用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的非可熔焊鎳鑄件的激光粉末沉積焊接返工的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的非可熔焊鎳鑄件的激光粉末沉積焊接返工
[0001 ] 背景
[0002]本公開(kāi)要求2013年10月30日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利公開(kāi)序列號(hào)61/897,623的優(yōu)先權(quán)。
[0003]本公開(kāi)涉及一種焊接返工方法，并且更具體地涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件的焊接返工。以下描述的方法可用于填補(bǔ)由于去除在原始設(shè)備制造期間或檢修和修復(fù)服務(wù)期間在金屬中發(fā)現(xiàn)的缺陷而造成的空腔。
[0004]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)利用由高溫鎳合金鑄造而成的各種相對(duì)大的、復(fù)雜的部件。這種部件的示例為中間渦輪機(jī)框架(MTF) JTF包括以環(huán)-葉片-環(huán)結(jié)構(gòu)布置的多個(gè)中空葉片，在環(huán)-葉片-環(huán)結(jié)構(gòu)中，環(huán)限定核心燃燒氣體路徑，而葉片橫跨氣體路徑設(shè)置。拉桿通常延伸通過(guò)中空葉片以使發(fā)動(dòng)機(jī)支架環(huán)和軸承室互連。
[0005]鑄造部件諸如MTF中空葉片可導(dǎo)致瑕疵，作為正常制造過(guò)程的一部分，瑕疵被返工焊接。使用等同于母體部件非可熔焊基合金的填充合金進(jìn)行返工的各種方法雖然有效，但是相對(duì)緩慢且昂貴。在一個(gè)返工示例中，半英寸(13mm)大小的缺陷需要超過(guò)十個(gè)小時(shí)進(jìn)行返工。
[0006]返工焊接的另選方法利用更可焊接的另選填充合金，以促進(jìn)相對(duì)更快的焊接返工，但是這種方法可面臨在基底合金處的開(kāi)裂問(wèn)題。填充合金與基底合金的材料性質(zhì)可不完全相容，諸如耐氧化性，或者與涂料不相容，因而可縮短部件的使用壽命。進(jìn)一步地，通過(guò)從中形成通孔，去除鑄造缺陷可被復(fù)雜化。
[0007]概述
[0008]—種根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)公開(kāi)的非限制性實(shí)施方案對(duì)部件進(jìn)行返工或修復(fù)的方法包括，從由非可熔焊基合金制造而成的部件中去除缺陷，以形成導(dǎo)致通孔的空腔;使用背襯將該通孔密封；以及使用多個(gè)激光粉末沉積點(diǎn)的多個(gè)層至少部分填充空腔，多個(gè)激光粉末沉積點(diǎn)中的每個(gè)由填充合金形成，多個(gè)層中的第一層包括多個(gè)激光粉末沉積點(diǎn)的周邊，該周邊與空腔的壁和背襯至少部分重疊。
[0009]本公開(kāi)的進(jìn)一步實(shí)施方案包括，其中多個(gè)層中的第一層形成完整的周邊，該周邊在任何其他層之前形成。
[0010]本公開(kāi)的前述實(shí)施方案中的任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施方案包括，在背襯上形成期望表面粗糙度。
[0011]本公開(kāi)的前述實(shí)施方案中的任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施方案包括，其中背襯上的期望表面粗糙度大約等于空腔的壁，或足以在背襯與空腔的壁之間不引起明顯不同的激光能量吸收。
[0012]本公開(kāi)的前述實(shí)施方案中的任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施方案包括，其中在層中的每個(gè)點(diǎn)位于來(lái)自前一層的兩個(gè)點(diǎn)之間，
[0013]本公開(kāi)的前述實(shí)施方案中的任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施方案包括，其中背襯上的期望表面粗糙度為至少大約125微英寸(0.003_)。
[0014]本公開(kāi)的前述實(shí)施方案中的任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施方案包括，其中背襯的厚度在大約0.010英寸至0.020英寸(0.254mm至0.508mm)之間。
[0015]本公開(kāi)的前述實(shí)施方案中的任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施方案包括，，其中填充合金是可融焊粉末材料。
[0016]本公開(kāi)的前述實(shí)施方案中的任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施方案包括，，其中非可熔焊基合金為高Y '鎳基合金。
[0017]—種根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)公開(kāi)的非限制性實(shí)施方案對(duì)部件進(jìn)行返工的方法包括，從由非可熔焊基合金制造而成的部件中去除缺陷，以形成導(dǎo)致通孔的空腔;在背襯上形成期望的表面粗糙度;使用背襯將通孔密封；以及使用多個(gè)激光粉末沉積點(diǎn)的多個(gè)層至少部分填充空腔，多個(gè)激光粉末沉積點(diǎn)中的每個(gè)由填充合金形成。
[0018]本公開(kāi)的前述實(shí)施方案中的任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施方案包括，沿空腔的壁和背襯將背襯完全密封。
[0019]本公開(kāi)的前述實(shí)施方案中的任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施方案包括，其中多個(gè)層中的第一層包括多個(gè)激光粉末沉積點(diǎn)的周邊，該周邊與空腔的壁和背襯重疊。
[0020]本公開(kāi)的前述實(shí)施方案中的任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施方案包括，其中多個(gè)層中的第一層圍繞背襯與壁之間的界面形成完整的周邊。
[0021]本公開(kāi)的前述實(shí)施方案中的任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施方案包括，其中背襯上的期望表面粗糙度大約等于空腔的壁，或足以在背襯與空腔的壁之間不引起明顯不同的激光能量吸收。
[0022]本公開(kāi)的前述實(shí)施方案中的任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施方案包括，其中在層中的每個(gè)點(diǎn)位于來(lái)自前一層的兩個(gè)點(diǎn)之間。
[0023]本公開(kāi)的前述實(shí)施方案中的任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施方案包括，其中背襯上的期望表面粗糙度為至少大約125微英寸(0.003_)。
[0024]本公開(kāi)的前述實(shí)施方案中的任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施方案包括，其中背襯的厚度在大約0.010英寸至0.020英寸(0.254mm至0.508mm)之間。
[0025]一種根據(jù)本公開(kāi)的另一個(gè)公開(kāi)的非限制性實(shí)施方案的用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的鑄件部件包括由非可熔焊基合金制造而成的鑄件部件，該鑄件部件具有空腔，該空腔至少部分填充有多個(gè)激光粉末沉積點(diǎn)的多個(gè)層，，多個(gè)激光粉末沉積點(diǎn)中的每個(gè)由填充合金形成，多個(gè)層中的至少一層包括多個(gè)激光粉末沉積點(diǎn)的周邊，該周邊在空腔的壁與背襯之間處重置。
[0026]本公開(kāi)的前述實(shí)施方案中的任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施方案包括，其中非可熔焊基合金為高γ7鎳基合金。
[0027]本公開(kāi)的前述實(shí)施方案中的任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施方案包括，其中在層中的每個(gè)點(diǎn)位于來(lái)自前一層的兩個(gè)點(diǎn)之間，
[0028]除非另外明確指示，否則前述特征和元件可在各種組合中進(jìn)行組合而無(wú)排他性。根據(jù)以下描述和附圖，這些特征和元件及其操作將變得更為明顯。然而，應(yīng)當(dāng)理解，以下描述和附圖實(shí)質(zhì)上旨在是示例性且非限制性的。
[0029]附圖簡(jiǎn)述
[0030]從所公開(kāi)的非限制性實(shí)施方案的以下詳細(xì)描述中，各種特征對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將變得顯而易見(jiàn)。伴隨詳細(xì)描述的附圖可簡(jiǎn)單如下描述:
[0031]圖1是示例燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造的示意性橫截面；
[0032]圖2是一個(gè)中間渦輪機(jī)框架模塊的分解圖；
[0033]圖3是作為具有鑄造缺陷的示例工件的中間渦輪機(jī)框架葉片單峰的透視圖；
[0034]圖4是鑄件部件中的鑄造缺陷的放大剖視圖；
[0035]圖5是示出根據(jù)一個(gè)公開(kāi)的非限制性實(shí)施方案對(duì)鑄件部件進(jìn)行返工的方法的流程圖；非可熔焊基合金；
[0036]圖6是對(duì)鑄件部件中的鑄造缺陷進(jìn)行返工的一個(gè)步驟的放大剖視圖；
[0037]圖7是經(jīng)形成移除鑄造缺陷的空腔的自頂向下視圖；
[0038]圖8是根據(jù)另一個(gè)所公開(kāi)的非限制性實(shí)施方案在鑄件部件中對(duì)鑄造缺陷進(jìn)行返工的一個(gè)步驟的展開(kāi)的剖視圖；
[0039]圖9是示出在空腔中形成填充合金以對(duì)鑄件部件中的鑄造缺陷進(jìn)行返工的一個(gè)步驟的展開(kāi)的剖視圖；
[0040]圖10是示出在空腔中形成的填充合金的一層多個(gè)激光粉末沉積點(diǎn)的空腔自頂向下視圖；
[0041 ]圖11是對(duì)鑄件部件中的鑄造缺陷進(jìn)行返工的填充合金涂敷步驟的放大剖視圖；
[0042]圖12是對(duì)鑄件部件中的鑄造缺陷進(jìn)行返工的一個(gè)步驟的非可熔焊基合金帽的放大剖視圖；非可熔焊基合金
[0043]圖13是對(duì)鑄件部件中的鑄造缺陷進(jìn)行返工的混合步驟的放大剖視圖；
[0044]圖14是對(duì)鑄件部件中的鑄造缺陷進(jìn)行返工的涂覆步驟的放大剖視圖；
[0045]圖15是示出根據(jù)另一個(gè)所公開(kāi)的非限制性實(shí)施方案對(duì)鑄件部件進(jìn)行返工的方法的流程圖；以及
[0046]圖16是經(jīng)形成以去除鑄造缺陷的空腔的自頂向下視圖。
[0047]詳述
[0048]圖1示意性示出了燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20。本文公開(kāi)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20作為雙軸渦輪風(fēng)扇，其通常包括風(fēng)扇節(jié)段22、壓縮機(jī)節(jié)段24、燃燒室節(jié)段26和渦輪節(jié)段28。風(fēng)扇節(jié)段22沿旁路流動(dòng)路徑驅(qū)動(dòng)空氣，并且將空氣驅(qū)動(dòng)到壓縮機(jī)節(jié)段24中。壓縮機(jī)節(jié)段24沿核心流動(dòng)路徑驅(qū)動(dòng)空氣，用于壓縮并且連通到燃燒室節(jié)段26中，然后燃燒室節(jié)段26通過(guò)渦輪節(jié)段28使空氣膨脹并且引導(dǎo)空氣。雖然在所公開(kāi)的非限制性實(shí)施方案中作為渦輪風(fēng)扇進(jìn)行描繪，但應(yīng)當(dāng)理解，本文描述的概念并非限于與渦輪風(fēng)扇一起使用，因?yàn)榻虒?dǎo)可應(yīng)用于其他類(lèi)型的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，諸如渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪軸，具有中間轉(zhuǎn)軸以及工業(yè)燃?xì)鉁u輪的三軸(加上風(fēng)扇)渦輪風(fēng)扇。
[0049]發(fā)動(dòng)機(jī)20通常包括低轉(zhuǎn)軸30和高轉(zhuǎn)軸32，低轉(zhuǎn)軸30和高轉(zhuǎn)軸32經(jīng)安裝用于經(jīng)由若干軸承結(jié)構(gòu)38相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)殼體組件36圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)中心縱向軸線A旋轉(zhuǎn)。低轉(zhuǎn)軸30通常包括使風(fēng)扇42、低壓壓縮機(jī)(“LPC”)44和低壓渦輪(“LPT”)46互連的內(nèi)軸40。內(nèi)軸40直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇42或者通過(guò)齒輪傳動(dòng)構(gòu)造48驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇42，從而以比低轉(zhuǎn)軸30更低的速度驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇42。示例性減速變速器為行星變速器，即行星齒輪系統(tǒng)或星型齒輪系統(tǒng)。
[0050]高轉(zhuǎn)軸32包括使高壓壓縮機(jī)(“HPC”)52和高壓渦輪(“HPT”)54互連的外軸50。燃燒室56布置在HPC 52與HPT 54之間。內(nèi)軸40和外軸50同心，并且圍繞與它們的縱向軸線共線的發(fā)動(dòng)機(jī)中心縱向軸線A旋轉(zhuǎn)。
[0051 ]核心氣流由LPC 4