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CN108798805A - 处理涡轮隔板的方法和处理过的涡轮隔板 - Google Patents

处理涡轮隔板的方法和处理过的涡轮隔板 Download PDF

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CN108798805A
CN108798805A CN201810392219.9A CN201810392219A CN108798805A CN 108798805 A CN108798805 A CN 108798805A CN 201810392219 A CN201810392219 A CN 201810392219A CN 108798805 A CN108798805 A CN 108798805A
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CN
China
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turbine
sintered
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sintered preform
turbine baffle
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Application number
CN201810392219.9A
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B.L.亨德森
崔岩
D.J.多里蒂
R.拉亚楚里
P.A.库克
A.R.沙里夫
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General Electric Company PLC
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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Abstract

本发明的实施例提供了一种处理涡轮隔板的方法和处理过的涡轮隔板。所述方法包括去除所述涡轮隔板的一部分的步骤。所述方法还包括形成样件的步骤，所述样件具有与去除的涡轮隔板的所述部分对应的几何形状。所述方法还包括将所述样件接合到所述涡轮隔板的步骤。所述样件的至少一部分是预烧结预制件。处理过的涡轮隔板包括衬底和接合到所述衬底的样件，其中，所述样件的至少一部分是预烧结预制件。

Description

处理涡轮隔板的方法和处理过的涡轮隔板
技术领域
本发明的实施例一般涉及处理过的涡轮部件和处理涡轮部件的方法。更具体地，本发明的实施例涉及处理涡轮隔板的方法和处理过的涡轮隔板(treated turbinediaphragm)。
背景技术
用于发电系统的燃气涡轮机必须满足可靠性、功率、效率、经济性和运行维修寿命方面的最高要求。现代的高效率燃烧涡轮机具有超过大约2,300°F(1,260℃)的点火温度，随着对更高效的发动机的需求的继续点火温度继续提高。形成燃烧器和“热气体路径”涡轮区段的许多部件直接暴露于侵蚀性的热燃烧气体。在商业燃气涡轮发动机中，在例如隔板、燃烧器、燃烧衬套、燃烧过渡件、燃烧金属件、叶片(斗叶)、轮叶(喷嘴)和护罩的涡轮部件上使用涂层是很重要的。
焊接一直被大量用于修理涡轮部件，不过其会增加有害的局部热输入，并使底层材料熔化，因此露出材料部分，这可能损坏接合的完整性。具体讲，隔板主要由铸铁(cast-iron)组成，其难以焊接修理是众所周知的。
发明内容
在示例性实施例中，提供了一种处理涡轮隔板的方法。所述方法包括步骤：去除所述涡轮隔板的一部分。所述方法还包括形成样件的步骤，所述样件具有与去除的涡轮隔板的所述部分对应的几何形状，所述样件的至少一部分是预烧结预制件。所述方法还包括将所述样件接合到所述涡轮隔板。
在另一示例性实施例中，提供了一种处理过的涡轮隔板。处理过的涡轮隔板包括衬底和接合到所述衬底的样件，其中，所述样件的至少一部分是预烧结预制件。
本公开还提供技术方案1：一种处理涡轮隔板的方法，所述方法包括：去除所述涡轮隔板的一部分；形成样件，所述样件具有与去除的所述涡轮隔板的所述部分对应的几何形状；以及将所述样件接合到所述涡轮隔板；其中，所述样件的至少一部分是预烧结预制件。
本公开还提供技术方案2：根据技术方案1所述的方法，其中所述涡轮隔板的所述部分包括铸铁。
本公开还提供技术方案3：根据技术方案1所述的方法，其中所述涡轮隔板的所述部分包括从以下项组成的组中选择的材料：球墨铸铁、不锈钢和其组合。
本公开还提供技术方案4：根据技术方案1所述的方法，其中所述样件完全是预烧结预制件。
本公开还提供技术方案5：根据技术方案1所述的方法，其中所述样件包括预烧结预制件和具有更高熔点的顶部部分两者，所述预烧结预制件被安排并设置在所述顶部部分和所述涡轮隔板中间。
本公开还提供技术方案6：根据技术方案5所述的方法，其中所述预烧结预制件包括具有第一熔点的第一材料和具有第二熔点的第二材料，所述第一熔点比所述第二熔点高。
本公开还提供技术方案7：根据技术方案5所述的方法，其中所述顶部部分与所述涡轮隔板的材料相同。
本公开还提供技术方案8：根据技术方案1所述的方法，其中所述预烧结预制件是柔性预烧结预制件或刚性预烧结预制件。
本公开还提供技术方案9：根据技术方案1所述的方法，其中所述去除是从以下项组成的组中选择的：碾磨、机加工、刮削或其组合。
本公开还提供技术方案10：根据技术方案1所述的方法，其中所述接合是从以下项组成的组中选择的：机械接合、钎焊或其组合。
本公开还提供技术方案11：根据技术方案1所述的方法，还包括在去除所述涡轮隔板的所述部分之后清洁所述涡轮隔板。
本公开还提供技术方案12：根据技术方案1所述的方法，还包括在熔炉中加热所述涡轮隔板。
本公开还提供技术方案13.一种处理过的涡轮隔板，其包括：衬底；以及样件，所述样件接合到所述衬底；其中，所述样件的至少一部分是预烧结预制件。
本公开还提供技术方案14：根据技术方案13所述的处理过的涡轮隔板，其中所述衬底包括铸铁。
本公开还提供技术方案15：根据技术方案13所述的处理过的涡轮隔板，其中所述衬底包括从以下项组成的组中选择的材料：球墨铸铁、不锈钢或其组合。
本公开还提供技术方案16：根据技术方案13所述的处理过的涡轮隔板，其中所述样件完全是预烧结预制件。
本公开还提供技术方案17：根据技术方案13所述的处理过的涡轮隔板，其中所述样件包括预烧结预制件和顶部部分两者，所述顶部部分具有比所述预烧结预制件更高的熔点，所述预烧结预制件被安排并设置在所述顶部部分和所述衬底中间。
本公开还提供技术方案18：根据技术方案17所述的处理过的涡轮隔板，其中所述预烧结预制件包括具有第一熔点的第一材料和具有第二熔点的第二材料，所述第一熔点比所述第二熔点高。
本公开还提供技术方案19：根据技术方案17所述的处理过的涡轮隔板，其中所述顶部部分与所述衬底的材料相同。
本公开还提供技术方案20：根据技术方案13所述的处理过的涡轮隔板，其中所述预烧结预制件是柔性预烧结预制件或刚性预烧结预制件。
本发明的其它特征和优点将因结合附图获得的优选实施例的以下更详细描述而变得明显，所述附图通过实例说明本发明的原理。
附图说明
图1显示出根据本公开的示例性实施例的处理过的涡轮隔板。
图2显示出根据本公开的替代的示例性实施例的处理过的涡轮隔板。
图3显示出根据本公开的替代的示例性实施例的处理过的涡轮隔板。
图4显示出根据本公开的示例性实施例的方法。
在可能的情况下，将在所有附图中使用相同参考标号来表示相同部分。
具体实施方式
将下文结合附图阐述的详细描述预期为对所公开的主题的各种实施例的描述，其中类似编号指代类似元件，且所述详细描述并不意图表示仅有的实施例。本公开中所描述的每一实施例仅作为实例或说明而提供，且不应被解释为优选的或比其它实施例有利。本公开中所提供的说明性实例并不意图是穷尽性的，或将所要求的主题限于所公开的精确形式。
提供了示例性方法和处理过的涡轮隔板。本公开的实施例与不使用本公开中公开的一个或多个特征的方法和处理过的涡轮隔板相比，能够修理难以焊接的部件(例如铸铁隔板)，减少了人工焊接所需的大量返工，并且减少了修理时间。
除非另外指明，否则将表示成分和/或反应条件的量的所有数目理解为在所有情况下通过术语“约”进行修饰。
除非另外指明，否则所有百分比和比率都按重量计。除非另外指明，否则所有百分比都按组合物(composition)的总重量计。所有组分或组合物水平是参考所述组分或组合物中的有效水平，且排除可能存在于市售来源中的杂质，例如残余溶剂或副产物。
如本公开中所使用的冠词“一(a和an)”意味着当应用于本说明书和权利要求书中所描述的本发明的实施例中的任何特征时的一个或多个。除非专门陈述此类限制，否则使用“一(a和an)”不会将含义限于单个特征。在单数或复数名词短语之前的冠词“所述(the)”指代一个或多个特别指定的特征，且取决于供其使用的上下文，可具有单数或复数内涵。形容词“任何”意味着无论任何量中的一个、一些或无差别的全部。
如本公开中所使用的术语“至少一个”意味着一个或多个，且因此包括个别组分以及混合物/组合。
如本公开中所使用的术语“包括”(和其语法变化形式)用于包括“具有(having)”或“包括(including)”的意义，且不排除“仅由...组成”的意义。
如本公开中所使用的术语“柔性预烧结预制件(flexible pre-sinteredpreform)”是烧结合金材料，其保持高水平的柔韧性。
如本公开中所使用的术语“刚性预烧结预制件(rigid pre-sintered preform)”是烧结合金材料，其不会保持任何超出冷加工(beyond cold working)的柔韧性。
如本公开中所使用的“BNi-2”指按重量包括以下组分的合金：大约3％的铁、大约3.1％的硼、大约4.5％的硅、大约7％的铬Cr以及剩余(balance)为镍。
如本公开中所使用的“BNi-3”指按重量包括以下组分的合金：大约4.5％的硅、大约3％的硼以及剩余为镍。
如本公开中所使用的“BNi-6”指按重量包括以下组分的合金：大约11％的磷以及剩余为镍。
如本公开中所使用的“BNi-7”指按重量包括以下组分的合金：大约14％的铬、大约10％的磷以及剩余为镍。
如本公开中所使用的“IN625”指按重量包括以下组分的合金：在大约20％和大约23％之间的铬、在大约8％和大约10％之间的钼(Mo)、多达大约5％的铁(Fe)、在大约3.2％和大约4.2％之间的铌(Nb)加钽(Ta)、多达大约1％的钴(Co)、多达大约0.5％的锰(Mn)、多达大约0.5％的硅(Si)、多达大约0.4％的铝(Al)、多达大约0.4％的钛(Ti)、多达大约0.1％的碳(C)、附带杂质以及剩余(至少58％)为镍(Ni)。
如本公开中所使用的“L605”指按重量包括以下组分的合金：大约20％的铬、大约10％的镍、大约铬15％的钨、大约0.1％的碳以及剩余为钴。
如本公开中所使用的“镍基合金(HASTELLOY)X”指按重量包括以下组分的合金：大约22％的铬、大约18％的铁、大约9％的钼、大约1.5％的钴、大约0.1％的碳、大约0.6％的钨以及剩余为镍。
参照图1-3，提供了处理过的涡轮隔板100。处理过的涡轮隔板100包括衬底(substrate)101和接合到衬底101的样件(coupon)102，其中，样件102的至少一部分是预烧结预制件(pre-sintered preform)。在一个实施例中，处理过的涡轮隔板100可以由衬底101和接合到衬底101的样件102组成，其中，样件102的至少一部分是预烧结预制件。样件102向处理过的涡轮隔板100提供耐腐蚀性和/或耐磨性。在一个实施例中，衬底101是涡轮隔板的密封导轨(seal rail)，所述密封导轨暴露于热气体中，并被其它涡轮部件(例如轮叶(vane))磨蚀。
参照图1，处理过的涡轮隔板100包括样件102，样件102包括预烧结预制件103，或主要由预烧结预制件103组成或由预烧结预制件103组成。在一个实施例中，预烧结预制件103是柔性预烧结预制件或刚性预烧结预制件。在一个实施例中，预烧结预制件103可以形成但不限于同质(homogenous)或双层构造(bi-layer formation)。预烧结预制件103可以包括具有第一熔点的第一材料和具有第二熔点的第二材料，第一熔点比第二熔点高。对于双层构造，双层结构的下层可以包含具有较低熔点的大量的第二材料，因此导致预烧结预制件接合到衬底101。预烧结预制件103可以包括但不限于BNi-2,BNi-3,BNi-6,BNi-7,IN625与BNi-2,BNi-3,BNi-6或BNi-7的混合物或其组合。在一个实施例中，预烧结预制件103可以包括IN625与BNi-2,BNi-3,BNi-6或BNi-7的混合物，其中，IN625与BNi-2,BNi-3,BNi-6或BNi-7的比率按重量为从大约70:30到大约60:40，或者从大约60:40到大约50:50，包括其中的递增(increment)，区间和子范围。在一个实施例中，处理过的涡轮隔板在预烧结预制件103的上面不包括任何层。在一个实施例中，在预烧结预制件103和衬底101之间没有其它任何层。在一个实施例中，在预烧结预制件103和衬底101之间具有至少一个中间层，其中，所述至少一个中间层具有比预烧结预制件103的熔点低的或与其相等的熔点。
参照图2，处理过的涡轮隔板100包括样件102，样件102包括预烧结预制件103和顶部部分104两者，或者主要由预烧结预制件103和顶部部分104两者组成或者由预烧结预制件103和顶部部分104两者组成，顶部部分104的熔点比预烧结预制件103的熔点高，预烧结预制件103被安排并设置在顶部部分104和涡轮隔板100中间。在一个实施例中，样件102可以由预烧结预制件103和顶部部分104两者组成，预烧结预制件103被安排并设置在顶部部分104和涡轮隔板100中间。在图2所示的实施例中，预烧结预制件103是柔性预烧结预制件。在一个实施例中，预烧结预制件103可以包括具有第一熔点的第一材料和具有第二熔点的第二材料的组合，第一熔点比第二熔点高。第二材料可以包括但不限于从AWS合金和其组合中选择的材料。第一材料可以包括但不限于从IN625和其组合中选择的材料。柔性预烧结预制件可以比顶部部分104厚。柔性预烧结预制件可以不如顶部部分104厚。在一个实施例中，预烧结预制件103可以形成但不限于同质或双层构造。在一个实施例中，在预烧结预制件103和衬底101之间和/或预烧结预制件103和顶部部分104之间具有至少一个中间层(intermediate layer(s))，其中，所述至少一个中间层的熔点比预烧结预制件103的熔点低或与其相等。
在一个实施例中，顶部部分104与衬底101材料相同。在一个实施例中，顶部部分104包括合金或超级合金，或主要由合金或超级合金组成或由合金或超级合金组成。以适当方式，顶部部分104可以包括但不限于球墨铸铁、IN625、L605、HASTELLOYX或其组合。在一个实施例中，球墨铸铁按重量可以包括以下组分：大约18.0-22.0％的镍、大约1.75-2.75％的铬、大约1.0-3.0％的硅、大约不超过0.5％的铜、大约0.70-1.25％的镁(manganese)、大约不超过3.0％的碳以及剩余为铁。
参照图3，处理过的涡轮隔板100包括样件102，样件102包括预烧结预制件103和顶部部分104两者，或者主要由预烧结预制件103和顶部部分104两者组成或者由预烧结预制件103和顶部部分104两者组成，顶部部分104的熔点比预烧结预制件103的高，预烧结预制件103被安排并设置在顶部部分104和涡轮隔板100中间。预烧结预制件103将样件102结合到涡轮隔板100的衬底。在一个实施例中，样件102可以由预烧结预制件103和顶部部分104两者组成，顶部部分104的熔点比预烧结预制件103的熔点高，预烧结预制件103被安排并设置在顶部部分104和涡轮隔板100中间。顶部部分104与衬底101的材料相同。在图3所示的实施例中，预烧结预制件103是刚性预烧结预制件。预烧结预制件103可以包括具有第一熔点的第一材料和具有第二熔点的第二材料的组合，第一熔点比第二熔点高。第二材料可以包括从AWS合金和其组合中选择的材料。第一材料可以包括从IN625和其组合中选择的材料。在一个实施例中，刚性预烧结预制件可以比顶部部分104厚。刚性预烧结预制件可以不如顶部部分104厚。在一个实施例中，预烧结预制件103可以形成但不限于同质或双层构造。在一个实施例中，在预烧结预制件103和衬底101之间和/或在预烧结预制件103和顶部部分104之间具有至少一个中间层，其中，所述至少一个中间层的熔点比预烧结预制件103的熔点低或与其相等。
在一个实施例中，顶部部分104与衬底101材料相同。在一个实施例中，顶部部分104包括合金或超级合金，或主要由合金或超级合金组成或由合金或超级合金组成。以适当方式，顶部部分可以包括但不限于球墨铸铁、IN625、L605、镍基合金或其组合。
在一个实施例中，衬底101包括铸铁。以适当方式，衬底101可以包括从以下项组成的组中选择的材料，或者主要由所述材料组成或者由所述材料组成：球墨铸铁、不锈钢或其组合。在一个实施例中，球墨铸铁按重量可以包括以下组分：大约18.0-22.0％的镍、大约1.75-2.75％的铬、大约1.0-3.0％的硅、大约多达0.5％的铜、大约0.70-1.25％的镁以及大约3.0％的碳。
在一个实施例中，附加涂层可以设置在样件102的顶部。例如，在一个实施例中，L605材料的薄层通过焊接包覆(weld cladding)或热喷涂工艺涂布在样件102上面，以增加零件表面的耐磨性。
参照图4，提供了用于处理涡轮隔板100的方法200。方法200包括步骤：去除涡轮隔板100的一部分(步骤201)。在一个实施例中，所述涡轮隔板的所述部分是整个衬底。在一个实施例中，所述涡轮隔板的所述部分是衬底的一部分。方法200还包括步骤：形成样件102，所述样件102具有与去除的涡轮隔板的部分对应的几何形状以形成处理区(treatmentarea)(步骤202)。方法200还包括将样件接合到涡轮隔板100(步骤203)。在一个实施例中，样件102的至少一部分是预烧结预制件。
在一个实施例中，所述去除(步骤201)是从由以下项组成的组中选择的：碾磨(grinding)、机加工(machining)、刮削(scraping)或其组合。在一个实施例中，所述去除(步骤201)可以通过电火花线切割机(EDM)完成。在一个实施例中，所述接合(步骤203)是从由以下项组成的组中选择的：机械接合(mechanical joining)、钎焊(brazing)或其组合。
以适当方式，方法200还可以包括在去除所述涡轮部件100的所述部分之后清洁涡轮隔板100。以适当方式，所述接合还可以包括在熔炉(furnace)或其它适当的炉中加热涡轮隔板100。在一个实施例中，所述接合是通过以下完成的：将样件定位在处理区上，并将隔板加热到从1800°F到大约1950°F之间或者从大约1850°F到大约1900°F之间的温度，包括其中的递增、区间和子范围。一旦加热涡轮隔板100，预烧结预制件103的第二材料熔化，并进一步接合衬底101和顶部部分104，起到填充物(filler)的作用。
虽然已参考优选实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员应理解，在不脱离本发明范围的情况下可以进行各种改变并且其多种元素可以由多种等效物代替。此外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可进行许多修改以使具体情况或材料适应本发明的教示。因此，不希望本发明限于作为预期用于执行本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种处理涡轮隔板的方法，所述方法包括：
去除所述涡轮隔板的一部分；
形成样件，所述样件具有与去除的所述涡轮隔板的所述部分对应的几何形状；以及
将所述样件接合到所述涡轮隔板；
其中，所述样件的至少一部分是预烧结预制件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述涡轮隔板的所述部分包括铸铁。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述涡轮隔板的所述部分包括从以下项组成的组中选择的材料：球墨铸铁、不锈钢和其组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述样件完全是预烧结预制件。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述样件包括预烧结预制件和具有更高熔点的顶部部分两者，所述预烧结预制件被安排并设置在所述顶部部分和所述涡轮隔板中间。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述预烧结预制件包括具有第一熔点的第一材料和具有第二熔点的第二材料，所述第一熔点比所述第二熔点高。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述顶部部分与所述涡轮隔板的材料相同。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预烧结预制件是柔性预烧结预制件或刚性预烧结预制件。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述去除是从以下项组成的组中选择的：碾磨、机加工、刮削或其组合。
10.一种处理过的涡轮隔板，其包括：
衬底；以及
样件，所述样件接合到所述衬底；
其中，所述样件的至少一部分是预烧结预制件。
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