CN106637188A - 一种航空发动机加力泵叶轮叶尖气蚀的修复方法 - Google Patents

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郭双全
罗奎林
刘瑞
张铀
何勇
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
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Abstract

本发明涉及一种航空发动机加力泵叶轮叶尖气蚀的修复方法，包括以下步骤：S1、打磨去除气蚀坑：对气蚀坑进行打磨，排除所有气蚀缺陷；S2、激光熔覆修复气蚀坑：采用同步送粉的激光熔覆方法对缺陷进行修复；S3、打磨修型：采用手工打磨的方法，对叶轮型面进行恢复；S4、激光冲击强化修复区域：采用激光冲击强化方法对修复区域进行双面强化，激光波长为1040 ～1080nm，激光能量为7～8 J，光斑直径为4～5 mm，激光脉冲宽度为8～12 ns。本发明的优点在于：采用激光熔覆和激光冲击强化修复后，修复区组织细小，在修复区域形成一层残余压应力层，显著提高零件的抗气蚀能力，叶轮寿命提高到2.0倍以上，可广泛应用于航空发动机加力泵叶轮大面积气蚀坑的修复。

Description

一种航空发动机加力泵叶轮叶尖气蚀的修复方法
技术领域
本发明涉及航空发动机零部件维修领域，特别是一种航空发动机加力泵叶轮叶尖气蚀的修复方法。
背景技术
某型航空发动加力泵叶轮以（2.7～3.0）万转/分的转速高速旋转，叶片叶尖表面由于空泡腐蚀的作用下出现大量的气蚀坑而报废。目前通常采用的方法是采用焊接的方法将气蚀坑填充修复，然后再次使用，这种方法的缺点是叶轮的抗气蚀能力仍然没有得到有效提高。如果采用表面涂覆抗气蚀的涂层，由于叶轮转速特别高，容易在高速运转过程中造成表面涂层的局部剥落而使发动机出现故障。
随着激光冲击强化的不断发展，在提高零件寿命方面发挥了重要的作用。激光冲击强化是一项先进绿色的表面处理技术，具有高效、清洁、低耗、超快的独特优点，经激光冲击波强化后，材料的拉伸性能、疲劳性能、摩擦磨损性能以及抗腐蚀性能等，在很大程度上都得以提高。基于激光冲击强化的独特优点，在提高叶轮气蚀能力方面将发挥重要的作用，国内外并没有公开报道利用激光冲击强化技术来修复航空发动加力泵叶轮的相关资料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种航空发动机加力泵叶轮叶尖气蚀的修复方法，采用激光冲击强化技术对激光熔覆修复完成的叶尖气蚀区域再次进行激光冲击强化，修复区组织细小，在修复区域形成一层残余压应力层，显著提高零件的抗气蚀能力，叶轮寿命提高到2.0倍以上，可广泛应用于航空发动机加力泵叶轮大面积气蚀坑的修复。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种航空发动机加力泵叶轮叶尖气蚀的修复方法，包括以下步骤：
S1、打磨去除气蚀坑：对气蚀坑进行打磨，排除所有气蚀缺陷；
S2、激光熔覆修复气蚀坑：采用同步送粉的激光熔覆方法对缺陷进行修复；
S3、打磨修型：采用手工打磨的方法，对叶轮型面进行恢复；
S4、激光冲击强化修复区域：采用激光冲击强化方法对修复区域进行双面强化，激光波长为1040 ～1080nm，激光能量为7～8 J，光斑直径为4～5 mm，激光脉冲宽度为8～12 ns。
步骤S1中，采用气动旋转锉对气蚀坑进行打磨。
步骤S2中，同步送粉的激光熔覆方法具体参数为：激光波长为1040～1100nm，激光功率为500～600 W，送粉量为3～4 g/min，光斑直径为1.5mm，扫描速度为4 mm/s，单层高度为0.5 mm，搭接率为50%。
同步送粉的粉末采用TC4球形粉末，粉末粒度45～105 μm。
步骤S4中，采用圆形光斑搭接，搭接率50%，约束层采用水，吸收层采用黑色胶带。
本发明具有以下优点：
本发明采用激光熔覆和激光冲击强化修复后，修复区组织细小，在修复区域形成一层0.8～1.0mm厚的残余压应力层，显著提高零件的抗气蚀能力，叶轮寿命提高到2.0倍以上，可广泛应用于航空发动机加力泵叶轮大面积气蚀坑的修复。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
某型发动机加力泵叶轮经过500小时的运转寿命以后叶尖出现大面积气蚀坑
【实施例1】
一种航空发动机加力泵叶轮叶尖气蚀的修复方法，包括以下步骤：
S1、打磨去除气蚀坑：采用气动旋转锉对气蚀坑进行打磨，排除所有气蚀缺陷；
S2、激光熔覆修复气蚀坑：采用同步送粉的激光熔覆方法对缺陷进行修复，具体参数为：激光波长为1040nm，激光功率为500W，送粉量为3g/min，光斑直径为1.5mm，扫描速度为4mm/s，单层高度为0.5 mm，搭接率为50%，同步送粉的粉末采用TC4球形粉末，粉末粒度45μm；
S3、打磨修型：采用手工打磨的方法，对叶轮型面进行恢复；
S4、激光冲击强化修复区域：采用激光冲击强化方法对修复区域进行双面强化，激光波长为1040nm，激光能量为7J，光斑直径为4mm，激光脉冲宽度为8ns，采用圆形光斑搭接，搭接率50%，约束层采用水，吸收层采用黑色胶带。
经过测试分析，该方法强化的叶轮在修复区形成一层0.8 mm的残余压应力层，组织细小，部件级运转试验表明修复后的加力泵叶轮寿命可达到1200小时以上，寿命提高到2.4倍。
【实施例2】
一种航空发动机加力泵叶轮叶尖气蚀的修复方法，包括以下步骤：
S1、打磨去除气蚀坑：采用气动旋转锉对气蚀坑进行打磨，排除所有气蚀缺陷；
S2、激光熔覆修复气蚀坑：采用同步送粉的激光熔覆方法对缺陷进行修复，具体参数为：激光波长为1070nm，激光功率为550 W，送粉量为3.5g/min，光斑直径为1.5mm，扫描速度为4 mm/s，单层高度为0.5 mm，搭接率为50%，同步送粉的粉末采用TC4球形粉末，粉末粒度75μm；
S3、打磨修型：采用手工打磨的方法，对叶轮型面进行恢复；
S4、激光冲击强化修复区域：采用激光冲击强化方法对修复区域进行双面强化，激光波长为1060nm，激光能量为7.5J，光斑直径为4.5mm，激光脉冲宽度为10ns，采用圆形光斑搭接，搭接率50%，约束层采用水，吸收层采用黑色胶带。
经过测试分析，该方法强化的叶轮在修复区形成一层1.0mm的残余压应力层，组织细小，部件级运转试验表明修复后的加力泵叶轮寿命可达到1500小时以上，寿命提高到3.0倍。
【实施例3】
一种航空发动机加力泵叶轮叶尖气蚀的修复方法，包括以下步骤：
S1、打磨去除气蚀坑：采用气动旋转锉对气蚀坑进行打磨，排除所有气蚀缺陷；
S2、激光熔覆修复气蚀坑：采用同步送粉的激光熔覆方法对缺陷进行修复，具体参数为：激光波长为1100nm，激光功率为600 W，送粉量为4 g/min，光斑直径为1.5mm，扫描速度为4 mm/s，单层高度为0.5 mm，搭接率为50%，同步送粉的粉末采用TC4球形粉末，粉末粒度105 μm；
S3、打磨修型：采用手工打磨的方法，对叶轮型面进行恢复；
S4、激光冲击强化修复区域：采用激光冲击强化方法对修复区域进行双面强化，激光波长为1080nm，激光能量为8 J，光斑直径为5 mm，激光脉冲宽度为12 ns，采用圆形光斑搭接，搭接率为50%，约束层采用水，吸收层采用黑色胶带。
经过测试分析，该方法强化的叶轮在修复区形成一层0.95 mm深度的残余压应力层，组织细小，部件级运转试验表明修复后的加力泵叶轮寿命可达到1000小时以上，寿命提高到2.0倍。

Claims (5)

1.一种航空发动机加力泵叶轮叶尖气蚀的修复方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、打磨去除气蚀坑：对气蚀坑进行打磨，排除所有气蚀缺陷；
S2、激光熔覆修复气蚀坑：采用同步送粉的激光熔覆方法对缺陷进行修复；
S3、打磨修型：采用手工打磨的方法，对叶轮型面进行恢复；
S4、激光冲击强化修复区域：采用激光冲击强化方法对修复区域进行双面强化，激光波长为1040 ～1080nm，激光能量为7～8 J，光斑直径为4～5 mm，激光脉冲宽度为8～12 ns。
2.根据权利要求1所述一种航空发动机加力泵叶轮叶尖气蚀的修复方法，其特征在于：步骤S1中，采用气动旋转锉对气蚀坑进行打磨。
3.根据权利要求1所述一种航空发动机加力泵叶轮叶尖气蚀的修复方法，其特征在于：步骤S2中，同步送粉的激光熔覆方法具体参数为：激光波长为1040～1100nm，激光功率为500～600 W，送粉量为3～4 g/min，光斑直径为1.5mm，扫描速度为4 mm/s，单层高度为0.5mm，搭接率为50%。
4.根据权利要求3所述一种航空发动机加力泵叶轮叶尖气蚀的修复方法，其特征在于：同步送粉的粉末采用TC4球形粉末，粉末粒度为45～105 μm。
5.根据权利要求1所述一种航空发动机加力泵叶轮叶尖气蚀的修复方法，其特征在于：步骤S4中，采用圆形光斑搭接，搭接率为50%，约束层采用水，吸收层采用黑色胶带。
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