CN102639287A - 制造用于涡轮发动机叶片的金属加强件的方法 - Google Patents

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伯纳德·乔斯·米歇尔·卡特兹
蒂里·吉恩·埃米尔·弗莱什
杰罗姆·盖诺伊斯
斯特凡·安德鲁·莱韦克
菲利浦·马罗利
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Abstract

本发明涉及一种制造涡轮发动机叶片前缘或后缘用的金属加强件(30)的方法，依次包括：通过固定所述预制件(26，70)的设备(60)对预制件(26，70)进行定位的步骤(44)，这样，所述预制件(26，70)的一端带有一个区域(28，72)，能够接收填充金属；以及通过以金属焊珠的形式在所述区域使用填充金属的硬表堆焊技术来制造所述金属加强件(30)的基部(39)的步骤(46)。

Description

制造用于涡轮发动机叶片的金属加强件的方法
技术领域
本发明涉及制作用于涡轮发动机叶片的复合材料或金属的金属加强件的方法。
本发明尤其涉及制造涡轮发动机叶片前缘用金属加强件的方法。
本发明的领域是涡轮发动机领域，特别是，涡轮发动机风扇的复合材料或金属材料叶片领域，其中，前缘包括金属结构加强件。
然而，本发明还适用于制造涡轮发动机叶片后缘用的金属加强件。
背景技术
应该指出的是，前缘对应于面向空气流动的空气动力面的前部，并将空气流分成下表面空气流和上表面空气流。后缘对应于空气动力面的后部，下表面和上表面气流在此汇合。
众所周知，如专利文件EP1908919所述，涡轮发动机风扇叶片采用复合材料制成时，使用了金属结构加强件，沿叶片整个高度延伸并延伸过前缘。这种加强件可以使复合材料叶片在受到异物---如鸟、冰雹或石头等---冲击时受到保护。
特别是，金属结构加强件可保护复合材料叶片前缘，防止脱层和纤维断裂风险或由于纤维/基底脱胶而造成损坏。
传统上，涡轮发动机叶片包括空气动力面，该空气动力面在前缘和后缘之间沿第一方向上延伸，并在叶底和叶顶之间沿大体垂直于第一方向的第二方向上延伸。这种金属结构加强件呈现叶片空气动力面前缘的形式，并沿第一方向延伸过叶片空气动力面前缘，与叶片下表面和上表面形状相一致，并在叶底和叶顶之间沿第二方向延伸。
人们已知，这种金属结构加强件是从一块材料上完全通过铣销而成的金属部件。
FR2319008号发明专利文件特别介绍了这种金属结构加强件的另一个实施例子。
然而，叶片前缘用的金属加强件的制造非常复杂，必须进行多次修整加工作业，并涉及复杂的设备，生产成本巨大。
发明内容
在本文中，本发明旨在提出一种解决上述问题的方法，所述方法是制造涡轮发动机叶片前缘或后缘用的金属加强件，所述方法可大大降低这种部件的生产成本，简化制造工艺。
为此，本发明提出了一种制造涡轮发动机叶片前缘或后缘用的金属加强件的方法，依次包括：
-通过预制件的定位设备，定位所述预制件的步骤，这样，所述预制件的一端具有能够承接填充金属的区域；
-采用在所述区域填充金属以金属焊珠的形式进行硬表堆焊(hard-surfacing)，制造出所述金属加强件基部的步骤。
根据本发明，在预制件上以及采用MIG(金属惰性气体)焊接来重建材料的方法，可以简单而快速地制成金属结构加强件，从而在置于保持和构型设备中的预制件端部制成加强件基部。优选地，所使用的MIG方法是称之为CMT(冷金属过渡)技术的改进形式，FR0802986号专利申请对所述CMT技术进行了介绍。这种具体方法可以通过最大限度地降低板材变形而使得大量材料得以沉积。
因此，该制造方法省略了在平板部件上通过整体铣削来生产加强件的复杂过程，这种整体铣削要求使用大量储备材料，而且，结果造成原材料供应的巨大成本。
另外，根据本发明的方法还可使得这种部件的生产成本大大降低。
有利的是，采用位于设备内的第一金属板和第二金属板来成形预制件，这样，这些金属板就会在其端部构成接缝，能够承接焊接材料。
另外，本发明的制造涡轮发动机叶片用金属加强件的方法还可以具有如下一个或多个特性，不论是单个考虑还是根据所有技术上可能的结合形式考虑：
-采用填充金属进行硬表堆焊的所述制造步骤，该工艺通过MIG焊接设备进行，所述焊接设备包括脉冲电流发生器并可提供脉冲沉积丝流(pulseddeposition wire flow)；
-所述预制件包括第一金属板和第二金属板，这些金属板通过所述设备定位在非平行的位置上，这样，它们的端部就具有能够承接所述填充金属的区域，制造所述加强件所述基部的所述步骤是将所述金属板连接固定；
-所述预制件通过热预成形金属板而制成，这样，所述预制件包括各个边，以及在一端包括能够承接所述填充金属的区域；
-在所述制造步骤之后，是在所述焊接区域对所述硬表堆焊材料进行加工的步骤，从而形成所述基部的最终近似轮廓；
-所述方法包括热处理步骤以缓解应力；
-所述方法包括热构型步骤；
-所述方法包括对所述金属加强件的表面处理步骤，该步骤包括对所述硬表堆焊的材料的表面进行修整，从而修整成所述金属加强件的所述基部、前缘或后缘的最终外形，和/或对金属板的表面修整，形成所述金属加强件的各边；
-所述方法包括采用激光切割工艺切割所述第一金属板和所述第二金属板的步骤；
-所述方法包括提高所述各边内表面粗糙度的作业；
-所述方法包括在所述设备内进行所述定位步骤前对所述金属板进行成形的步骤；
-在所述定位步骤期间，所述金属板是在所述设备内成形并保持连接状态；
-在所述定位步骤期间，位于所述金属板之间的剑形件(dagger)将所述金属板成形并使其保持彼此隔开，所述剑形件的外形与所述金属板的下表面和上表面外形一致；
-所述方法包括排热步骤，即，通过所述设备将来自位于所述设备内的所述金属板散发的热量排出。
附图说明
从下面参照附图给出的描述中，可以很清楚地看出本发明的其它特性和优点，所述描述仅供陈述说明，本发明决不仅限于此，附图如下：
-图1为叶片侧视图，其包括了采用本发明所述制造方法获得的前缘的金属结构加强件；
-图2为图1中沿A-A平面剖开的局部剖面图；
-图3为根据本发明制造涡轮发动机叶片前缘用金属结构加强件主要步骤方框图；
-图4为在采用图3所示方法第三步骤第一实施例中涡轮发动机叶片前缘用金属加强件的局部剖面视图；
-图5为在采用图3所示方法第三步骤第二实施例中涡轮发动机叶片前缘用金属加强件的局部横剖面视图；
-图6为在采用图3所示方法第四步骤期间涡轮发动机叶片前缘用金属加强件的局部剖面视图；
-图7为在采用图3所示方法第五步骤期间涡轮发动机叶片前缘用金属加强件的局部剖面视图；
-图8为在采用图3所示发明方法所获得的涡轮发动机叶片前缘用金属加强件最后状态的局部剖面视图；
-图9为根据图3所示方法制造前缘金属加强件所用专用保持设备的放大示意图；
-图10为在采用图3所示方法的预制件第二实施方式中涡轮发动机叶片前缘用金属加强件的最初状态示意图；
-图11为在采用图3所示方法的预制件第二实施方式期间涡轮发动机叶片前缘用金属加强件的最后状态示意图；
-图12为制造涡轮发动机叶片前缘用金属结构加强件的第二种方法的主要步骤方框图；
-图13为在图12所示第二方法第一步骤中涡轮发动机叶片前缘用金属加强件的示意图；
-图14为在图12所示第二方法第二步骤中涡轮发动机叶片前缘用金属加强件的示意图；
-图15a为在图12所示第二方法第三步骤中涡轮发动机叶片前缘用金属加强件的侧视图；
-图15b为图15a所示涡轮发动机叶片前缘用金属加强件的剖面视图，沿C-C平面剖开；
-图16为图12所示第二方法第四步骤中涡轮发动机叶片前缘用金属加强件正视图；
-图17为图12所示第二方法第五步骤中涡轮发动机叶片前缘用金属加强件正视图；
-图18为图12所示第二方法第六步骤中涡轮发动机叶片前缘用金属加强件示意图；
-图19为图12所示第二方法第七步骤中涡轮发动机叶片前缘用金属加强件正视图；
-图20为采用图12所示第二方法获得的涡轮发动机叶片前缘用金属加强件最后状态的侧视图；
-图21为根据图12所示第二方法制造前缘用金属加强件所用专用保持设备的剖面视图。
具体实施方式
在所有附图中，共同部件都使用相同的附图标记，除非另有说明。
图1为叶片的侧视图，其包括了采用本发明制造方法获得的前缘用金属结构加强件。
所示叶片10为(例如)涡轮发动机(图中未示)的风扇动叶片。
叶片10包括空气动力面12，该动力面在前缘16和后缘18之间沿第一轴向延伸，并在叶底22和叶顶24之间沿大体垂直于第一方向14的第二径向20延伸。
空气动力面12构成了叶片10的上正面13和下正面11，图1仅示出了叶片10的上正面13。下正面11和上正面13构成了叶片10的侧向正面，该侧向正面将叶片10的前缘16与后缘18相连接。
在该实施例中，叶片10为复合材料叶片，通常，采用缠裹编织的复合材料而制成。例如，所使用的复合材料可以是由编织的碳纤维和树脂基组合而成，而这种组件是通过RTM(树脂传递模制)式真空树脂注塑工艺而模制成形。
叶片10包括金属结构增强件30，胶合在其前缘16处，沿第一方向14而延伸过叶片10空气动力面12的前缘16，并在叶底22和叶顶24之间沿第二方向20延伸。
如图2所示，结构加强件30呈叶片10空气动力面12前缘16的形状，其延伸而形成前缘31，称之为加强件的前缘。
传统上，结构加强件30为整体构件，包括大体上呈V形状的截面，带有构成前缘31的基部39，并通过两个侧边35和37，分别沿叶片空气动力面12的下正面11和上正面13延伸。侧边35，37沿叶片后缘方向呈锥形或变薄轮廓。
基部39包括圆形的内轮廓33，能够与叶片10前缘16圆形相一致。
结构加强件30为金属材料，优选钛基合金。实际上，这种材料特别能够吸收冲击产生的能量。加强件通过所属领域人员都很熟悉的粘胶---诸如，氰基丙烯酸盐粘合剂或环氧树脂---而结合到叶片10上。
EP1908919号专利申请更具体地描述了涡轮发动机复合材料叶片加强用的这种金属结构加强件30。
采用本发明所述方法，可以制造出图2所示结构加强件，图2所示为加强件30的最后状态。
图3为方框图，所示为制造图1和图2所示叶片10前缘用金属结构加强件30的方法100的主要步骤。制造方法100的第一步骤40是切割平板的步骤。第一步骤40包括切割第一平板的第一分步骤43和切割第二平板的第二分步骤45。
平板的切割采用所属领域技术人员所熟知的切割方法来进行，将板材切割成厚度很薄，例如，大约几个毫米。例如，切割方法可以是激光切割方法。
两块切割后的板材可以制作成金属加强件30的两个边35，37。
制造方法100的第二步骤42是对所切割的两个边35，37进行成形。通过压缩来向每个边35，37的上表面施加应力而进行构型处理。第一次成形并不是永久性的，也可以给每个边一定的外形，特别是下表面和上表面的形状。各个边的外形有助于下一个定位步骤期间两个边35，37的定位。例如，这种压缩可以通过滚光或捶击方法来进行。另外，该步骤还包括一种作业，即，增加两个边35，37内表面的粗糙度，从而方便加强件30在叶片上的夹持，同时也可在下一个定位步骤期间，增加两个边35，37在专用保持设备内的粘附性。
制造方法100的第三步骤44是两个所切割的边35，37的定位或称排列。两个边35，37被固定在专用保持设备60内，这样，两个边35，37就具有共同的接触区域，或者说，两个边35，37由该设备按预定距离隔开，两个边35，37构成了金属加强件30的预制件26。
图4和图5分别为制造方法的该第三步骤44的两个实施例。
更具体地说，图4示出了第一实施例，所示为两个边35，37汇合，并提供了共同接触的区域36。
优选地，在这个实施例中，两个边35，37在其靠近接触区域36的端部处，提供了一个在第二成形步骤42期间获得的弯曲度，可简化两个边35，37的接触。
更具体地说，图5示出了第二实施例，在这个实施例中，两个边35，37的端部隔开一定距离，隔开两个边35，37的距离由设备确定，特别是，由位于两个边35，37之间的内剑形件32的厚度和外形29所确定。优选地，隔开两个边35，37的端部的距离小于10毫米。
优选地，在这个实施例中，两个边35和37在其端部提供了一个在第二成形步骤42期间获得的弯曲度，该弯曲度能够与剑形件32的轮廓29相吻合。
在这两个实施例中，专用保持设备可以使得两个边35，37在下一个装配步骤期间保持定位。
设备的形状可以制作成能形成金属加强件30的所需要的外形以及下表面和上表面的轮廓。
图9示出了根据图3所示方法用于制造前缘用金属加强件的专用保持设备60的放大示意图。
专用形状设备60包括：
-平台61；
-第一左侧竖式构件62，通过螺栓连接装置(图中未示)连接到平台61上；
-第二右侧竖式构件63，通过螺栓连接装置(图中未示)连接到平台61上，所述平台61包括长方形孔64，当螺栓连接装置未拧紧时，沿平行于平台61方向滑动，从而可修正右侧竖式构件63的位置。
-以及可能的内剑形件32。
在第三定位步骤44期间，两个边35，37固定在专用保持设备60内，这样，两个边35，37就具有共同接触区域，或者两个边35，37以该设备60确定的距离而隔开。通过滑动，可固定右侧竖式构件63，以便抓握住两个边35，37所形成的组件，以及可能的剑形件32。一旦固定到位，右侧竖式构件63就通过螺栓连接装置而保持定位。
制造方法100的第四步骤46是制造加强件30的基部39，即进行大规模材料(或填充金属)的硬表堆焊，所使用的焊接工艺MIG(金属惰性气体)式弧焊工艺，这种焊接工艺采用脉冲电流，以提供脉冲沉积丝流。该焊接是在两个边35，37的端部进行，特别是在两个边35，37的连接区域进行，如图4和图5所示标记28，形成能够承接填充金属的预制件26。
MIG焊接工艺采用呈大截面焊珠形式的高沉积率来制造各个部件。硬表堆焊的焊珠长度和宽度由操作手根据丝流来确定。
基部39制造步骤使得两个边35，37可在设备60上连接到位。
材料硬表堆焊是在预制件26上采用大截面金属材料38(或填充金属)焊珠堆积方式进行，更确切地说，是在附图标记28区域内两个边35，37的结合处。焊道的数量，即应用材料焊珠38的数量，根据所需材料高度和确定的焊珠宽度来确定。
图6具体示出了制造方法100的所述第四步骤46。实际上，图6为结构加强件30的横剖面视图，该加强件30是在两个边35，37端部的硬表堆焊步骤后制造而成。
根据第一实施例，在该实施例中，两个边35，37在设备60内连接在一起，基部39的内轮廓33通过排列两个边35，37而成近似锥形，而这两个边是在此前的第二步骤42期间形成的。
根据第二实施例，在这个实施例中，两个边35，37是通过设备60的剑形件32而隔开，基部39的内轮廓33是在剑形件32上外模而成。硬表堆焊所形成的金属确保了两个边35，37端部之间的结合，并形成了加强件30基部39的内轮廓33。
专用设备60在材料硬表堆焊期间通过限制两个边35，37而将两个边35，37固定到位。
设备60的厚度足以使MIG焊接时产生的能量得以散去，这样，两个边35，37就不会融化，而且在装配步骤和/或材料硬表堆焊期间不会变形。为此，设备60优选采用铜或铜基和铝基合金制成。
在第二实施例中，采用设备60的中央剑形件32也可散热，该剑形件优选采用铜或铜基和铝基合金制成。
剑形件32包括能够预成型加强件30每个边35，37内部的外轮廓29，特别是内延伸轮廓33。
制造方法100的第五步骤50是对硬表堆焊后的区域进行加工。该步骤50如图7所示。
该步骤可对硬表堆焊的材料的实心部分27进行加工，从而近似于包括前缘31在内的基部39最后的轮廓形状。
制造方法100的第六步骤52是组件进行热释放或热弛豫步骤25，可以使得剩余应力得以释放。该热处理步骤优选在同一专用保持设备60上进行，以所选材料的锻造温度置放在烘箱内。
制造方法100的第七步骤54是热构象步骤，优选在同一专用保持设备60上进行。该热构成步骤可使得加强件30具有最后所期望的形状。
根据本发明最佳实施例，第六步骤52和第七步骤54可同时进行。
应该注意的是，设备60的形状，特别是剑形件32的轮廓和右侧竖式构件63和左侧竖式构件62的轮廓，都直接与期望的金属加强件30的最后形状相关。
根据另一个实施例，第六步骤52和第七步骤54采用特别释放和构型设备进行，能够支持温度的升高。在这种情况下，根据本发明的制造方法包括中间步骤，该步骤包括松开由两个边35，37所成形的组件和来自专用保持设备60的硬表堆焊区域27，以便在特别释放和构型设备上再次夹紧。
制造方法100的第八步骤56是通过加工对加强件进行表面修整。该表面修整步骤56包括：
-对加强件30基部39外形修整的第一分步骤55，重新修整，特别是前缘31的空气动力面；
-表面修整两个边35，37的第二分步骤57；在该步骤，特别是对两个边35，37进行外形铣削并对下表面和上表面侧面削薄；
-第三表面修整分步骤59，获得所需要的表面状态。
图8示出了采用本发明制造方法获得的加强件30的最终状态。
结合实施例的这些主要步骤，本发明的方法还可以包括采用无损方式对加强件30进行检查的步骤，确保所获得的组件符合几何和金相要求。例如，无损检查可以通过X射线方法来进行。
根据本发明第二实施例，切削两个边的第一步骤40、对两个边进行成形的第二步骤42和对所切削两个边进行定位的第三步骤44，都可以由在成形设备80内热成形预制件70的步骤41来取代。
该热成形步骤41如图10和图11所示。在该步骤时，预制件70是由置放在成形设备80内的平板71成形的，所述成形设备为密封关闭。设备80包括下部分82和上部分81，所述下部分82包括与预制件70所需形状相一致的腔室83，而所述上部分81则覆盖着下部分82。在其初始状态时，平板71的端部被紧紧夹持在设备80的两个部分81，82之间。热成形步骤包括使用在给定温度时不会断裂但可变形的金属特性，诸如，铝或钛。例如，钛在某些温度条件下，例如940℃时，伸长大于35％。
例如，用于该步骤的热成形方法可以是超塑成形(SPF)法。
超塑成形是一种可在板材上制造复杂部件的方法，厚度很薄，一次成形。
为了实施这个方法，板材71加热到给定温度，例如，达到等于材料熔点一半的温度。在这个温度下，板材71会被引入到封闭的设备80内的惰性气体--例如氩气--的压力而变形。这种气体压力的变化是受控制的，如图11中箭头所示，这样，板材71的成形就在超塑范围内进行，而这种超塑范围与每种材料系所特有的变形率范围相关。按照已知方式，采用数字模拟来预测成形压力的演化定律，从而优化了这种方法的成形和周期。
当成形预制件70时，与前面实施例相似，其包括通过端部72相互连接的边35，37，能够承接填充金属。然后，从设备80内取出预制件70，进行增加边35，37内表面粗糙度的作业，以在材料硬表堆焊步骤期间增加预制件70在设备60内的附着力，便于加强件30在叶片10上的抓着力。
在模具里取出侧部35，37并提高其内表面粗糙度后，在制造加强件30基部39第四步骤46，进行大规模材料(或填充金属)的硬表堆焊，所使用的焊接工艺MIG(金属惰性气体)式弧焊工艺，这种焊接工艺采用脉冲电流，以提供脉冲沉积丝流。
材料的硬表堆焊是在预制件70端部72处进行。
如前所述，MIG焊接工艺采用呈大截面的焊珠形式的高沉积率来制造各个部件。硬表堆焊的焊珠长度和宽度由操作手根据丝流来确定。
本发明的方法介绍的主要是钛基金属结构加强件。然而，本发明的方法也可适用于镍基或钢基材料。
在使用焊接工艺时，使用MIG式焊接方法可获得铸造或锻造材料的结构和机械特性。实际上，MIG焊接工艺所获得的焊接接合具有与锻造材料相同的机械特性。
上面结合MIG式焊接工艺具体介绍了本发明，然而，MIG焊接工艺也可以用另一种材料的硬表堆焊工艺来取代，诸如(激光熔覆类型的)粉末堆焊工艺，获得接近于锻造材料的特性。
上面具体介绍了本发明制造涡轮发动机复合材料叶片的金属加强件的方法；然而，本发明还适用于制造涡轮发动机金属叶片的金属加强件。
上面具体介绍了本发明制造涡轮发动机叶片前缘用金属加强件的方法；然而，本发明还适用于制造涡轮发动机叶片后缘的金属加强件。
特别是，本发明的其它优点如下：
-降低生产成本；
-缩短生产时间；
-简化制造工艺；
-降低材料成本。
图12到图21介绍了制造涡轮发动机叶片前缘或后缘用的金属加强件的第二个方法，依次是：
-在截面上固定第一金属板和第二金属板的步骤，通过专用设备对所述截面和所述金属板定位，这样，每个金属板的接触表面与所述截面接触表面平行；
-在所述截面上无填充金属地焊接所述金属板的步骤，这样，所述第一金属板的所述接触表面就会与所述截面的所述接触表面相连，而且，这样，所述第二金属板的所述接触表面就会与所述截面的所述接触表面相连。
采用该第二种方法时，金属结构加强件的制造可在两个金属平板上简单而快速制成，采用标准的商用型材和焊接工艺，无需使用填充金属。
因此，该制造方法省略了在单体平板部件上通过整体铣削来生产加强件的复杂过程，这种整体铣削要求使用大量储备材料，而且，结果造成原材料供应的巨大成本。
实际上，特别是，通过降低加强件制造所必需的材料量，采用标准商用供货材料(棒材，板材)以及利用实施成本低廉的工业方法，涡轮发动机叶片前缘或后缘用金属加强件的制造成本会显著降低。
焊接不使用填充金属，所获得的焊接区域具有与锻造材料相同的机械特性，而且焊接周期很短。
按照优选的实施方式，在所述型材上同时焊接两个金属板。在型材上同时焊接两个金属板特别方便了金属板材保持工艺，并且对于每块板来讲，切除的材料是相同的，而这种材料的切除是因为焊珠形成所致。
制造涡轮发动机叶片用金属加强件的第二个方法还可以具有如下一个或多个特性，不论是单个考虑还是根据所有技术上可能的结合形式考虑：
-所述金属板在所述型材上同时焊接；
-在所述型材上焊接所述金属板的所述步骤是通过线性摩擦焊接工艺来进行；
-在所述型材上焊接所述金属板的所述步骤是通过电阻焊接工艺或通过闪光电弧焊接工艺来进行；
-在所述定位步骤前，先进行型材和/或所述金属板的变形和/或弯曲；
-在所述焊接步骤之后，进行修整步骤，对焊珠进行加工和/或延伸所述型材，从而形成所述金属加强件的内轮廓；
-所述方法包括在热构型设备上进行热构型步骤，所述设备包括能够对所述金属板轮廓进行构型的中央剑形件，所述剑形件延伸过焊缝，在所述焊接步骤期间形成，从而防止在所述热构型步骤期间所述焊接接合部位的变形；
-所述方法包括热处理步骤，以缓解应力；
-所述方法包括对所述金属加强件的抛光步骤，其包括：
-通过铣削所述型材来进行机械表面修整的分步骤，从而获得前缘或后缘以及加强件的基部的气动力轮廓；
-切割所述金属板的分步骤，从而获得加强件的各个边；
-对所述金属板表面进行抛光的分步骤；
-所述方法包括切割所述第一金属板和所述第二金属板的步骤，其通过铣削或轧制方法对所述型材进行切割和/或加工的方法。
另外，第二制造方法可制造图2所示结构金属件，图2示出了该加强件30的最终状态。
图12为图1和图2所示叶片10前缘用金属结构加强件30第二制造方法200主要步骤的方框图。
图13示出了制造方法200的第一个步骤110，该步骤对应于切割平板141，142和加工型材144的步骤。
平板141，142是从标准的商用板材上沿特定轮廓143切割而成，其轮廓相当于叶片10前缘16纵向近似形状。
平板141，142的切割采用所属领域技术人员所熟知的切割方法来进行，板材切割厚度很薄，即，大约几个毫米。例如，切割方法可以是激光切割方法或喷水切割或穿孔方法。
两块切割后的板141，142用来形成图2所示金属加强件30的两个下表面和表面上边35，37。
传统上，型材144是采用---例如---轧制或铣削方法用标准棒材制造而成。型材144也可以采用标准型材的挤压和铣削来制造。型材144是一种预制件，可形成图2所示的加强件30的基部39。
经过加工的型材144是一种直线型材，呈棱柱形，其上表面145包括纵向槽148和从沟槽148两侧伸出的第一部分146以及第二部分147。
制造方法200的第二步骤120是成形和/或弯曲型材144和可能的切割后的板141，142。例如，通过挤压向型材144和/或板141，142施加应力而进行弯曲。
图14示出了弯曲后的型材144和切割后的板141，142。应注意的是，型材144弯曲是确定的，以便与所切割板141，142的特定轮廓143相一致，同时，也可获得叶片10前缘16的大体确定形状。
根据第二制造方法的第一实施例，型材144的弯曲和也许还有板141，142的弯曲沿两个维度进行。然而，也可以在三个维度上对型材144以及板材141，142直接进行弯曲。
制造方法200的第三步骤130是在型材144上对两个切割后的板141，142进行定位或排列。特别是，该步骤可以在型材144的每个部分146，147的上表面上定位每个切割板141，142的接触面149。
为此，两个板141，142和型材144定位在能够对组件进行夹持的专用设备60内，特别是在随后的焊接步骤期间。图15a和15b示出了该第三步骤130。更具体地说，图15a为两个切割板141，142在型材144上定位的侧视图，而图15b则是沿图15a所示的剖开平面C-C更具体地示出了图15a的截面。
两个切割后的板141，142分别面向型材144的伸出部分146，147定位。
图21为保持设备160示例的横剖面视图，所示设备将所切割板141，142和型材144定位。
专用保持设备160包括：
-包括上嵌件172的上箱体171(cassette)；
-包括下嵌件162的下箱体161。
下嵌件162包括能够容纳型材144的凹槽169。型材144在其144整个长度上通过螺栓连接装置163而被夹持在下嵌件162内。为此，型材144的尺寸是确定的，以便提供足够的材料来固定在下嵌件162内。
切割的板141，142保持在设备160的上嵌件172内。为此，上嵌件172由上基部173形成，后者包括带有棱柱形状的中央部分175，该棱柱形状相对于上底座173和下底座174结合平面170而突出。所述下基部174是由两部分174a和174b构成，从而在上基部173和下基部174夹持期间，将板141，142紧紧压靠在中央构件175的侧壁上。组件的夹紧则是通过螺栓连接装置176来完成的。
制造方法200的第四步骤140是将板141，142焊接在型材144上，不使用填充金属。根据第一实施例，该焊接为线性摩擦焊接工艺。线性摩擦焊接通过专用保持设备160进行，后者安装在一个振动平台(图中未示)上。
摩擦焊是一种机械焊接工艺，其中，焊接所需热量通过的摩擦来提供，或者，在轨道摩擦焊接工艺的情况下，通过第一个部件与第二个部件的转动来提供热量，所安装的两个部件承受彼此相反的轴向压力。
一个部件振动摩擦的同时，另一个部件被紧紧固定。根据优选的实施方式，夹紧型材144的下嵌件162保持固定，而夹紧板材141，142的上嵌件172则根据与结合面170平行的方向而振动。
因为上箱体171和下箱体161逐渐一起移动，而使得两个板141，142在其接触表面149处同时与型材144突出部分146，147接触时，摩擦力产生抗扭矩(resisttorque)。所产生的机械能量在接触表面处转换成热量，快速升温到焊接温度(所使用材料的锻造温度)。
在加热和焊接阶段期间，一些材料被推向外部，从而形成了焊珠151并缩短了部件的移动。图16示出了该步骤。更具体地来讲，图16示出了在型材144上采用线性摩擦焊接两个板141，142的示意图。
设备160可使两个板141，142在型材144上同时线性摩擦焊接在一起，同时又可使板141，142和型材144的摩擦表面保持平行。也就是说，在线性摩擦焊接步骤期间，两个金属板141，142的每个接触表面149与型材144的两个部分146，147接触表面平行。
特别是，两个板141，142的同时焊接可为金属板141，142的保持提供了方便，并对每个板141，142来讲，切除材料是相同的，而这种材料的切除是因为焊珠151形成所致。
根据图21所示实施例，在型材144上对两个金属板141，142进行V焊接。根据第二实施例(图中未示)，两个金属板141，142可以在型材144上并行焊接。
线性摩擦焊接可获得与锻造材料相同的机械特性，焊接周期很短。
第五步骤150是通过加工和延伸沟槽148来对焊珠151进行修整，以便形成最终金属加强件30的内轮廓33。图17示出了该第五步骤。内轮廓33与金属加强件30最终状态轮廓相一致，该轮廓的确定可优化加强件内应力的分布。
第六步骤160是热构型步骤，给予加强件30最后形状。该热构型步骤在专用设备180内进行，该设备能够承受烘箱内温度升到所使用材料的锻造温度。
如图18所示，设备180由上部分181和下部分182构成，与金属板141，142的两边相接，焊接到型材144上并形成加强件30。另外，设备180还包括能够插入到两个板141，142之间的剑形件183。设备180的形状，更具体地说，上部分181和下部分182的形状以及剑形件183的轮廓，都对应于金属加强件30侧部35，37的下表面和上表面的最后轮廓。
设备180的上部分181和下部分182在其内表面上包括在热构型步骤期间能够承接和固定型材144的一个凹槽。
应该指出的是，剑形件183的尺寸是这样的，即在焊接步骤140期间形成的金属板141，142和型材144之间的焊接接合支撑在剑形件183上。这样，在热构型期间，应力和变形就限定在这些焊接区域。有利的是，剑形件183插入在两个板141，142之间，以便与型材144内轮廓最大限度地一致。为此，剑形件183根据确定的内轮廓33而选配，而且，其形状与内轮廓33互补。
在热构型步骤期间，专用设备180按所使用材料的锻造温度而置放在烘箱内。该热处理也可释放组件的剩余应力。
图19示出了第七步骤170，该步骤为表面修整和机械修整步骤。该步骤包括铣削型材144的第一机械修整分步骤，以便形成图2和图20所示的前缘31以及加强件30基部39的气动力轮廓。第二分步骤包括对焊接后的板141，142进行切割和外形铣削并成形，以便获得最终加强件30的侧部35，37。该第六步骤160也包括对板141，142进行抛光的分步骤，以获得两个边35，37的所要求的表面状态和所期望的厚度，特别是用来包覆叶片10复合材料的较薄部分。
图20示出了采用第二方法制造金属加强件而获得的加强件30最后状态的侧视图。
结合实施例的这些主要步骤，第二方法还可以包括采用无损方式对加强件30进行检查的步骤，确保所获得的组件符合几何和金相要求。例如，无损检查可以通过X射线方法来进行。
根据第二制造方法的第二实施例，在型材144上焊接板141，142的第四步骤140可以通过闪光电弧焊或电阻焊工艺来进行。闪光电弧焊和电阻焊是部件焊接时两种不使用填充金属的工艺方法。
闪光电弧焊和电阻焊使用焦耳效应，采用低电压和高强电流流过而融化和焊接部件。
在闪光电弧焊工艺中，强电流流过两个部件之间接触表面上分布的不规则区域会产生电弧，喷射和融化的金属向接触表面外部蒸发。从闪光的端部，向计划组装的部件上施加位移作用，以焊缝形式排除残留在接触表面上的薄薄一层液体。
在电阻焊工艺中，需要装配在一起的工件拧紧在卡爪上，以确保电流供应。需装配的表面必须仔细准备，无任何氧化物。一旦电流流过，工件就会加热，通过焦耳效应而结合在一起。该焊接作业需施加很大的力，以便使金属位移。塑状下的金属在连接部分两侧形成焊珠。
闪光电弧焊和电阻焊都可获得与锻造材料相同的机械特性，其焊接周期很短。
有利的是，根据第二制造方法实施例，两个板141，142可在型材144上同时焊接。
上面介绍的第二制造方法主要是针对钛基金属结构加强件。然而，第二制造的方法也可适用于镍基或钢基材料。
上面具体介绍的第二制造方法是制造涡轮发动机复合材料叶片用金属加强件的方法；然而，第二制造方法还适用于制造涡轮发动机金属叶片用金属加强件。
上面具体介绍了第二制造方法制造涡轮发动机叶片前缘用金属加强件的方法；然而，第二制造方法还适用于制造涡轮发动机叶片后缘用的金属加强件。
特别是，本发明的其它优点如下：
-降低生产成本；
-缩短生产时间；
-简化制造工艺；
-降低材料成本。
-焊接区域的高金相品质。

Claims (14)

1.一种制造涡轮发动机叶片前缘或后缘用的金属加强件(30)的方法，依次包括：
-通过预制件(26，70)定位设备(60)来固定所述预制件(26，70)的步骤(44)，这样，所述预制件(26，70)的一端就具有能够承接填充金属的区域(28，72)；
-在所述区域(28，72)内以金属焊珠形式用填充金属进行硬表堆焊制造所述金属加强件(30)基部(39)的步骤(46)。
2.根据权利要求1所述的制造涡轮发动机叶片用的金属加强件(30)的方法，其特征在于，采用填充金属硬表堆焊的所述制造步骤(46)是通过MIG焊接装置来进行的，所述焊接装置包括脉冲电流发生器并可提供脉冲沉积丝流。
3.根据权利要求1所述的制造涡轮发动机叶片用的金属加强件(30)的方法，其特征在于，所述预制件(26)包括第一金属板(35)和第二金属板(37)，这些金属板通过所述设备(60)固定在非平行位置，这样，它们就可在其端部提供一种能够接受所述填充金属的区域(28)，制造所述加强件(30)的所述基部(39)的所述步骤将所述金属板(35，37)连接到位。
4.根据权利要求1所述的制造涡轮发动机叶片用的金属加强件(30)的方法，其特征在于，所述预制件(70)采用热预成形金属板(71)制成，这样，所述预制件(70)包括边(35，37)，并在一端包括能够承接所述填充金属的区域(72)。
5.根据权利要求1所述的制造涡轮发动机叶片用的金属加强件(30)的方法，其特征在于，所述制造步骤(46)之后是在所述焊接端部区域(28)对所述硬表堆焊材料(27)进行加工的步骤(50)，以便形成所述基部(39)的最终近似轮廓。
6.根据权利要求5所述的制造涡轮发动机叶片用的金属加强件(30)的方法，其特征在于，其包括热处理步骤(52)，以释放应力。
7.根据权利要求5所述的制造涡轮发动机叶片用的金属加强件(30)的方法，其特征在于，其包括热构型步骤(54)。
8.根据权利要求6所述的制造涡轮发动机叶片用的金属加强件(30)的方法，其特征在于，其包括对所述金属加强件(30)进行表面处理的步骤(56)，该步骤包括对所述硬表堆焊材料(27)进行表面修整，以便将所述金属加强件(30)的所述基部(39)和前缘(31)或后缘修整成最终轮廓，和/或通过对金属板(35，37)的表面修整，以便形成所述金属加强件(30)的边。
9.根据权利要求1所述的制造涡轮发动机叶片用的金属加强件(30)的方法，其特征在于，其包括通过激光切割工艺来切割所述第一金属板(35)和所述第二金属板(37)的步骤(40)。
10.根据权利要求1所述的制造涡轮发动机叶片用的金属加强件(30)的方法，其特征在于，其包括了一种作业，该作业包括提高所述边(35，37)内表面粗糙度。
11.根据权利要求1所述的制造涡轮发动机叶片用的金属加强件(30)的方法，其特征在于，其包括了在所述设备(60)内所述定位步骤之前对所述金属板(35，37)成形的步骤(42)。
12.根据权利要求1所述的制造涡轮发动机叶片用的金属加强件(30)的方法，其特征在于，在所述定位步骤(44)期间，所述金属板(35，37)是在所述设备(60)内成形并保持连接。
13.根据权利要求1所述的制造涡轮发动机叶片用的金属加强件(30)的方法，其特征在于，在所述定位步骤(44)期间，所述金属板(35，37)由位于所述金属板(35，37)之间的剑形件(32)成形并保持隔开，所述剑形件(32)的外轮廓与所述金属板(35，37)下表面和上表面轮廓相一致。
14.根据权利要求1所述的制造涡轮发动机叶片用的金属加强件(30)的方法，其特征在于，其包括排热步骤，即，通过所述设备(60)将来自位于所述设备内的所述金属板(35，37)散发的热量排出。
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