溫度 高于第一組成成分的熔化溫度，但低于基礎材料的熔化溫度，直至該基礎材料 的熔化溫度；并且將焊料(17)如此施涂在待焊接的部位的范圍內，使得焊料 (17)中的第一組成成分在基礎材料附近(18)所占的比例大于遠離基礎材料的區域(19)中的第一組成成分的比例。
10. 根據權利要求1、 8或9中任一項或多項所述的方法，其中利用 一種光學加熱過程或者感應加熱過程來形成^Jt梯度。
11. 根據權利要求1、 8至9中任一項或多項所述的方法，其中利用鑄造爐形成iU)S梯度，從而形成具有定向微觀結構的鑄件。
12. 根據權利要求1至11中任一項或多項所述的方法，其中將基礎材 料的熱處理集成在焊料(7， 17)的釬焊工序之中。
13. 根據Jl^權利要求中任一項或多項所述的方法，其特征在于，焊料 (7， 17)的粉末部分地、尤其是全部由納米粉末構成。
14. 根據權利要求1或5所述的方法，其特征在于，將糊狀、膏狀或 薄膜狀焊料(7， 17)置于待修補的部位(3)之上或之中。
15. 根據權利要求1、 5、 6或8所述的方法，其特征在于，在待修補 的部位(3)的范圍內局部施加熱作用。
16. 根據權利要求1、 2、 3或4所述的方法，其特征在于，焊料(7) 僅包括一種組成成份。
17. 根據權利要求1或15所述的方法，其特征在于，待修補的部位 (3)具有1 ，至1000 ^t間的寬度(b)。
18. 根據權利要求1或5所述的方法，其特征在于，激光功率或電子 束功率如jlfc^定，使其至少可將焊料(7， 17)熔化。
19. 根據權利要求1或18所述的方法，其特征在于，激光束或電子 束的運動速度或停留時間如lt腿定，使得焊料(7， 17)在待修補的部位(3)的范圍內呈枝狀凝固。
20. 根據權利要求1、 5、 6、 8、 10、 18或19所述的方法，其特征在 于，M焊料(7， 17)的釬'J^顯度以及部件(1)的、鵬來確定所游鵬梯度， 尤其是部^牛(1)的溫度為300°或者是室溫。
21. 根據權利要求17所述的方法，其特征在于，待修補的部位(3) 具有1標，至500貨ife間的寬度(b)。
22. 根據權禾腰求17所述的方法，其特征在于，待修補的部位(3) 具有400 至600 ^間的寬度(b)，尤其是約500微米的寬度(b)。
23. 根據權利要求17所述的方法，其特征在于，待修補的部位(3)具有500 至1000 ^t間的寬度(b)，尤其是約750微米的寬度(b)。
24. 根據權利要求17所述的方法，其特征在于，待修補的部位(3) 具有500 至750貨1^間的寬度(b)。
25. 根據權利要求17所述的方法，其特征在于，待修補的部位(3) 具有750 至1000德米之間的寬度(b)。
26. 根據禾又利要求1、 2、 3、 4、 5、 8或15所述的方法，其特征在于， M激光束在真空中施加熱作用。
27. 根據禾又利要求1至26中任一項或多項所述所制造的部件。
28. 根據權利要求27所述的部件，其特征在于，部件(1， 120， 130， 155)具有利用一種焊料(7， 17)局部修補過的部位(3)，且所述修補部位具 有定向結構，并且待修補的部位(3)具有1 至1000 之間的寬度(1))。
全文摘要
在一種根據本發明所述的、對具有定向微觀結構的基礎材料的部件(1)進行修補的方法中，如此進行所述修補，使得修補部位(3)具有如同周圍的基礎材料一樣的定向微觀結構。將焊料(7)置于待修補部位(3)的范圍內，并且利用熱作用(9)將其與部件(1)焊接在一起。在熱作用(9)過程中因此產生一種溫度梯度，也就是說例如在待修補部位(3)的范圍內產生一種從較高溫度到較低溫度的溫度變化。
文檔編號B23P6/00GK101272880SQ200580051135
公開日2008年9月24日 申請日期2005年7月22日 優先權日2005年7月22日
發明者A·沃爾克, M·奧特, R·辛格, U·保羅 申請人:西門子公司