專利名稱：爆炸焊接燃氣渦輪護罩和形成爆炸焊接燃氣渦輪的工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及制造構件和形成制造構件的エ藝。更尤其地，本發明涉及爆炸焊接(explosion weld)構件和瀑炸焊接エ藝。
背景技術：
燃氣渦輪內的操作溫度在熱和化學方面是不利的。通過鐵、鎳和鈷基超級合金的開發和能夠保護超級合金使之免于氧化、熱腐蝕等的環境涂層的利用，已經取得了在高溫性能方面的顯著進步，但是持續開發涂層系統以改進材料的性能。在燃氣渦輪的壓縮器部分中，在エ藝中大氣空氣壓縮到10到25倍的大氣壓力，并且絕熱地加熱到800° F-1250。F(427°C _677°C )。該加熱和壓縮的空氣引導進燃燒器，在燃燒器中它與燃料混合。燃料被點燃，并且燃燒エ藝將氣體加熱到非常高的溫度，超過3000° F(1650°C)。這些熱氣體經過渦輪，在渦輪中固定到旋轉渦輪盤的翼型抽取能量以驅動附連的發電機，其產生電能。為改進渦輪的操作的效率，燃燒溫度已經提高。當然，隨著燃燒溫度提高，必須采取措施以防止形成用于這些燃燒的熱氣體的流動路徑的材料的熱退化。某些已知合金用于沿這些熱氣體的流動路徑布置的構件。這些構件的某些部分必須能夠經受高于這些構件的其它部分的溫度。例如，某些部分可抵抗用于絕熱加熱的溫度(例如，800° F-1250° F)并且其它部分可進ー步抵抗通過燃燒エ藝加熱的熱氣體(例如，超過3000° F)。完全由抵抗最高溫度的合金制成的構件可由于過度昂貴或者不能包括在構件的其它部分中期望的其它性質而不合意。可選地，完全由僅抵抗較低溫度的部分的溫度的合金制成的構件可失效。總體上，燃氣渦輪護罩由一個或者多個環形件或柱形件制造。因此，制造和加工エ具構造成用于從ー個或者多個環形件或者柱形件制造燃氣渦輪護罩。用來形成燃氣渦輪護罩的多種材料的焊接可包括諸如堆焊、帶極堆焊、硬焊或固態結合的技術。這些技術遭受如下缺點，即它們可基于材料的性質(例如，晶體結構、成分或其它適當性質)而受限制。爆炸焊接是結合技術，其大體包括通過爆炸カ焊接平面材料并且導致不同于其它焊接技術的微觀結構。爆炸焊接允許原本通常不相容的金屬進行結合。然而，爆炸焊接エ藝受限于簡單的形狀和幾何形狀。由此，現有爆炸焊接技術不能在燃氣渦輪護罩中使結構
彡ロロ。在本領域中將期望不遭受上述缺點中的ー個或者多個的爆炸焊接渦輪護罩、爆炸焊接構件和爆炸焊接エ藝。

發明內容
根據示范實施例，燃氣渦輪護罩包括爆炸焊接到第二合金的第一合金。第一合金形成燃氣渦輪護罩的熱氣體路徑的至少一部分。根據另ー示范實施例，燃氣渦輪護罩包括膨脹區域和爆炸焊接到第二合金的第一合金。燃氣渦輪護罩的膨脹區域包括第一合金。根據另ー示范實施例，形成爆炸焊接燃氣渦輪護罩的エ藝包括將第一合金爆炸焊接到第二合金。第一合金形成燃氣渦輪護罩的熱氣體路徑的至少一部分。本發明的其它特征和優點將從結合附圖的優選實施例的以下更詳細的描述中顯而易見，該附圖通過實例的方式示出了本發明的原理。


圖1示出根據本公開的實施例的示范爆炸焊接燃氣渦輪護罩的透視圖。圖2示出如圖I所示的示范爆炸焊接燃氣渦輪護罩的放大部分。圖3示出根據本公開的實施例的示范爆炸焊接燃氣渦輪護罩預成型件的透視圖。圖4示出根據本公開的實施例的示范爆炸焊接燃氣渦輪護罩預成型件的透視圖。只要可能，相同附圖標記將貫穿附圖用于表示相同部件。
具體實施例方式提供爆炸焊接燃氣渦輪護罩、非平面爆炸焊接構件和形成非平面爆炸焊接構件的エ藝。本公開的實施例允許構件用于在熱和化學方面不利的環境中，允許構件抵抗氧化和/或熱腐蝕，允許構件的總體材料成本相比于單ー合金構件降低，允許構件的不同部分具有不同性質(例如，耐熱性質)，允許非平面構件具有通過爆炸焊接而可用的性質、允許具有原本不相容的性質的材料結合(例如，原本不相容的晶體結構和/或成分)和它們的組合。圖I示出非平面爆炸焊接構件。尤其地，圖I示出爆炸焊接燃氣渦輪護罩100。護罩100用于燃氣渦輪并且能夠周向配置并且與渦輪葉片(未示出)安裝在其上的轉子(未示出)同心。護罩100包括從大致平面部件109延伸的肋107。在一個實施例中，肋107和大致平面部件109包括相同材料。在另ー實施例中，肋107包括不同于大致平面部件109的材料。護罩100包括第一合金102和第二合金106。第一合金102沿大致平面部件109定位成覆層104并且第二合金106形成大致平面部件109并且是襯底層108。覆層104抵抗高于第一溫度(例如，大約1000° F、大約1250° F、大約1500° F、大約2000° F或者大約3000° F)的熱。襯底層108抵抗高于第二溫度(例如，在800° F與1250° F之間、大約800° F、大約1000° F、大約1250° F、大約1500° F或者大約2000° F)的熱。在ー個實施例中，第一溫度大致高于第二溫度。在又一實施例中，第二合金106不適合于暴露到第一溫度。第一合金102是奧氏體合金，諸如奧氏體不銹鋼或者奧氏體錳鋼。第一合金102是任何適當包覆材料。適當包覆材料包括但不受限于不銹鋼合金、鋁合金、鉭合金、鎳合金、銅合金、鈦合金、鋯合金和它們的組合。在一個實施例中，第二合金106是奧氏體合金。在一個實施例中，第二合金106是諸如鐵素體不銹鋼的鐵素體合金。第二合金106是任何適當襯底材料(backing material)。適當襯底材料包括但不受限于碳素鋼、鉻鑰合金鋼、鍛件、不銹鋼或者它們的組合。參考圖2，第一合金102到第二合金106的爆炸焊接形成具有在第一合金102與第ニ合金106之間的梯度結構203的微觀結構，其如對應于圖I的放大區域200中所示。例如，在一個實施例中，第一合金102是奧氏體并且第二合金106是鐵素體，第一合金102包括遠離第二合金106的大顆粒區域202和接近第二合金106的細顆粒區域204。在該實施例中，第二合金106包括接近第一合金102的非晶體區域206和遠離第一合金102的高位錯密度區域208。第一合金102到第二合金106的爆炸焊接形成帶有在第一合金102與第ニ合金106之間的過渡區域210的梯度結構203，由此提供焊接的額外強度。將理解，在其它實施例中，第一合金102、第二合金106和額外合金(如果存在)基于期望的性質是奧氏體或鐵素體。 再次參考圖1，護罩100包括諸如冷卻通道、凹ロ、腔、安裝特征或其它適當特征的任何其它適當特征。在操作期間，熱氣體沿鄰接覆層104的路徑101流動。鄰接路徑101的第一區域103內的氣體的溫度高于鄰接路徑101的膨脹區域105內的氣體的溫度。膨脹區域105可以由沿氣體的路徑101形成的包括成角度的拱形或以別的方式膨脹的區域所識別。圖3到圖4示出用于形成護罩100的預成型件300。預成型件300通過使第一合金102瀑炸焊接到第二合金106而形成。在圖3中所示的實施例中，預成型件300形成帶有包括第一合金102的第一區域103和膨脹區域105的護罩100的實施例。在圖4中所示的實施例中，預成型件300形成帶有還包括第二合金106的膨脹區域105的護罩100的實施例。在エ藝的一個實施例中，護罩100或任何其它適當構件的形成包括定位護罩100的第一部分和定位護罩100的第二部分。第一部分包括第一合金102 (例如，覆層104)并且第二部分包括第二合金106 (例如，大致平面部件109或襯底層108)。第一部分和第二部分爆炸焊接在一起以形成預成型件300。預成型件300然后加工、變形、進ー步焊接或另外處理以移除過量材料302并且形成護罩100的期望特征。在預成型件300不包括肋107的可選實施例中，在爆炸焊接后通過加工來移除材料或者通過結合肋107到大致平面部件109，肋107形成在預成型件300上。第一合金102到第二合金106的爆炸焊接通過點燃或者爆炸的起爆來利用爆炸カ引導第一合金102以接觸第二合金106。爆炸焊接持續到第一合金102的期望部分爆炸焊接到第二合金106。爆炸焊接沿任何適當路徑執行。適當路徑包括但不受限于用于柱形構件(或預成型件)的螺旋路徑、ー連串路徑、S形路徑或它們的組合。在包括ー連串路徑的實施例中，多個協調的點燃或爆炸的起爆協調爆炸焊接(例如，同時發生的、連續的或者以別的方式控制的爆炸)。在爆炸焊接エ藝期間，點燃或爆炸在預定條件下執行。在一個實施例中，參數包括預定壓力(例如，在大約IGPa與大約IOGPa之間，大約5GPa或者大約IOGPa)、預定爆炸速率(例如，在大約1500m/s與4000m/s之間、大約1500m/s與大約2000m/s之間、大約3500m/s與大約4000m/s之間、在大約1500m/s，在大約2000m/s，在大約3500m/s或者在大約4000m/s)、預定沖擊角(例如，在大約3°與大約30°之間，在大約3°與大約5°之間，在大約25°與大約30°之間、在大約3°、在大約5°、在大約25°或者在大約30° )、預定碰撞速度(例如，在大約225m/s與大約550m/s之間，在大約225m/s與大約250m/s之間、在大約500m/s與大約550m/s之間、在大約225m/s、在大約250m/s、在大約500m/s、或者在大約550m/s)或者它們的組合。
雖然本發明參考優選實施例進行了描述，但是本領域技術人員將理解，可做出各種改變并且等價物可替換其中的元件而不脫離本發明的范圍。另外，可做出許多修改以使特定情形或材料適合本發明的示教而不脫離其基本范圍。因此，意圖本發明不受限于作為企圖用于執行本發明的最佳模式公開的特定實施例，而是本發明將包括在所附權利要求的范圍內的所有實施例。
權利要求
1.ー種燃氣渦輪護罩，包括 爆炸焊接到第二合金的第一合金； 其中，所述第一合金形成所述燃氣渦輪護罩的熱氣體路徑的至少一部分。
2.根據權利要求I所述的燃氣渦輪護罩，其特征在于，所述第一合金是奧氏體合金。
3.根據權利要求2所述的燃氣渦輪護罩，其特征在于，所述第二合金是奧氏體合金。
4.根據權利要求2所述的燃氣渦輪護罩，其特征在于，所述第二合金是鐵素體合金。
5.根據權利要求I所述的燃氣渦輪護罩，其特征在于，所述第一合金抵抗高于第一溫度的熱，并且所述第二合金抵抗高于第二溫度的熱。
6.根據權利要求5所述的燃氣渦輪護罩，其特征在干，所述第一溫度大于所述第二溫度。
7.根據權利要求5所述的燃氣渦輪護罩，其特征在于，所述第一溫度高于大約3000。 F。
8.根據權利要求5所述的燃氣渦輪護罩，其特征在于，所述第二溫度在大約800°F與1250° F 之間。
9.根據權利要求I所述的燃氣渦輪護罩，其特征在于，還包括沿所述熱氣體路徑定位的膨脹區域。
10.根據權利要求9所述的燃氣渦輪護罩，其特征在于，所述膨脹區域包括所述第一合金和所述第二合金。
11.根據權利要求9所述的燃氣渦輪護罩，其特征在于，所述膨脹區域由所述第一合金組成。
12.根據權利要求I所述的燃氣渦輪護罩，其特征在于，所述第一合金沿所述熱氣體路徑減小厚度。
13.ー種燃氣渦輪護罩，包括 膨脹區域；和 爆炸焊接到第二合金的第一合金； 其中，所述燃氣渦輪護罩的膨脹區域包括所述第一合金。
14.根據權利要求13所述的燃氣渦輪護罩，其特征在于，所述膨脹區域還包括所述第二合金。
15.根據權利要求13所述的燃氣渦輪護罩，其特征在于，所述膨脹區域由所述第一合金組成。
16.根據權利要求13所述的燃氣渦輪護罩，其特征在于，所述膨脹區域沿熱氣體路徑定位，并且所述第一合金沿所述熱氣體路徑減小厚度。
17.ー種形成爆炸焊接燃氣渦輪護罩的エ藝，包括 將第一合金爆炸焊接到第二合金； 其中，所述第一合金形成所述燃氣渦輪護罩的熱氣體路徑的至少一部分。
18.根據權利要求17所述的エ藝，其特征在于，所述第一合金到所述第二合金的爆炸焊接形成預成型件。
19.根據權利要求18所述的エ藝，其特征在于，還包括從所述預成型件移除材料。
20.根據權利要求17所述的エ藝，其特征在于，所述爆炸焊接包括多個同時發生的爆炸。
全文摘要
本發明涉及爆炸焊接燃氣渦輪護罩和形成爆炸焊接燃氣渦輪的工藝。公開了一種爆炸焊接渦輪護罩和一種形成爆炸焊接燃氣渦輪護罩的工藝。爆炸焊接燃氣渦輪護罩包括爆炸焊接到第二合金的第一合金。在爆炸焊接燃氣渦輪護罩中，第一合金形成熱氣體路徑的至少一部分或者燃氣渦輪護罩的膨脹區域包括第一合金。工藝包括將第一合金爆炸焊接到第二合金以形成燃氣渦輪護罩。
文檔編號F02C7/00GK102650221SQ20121005278
公開日2012年8月29日 申請日期2012年2月22日 優先權日2011年2月22日
發明者B·D·約翰斯頓, D·諾瓦克, G·戈勒, M·邁爾斯, S·科蒂林加姆 申請人:通用電氣公司