CN105290589B - 一种钛合金进气机匣支板裂纹微束等离子焊修复方法 - Google Patents

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Abstract

一种钛合金进气机匣支板裂纹微束等离子焊修复方法，属于航空发动机技术领域。修复方法：步骤一：用着色检查的方法确定裂纹范围；步骤二：用开槽的方法去除裂纹；步骤三：去除裂纹附近的氧化层；步骤四：在开槽部位涂抹钛合金活性剂，并设置微束等离子焊接参数，进行微束等离子焊接；步骤五：检查焊接质量，若质量合格，则转去执行步骤七，否则执行步骤六；步骤六：进行微束等离子补焊，并返回执行步骤五；步骤七：抛修焊接处；步骤八：检查抛修后焊接质量，若质量合格，则执行步骤九，否则返回执行步骤一；步骤九：进行局部校形热处理，完成进气机匣支板裂纹的修复。采用本发明修复的进气机匣质量满足大修机修理要求，且使用灵活、焊接质量好。

Description

一种钛合金进气机匣支板裂纹微束等离子焊修复方法
技术领域
本发明属于航空发动机技术领域，特别是涉及一种钛合金进气机匣支板裂纹微束等离子焊修复方法。该方法可直接应用于钛合金进气机匣支板裂纹缺陷补焊修理技术领域，还可推广应用于钛合金零件局部缺陷补焊修理领域，解决钛合金零件局部裂纹等缺陷的修复难题。
背景技术
进气机匣焊接机械加工组件为航空涡扇发动机重要件之一，其结构复杂。目前，钛合金进气机匣支板为多层钛板超塑成形/扩散连接结构，使用中经常发生外层板裂纹问题，此类故障件不能再次装机使用。进气机匣由机匣外壳体、内环、15块支板、安装座及罩等焊接而成，零件最大直径为Φ950mm，外环壁厚为2.0mm，总高为247mm。其中，支板宽度为92mm，长度为276mm，两支板空间最小距离60mm，最大距离170mm。大修进气机匣(净尺寸)支板裂纹故障均发生在位于三角区上方支板表面，沿支板长度方向，裂纹长度为40～50mm。由于支板故障部位空间狭小，修理施工难度极大。前期该故障曾采用氩弧焊、激光焊等方法修理，焊接质量不过关，也曾采用换支板的方案修理，但焊接变形的问题无法解决，以上修理方法均没有成功应用。按一台钛合金进气机匣材料成本为46.3万元，制造成本40余万元，总价值在80万元以上，如果报废故障进气机匣组件，损失巨大。因此，需要找到一种适合的修复方法，解决这一技术难题。
现有的采用氩弧焊修复钛合金进气机匣支板裂纹故障的方法，由于氩弧焊功率密度低，熔深浅，表层金属不能完全与内层金属熔合，形成的焊缝不能较好的填充缺陷部位。也有采用激光焊修复钛合金进气机匣支板裂纹故障的方法，由于支板上裂纹位置不确定，存在激光头与零件结构干涉，缺乏灵活度，更重要的是，由于高能束激光焊形成的焊缝塑形较差，热处理不及时极易产生裂纹。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种使用灵活、焊接质量好的钛合金进气机匣支板裂纹微束等离子焊修复方法。采用该修复方法修复的进气机匣质量满足大修发动机修理要求，降低了更换故障进气机匣的修理成本，减少了钛合金进气机匣的报废率，缩短了大修机部件的修理周期。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种钛合金进气机匣支板裂纹微束等离子焊修复方法，包括如下步骤：
步骤一：用着色检查的方法确定裂纹范围；
步骤二：用开槽的方法去除裂纹；
步骤三：去除裂纹附近的氧化层；
步骤四：在开槽部位涂抹钛合金活性剂，并设置微束等离子焊接参数，进行微束等离子焊接；
步骤五：检查焊接质量，若质量合格，则转去执行步骤七，否则执行步骤六；
步骤六：进行微束等离子补焊，并返回执行步骤五；
步骤七：抛修焊接处；
步骤八：检查抛修后的焊接质量，若质量合格，则执行步骤九，否则返回执行步骤一；
步骤九：进行局部校形热处理，完成进气机匣支板裂纹的修复。
步骤二中所述的开槽宽度不超过1.2mm，深度不超过1.4mm，开槽在裂纹末端延长2mm。
本发明的有益效果：
本发明的钛合金进气机匣支板裂纹微束等离子焊修复方法，解决了钛合金进气机匣支板裂纹修理过程中的焊接质量和焊接变形问题，使修复后的钛合金进气机匣组件满足大修发动机进气机匣修理、装配使用及寿命要求。
本发明的修复方法使用灵活，其采用功率密度较高的微束等离子焊工艺，使表层金属与内层金属较好的熔合，形成的焊缝能较好的填充故障部位。采用本发明的修复方法，降低了更换故障进气机匣的修理成本，减少了钛合金进气机匣的报废率，缩短了大修发动机部件的修理周期。新品进气机匣材料成本为43.6万元，制造成本为40万元，修理成本平均为3万元，按每年修理30台该类故障进气机匣计算，每年节省发动机大修成本约为2400万元。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
一种钛合金进气机匣支板裂纹微束等离子焊修复方法，包括如下步骤：
步骤一：用着色检查的方法检查进气机匣支板的故障区域，确定裂纹范围。
步骤二：用机械开槽的方法去除裂纹；
采用硬质合金旋转锉切割裂纹部位，开槽去除裂纹形成待焊槽结构；所述裂纹需要打透，开槽宽度不超过1.2mm，深度不超过1.4mm，开槽在裂纹末端延长2mm。
在整个进气机匣上留有一个离故障支板最近的孔作为保护气体的进气孔，再在故障支板的远端留有一个保护气体的出气孔，其余所有通气孔均用耐高温胶布封堵，用于焊接修理过程中通氩气保护焊接环境。
步骤三：去除裂纹附近的氧化层，清理待焊部位；
采用旋转钢丝刷去除裂纹附近的氧化层，整个进气机匣用汽油洗涤除油，并在空气中风干，禁止赤手拿取洗涤过的待焊接修复部位，只能戴棉布针织手套拿取；用洁净的棉布蘸丙酮擦拭焊缝，去除表面氧化物、油污及其他外来物。
步骤四：将零件固定在焊接设备上，在开槽部位涂抹钛合金活性剂，并设置微束等离子焊接参数，将焊枪对中焊缝，在开槽部位填丝进行微束等离子焊接。
所述的微束等离子焊接参数如下：
电流种类：直流、正极性；钨极牌号及直径：WTh15，Φ1.6mm；焊接电流：23～25A；焊接速度：2～3mm/s；焊枪氩气流量：12～15L/min；拖罩氩气流量：12～15L/min；背面保护气体流量：12～15L/min；离子气流量：0.4L/min；焊丝牌号及直径：TC4，Φ1.0mm；压缩喷嘴直径：Φ1.5mm。
焊接焊缝延长3～5mm，正、背面通氩气保护延时1～2min。
步骤五：检查焊接质量，若质量合格，则转去执行步骤七，否则执行步骤六；
进行外观检查，目视检查焊缝表面质量，焊缝宽度应不大于7mm，焊接接头表面应无裂纹、烧穿、气孔、未焊透、咬边、凹陷或缩沟。
步骤六：进行微束等离子补焊，并返回执行步骤五；
同一处的补焊次数不能超过二次，修饰焊不算补焊，修饰焊焊缝宽度不大于原焊缝的1.5倍，补焊前应涂抹钛合金活性剂。
补焊参数如下：
电流种类：直流、正极性；钨极牌号及直径：WTh15，Φ1.6mm；焊接电流：23～25A；焊接速度：2～3mm/s；焊枪氩气流量：12～15L/min；拖罩氩气流量：12～15L/min；背面保护气体流量：12～15L/min；离子气流量：0.4L/min；焊丝牌号及直径：TC4，Φ1.0mm；压缩喷嘴直径：Φ1.5mm。
步骤七：抛修焊接处；
打磨抛修焊缝余高，使焊缝外观与支板表面基体齐平，并圆滑过渡；
步骤八：检查抛修后的焊接质量，若质量合格，则执行步骤九，否则返回执行步骤一；
步骤九：进行局部校形热处理，完成进气机匣支板裂纹的修复。
在氩气箱内对焊缝进行局部热处理，热处理温度：600～650℃，时间：1.5～2h，冷却方式：氩气氛围内自然冷却。
如果热处理部位表面有氧化色，需要抛除热处理部位的表面氧化色。
最后，检查零件各项技术指标满足发动机装配要求，允许装机使用。

Claims (4)

1.一种钛合金进气机匣支板裂纹微束等离子焊修复方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：用着色检查的方法检查进气机匣支板的故障区域，确定裂纹范围；
步骤二：用机械开槽的方法去除裂纹；
采用硬质合金旋转锉切割裂纹部位，开槽去除裂纹形成待焊槽结构；
在整个进气机匣上留有一个离故障支板最近的孔作为保护气体的进气孔，再在故障支板的远端留有一个保护气体的出气孔，其余所有通气孔均用耐高温胶布封堵，用于焊接修理过程中通氩气保护焊接环境；
步骤三：去除裂纹附近的氧化层，清理待焊部位；
步骤四：将零件固定在焊接设备上，在开槽部位涂抹钛合金活性剂，并设置微束等离子焊接参数，将焊枪对中焊缝，在开槽部位填丝，进行微束等离子焊接；
步骤五：检查焊接质量，若质量合格，则转去执行步骤七，否则执行步骤六；
进行外观检查，目视检查焊缝表面质量，焊缝宽度应不大于7mm，焊接接头表面应无裂纹、烧穿、气孔、未焊透、咬边、凹陷或缩沟；
步骤六：进行微束等离子补焊，并返回执行步骤五；
同一处的补焊次数不能超过二次，修饰焊不算补焊，修饰焊焊缝宽度不大于原焊缝的1.5倍，补焊前应涂抹钛合金活性剂；
步骤七：抛修焊接处；
打磨抛修焊缝余高，使焊缝外观与支板表面基体齐平，并圆滑过渡；
步骤八：检查抛修后的焊接质量，若质量合格，则执行步骤九，否则返回执行步骤一；
步骤九：进行局部校形热处理，完成进气机匣支板裂纹的修复；
在氩气箱内对焊缝进行局部热处理，热处理温度：600～650℃，时间：1.5～2h，冷却方式：氩气氛围内自然冷却。
2.根据权利要求1所述的钛合金进气机匣支板裂纹微束等离子焊修复方法，其特征在于步骤二中所述的开槽宽度不超过1.2mm，深度不超过1.4mm，开槽在裂纹末端延长2mm。
3.根据权利要求1所述的钛合金进气机匣支板裂纹微束等离子焊修复方法，其特征在于步骤四中所述的微束等离子焊接参数如下：
电流种类：直流、正极性；钨极牌号及直径：WTh15，Φ1.6mm；焊接电流：23～25A；焊接速度：2～3mm/s；焊枪氩气流量：12～15L/min；拖罩氩气流量：12～15L/min；背面保护气体流量：12～15L/min；离子气流量：0.4L/min；焊丝牌号及直径：TC4，Φ1.0mm；压缩喷嘴直径：Φ1.5mm；
焊接焊缝延长3～5mm，正、背面通氩气保护延时1～2min。
4.根据权利要求1所述的钛合金进气机匣支板裂纹微束等离子焊修复方法，其特征在于步骤六中所述的微束等离子补焊参数如下：
电流种类：直流、正极性；钨极牌号及直径：WTh15，Φ1.6mm；焊接电流：23～25A；焊接速度：2～3mm/s；焊枪氩气流量：12～15L/min；拖罩氩气流量：12～15L/min；背面保护气体流量：12～15L/min；离子气流量：0.4L/min；焊丝牌号及直径：TC4，Φ1.0mm；压缩喷嘴直径：Φ1.5mm。
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