CN103949757B - 采用氩弧焊修复飞机钛合金滑轨凹坑的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接技术领域，涉及一种采用氩弧焊修复飞机钛合金滑轨凹坑的工艺方法。尤其适用于航空发动机维修领域，对飞机钛合金滑轨在长期服役后产生的凹坑进行修复。该方法针对出现凹坑故障的飞机钛合金滑轨工件，采用合理的氩弧焊工艺参数，对钛合金滑轨凹坑进行修复，修复后进行喷丸强化恢复表面压应力状态。修复的滑轨变形非常小，控制在公差范围内；修复部位无裂纹缺陷；修复后工件恢复使用性能。采用该发明修复的飞机钛合金滑轨已通过装机前鉴定，并成功实现装机使用。

Description

采用氩弧焊修复飞机钛合金滑轨凹坑的工艺方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，涉及一种采用氩弧焊修复飞机钛合金滑轨凹坑的工艺方法。尤其适用于航空发动机维修领域，对飞机钛合金滑轨在长期服役后产生的凹坑进行修复。
背景技术
飞机钛合金滑轨通过精密锻造+振动强化制备。飞机到两个翻修周期之后，由于长期使用，在该类滑轨的工作型面和侧限位面会出现不同情况的压坑故障。滑轨工作型面压坑深度一般为0.05mm～0.15mm，个别压坑最大深度为0.3mm，侧限位面压坑深度一般为0.1mm～0.5mm之间，个别压坑深度达到0.7mm～0.95mm。这些压坑故障需要采用氩弧焊的方法进行修复。由于滑轨经过振动强化处理，表面为压应力，因此焊后不宜进行消除应力退火处理，否则有可能导致表面原始的压应力状态发生改变，影响滑轨的疲劳性能。在焊接修复的过程中，选择与滑轨母材有良好相容性的焊接材料，使得熔合区不产生过多的脆硬组织，同时焊缝的硬度和强度与母材接近，保证在下一个大修周期内不会再次出现压坑，经过焊接试板的试验和分析，氩弧焊的工艺可以实现压坑故障的修复。
发明内容
本发明的目的是提出一种采用氩弧焊修复飞机钛合金滑轨凹坑的工艺方法。
本发明的技术方案是：
(1)测量滑轨凹坑的深度并做好标记和记录；
(2)修复前表面清理，采用100号和200号砂纸去除滑轨凹坑表面的氧化皮，直到目视检查露出金属光泽为止；采用100号和200号砂纸打磨距离滑轨凹坑边缘不超10mm的区域，直到目视检查打磨区域露出金属光泽；
(3)焊接修复，选用直径为0.8mm～2.0mm、焊接接头拉伸强度达到被焊滑轨母材拉伸强度80％的焊丝，并采用400号砂纸打磨焊丝表面直至见金属光泽，用洁净的纱布蘸丙酮将焊丝擦拭干净，去除表面的灰尘和污渍；选用直径为12mm～16mm的喷嘴和直径1.2mm～2.0mm的钨极，具体焊接参数为：引弧电流18A～25A；收弧电流3A～8A；起弧时间0.05s～0.5s；收弧时间3s～10s；焊接电流为30A～60A，焊接电压适配为8.0V～9.4V，氩气流量为10L/min～15L/min；在补焊位置的背面安装散热铜块，散热铜块与滑轨的接触面积大于滑轨凹坑的焊接面积，采用氩弧焊对整个滑轨凹坑表面进行均匀的补焊，补焊高度凸出滑轨表面0.05mm～2mm；
(4)将焊接修复区域打磨至与滑轨表面齐平，焊缝表面应与母材圆滑过渡，对打磨后的锐边倒圆；
(5)无损检测，根据HB/Z60标准规定的方法，逐件对所有焊接位置进行采用X射线探伤方法检验，焊缝处的气孔和夹渣应不低于HB5376标准中关于二级焊缝的要求，不允许存在裂纹；
(6)对通过无损检测的焊接位置，使用硬质铸钢丸进行喷丸强化，喷丸强化的工艺参数：喷丸强度为0.10Amm～0.50Amm。使零件的表面应力达到修复前的压应力状态。
打磨时将滑轨垫上软木块牢固夹持，平稳地放置在工作台上；采用100号和200号砂纸去除压坑缺陷部位表面的氧化皮，直到目视检查露出金属光泽为止；；采用100号和200号砂纸打磨距离滑轨凹坑边缘不超10mm的区域，直到目视检查露出金属光泽，打磨时，滑轨的其他部位不进行打磨。
所述的焊接参数为：引弧电流18A～25A；收弧电流3A～8A；起弧时间0.05s～0.5s；收弧时间3s～10s；焊接电流为30A～60A，焊接电压适配为8.0V～9.4V，氩气流量为10L/min～15L/min。
所述的焊丝为直径0.8mm～2.0mm，焊接接头拉伸强度达到被焊滑轨母材拉伸强度80％的焊丝。
所述的喷丸强化的工艺参数：喷丸强度为0.10Amm～0.50Amm。
本发明具有的优点和有益效果，
本发明是采用氩弧焊对飞机钛合金滑轨凹坑进行焊接修复，恢复滑轨尺寸，降低飞机使用和维修成本。本发明的焊接工艺和填充焊丝可用于多个牌号钛合金滑轨的焊接修复，通用性强。同激光熔敷修复相比，采用氩弧焊方法修复飞机钛合金滑轨，更容易操作实施，工艺、材料和设备成本均低。
前期在滑轨基体上进行了氩弧焊修复试验，并对焊接修复试样组织、硬度、室温性能、表面应力等进行了研究。研究结果表明，焊缝与基体结合紧密，组织致密、无裂纹、夹杂缺陷；焊态下焊缝处硬度为原始母材的99％，经过喷丸强化后超过了原始母材的硬度，达到了原始母材的103％；室温拉伸强度为母材的81％，焊缝与原始母材耐磨性能相当。
采用本发明，对飞机钛合金滑轨凹坑部位进行了修复，修复的滑轨变形非常小，控制在公差范围内；修复部位无裂纹缺陷；修复后工件恢复使用性能。采用该发明修复的飞机钛合金滑轨已通过装机前鉴定，并成功实现装机使用。
因此该发明的成果可直接用于飞机钛合金滑轨凹坑的修复，解决当前一旦出现该类缺陷滑轨就基本报废的问题，为飞机翻修节约成本，也为飞机上出现类似问题提供技术支持。
具体实施方式
以下将结合实例对本发明技术方案作进一步详述：
根据待修复钛合金滑轨在飞机上的安装部位，分析需修复部位的受力状况和缺陷情况及原因，确认部件材料成分，制造工艺和结构组成，明确需要选择的焊接材料，通过以上分析和确认，实施以下具体步骤：
(1)测量记录，检查并记录滑轨的编号，使用游标卡尺测量压坑深度并做好标记和记录；
(2)修复前表面清理，打磨时将滑轨垫上软木块牢固夹持，平稳地放置在工作台上；采用100号和200号砂纸去除压坑缺陷部位表面的氧化皮，直到目视检查露出金属光泽为止；采用100号和200号砂纸将待补焊部位打磨至距离压坑边缘不超10mm的区域，直到目视检查露出金属光泽，打磨时不允许损伤滑轨的其他部位；
(3)焊接修复，选用直径为0.8mm～2.0mm、焊接接头拉伸强度达到被焊滑轨母材拉伸强度80％的焊丝，并采用400号砂纸打磨焊丝表面直至见金属光泽，用洁净的纱布蘸丙酮将其擦拭干净，去除表面的灰尘和污渍；选用直径为12mm～16mm的喷嘴和直径1.2mm～2.0mm的钨极。具体焊接参数为：引弧电流18A～25A；收弧电流3A～8A；起弧时间0.05s～0.5s；收弧时间3s～10s；焊接电流为30A～60A，焊接电压适配为8.0V～9.4V，氩气流量为10L/min～15L/min；采用氩弧焊对整个压坑表面进行均匀的补焊，在待焊部位填加所选用的焊丝，补焊高度为0.05mm～2mm，使用游标卡尺检查焊接高度是否满足要求。严格控制焊接电流、焊接电压、氩气流量；
(4)焊后打磨，使用手动电磨枪将焊接修复区域打磨至与滑轨表面齐平，焊缝表面应与母材圆滑过渡，对打磨后的锐边倒圆；
(5)无损检测，根据HB/Z60标准规定的方法，逐件对所有焊接位置进行采用X射线探伤方法检验。焊缝处的气孔和夹渣应不低于HB5376标准中关于二级焊缝的要求，不允许存在裂纹。
(6)喷丸强化，喷丸强度为0.10Amm～0.50Amm。逐件对所有通过无损检测的焊接位置，使用硬质铸钢丸进行喷丸强化。使零件的表面应力达到修复前的压应力状态。
实施例
实施例一：采用氩弧焊修复TC18钛合金滑轨凹坑的方法。
对待补焊的钛合金滑轨，
1、飞机钛合金滑轨凹坑缺陷情况确认
飞机钛合金滑轨采用TC18钛合金通过精密锻造+振动强化制备。飞机到两个翻修周期之后，由于长期使用，在该类滑轨的工作型面和侧限位面出现不同情况的压坑故障。滑轨工作型面压坑深度一般为0.05mm～0.15mm，个别压坑最大深度为0.3mm，侧限位面压坑深度一般为0.1mm～0.5mm之间，个别压坑深度达到0.7mm～0.95mm。
(1)测量记录，检查并记录滑轨的编号，使用游标卡尺测量压坑深度并做好标记和记录；
(2)修复前表面清理，打磨时将滑轨垫上软木块牢固夹持，平稳地放置在工作台上；采用100号和200号砂纸去除压坑缺陷部位表面的氧化皮，直到目视检查露出金属光泽为止；采用100号和200号砂纸将待补焊部位打磨至距离压坑边缘不超10mm的区域，直到目视检查露出金属光泽，打磨时不允许损伤滑轨的其他部位；
(3)焊接修复，选用直径为0.8mm的TC18钛合金焊丝，并采用400号砂纸打磨焊丝表面直至见金属光泽，用洁净的纱布蘸丙酮将其擦拭干净，去除表面的灰尘和污渍；选用直径为12mm的喷嘴和直径1.2mm的钨极。具体焊接参数为：引弧电流18A；收弧电流3A；起弧时间0.05s；收弧时间3s；焊接电流为30A，焊接电压适配为8.0V，氩气流量为10L/min；采用氩弧焊对整个压坑表面进行均匀的补焊，在待焊部位填加所选用的焊丝，补焊高度为0.05mm～2mm，使用游标卡尺检查焊接高度是否满足要求。严格控制焊接电流、焊接电压、氩气流量；
(4)焊后打磨，使用手动电磨枪将焊接修复区域打磨至与滑轨表面齐平，焊缝表面应与母材圆滑过渡，对打磨后的锐边倒圆；
(5)无损检测，根据HB/Z60标准规定的方法，逐件对所有焊接位置进行采用X射线探伤方法检验。焊缝处的气孔和夹渣应不低于HB5376标准中关于二级焊缝的要求，不允许存在裂纹。
(6)喷丸强化，喷丸强度为0.10Amm。逐件对所有通过无损检测的焊接位置，使用硬质铸钢丸进行喷丸强化。使零件的表面应力达到修复前的压应力状态。
实施例二：采用氩弧焊修复TC18钛合金滑轨凹坑的方法。
对待补焊的钛合金滑轨，
1、飞机钛合金滑轨凹坑缺陷情况确认
飞机钛合金滑轨采用TC18钛合金通过精密锻造+振动强化制备。飞机到两个翻修周期之后，由于长期使用，在该类滑轨的工作型面和侧限位面出现不同情况的压坑故障。滑轨工作型面压坑深度一般为0.05mm～0.15mm，个别压坑最大深度为0.3mm，侧限位面压坑深度一般为0.1mm～0.5mm之间，个别压坑深度达到0.7mm～0.95mm。
(1)测量记录，检查并记录滑轨的编号，使用游标卡尺测量压坑深度并做好标记和记录；
(2)修复前表面清理，打磨时将滑轨垫上软木块牢固夹持，平稳地放置在工作台上；采用100号和200号砂纸去除压坑缺陷部位表面的氧化皮，直到目视检查露出金属光泽为止；采用100号和200号砂纸将待补焊部位打磨至距离压坑边缘不超10mm的区域，直到目视检查露出金属光泽，打磨时不允许损伤滑轨的其他部位；
(3)焊接修复，选用直径为1.4mm的TC18钛合金焊丝，并采用400号砂纸打磨焊丝表面直至见金属光泽，用洁净的纱布蘸丙酮将其擦拭干净，去除表面的灰尘和污渍；选用直径为14mm的喷嘴和直径1.6mm的钨极。具体焊接参数为：引弧电流20A；收弧电流5A；起弧时间0.20s；收弧时间5s；焊接电流为45A，焊接电压适配为8.7V，氩气流量为12L/min；采用氩弧焊对整个压坑表面进行均匀的补焊，在待焊部位填加所选用的焊丝，补焊高度为0.05mm～2mm，使用游标卡尺检查焊接高度是否满足要求。严格控制焊接电流、焊接电压、氩气流量；
(4)焊后打磨，使用手动电磨枪将焊接修复区域打磨至与滑轨表面齐平，焊缝表面应与母材圆滑过渡，对打磨后的锐边倒圆；
(5)无损检测，根据HB/Z60标准规定的方法，逐件对所有焊接位置进行采用X射线探伤方法检验。焊缝处的气孔和夹渣应不低于HB5376标准中关于二级焊缝的要求，不允许存在裂纹。
(6)喷丸强化，喷丸强度为0.30Amm。逐件对所有通过无损检测的焊接位置，使用硬质铸钢丸进行喷丸强化。使零件的表面应力达到修复前的压应力状态。
实施例三：采用氩弧焊修复TC18钛合金滑轨凹坑的方法。
对待补焊的钛合金滑轨，
1、飞机钛合金滑轨凹坑缺陷情况确认
飞机钛合金滑轨采用TC18钛合金通过精密锻造+振动强化制备。飞机到两个翻修周期之后，由于长期使用，在该类滑轨的工作型面和侧限位面出现不同情况的压坑故障。滑轨工作型面压坑深度一般为0.05mm～0.15mm，个别压坑最大深度为0.3mm，侧限位面压坑深度一般为0.1mm～0.5mm之间，个别压坑深度达到0.7mm～0.95mm。
(1)测量记录，检查并记录滑轨的编号，使用游标卡尺测量压坑深度并做好标记和记录；
(2)修复前表面清理，打磨时将滑轨垫上软木块牢固夹持，平稳地放置在工作台上；采用100号和200号砂纸去除压坑缺陷部位表面的氧化皮，直到目视检查露出金属光泽为止；采用100号和200号砂纸将待补焊部位打磨至距离压坑边缘不超10mm的区域，直到目视检查露出金属光泽，打磨时不允许损伤滑轨的其他部位；
(3)焊接修复，选用直径为2.0mm的TC18钛合金焊丝，并采用400号砂纸打磨焊丝表面直至见金属光泽，用洁净的纱布蘸丙酮将其擦拭干净，去除表面的灰尘和污渍；选用直径为16mm的喷嘴和直径2.0mm的钨极。具体焊接参数为：引弧电流25A；收弧电流8A；起弧时间0.50s；收弧时间10s；焊接电流为60A，焊接电压适配为9.4V，氩气流量为15L/min；采用氩弧焊对整个压坑表面进行均匀的补焊，在待焊部位填加所选用的焊丝，补焊高度为0.05mm～2mm，使用游标卡尺检查焊接高度是否满足要求。严格控制焊接电流、焊接电压、氩气流量；
(4)焊后打磨，使用手动电磨枪将焊接修复区域打磨至与滑轨表面齐平，焊缝表面应与母材圆滑过渡，对打磨后的锐边倒圆；
(5)无损检测，根据HB/Z60标准规定的方法，逐件对所有焊接位置进行采用X射线探伤方法检验。焊缝处的气孔和夹渣应不低于HB5376标准中关于二级焊缝的要求，不允许存在裂纹。
(6)喷丸强化，喷丸强度为0.50Amm。逐件对所有通过无损检测的焊接位置，使用硬质铸钢丸进行喷丸强化。使零件的表面应力达到修复前的压应力状态。
实施例四：采用氩弧焊修复TC4钛合金滑轨凹坑的方法。
对待补焊的钛合金滑轨，
1、飞机钛合金滑轨凹坑缺陷情况确认
飞机钛合金滑轨采用TC4钛合金通过精密锻造+振动强化制备。飞机到两个翻修周期之后，由于长期使用，在该类滑轨的工作型面和侧限位面出现不同情况的压坑故障。滑轨工作型面压坑深度一般为0.05mm～0.15mm，个别压坑最大深度为0.3mm，侧限位面压坑深度一般为0.1mm～0.5mm之间，个别压坑深度达到0.7mm～0.95mm。
(1)测量记录，检查并记录滑轨的编号，使用游标卡尺测量压坑深度并做好标记和记录；
(2)修复前表面清理，打磨时将滑轨垫上软木块牢固夹持，平稳地放置在工作台上；采用100号和200号砂纸去除压坑缺陷部位表面的氧化皮，直到目视检查露出金属光泽为止；采用100号和200号砂纸将待补焊部位打磨至距离压坑边缘不超10mm的区域，直到目视检查露出金属光泽，打磨时不允许损伤滑轨的其他部位；
(3)焊接修复，选用直径为1.6mm的TC4钛合金焊丝，并采用400号砂纸打磨焊丝表面直至见金属光泽，用洁净的纱布蘸丙酮将其擦拭干净，去除表面的灰尘和污渍；选用直径为14mm的喷嘴和直径1.6mm的钨极。具体焊接参数为：引弧电流20A；收弧电流5A；起弧时间0.30s；收弧时间6s；焊接电流为50A，焊接电压适配为9.0V，氩气流量为12L/min；采用氩弧焊对整个压坑表面进行均匀的补焊，在待焊部位填加所选用的焊丝，补焊高度为0.05mm～2mm，使用游标卡尺检查焊接高度是否满足要求。严格控制焊接电流、焊接电压、氩气流量；
(4)焊后打磨，使用手动电磨枪将焊接修复区域打磨至与滑轨表面齐平，焊缝表面应与母材圆滑过渡，对打磨后的锐边倒圆；
(5)无损检测，根据HB/Z60标准规定的方法，逐件对所有焊接位置进行采用X射线探伤方法检验。焊缝处的气孔和夹渣应不低于HB5376标准中关于二级焊缝的要求，不允许存在裂纹。
(6)喷丸强化，喷丸强度为0.25Amm。逐件对所有通过无损检测的焊接位置，使用硬质铸钢丸进行喷丸强化。使零件的表面应力达到修复前的压应力状态。

Claims (5)

1.一种采用氩弧焊修复飞机钛合金滑轨凹坑的工艺方法，其特征是：包括如下步骤：
(1)测量滑轨凹坑的深度并做好标记和记录；
(2)修复前表面清理，采用100号和200号砂纸去除滑轨凹坑表面的氧化皮，直到目视检查露出金属光泽为止；采用100号和200号砂纸打磨距离滑轨凹坑边缘不超10mm的区域，直到目视检查打磨区域露出金属光泽；
(3)焊接修复，选用直径为0.8mm～2.0mm、焊接接头拉伸强度达到被焊滑轨母材拉伸强度80％的焊丝，并采用400号砂纸打磨焊丝表面直至见金属光泽，用洁净的纱布蘸丙酮将焊丝擦拭干净，去除表面的灰尘和污渍；选用直径为12mm～16mm的喷嘴和直径1.2mm～2.0mm的钨极，具体焊接参数为：引弧电流18A～25A；收弧电流3A～8A；起弧时间0.05s～0.5s；收弧时间3s～10s；焊接电流为30A～60A，焊接电压适配为8.0V～9.4V，氩气流量为10L/min～15L/min；在补焊位置的背面安装散热铜块，散热铜块与滑轨的接触面积大于滑轨凹坑的焊接面积，采用氩弧焊对整个滑轨凹坑表面进行均匀的补焊，补焊高度凸出滑轨表面0.05mm～2mm；
(4)将焊接修复区域打磨至与滑轨表面齐平，焊缝表面应与母材圆滑过渡，对打磨后的锐边倒圆；
(5)无损检测，根据HB/Z60标准规定的方法，逐件对所有焊接位置进行采用X射线探伤方法检验，焊缝处的气孔和夹渣应不低于HB5376标准中关于二级焊缝的要求，不允许存在裂纹；
(6)对通过无损检测的焊接位置，使用硬质铸钢丸进行喷丸强化，喷丸强化的工艺参数：喷丸强度为0.10～0.50Amm，使零件的表面应力达到修复前的压应力状态。
2.根据权利要求1所述的采用氩弧焊修复飞机钛合金滑轨凹坑的工艺方法，其特征是：打磨时将滑轨垫上软木块牢固夹持，平稳地放置在工作台上；采用100号和200号砂纸去除压坑缺陷部位表面的氧化皮，直到目视检查露出金属光泽为止；采用100号和200号砂纸打磨距离滑轨凹坑边缘不超10mm的区域，直到目视检查露出金属光泽，打磨时，滑轨的其他部位不进行打磨。
3.根据权利要求1所述的采用氩弧焊修复飞机钛合金滑轨凹坑的工艺方法，其特征是：所述的焊接参数为：引弧电流20A；收弧电流5A；起弧时间0.2s～0.3s；收弧时间5s～6s；焊接电流为45A～50A，焊接电压适配为8.7V～9V，氩气流量为12L/min。
4.根据权利要求1所述的采用氩弧焊修复飞机钛合金滑轨凹坑的工艺方法，其特征是：所述的焊丝为直径1.4mm，焊接接头拉伸强度达到被焊滑轨母材拉伸强度80％的焊丝。
5.根据权利要求1所述的采用氩弧焊修复飞机钛合金滑轨凹坑的工艺方法，其特征是：所述的喷丸强化的工艺参数：喷丸强度为0.25～0.30Amm。
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