本發(fā)明總體涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī),且更具體地涉及用于組裝附接至燃燒器組件的燃料噴射器的釬焊層。
背景技術(shù):
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括壓縮機(jī)段、燃燒器段以及渦輪段。燃燒器包括具有釬焊在一起的一個(gè)或多個(gè)子部件的燃料噴射器。燃料噴射器的釬焊部件在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的操作期間必須承受熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。
Y.Yoshoka的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)預(yù)授權(quán)公開(kāi)第2007/00391777號(hào)公開(kāi)了一種用于再生成燃?xì)鉁u輪定子葉片的方法,該方法包括研磨氧化層以及形成在表面部分處的裂紋以便留下一部分裂紋。該方法還包括將等效材料和釬焊材料填充到地面部分中。等效材料與用于定子葉片的基礎(chǔ)材料結(jié)合在一起。釬焊材料具有比等效材料的熔點(diǎn)更低的熔點(diǎn)。該方法還包括在加壓惰性氣體氣氛下對(duì)填充部分進(jìn)行熱處理,以便使釬焊材料熔化。該方法進(jìn)一步包括通過(guò)將熔化的釬焊材料擴(kuò)散到裂紋部分中來(lái)執(zhí)行釬焊處理。
本發(fā)明旨在克服發(fā)明者發(fā)現(xiàn)的或者本領(lǐng)域中已知的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
在一個(gè)實(shí)施例中,公開(kāi)了一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器組件的燃料噴射器。該燃料噴射器包括第一部件、第二部件以及釬焊層。第一部件具有側(cè)壁。第二部件也具有側(cè)壁。釬焊層形成在第一部件的側(cè)壁與第二部件的側(cè)壁之間。釬焊層是由包含非金屬成分的鎳(Ni)合金釬焊材料形成。釬焊層還具有無(wú)共晶區(qū),其中,大體上所有的非金屬成分均遠(yuǎn)離第一部件與第二部件之間的中心線區(qū)擴(kuò)散。
在另一個(gè)實(shí)施例中,公開(kāi)了另一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器組件的燃料噴射器。該燃料噴射器包括第一部件、第二部件以及釬焊層。第一部件具有側(cè)壁。第二部件也具有側(cè)壁。釬焊層形成在第一部件的側(cè)壁與第二部件的側(cè)壁之間。釬焊層是由包含非金屬成分的鎳(Ni)合金釬焊材料形成。釬焊層是通過(guò)釬焊過(guò)程來(lái)形成。該釬焊過(guò)程包括將釬焊材料加熱至高于釬焊材料的液相線溫度的第一溫度。釬焊過(guò)程還包括使釬焊材料在第一溫度下維持至少10分鐘。釬焊過(guò)程進(jìn)一步包括在至少5分鐘的時(shí)間內(nèi)以受控速率將釬焊材料冷卻至低于釬焊材料的固相線溫度的第二溫度。此外,釬焊過(guò)程包括使釬焊材料在第二溫度下維持至少30分鐘的時(shí)間。釬焊過(guò)程還包括在至少5分鐘的時(shí)間內(nèi)以受控速率將釬焊材料加熱至高于釬焊材料的液相線溫度的第三溫度,其中,第三溫度低于第一溫度。此外,釬焊過(guò)程包括使釬焊材料在第三溫度下維持至少30分鐘的時(shí)間。進(jìn)一步地,釬焊過(guò)程包括在至少3分鐘內(nèi)以受控速率將釬焊材料冷卻至高于釬焊材料的固相線溫度且低于液相線溫度的第四溫度。
在另一個(gè)實(shí)施例中,公開(kāi)了一種用于對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分進(jìn)行釬焊的方法。該方法包括將由包含非金屬成分的鎳(Ni)合金釬焊材料形成的釬焊層施加至該部分。該方法還包括將釬焊材料加熱至高于釬焊材料的液相線溫度的第一溫度。該方法進(jìn)一步包括使釬焊材料在第一溫度下維持第一時(shí)間,該第一時(shí)間足以允許釬焊材料液化且細(xì)化到釬焊接頭中。此外,該方法包括在第二時(shí)間內(nèi)以受控速率將釬焊材料冷卻至低于釬焊材料的固相線溫度的第二溫度,該第二時(shí)間足以防止該部分由于熱慣性而翹曲。該方法還包括使釬焊材料在第二溫度下維持第三時(shí)間,該第三時(shí)間足以使非金屬成分的一部分遠(yuǎn)離釬焊接頭的中心線區(qū)擴(kuò)散。此外,該方法包括在第四時(shí)間內(nèi)以受控速率將釬焊材料加熱至高于釬焊材料的液相線溫度的第三溫度,該第四時(shí)間足以防止該部分由于熱慣性而翹曲,其中,第三溫度低于第一溫度。進(jìn)一步地,該方法包括使釬焊材料在第三溫度下維持第五時(shí)間,該第五時(shí)間足以產(chǎn)生大體上沒(méi)有非金屬成分的釬焊接頭的中心線區(qū)。此外,該方法包括在第六時(shí)間內(nèi)以受控速率將釬焊材料冷卻至高于釬焊材料的固相線溫度且低于液相線溫度的第四溫度,該第六時(shí)間足以防止該部分由于熱慣性而翹曲。
附圖說(shuō)明
圖1是示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。
圖2是用于圖1的燃燒器的燃料噴射器的透視圖。
圖3是圖1的燃料噴射器的圓筒組件的釬焊接頭的截面的顯微圖。
圖4是圖1的燃料噴射器的配件的釬焊接頭的截面的顯微圖。
圖5是在釬焊過(guò)程期間在圖3中識(shí)別出的釬焊層的釬焊材料的一部分V的放大圖。
圖6是在圖3中識(shí)別出的釬焊層的釬焊材料的一部分V的放大圖,其中,根據(jù)實(shí)施例,非金屬成分在釬焊過(guò)程期間擴(kuò)散到中心線區(qū)之外。
圖7是用于對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料噴射器的一部分進(jìn)行釬焊的方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
本文公開(kāi)的系統(tǒng)和方法包括燃料噴射器,該燃料噴射器包括至少兩個(gè)子部件,在這兩個(gè)子部件之間具有釬焊層。在實(shí)施例中,釬焊層是由包含非金屬成分的鎳合金釬焊材料形成。釬焊層具有無(wú)共晶區(qū),該無(wú)共晶區(qū)沿著燃料噴射器的子部件之間的中心線沒(méi)有非金屬成分。無(wú)共晶區(qū)可以減少或者防止釬焊層在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的操作期間出現(xiàn)裂紋。
圖1是示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的示意圖。為了清楚起見(jiàn)和易于解釋?zhuān)呀?jīng)省略或者放大了(在此以及其它附圖中)一些表面。而且,本發(fā)明可以參照前向和后向方向。通常,除非另外指明,否則對(duì)“前向”和“后向”的所有參照均與一次空氣(即,燃燒過(guò)程中使用的空氣)的流動(dòng)方向相關(guān)聯(lián)。例如,前向是相對(duì)于一次空氣流動(dòng)的“上游”,而后向是相對(duì)于一次空氣流動(dòng)的“下游”。
此外,本發(fā)明大體上可以參照燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)的中心軸線95,該中心軸線95大體上可以由其軸120(由多個(gè)軸承組件150支撐)的縱向軸線限定。中心軸線95可以是與多個(gè)其它發(fā)動(dòng)機(jī)同心部件共有或者共享的。除非另外指明,否則對(duì)徑向、軸向和周向方向以及測(cè)量的所有參照均涉及中心軸線95,并且諸如“內(nèi)”和“外“等術(shù)語(yǔ)通常均指與中心軸線95相距更小或者更大的徑向距離,其中,徑向96可以是垂直于中心軸線95且從中心軸線95向外輻射的任何方向。
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100包括進(jìn)口110、軸120、壓縮機(jī)200、燃燒器300、渦輪400、排氣裝置500、以及功率輸出聯(lián)軸器600。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100可以具有單軸配置或者雙軸配置。
壓縮機(jī)200包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子組件210、壓縮機(jī)靜止葉片(定子)250、以及進(jìn)口導(dǎo)向葉片255。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子組件210機(jī)械地聯(lián)接至軸120。如所圖示的,壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子組件210是軸流式轉(zhuǎn)子組件。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子組件210包括一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)輪盤(pán)組件220。每個(gè)壓縮機(jī)輪盤(pán)組件220包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子輪盤(pán),該壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子輪盤(pán)周向地配備有壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片。定子250軸向地跟隨每個(gè)壓縮機(jī)輪盤(pán)組件220。與跟隨壓縮機(jī)輪盤(pán)組件220的鄰近定子250成對(duì)的每個(gè)壓縮機(jī)輪盤(pán)組件220被看作是壓縮機(jī)級(jí)。壓縮機(jī)200包括多個(gè)壓縮機(jī)級(jí)。進(jìn)口導(dǎo)向葉片255軸向地位于壓縮機(jī)級(jí)之前。
燃燒器300包括一個(gè)或多個(gè)燃燒室305、一個(gè)或多個(gè)燃料噴射器310、以及位于從燃燒室305徑向向外的燃燒器外殼301。每個(gè)燃料噴射器310具有多個(gè)部件和子部件,其中包括:鄰近燃燒室305的圓筒組件330、鄰近燃燒器外殼301的凸緣312、從凸緣312突起的配件凸臺(tái)315、以及在與配件凸臺(tái)315相反的方向上在配件凸臺(tái)315與圓筒組件330之間從凸緣312延伸出去的桿部320。圓筒組件330、配件凸臺(tái)315、桿部320中的每一個(gè)可以包括釬焊層,如下文參照?qǐng)D3和圖4所討論的。
渦輪400包括渦輪轉(zhuǎn)子組件410和渦輪噴嘴450。渦輪轉(zhuǎn)子組件410機(jī)械地聯(lián)接至軸120。如所圖示的,渦輪轉(zhuǎn)子組件410是軸流式轉(zhuǎn)子組件。渦輪轉(zhuǎn)子組件410包括一個(gè)或多個(gè)渦輪輪盤(pán)組件420。每個(gè)渦輪輪盤(pán)組件420包括渦輪輪盤(pán),該渦輪輪盤(pán)周向地配備有渦輪葉片430。渦輪噴嘴450軸向地位于每個(gè)渦輪輪盤(pán)組件420之前。與位于渦輪輪盤(pán)組件420之前的鄰近渦輪噴嘴450成對(duì)的每個(gè)渦輪輪盤(pán)組件420被看作是渦輪級(jí)。渦輪400包括多個(gè)渦輪級(jí)。
排氣裝置500包括排氣擴(kuò)散器510和排氣收集器520。功率輸出聯(lián)軸器600可以位于軸120的端部。
圖2是用于圖1的燃燒器300的燃料噴射器310的透視圖。參照?qǐng)D2,配件凸臺(tái)315、凸緣312以及桿部320可以是整體件。配件凸臺(tái)315可以包括從凸緣312延伸出去的圓柱形或者棱柱形形狀。多個(gè)配件可以聯(lián)接至配件凸臺(tái)315。液體燃料供應(yīng)管路、氣體燃料供應(yīng)管路以及空氣供應(yīng)管路可以聯(lián)接至配件以便向燃料噴射器310供應(yīng)液體燃料、氣體燃料和空氣。在圖2中圖示的實(shí)施例中,液體燃料配件316聯(lián)接至配件凸臺(tái)315的側(cè)面,并且氣體燃料配件317聯(lián)接至配件凸臺(tái)315的頂面。在所示出的實(shí)施例中,配件318和319也聯(lián)接至配件凸臺(tái)315的側(cè)面。配件318和319可以用于供應(yīng)液體或者氣體引燃燃料或者可以用于供應(yīng)空氣。釬焊層可以設(shè)置在每個(gè)配件(316、317、318、319)與配件凸臺(tái)315之間的接頭處,如下文參照?qǐng)D4所討論的。
凸緣312可以包括圓形或者多邊形形狀。在圖2中示出的實(shí)施例中,凸緣312包括矩形形狀。凸緣312包括多個(gè)安裝孔313。安裝孔313可以用于將燃料噴射器310附著至燃燒器外殼301。參照?qǐng)D2和圖3,燃料噴射器310可以包括通道部325。通道部325可以包括中空?qǐng)A柱體形狀,并且可以位于桿部320的與凸緣312相對(duì)且在其遠(yuǎn)端的端部處。通道部325可以是整體件并且可以加工或者模制有配件凸臺(tái)315、凸緣312以及桿部320。
桿部320可以包括中空?qǐng)A柱體形狀,并且可以包括從配件凸臺(tái)315延伸至通道部325的一個(gè)或多個(gè)通路。每個(gè)通路可以從配件凸臺(tái)315的頂部至通道部325進(jìn)行加工或者鉆孔??梢詫⒅T如氣體燃料配件317或者蓋子323等配件放置或者插入在配件凸臺(tái)315處的每個(gè)通路的端部處。這些通路可以向圓筒組件330供應(yīng)液體和氣體引燃燃料或者供應(yīng)氣體。
圓筒組件330和通道部325可以共享公共軸線。對(duì)徑向、軸向和周向方向的所有參照和測(cè)量均與圓筒組件330和通道部325相關(guān)。
圓筒組件330可以包括旋流器組件350、出口旋流器360以及進(jìn)口旋流器380。旋流器組件350可以由單一件或者多個(gè)件形成,該多個(gè)件通過(guò)釬焊或者焊接冶金地結(jié)合在一起。此外,通道部325和旋流器組件350可以冶金地結(jié)合在一起,諸如通過(guò)釬焊或者焊接。
圖3是圖1的燃料噴射器310的圓筒組件330的釬焊接頭的截面的顯微圖。如所圖示的,該接頭形成在通道部325的一部分的側(cè)壁326與旋流器組件350的一部分的側(cè)壁351之間。將一層釬焊材料800施加在側(cè)壁326與側(cè)壁351之間以便將這兩個(gè)側(cè)壁326和351冶金地結(jié)合在一起。圖3圖示了在通道部325與旋流器組件350之間進(jìn)行釬焊之后的一層釬焊材料800。然而,本申請(qǐng)的實(shí)施例并不限于將釬焊材料800施加在該位置處。在其它實(shí)施例中,該層釬焊材料800可以形成在圓筒組件330的其它部分之間和/或也可以施加至燃料噴射器310的其它部件或者子部件。
圖4是圖1的燃料噴射器310的配件316的釬焊接頭的截面的顯微圖。如所圖示的,該接頭形成在配件316的一部分的側(cè)壁321與配件凸臺(tái)315的一部分的側(cè)壁322之間。將一層釬焊材料800施加在側(cè)壁321與側(cè)壁322之間以便將這兩個(gè)側(cè)壁321和322冶金地結(jié)合在一起。圖4圖示了施加在配件316與配件凸臺(tái)315之間的一層釬焊材料800,本申請(qǐng)的實(shí)施例并不限于將釬焊材料800施加在該位置處。在其它實(shí)施例中,該層釬焊材料800可以施加在燃料噴射器310的其它部件或者子部件之間。
圖5是在釬焊過(guò)程期間在圖3中識(shí)別出的釬焊層的釬焊材料800的一部分V的放大圖。釬焊材料800可以是鎳(Ni)合金釬焊材料。在一些實(shí)施例中,釬焊材料800可以是包含鎳、鐵(Fe)以及鉻(Cr)的合金。此外,釬焊材料800還可以包括非金屬成分(810、815、820)。例如,在一些實(shí)施例中,釬焊材料800可以包含硅(Si)810、硼(B)815的顆粒,并且在一些實(shí)施例中,還可以包含各種雜質(zhì)(諸如,碳、磷、硫等;本文由“X”表示)820。在一些實(shí)施例中,釬焊材料800可以是AMS4777釬焊材料,其通常具有如下的組成:82.4%的鎳、3%的鐵、7%的Cr、3.1%的硼和4.5%的硅。然而,AMS4777釬焊材料的組成由于制造差異而可以在如下范圍內(nèi)發(fā)生變化:鎳—(80%-84.75%)、鐵—(2.5%-3.5%)、鉻—(6%-8%)、硼—(2.75%-3.5%)、硅—(4%-5%)。AMS4777釬焊材料的建議釬焊溫度范圍為1850℉至2150℉。AMS4777釬焊材料800還具有1780℉的固相線溫度(給定物質(zhì)在低于該溫度下完全是固體)以及1830℉的液相線溫度(材料在高于該溫度下完全是液體)。其它釬焊材料可以具有不同的釬焊溫度范圍和不同的固相線/液相線溫度。
如在圖5中圖示的,釬焊材料800具有遍布在其上的非金屬成分810、815、820的基體,包括在通道部325與旋流器組件350之間的中心線區(qū)805。非金屬成分810、815、820在中心線區(qū)805中的存在可以稱(chēng)為中心線共晶區(qū)。
圖6是在圖3中識(shí)別出的釬焊層的釬焊材料800的一部分V的放大圖,其中,根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例,非金屬成分810、815、820在釬焊過(guò)程期間擴(kuò)散到中心線區(qū)805之外。如所圖示的,非金屬成分810、815、820已經(jīng)朝著釬焊材料800的邊緣擴(kuò)散并且擴(kuò)散到通道部325和旋流器組件350中,從而產(chǎn)生大體上沒(méi)有非金屬成分810、815、820的中心線區(qū)805。在一些實(shí)施例中,非金屬成分810、815、820將完全擴(kuò)散到釬焊材料800之外并且擴(kuò)散到通道部325和旋流器組件350中。
如在圖5中圖示的,釬焊材料800的實(shí)施例可以沿著中心線區(qū)805完全沒(méi)有非金屬成分810、815、820。然而,由于非金屬成分810、815、820的擴(kuò)散,釬焊材料800的其它實(shí)施例可以是釬焊前和釬焊后的釬焊材料800的非金屬成分810、815、820的存在出現(xiàn)大幅減少。大體上所有非金屬成分遠(yuǎn)離中心線區(qū)805的擴(kuò)散可以認(rèn)為是“大體上沒(méi)有”非金屬成分并且可以稱(chēng)為無(wú)共晶區(qū)。
在一些實(shí)施例中,大體上所有非金屬成分遠(yuǎn)離中心線區(qū)805的擴(kuò)散可以產(chǎn)生從初始釬焊前的值(i)至釬焊后的值(af)的至少50%的減少(即,f=50%i)。對(duì)于AMS4777釬焊材料,非金屬成分的釬焊前的值(i)大體上在總材料重量的6.75%-8.5%的范圍內(nèi)。因此,至少50%的減少將意味著所存在的非金屬成分810、815、820的重量將在總材料重量的0-4.25%的范圍內(nèi)。
特定百分比減少(可以認(rèn)為其是足夠的)可以基于釬焊接頭的設(shè)計(jì)要求而發(fā)生變化。在一些實(shí)施例中,可以要求至少90%的減少才被認(rèn)為是大幅減少(即,f=90%i)。此外,對(duì)于AMS4777,90%的減少將意味著所存在的非金屬成分的重量將在總重量的0-0.85%的范圍內(nèi)。當(dāng)然,可以使用本申請(qǐng)的實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)完全減少(即,f=0)。
上述實(shí)施例圖示了通道部325與旋流器組件350之間的以及液體燃料配件316與配件凸臺(tái)315之間的釬焊層。然而,每個(gè)燃料噴射器310的多個(gè)其它部件或者子部件也可以冶金地使用本文已經(jīng)描述的釬焊層。
一個(gè)或多個(gè)上述部件(或其子部件)可以由不銹鋼和/或稱(chēng)為“超合金”的耐久高溫材料制成。超合金或者高性能合金是一種表現(xiàn)出高溫下的優(yōu)良機(jī)械強(qiáng)度和抗蠕變性、良好的表面穩(wěn)定性、以及抗腐蝕性和抗氧化性的合金。超合金可以包括諸如哈斯特洛伊耐蝕鎳基合金(HASTELLOY)、合金x、因科內(nèi)爾鉻鎳鐵合金(INCONEL)、沃斯帕洛伊合金(WASPALOY)、RENE合金、海恩斯(HAYNES)合金、合金188、合金230、耐熱鉻鎳鐵合金(INCOLOY)、MP98T、TMS合金、CMSX單晶合金等材料。
工業(yè)實(shí)用性
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可以適用于多種工業(yè)應(yīng)用,諸如,油氣行業(yè)的多個(gè)方面(包括油和天然氣的輸送、采集、儲(chǔ)存、采取和提升)、發(fā)電行業(yè)、熱電聯(lián)產(chǎn)、航空航天以及其它交通運(yùn)輸業(yè)。
參照?qǐng)D1,氣體(通常是空氣10)作為“工作流體”進(jìn)入進(jìn)口110并且由壓縮機(jī)200壓縮。在壓縮機(jī)200中,工作流體在環(huán)形流動(dòng)路徑115中由一系列壓縮機(jī)輪盤(pán)組件220壓縮。尤其,空氣10在經(jīng)過(guò)編號(hào)的“級(jí)”中進(jìn)行壓縮,這些級(jí)與每個(gè)壓縮機(jī)輪盤(pán)組件220相關(guān)聯(lián)。例如,“第四級(jí)空氣”可以與下游或“后向”方向上的第四壓縮機(jī)輪盤(pán)組件220相關(guān)聯(lián),從進(jìn)口110朝著排氣裝置500前進(jìn)。同樣地,每個(gè)渦輪輪盤(pán)組件420可以與經(jīng)過(guò)編號(hào)的級(jí)相關(guān)聯(lián)。
一旦壓縮空氣10離開(kāi)壓縮機(jī)200,其便進(jìn)入燃燒器300,壓縮空氣10在燃燒器300處擴(kuò)散并且添加燃料??諝?0和燃料經(jīng)由燃料噴射器310噴射到燃燒室305中并且進(jìn)行燃燒。經(jīng)由渦輪400通過(guò)一系列渦輪輪盤(pán)組件420的每一級(jí)來(lái)從燃燒反應(yīng)中提取能量。然后排氣90可以在排氣擴(kuò)散器510中擴(kuò)散、收集并重新定向。排氣90經(jīng)由排氣收集器520離開(kāi)系統(tǒng)并且可以進(jìn)一步進(jìn)行處理(例如,以便減少有害排放物和/或回收來(lái)自排氣90的熱量)。
參照?qǐng)D5,非金屬成分810、815、820在中心線區(qū)805中的存在形成了所圖示的中心線共晶區(qū)。如果釬焊材料800能夠在中心線共晶區(qū)仍存在的情況下冷卻至低于釬焊材料800的釬焊范圍,則中心線共晶區(qū)可以是在經(jīng)受到機(jī)械負(fù)載和/或振動(dòng)時(shí)易于發(fā)生裂紋的脆性基體。相反,參照?qǐng)D6,沒(méi)有或者大體上沒(méi)有非金屬成分810、815、820的中心線區(qū)805可以允許釬焊材料800在冷卻至低于釬焊材料800的釬焊范圍之后具有更大的延展性和更小的裂紋形成敏感度。在釬焊材料最初施加時(shí)到釬焊過(guò)程已經(jīng)完成時(shí)這一期間,非金屬成分810、815、820沿著釬焊接頭的中心線的存在大幅減少,這時(shí),可以認(rèn)為中心線區(qū)805大體上沒(méi)有非金屬成分810、815、820。在一些實(shí)施例中,如果非金屬成分的存在從初始釬焊前的值(i)至釬焊后的值(af)減少至少50%(即,f=50%i),則可以實(shí)現(xiàn)非金屬成分810、815、820的存在的大幅減少。對(duì)于AMS4777釬焊材料,非金屬成分的釬焊前的值(i)可以大體上在總材料重量的6.75%-8.5%的范圍內(nèi)。因此,至少50%的減少將意味著所存在的非金屬成分的重量將在總材料重量的0-4.25%的范圍內(nèi)。
特定百分比減少(可以認(rèn)為其是足夠的)可以基于釬焊接頭的設(shè)計(jì)要求而發(fā)生變化。在一些實(shí)施例中,可以要求至少90%的減少才被認(rèn)為是大幅減少(即,f=90%i)。此外,對(duì)于AMS4777,90%的減少將意味著所存在的非金屬成分的重量將在總重量的0-0.85%的范圍內(nèi)。當(dāng)然,可以使用本申請(qǐng)的實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)完全減少(即,f=0)。
圖7是對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100中的燃料噴射器310的一部分進(jìn)行釬焊的過(guò)程900的流程圖。如下討論是參照將圓筒組件330的第一部件釬焊到圓筒組件330的第二部件來(lái)進(jìn)行的。然而,正如對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言可能是顯而易見(jiàn)的是,過(guò)程900的實(shí)施例也可以應(yīng)用于燃料噴射器310的其它部件,并且也可以是應(yīng)用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的除燃料噴射器310之外的其他部分。
在步驟905中,將釬焊材料800施加至待釬焊在一起的部件的側(cè)壁326和351。在一些實(shí)施例中,在施加釬焊材料800之前,可以對(duì)側(cè)壁326和351進(jìn)行化學(xué)或機(jī)械清洗。如在圖3中圖示的,釬焊材料800可以施加至旋流器組件350的側(cè)壁351和通道部325的側(cè)壁326中的一個(gè)或者多個(gè)。
施加方法沒(méi)有受到特定限制,并且可以包括以桿、帶、粉末、糊狀物、膏狀物、焊絲、預(yù)制件、箔片、膠帶的形式或者以對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言可能是顯而易見(jiàn)的任何其它施加方法來(lái)施加釬焊材料800。在已經(jīng)將釬焊材料800施加至側(cè)壁326和351之后,可以將側(cè)壁326和351彼此緊靠地固定。
在將釬焊材料800施加至側(cè)壁326和351之后,在步驟910中,將釬焊材料800和側(cè)壁326和351加熱至高于釬焊材料800的液相線溫度的第一溫度。例如,當(dāng)使用AMS4777釬焊材料時(shí),第一溫度可以在1935℉至1965℉的范圍內(nèi),遠(yuǎn)高于AMS4777的液相線溫度(1830℉)。進(jìn)一步地,在一些實(shí)施例中,第一溫度可以是1950℉。
釬焊材料800的加熱可以在釬焊爐或者釬焊熔爐中執(zhí)行。然而,釬焊材料800的加熱也可以使用對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言可能是顯而易見(jiàn)的任何其它加熱技術(shù)來(lái)執(zhí)行。此外,在一些實(shí)施例中,釬焊材料800的加熱可以在局部真空或者完全真空的條件下執(zhí)行。
釬焊材料800的加熱可以在一段時(shí)間內(nèi)以受控速率來(lái)執(zhí)行,以便防止被釬焊的部件由于熱慣性而出現(xiàn)裂紋、彎曲或者翹曲。正如對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言應(yīng)該顯而易見(jiàn)的是,如果部件加熱得過(guò)快,則部件的各部分可能會(huì)受熱不均勻,從而引起部件出現(xiàn)裂紋、彎曲或者翹曲。例如,在一些實(shí)施例中,釬焊材料800的加熱可以以30℉/分鐘的速率來(lái)執(zhí)行。在其它實(shí)施例中,釬焊材料800的加熱可以以40℉/分鐘的速率來(lái)執(zhí)行。在一些實(shí)施例中,釬焊材料800的加熱可以以2個(gè)或多個(gè)階段執(zhí)行。例如,可以以30℉/分鐘的速率將釬焊材料800加熱至接近和低于釬焊材料800的固相線溫度的溫度(諸如,1750℉),然后使其在接近和低于固相線溫度的該溫度下保持一段時(shí)間(諸如,5分鐘),并且再以40℉/分鐘的速率將其加熱至第一溫度(諸如,1950℉)。
在步驟915中,一旦已經(jīng)將釬焊材料800加熱至第一溫度,則可以使釬焊材料800在該第一溫度下維持第一時(shí)間,該第一時(shí)間足以允許釬焊材料在側(cè)壁336和351之間液化和細(xì)化。在一些實(shí)施例中,在步驟915中,第一時(shí)間可以為至少10分鐘。例如,在一些實(shí)施例中,釬焊材料800可以在1935℉至1965℉的范圍內(nèi)的溫度下保持至少10分鐘。在其它實(shí)施例中,釬焊材料800可以在1950℉下保持至少12分鐘。
在步驟920中,一旦已經(jīng)將釬焊材料800維持在第一溫度下,則將釬焊材料800冷卻至低于釬焊材料800的固相線溫度的第二溫度。例如,當(dāng)使用AMS4777釬焊材料時(shí),第二溫度可以在1735℉至1765℉的范圍內(nèi),低于AMS4777的固相線溫度(1780℉)。進(jìn)一步地,在一些實(shí)施例中,第二溫度可以是1750℉。在一些實(shí)施例中,第二溫度可以是與上文參照步驟910所討論的兩步式加熱過(guò)程中所使用的接近和低于固相線溫度的溫度相同的溫度。
釬焊材料800的冷卻可以在釬焊爐或者釬焊熔爐中執(zhí)行。然而,釬焊材料800的冷卻也可以使用對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言可能是顯而易見(jiàn)的任何其它技術(shù)來(lái)執(zhí)行。此外,在一些實(shí)施例中,釬焊材料800的冷卻可以在局部真空或者完全真空的條件下執(zhí)行。
釬焊材料800的冷卻可以在第二時(shí)間內(nèi)以受控速率來(lái)執(zhí)行,該第二時(shí)間足以防止被釬焊的部件由于熱慣性而出現(xiàn)裂紋、彎曲或者翹曲。正如對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言應(yīng)該顯而易見(jiàn)的是,如果部件冷卻得過(guò)快,則部件的各部分可能會(huì)冷卻不均勻,從而引起部件出現(xiàn)裂紋、彎曲或者翹曲。例如,在一些實(shí)施例中,釬焊材料800的冷卻可以以30℉/分鐘的速率執(zhí)行至少5分鐘的時(shí)間。在其它實(shí)施例中,釬焊材料800的冷卻可以以其它速率來(lái)執(zhí)行,諸如40℉/分鐘,或者可以以對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言可能是顯而易見(jiàn)的任何其它速率來(lái)執(zhí)行。在一些實(shí)施例中,釬焊材料800的冷卻可以以2個(gè)或多個(gè)階段執(zhí)行。
在步驟925中,一旦已經(jīng)將釬焊材料800冷卻至第二溫度,則可以使釬焊材料800在第二溫度下維持第三時(shí)間,該第三時(shí)間足以使非金屬成分的一部分遠(yuǎn)離釬焊接頭的中心線擴(kuò)散。在一些實(shí)施例中,在步驟925中,第三時(shí)間可以為至少30分鐘。例如,在一些實(shí)施例中,釬焊材料800可以在1735℉至1765℉的范圍內(nèi)的溫度下保持至少30分鐘。在其它實(shí)施例中,釬焊材料800可以在1750℉下保持至少60分鐘。
在步驟930中,一旦已經(jīng)將釬焊材料800維持在第二溫度下,則將釬焊材料800加熱至高于釬焊材料800的液相線溫度且低于第一溫度的第三溫度。例如,當(dāng)使用AMS4777釬焊材料時(shí),第二溫度可以在1910℉至1940℉的范圍內(nèi),高于AMS4777的液相線溫度(1830℉)且低于在1935℉至1965℉范圍內(nèi)的第一溫度。進(jìn)一步地,在一些實(shí)施例中,第三溫度可以是1925℉。
釬焊材料800的加熱可以在釬焊爐或者釬焊熔爐中執(zhí)行。然而,釬焊材料800的加熱也可以使用對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言可能是顯而易見(jiàn)的任何其它加熱技術(shù)來(lái)執(zhí)行。此外,在一些實(shí)施例中,釬焊材料800的加熱可以在局部真空或者完全真空的條件下執(zhí)行。
釬焊材料800的加熱可以在第四時(shí)間內(nèi)以受控速率來(lái)執(zhí)行,該第四時(shí)間足以防止被釬焊的部件由于熱慣性而出現(xiàn)裂紋、彎曲或者翹曲。正如對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言應(yīng)該顯而易見(jiàn)的是,如果部件加熱得過(guò)快,則部件的各部分可能會(huì)受熱不均勻,從而引起部件出現(xiàn)裂紋、彎曲或者翹曲。例如,在一些實(shí)施例中,釬焊材料800的加熱可以以30℉/分鐘的速率執(zhí)行至少5分鐘的時(shí)間。在其它實(shí)施例中,釬焊材料800的加熱可以以其它速率來(lái)執(zhí)行,諸如40℉/分鐘,或者可以以對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言可能是顯而易見(jiàn)的任何其它速率來(lái)執(zhí)行。在一些實(shí)施例中,釬焊材料800的加熱可以以2個(gè)或多個(gè)階段執(zhí)行。
在步驟935中,一旦已經(jīng)將釬焊材料800加熱至第三溫度,則可以使釬焊材料800在該第三溫度下維持第五時(shí)間,該第五時(shí)間足以產(chǎn)生大體上沒(méi)有非金屬成分的釬焊接頭的中心線區(qū)。在一些實(shí)施例中,在步驟935中,第五時(shí)間可以為至少10分鐘。例如,在一些實(shí)施例中,釬焊材料800可以在1910℉至1940℉的范圍內(nèi)的溫度下保持至少30分鐘。在其它實(shí)施例中,釬焊材料800可以在1925℉下保持至少60分鐘。
在步驟940中,一旦已經(jīng)將釬焊材料800維持在第三溫度下,則將釬焊材料800冷卻至高于釬焊材料800的固相線溫度且低于液相線溫度的第四溫度。例如,當(dāng)使用AMS4777釬焊材料時(shí),第四溫度可以在1785℉至1815℉的范圍內(nèi)。進(jìn)一步地,在一些實(shí)施例中,第四溫度可以是1800℉。
釬焊材料800的冷卻可以在釬焊爐或者釬焊熔爐中執(zhí)行。然而,釬焊材料800的冷卻也可以使用對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言可能是顯而易見(jiàn)的任何其它技術(shù)來(lái)執(zhí)行。此外,在一些實(shí)施例中,釬焊材料800的冷卻可以在局部真空或者完全真空的條件下執(zhí)行。
釬焊材料800的冷卻可以在第六時(shí)間內(nèi)以受控速率來(lái)執(zhí)行,該第六時(shí)間足以防止被釬焊的部件由于熱慣性而出現(xiàn)裂紋、彎曲或者翹曲。正如對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言應(yīng)該顯而易見(jiàn)的是,如果部件冷卻得過(guò)快,則部件的各部分可能會(huì)冷卻不均勻,從而引起部件出現(xiàn)裂紋、彎曲或者翹曲。例如,在一些實(shí)施例中,釬焊材料800的冷卻可以以30℉/分鐘的速率執(zhí)行至少3分鐘的時(shí)間。在其它實(shí)施例中,釬焊材料800的冷卻可以以其它速率來(lái)執(zhí)行,諸如40℉/分鐘,或者可以以對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言可能是顯而易見(jiàn)的任何其它速率來(lái)執(zhí)行。在一些實(shí)施例中,釬焊材料800的冷卻可以以2個(gè)或多個(gè)階段執(zhí)行。
在步驟945中,一旦已經(jīng)將釬焊材料800冷卻至第四溫度,則可以對(duì)釬焊材料800進(jìn)行淬火以將釬焊材料800冷卻至低于釬焊材料800的釬焊范圍的溫度。在一些實(shí)施例中,釬焊材料800的淬火可以是氬氣淬火過(guò)程。正如對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言可能是顯而易見(jiàn)的是,可以使用其它淬火方法。在一些實(shí)施例中,可以執(zhí)行淬火,直到釬焊材料800低于200℉。
通過(guò)使用根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例的過(guò)程來(lái)對(duì)燃料噴射器的部件進(jìn)行釬焊,可以產(chǎn)生具有大體上沒(méi)有非金屬成分810、815、820的中心線區(qū)805的釬焊層,諸如在圖6中圖示的釬焊層。通過(guò)產(chǎn)生沒(méi)有非金屬成分810、815、820的中心線區(qū)805,可以防止中心線共晶基體,并且可以產(chǎn)生更具延展性的釬焊接頭。更具延展性的釬焊接頭可能不那么易于因?yàn)闄C(jī)械負(fù)載和/或振動(dòng)而出現(xiàn)裂紋,并且可以持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間而不會(huì)出現(xiàn)需要維修或者更換的故障。
由于非金屬成分在釬焊材料800內(nèi)的擴(kuò)散不足,所以現(xiàn)有的釬焊方法已不能夠始終如一地產(chǎn)生大體上沒(méi)有非金屬成分810、815、820的中心線區(qū)805。中心線區(qū)805大體上沒(méi)有非金屬成分810、815、820,因此釬焊層的釬焊材料800可以具有改進(jìn)的延展性并且更不易出現(xiàn)裂紋。此外,由于使熔點(diǎn)降低的非金屬成分?jǐn)U散到了中心線區(qū)之外,所以釬焊層的釬焊材料800的熔點(diǎn)可以大幅升高,從而可以在沒(méi)有使釬焊層的釬焊材料800再次熔化的風(fēng)險(xiǎn)的情況下,在后續(xù)釬焊過(guò)程中對(duì)部件的其它部分進(jìn)行釬焊。
前述詳細(xì)描述在性質(zhì)上僅僅是示例性的并且不意在限制本發(fā)明或者本申請(qǐng)以及本發(fā)明的使用。所描述的實(shí)施例不限于與特定類(lèi)型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用。因此,盡管本發(fā)明為了便于解釋而描繪和描述了特定燃料噴射器,但將會(huì)理解的是,根據(jù)本發(fā)明的燃料噴射器可以以多種其它配置進(jìn)行實(shí)施、可以與多種其它類(lèi)型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用、并且可以用在其它類(lèi)型的機(jī)器中。此外,不意在受到前述背景技術(shù)或者詳細(xì)描述中呈現(xiàn)的任何原理的約束。還應(yīng)理解,為了更好地圖示所示出的參照項(xiàng),附圖可以包括夸大的尺寸,并且不能認(rèn)為這些附圖具有限制性,除非清楚地這樣聲明。