用于修复用在涡轮发动机中的部件的方法 |
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| 申请号 | CN201380051753.9 | 申请日 | 2013-10-02 | 公开(公告)号 | CN104703733A | 公开(公告)日 | 2015-06-10 |
| 申请人 | 西门子能量股份有限公司; | 发明人 | A.W.詹姆斯; Z.A.M.阿布多; A.卡梅尔; | ||||
| 摘要 | 利用粉末片更换完全联合的 涡轮 发动机 部件的被移除受损部，粉末片包括至多部分 烧结 或利用粘合料粘合在一起的粘合颗粒。将 粘合剂 施加到部件和/或粉末片。然后，将粉末片 定位 在部件上，并施加热量以完全烧结粉末颗粒，从而使粉末颗粒收缩在部件上。所述热量还使粘合剂将所收缩的粉末片粘合到所述部件，但是所述热量不会烧结形成完全联合部件的材料。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于更换用在涡轮发动机中的完全联合部件的被移除受损部的方法，包括： |
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| 说明书全文 | 用于修复用在涡轮发动机中的部件的方法技术领域[0001] 本发明涉及使用部分烧结或粘合的粉末片(powder coupon)来修复用在涡轮发动机中的完全联合部件(fully consolidated component)，部分烧结或粘合的粉末片收缩并利用粘合剂粘合到完全联合部件。 背景技术[0002] 在比如燃气轮机发动机的涡轮机中，空气在压缩器部分中受压，然后与燃料混合，在燃烧部分中燃烧以产生热的燃烧气体。热的燃烧气体在发动机的涡轮部分内膨胀，在涡轮部分，提取能量以提供用于发电的输出功率。热的燃烧气体在穿过涡轮部分时行进通过一系列级。所述级可包括静止翼面排，即轮叶，后面是旋转翼面排，即叶片，叶片从热的燃烧气体中提取能量以用于提供输出功率。 [0003] 由于燃烧部分和涡轮部分内的部件直接暴露于热的燃烧气体，所以这些部件可受损，并需要修复。 发明内容[0004] 根据本发明的第一方面，提供了一种用于更换用在涡轮发动机中的完全联合部件的被移除受损部的方法。提供包括粉末颗粒的粉末片，粉末颗粒至多部分地烧结或利用粘合剂粘合在一起。将粘合剂施加到部件的外部匹配表面和粉末片的内部匹配表面中的至少一个上。将粉末片定位在所述部件上，使得粉末片的内部匹配表面邻近部件的外部匹配表面，粘合剂位于其间，以形成包括部件、粉末片和粘合剂的更换组件。将热量施加到更换组件，其中，所施加的热量完全烧结粉末片的粉末颗粒，以将粉末颗粒粘合在一起，从而使粉末片收缩在部件上。所施加的热量还使粘合剂将收缩的粉末片的内部匹配表面粘合到部件的外部匹配表面。然而，对更换组件施加的热量不会烧结形成完全联合部件的材料。 [0005] 根据本发明的第二方面，提供了一种用于修复用在涡轮发动机中的完全联合部件的方法。移除部件的受损部，使用材料移除工艺机加工部件的邻近被移除受损部位置的外表面，以形成外部匹配表面，外部匹配表面与部件的外表面的相邻部分构成阶梯表面。提供粉末片，所述粉末片包括至多部分烧结或利用粘合料粘合在一起的粉末颗粒。对所述部件的外部匹配表面和所述粉末片的内部匹配表面中的至少一个施加粘合剂。将所述粉末片定位在所述部件上，使得所述粉末片的内部匹配表面邻近所述部件的外部匹配表面，所述粘合剂位于所述内部匹配表面和所述外部匹配表面之间，以形成包括所述部件、所述粉末片和所述粘合剂的更换组件。对所述更换组件施加热量，其中，所施加的热量完全烧结所述粉末片的粉末颗粒，以将所述粉末颗粒粘合在一起，从而使所述粉末片收缩成通过其间的粘合剂，所述粉末片的内部匹配表面收缩在所述部件的外部匹配表面上。所施加的热量还使所述粘合剂将所收缩的粉末片的内部匹配表面粘合至所述部件的外部匹配表面。所述粉末片在所述部件上的收缩对所述部件的外部匹配表面施加压力，以帮助所收缩的粉末片的内部匹配表面与所述部件的外部匹配表面之间的粘合过程。对所述更换组件施加的热量不会烧结形成所述完全联合部件的材料。附图说明 [0007] 图1是用在涡轮发动机中的要根据本发明维护的类型的部件的示意图，其中，所述部件包括受损部； [0008] 图2是在已实施修护操作步骤而从部件移除受损部之后，图1所示部件的示意图； [0009] 图3和4是正经受维护操作中的另一步骤的图1的部件的透视图(图3)和示意图(图4)；以及 [0010] 图5是在所述部件经受根据本发明的维护操作之后，图1的部件的示意图。 具体实施方式[0011] 在对优选实施例的下面详细描述中，参考形成说明一部分并以说明性方式而不限制性地示出可实施本发明的特定优选实施例的附图。应理解，可使用其它实施例，并且在不脱离本发明精神和范围的情况下，可以进行改变。 [0012] 在使用一段时期之后，有必要更换涡轮发动机部件的部分，比如涡轮翼面，即旋转叶片和静止轮叶。根据本发明，提出了一种用于维护涡轮发动机部件的方法。 [0013] 参考图1，示出要根据本发明的方面维护的类型的涡轮发动机部件10。在所示示例性实施例中，部件10是具有要更换的受损部12的涡轮叶片10，但是应注意，本发明不意在限于维护涡轮叶片。要根据该实施例更换的受损部12包括受损顶部12，其在图1中用虚线示出。 [0015] 参见图2，当移除了叶片10的受损顶部12时，机加工叶片10的邻近移除的受损顶部12的外表面14，以形成外部匹配表面16。可执行任何常规工艺(比如铣削、研磨、放电加工、水射流切割等)来从叶片10的外表面14移除材料，以形成外部匹配表面16。外部匹配表面16与叶片10的外表面14的邻近部分构成阶梯表面18，见图3和4。 [0016] 现在参见图3和4，提供粉末片20以更换叶片10的受损顶部12。粉末片20包括至多部分烧结或利用粘合剂(比如合成蜡或诸如聚乙烯的聚合物粘合剂)粘合在一起的粉末颗粒。如本文中使用的，短语“至多部分烧结”指的是粉末片20的这样的状态，其中，形成粉末片20的粉末颗粒或者不烧结或者部分烧结，使得片20能够在结构上保持在一起，而不会完全烧结，其中，短语“完全烧结”指的是粉末片20的这样的状态，其中，形成片20的粉末颗粒完全或几乎完全烧结，以获得至少约98％的密度，以形成完全联合部件。 [0018] 粉末片20包括主体22和从主体22周界向外延伸的边缘24。边缘24的内表面限定出粉末片20的内部匹配表面26，见图4。如图4所示，边缘24的高度HR可以是粉末片20的总高度HP的至少约1/3，优选地为粉末片20的总高度HP的约一半。 [0019] 根据本发明的方面，将粘合剂30施加到叶片10的外部匹配表面16和粉末片20的内部匹配表面26中的至少一个，粘合剂优选地包括用在瞬态液相连接中的类型的物质，比如镍(Ni)基合金，诸如NiFlex 110、115、120或121粘合合金剂，其通常包含约9-10％Cr、5-10％Co、0-4％Ti、0-4％Al、2-5％W、0-2％Mo、0-4％Ta和0-1％Hf与Ni的平衡。粘合剂30还优选地包括熔点抑制物质，例如硼、硅、锗等，其设置成降低粘合剂30的熔点。 [0020] 然后，将粉末片20定位在叶片10上，使得粉末片20的内部匹配表面26邻近叶片10的外部匹配表面16，粘合剂30位于其间。如图4最清楚地示出，粉末片20的原始宽度WP1稍微大于叶片10的宽度WB，从而允许粉末片20定位在叶片10上，而匹配表面16、26不会彼此接触。 [0021] 叶片10、粉末片20和粘合剂30的该组合形成更换组件RA，使用任何常规加热工艺加热更换组件，比如通过将更换组件RA放置在炉(未示出)中。施加的热量完全烧结粉末片20的粉末颗粒，以将粉末颗粒粘合在一起。粉末颗粒在一起的粘合导致粉末片收缩，从而使粉末片20收缩在叶片10上，从而给叶片10的外部匹配表面16提供压力以帮助粘合过程，例如通过消除气孔/闭合粉末片20和叶片10之间的间隙，其中，施加的压力还消除了将粉末片20固定到叶片10的必要，从而简化的粘合过程。粉末片20(现在由于粉末颗粒的烧结而收缩)的得到的完全烧结宽度WP2大致等于叶片10的宽度WB，见图5。 [0022] 施加的热量还使粘合剂30将收缩的粉末片30的内部匹配表面26粘合到叶片10的外部匹配表面16，其中，粉末片20的边缘24由阶梯表面18接收，阶梯表面由外部匹配表面16和叶片10的外表面14年相邻部分限定。由于边缘24的高度HR优选地为粉末片20的总高度HP的约1/2，所以粉末片20和叶片10之间的粘合的接触面积足够大，以在其间产生牢固的连接，该连接被认为当更换组件装配在涡轮发动机上时，能够承受施加在更换组件RA上的力和温度。而且，由于粘合剂30优选地包括熔点抑制物质，所以与不包括熔点抑制物质的粘合剂30相比，需要更少量的热量来使粘合剂30发挥作用。 [0023] 应注意，尽管施加到更换组件RA的热量不会烧结形成叶片10的材料(即由于叶片10在热量施加到更换组件RA之前已完全联合)，但是施加的热量可通过恢复叶片10的原始微结构来对叶片10产生回复处理。例如，如果叶片10由镍基超耐热合金形成，则将叶片10加热至接近或高于与形成叶片10的镍基超耐热合金相关的γ相固熔温度的温度会导致加强超耐热合金内的γ相颗粒的结果。然后，γ相会冷却而再凝结(reprecipitate)，使得在长期和高温维护暴露期间产生粗糙的过度衰变的γ相(coarse cover aged gamma prime)可基本上恢复至其原始形态。 [0024] 而且，尽管在所示实施例中，叶片10和粉末片20之间的粘合接头形成在两个大致平面之间，但是比如互锁槽和对应脊可存在于叶片10和粉末片20的表面上，以产生机械互锁接头。 [0025] 根据本发明的方面，在将热量施加到更换组件RA之前，可对叶片10和/或粉末片20的外部和/或内部匹配表面16、26执行冷加工或锤击(peening)工艺，以在相应部件中存储能量。存储能量被认为有助于相应部分的晶体的再结晶和晶粒生长，以实现粉末片20和叶片10之间的粘合的加强。 [0026] 另外，在叶片10和粘合片20粘合在一起之前，一种或多种类型的冷却特征(比如冷却孔、扰动(turbulating)特征等)可形成在叶片10和/或粉末片20中。如果形成在粉末片20中，这种冷却特征可在模制期间、在未成熟状态中或在部分烧结之后形成在粉末片20中。 [0027] 尽管本文所述创造性方面使得可使用粉末冶金和瞬态液相连接的独特组合更换涡轮发动机部件的受损部作为更换整个部件的替代方式，但是本文所述创造性方面还可应用于形成新的部件。例如，可使用本文所述方法通过粉末片形成新的部件部分，比如叶片顶端，并将其粘合到部件的剩余部分，比如叶片的剩余部分。而且，如上所述，本文所述创造性方面可用于修复或形成用在涡轮发动机中的其它部件，比如静止轮叶、环段、密封件、过渡板等。 [0028] 尽管显示并描述了本发明的特定实施例，但是本领域技术人员应明白，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种其它改变和修改。因此，意在于所附权利要求中涵盖处于本发明范围内的所有这种改变和修改。 |
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