CN107206526B - 用于焊缝的止裂部 - Google Patents

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Abstract

公开了一种通过焊接特别是通过对焊来接合两个结构元件(26，28)的方法。该方法包括以下步骤：‑形成接合两个结构元件的焊线(30)；‑横跨焊线(30)添加材料(32)，从而形成一个或更多个止裂部(34)以用于限制沿着焊线的裂纹扩展。在相对于焊线的长度观察时，一个或多个止裂部(34)每个均具有沿着焊线(30)的有限的延伸部。公开了包括通过该方法接合的两个结构元件的结构系统。特别地，该方法可以应用于飞行器发动机的部件。

Description

用于焊缝的止裂部
技术领域
本公开涉及防止或限制裂纹沿着焊缝(weld)的扩展。特别地，公开了一种焊接方法以及通过该方法形成的焊缝。一个特别重要的应用是飞行器领域，特别是喷气发动机以及用于喷气发动机的安装结构。
背景技术
飞行器的不同部分，特别是发动机结构的各个部分以及发动机与飞行器结构之间的负载路径内的部件，例如，机翼，在飞行期间经受大的应力。
发动机部件和负载路径内的部件通常通过铸造其部分或者通过使用金属板或锻件，并且随后将不同部分焊接在一起来制造。连接不同结构的任何焊线(weld line)可能具有源于制造的初始缺陷，例如气孔。这种缺陷可能在应力下，特别是由于飞行期间发生的热和机械应力发展为裂纹。因此，在飞行器和发动机结构的某些区域中避免焊线，以便不故意地构建出结构裂纹萌生点。在焊线被发现可接受的位置处，焊线的尺寸通常通过损伤容限标准来确定，这是因为裂纹扩展是由于飞行期间的高负载和循环负载类型而不可避免地可能发生的疲劳问题。这些负载通常具有垂直于焊缝的分量，该分量作用以撕开由焊缝接合的结构。损伤容限(也称为临界裂纹长度)由严格的标准规定，并取决于焊线的具体位置。不应该允许裂纹生长成长于该标准，使得可以保持安全飞行和正常的发动机运转。设计要求是，焊缝设计有损伤容限寿命，该损伤容限寿命大于部件检查间隔。当估计损伤容限寿命时，假设一定的初始缺陷大小。因此，在定期检查期间，应尽可能检测出裂纹，从而能够在此期间修复裂纹。
至少在商业飞行行业内，通常每次飞行将产生主负载循环和若干较小负载循环。这些负载循环产生两种类型的疲劳，低循环疲劳(LCF)和高循环疲劳(HCF)，HCF意味着在短时间段内超过1000000次循环。HCF通常由振动引起，并且由于其性质，在一个单次飞行期间将存在许多振动循环，通常是发动机轴每转一周一个循环。因此，如果在暴露于HCF的区域中出现裂纹，HCF疲劳可能在仅几个小时飞行内就会发生。因此，由于HCF引起的裂纹的快速生长，在故障发生之前的正常检查间隔期间不可能识别出由于HCF所引起的裂纹生长。因此，去除在经受HCF加载的区域中裂纹萌生的可能风险是非常重要的。这通常通过使用具有比如果仅考虑材料强度所需厚度更大的厚度的结构元件来实现。通常，HCF疲劳集中在飞行器的发动机结构和发动机安装结构的特定区域。因此，只有特定发动机结构的相对有限的局部区域将暴露于HCF。因此，如上所述的方法将导致结构的全局超尺寸(over-dimensioning)以便克服HCF的局部问题。因此，结构可能相对较重。对于某些类型的应用，特别是由昂贵材料制成的部件和/或应当轻质的部件，这可能与部件的目的相矛盾。此外，飞行器结构的重量可能影响例如燃油消耗和飞行经济性。
因此，虽然对于纯LCF区域可以使用相对较薄的结构元件，但包括HCF区域的结构通常相对较重。因此，一个问题是能够也为暴露于HCF的区域制造轻质部件。
可能在定期检查和维修间隔期间检测和修复由于LCF而出现并扩展的裂纹。
从EP 1 674 187 A1已知裂纹修复方法的一个实例，其描述了通过从焊线的侧面去除材料并随后对该区域施加修复焊缝来阻止脆性裂纹。然而，该文献与沿焊缝的裂纹修复有关，而不是防止沿焊线的裂纹扩展。
本公开旨在至少在一定程度上减轻上述问题。一个目的是允许也用于在飞行期间暴露于HCF的部件的轻质结构的制造。一个目的是防止和限制由LCF引起的裂纹扩展。本公开的目的是预防性的，并且有利地与焊线的初始形成一起应用。这与公开了在已经出现裂纹后修复焊线的EP 1 674 187 A1明显相反。
发明内容
根据本公开的一个方面，公开了一种通过焊接，特别是通过对焊接合两个结构元件的方法。该方法包括以下步骤：
-形成接合两个结构元件的焊线；
-横跨焊线添加材料，从而形成一个或多个止裂部以用于限制沿着焊线的裂纹扩展。在相对于焊线的长度观察时，一个或多个止裂部每个均具有沿着焊线的有限的延伸部。
有利地，但非排他地，将材料添加到焊线的顶部上。例如，可以横跨焊缝施加金属珠或金属线。由此可以形成横跨焊线或在焊线上方延伸的肋状元件。如果在焊线中或在焊线附近萌生裂纹，则通常将沿着焊线发生扩展。特别地，焊线与周围结构之间的过渡区域易于裂纹扩展。当裂纹扩展并最终到达止裂部时，止裂部将限制裂纹进一步扩展。通过限制裂纹扩展，用于焊接检查的维护间隔可以被延长。因此，止裂部形成止挡物、阻断物或裂纹扩展障碍物，使得形成的裂纹不能沿着焊线进一步继续扩展。可以通过横跨焊线添加连续的材料流或者通过添加不连续点的附加材料来形成止裂部，该不连续点的附加材料变得互连并且一起形成横跨焊线的连续止裂部。
沿着焊线可以形成一个或更多个止裂部，这取决于例如特定几何形状以及可能施加在焊线和周围结构上的应用和负载的类型。当例如由两个结构元件形成的部件具有结构特征或其它几何特征，诸如连接到也将用于限制裂纹扩展的倾斜定向的第三结构元件时，一个止裂部可以是足够的。由此，裂纹扩展被限制在止裂部与这种结构特征或其它几何特征之间的距离。
由于裂纹最有可能沿着焊线，特别是沿着在焊线与相邻结构之间的过渡中的焊线的任一侧扩展，所以止裂部优选地跨越焊线，以便附接到焊线的每一侧上的结构。
根据本公开的实施例，该方法可以包括在沿着焊线的不同位置处形成至少两个止裂部。可以形成多个止裂部，其中每个止裂部定位在沿着焊线的不同位置处。由此，裂纹扩展将由相邻止裂部之间的距离限制，使得沿着焊线的裂纹不生长成长于该距离。
止裂部横跨焊线延伸并延伸到焊线的任一侧，优选每一侧的结构元件。
如上所述，止裂部具有沿着焊线的有限的延伸部。这意味着止裂部仅沿着焊线的一部分延伸，优选地仅沿着焊线的一小部分延伸。根据本公开的方法的目的并非是在焊线的顶部上形成额外的焊缝或其它延伸特征以便覆盖焊线的大部分。相反，止裂部可以被理解为沿着焊线的离散事件。
根据一个实施例，止裂部沿着焊线的延伸部可以具有与焊线的宽度或焊线的宽度加上热影响区相同的量级。当通过焊接接合两个结构元件时，不仅焊线的材料将受到形成焊线时所涉及的热的影响，而且两个结构元件的与焊线相邻的区域也将受到形成焊线时所涉及的热的影响。由此，热影响区应被理解为焊线加上焊线的每一侧的结构元件上的热影响区域。
根据一个实施例，当沿着焊线定位多个止裂部时，所有止裂部的沿着焊线的延伸部的总和包括小于焊线的长度的25％。也就是说，如果加和所有止裂部的延伸部，总长度将小于其被定位横跨的焊线的总长度的25％。
根据一个实施例，止裂部可以跨越焊线，使得止裂部的面向结构元件和焊线的面部大体完全附接到结构元件和焊线的表面。
止裂部可以跨越焊线并且到达位于两个结构元件中的任一个结构元件或两者上的一个或多个特征。也就是说，止裂部不限于仅横跨焊线延伸，而是可以进一步延续以便到达并最终与位于焊线的任一侧上的结构特征接触。这些特征可以例如是凸台、连接元件或位于结构元件上的任何种类的元件。此外，止裂部可以跨过多于一个焊线。
根据一个实施例，止裂部可以通过金属沉积(MD)形成。金属沉积可以被认为是一种增材制造。它也可以称为迭层焊接。它包括通过焊接过程来沉积金属。金属可以通过将能量从能量源例如激光引导到金属丝或粉末来沉积，该金属丝或粉末由此熔化到下方的结构上。金属可以逐层沉积，使得在表面的顶部上构建结构。在该过程期间，第一层与下面的表面熔合并且随后的层彼此融合，使得形成一体部件。由此，可以形成跨过焊线的止裂部。
根据一个实施例，焊线和止裂部可以由相同的材料形成。
根据一个实施例，焊线和止裂部可以由与两个结构元件相同的材料形成。
根据一个实施例，焊线和/或止裂部和/或结构元件可以包括钛(Ti)合金。
根据一个实施例，焊线和/或止裂部和/或结构元件可以包括镍(Ni)高温合金。这种合金的特定类型以铬镍铁合金的名义所熟知。
这些类型的合金例如使用在航空发动机及其部件中，特别是在应该最小化重量的场合。根据本公开的方法在重量和成本是关键因素的这些类型的应用中特别有用。
根据一个实施例，焊线和/或止裂部和/或结构元件包括铝(Al)。
根据一个实施例，沿着焊线可以形成有多个止裂部，使得相邻的止裂部(c1，c2，…，cn)彼此间隔开预定距离(d1,2，d2,3，…，dn-1,n)。
根据一个实施例，止裂部可以规则地间隔开。
根据一个实施例，止裂部可以间隔开，使得相邻的止裂部(c1，…，cn)之间的距离(di-1,i)不全部相等。
根据一个实施例，止裂部可以不规则地间隔开。
相邻的止裂部之间的间隔可以由操纵止裂部形成的控制器控制。例如，在金属沉积的情况下，间隔可以由金属沉积装置的控制器控制。出于实际原因，止裂部的确切位置可以通过第一结构元件和第二结构元件的结构和/或几何限制来确定。也就是说，止裂部可以简单地定位在实际定位它们的位置处。然而，优选地应考虑限制裂纹扩展的预期功能。
根据一个实施例，距离可以由沿着焊线的最大允许裂纹长度限制。也就是说，两个相邻的止裂部之间的距离可以不长于最大允许裂纹长度。优选地，该距离应该更小，至少具有安全裕度。
根据一个实施例，最大允许裂纹长度可以由至少一个预定的强度和/或功能标准确定。
强度标准(也称为结构标准)可以与防止裂纹生长过长使得不再能够阻止裂纹的进一步生长有关。如果裂纹生长过长，则施加到焊线的应力可能导致裂纹以不受控制的方式扩展，例如导致裂纹继续进行或导致材料的非常快速的撕裂。如果裂纹生长得过长，则它也可能扩展通过止裂部。因此，相邻的止裂部应该以如下距离布置，使得裂纹不会扩展到裂纹变得不受控制或结构不稳固的长度。该临界裂纹长度可以取决于在焊线的区域中可能发生的应力的量。因此，临界裂纹长度可以取决于焊缝所在位置处的特定发动机部件以及焊线在该发动机部件内或上的位置。
功能标准或功能标准可与由裂纹引起的焊线或结构的完整性不足所引起的后果有关。例如，假定为气密的部件中的裂纹将导致该部件的完整性不足，从而在使用期间引起泄漏。在这种情况下，可以限制裂纹扩展，使得通过裂纹的泄漏不超过最大允许泄漏。
此外，止裂部的强度，即，止裂部的防止裂纹横跨其扩展的能力可能受到例如止裂部的几何形状和/或止裂部形成参数的影响。
根据一个实施例，止裂部的厚度和/或大小可以由预定的强度和/或功能标准确定。这些标准可以是如上所述的标准。厚度应被理解为止裂部在与焊缝和/或结构元件的表面正交或垂直的方向上的高度。该大小可以被理解为由止裂部覆盖的二维面积，即，止裂部与下面的焊线和结构元件的附接面积。
止裂部的强度可以优选地考虑相邻的止裂部之间的距离来选择，以便能够防止裂纹生长得大于相邻的止裂部之间的距离。可以通过选择止裂部的大小来调整止裂部的强度。可以变化的尺寸是由止裂部覆盖的表面面积，诸如其长度和宽度，以及止裂部的高度或厚度，该高度或厚度是止裂部的在大体垂直于焊线表面的方向上的尺寸。
根据一个实施例，可以允许焊线在形成止裂部之前相对于形成焊线期间获得的温度冷却。一旦焊线已经冷却到某一温度，就可以形成止裂部。也可以在已经存在的焊线上形成止裂部。特别地，搁架上的包括焊线的部件可以装备有止裂部。
在形成止裂部之前或基本同时，可以有意地加热旨在要形成的表面区域，以便促进止裂部与该表面的熔合。
根据一个实施例，可以使用相同的方法执行形成焊线的步骤和形成止裂部的步骤。
根据一个实施例，可以通过激光焊接执行形成焊线的步骤，和/或可以使用激光执行所述添加材料的步骤。也就是说，可以通过激光焊接执行形成焊线的步骤和形成止裂部的步骤。特别地，如上所述，可以通过使用金属沉积来执行两个步骤。可替换地，可以通过激光焊接形成这些步骤中的仅一个步骤。例如，可以使用另一种形式的焊接形成焊线，并且随后可以通过激光焊接，例如通过如上所述的金属沉积形成止裂部。可替换地，可以通过钨-惰性气体焊接(TIG)形成焊线和/或止裂部。可以通过其它焊接方法例如线性摩擦焊接形成焊线。
根据一个实施例，止裂部可以具有在主轴线方向上延伸的细长形状，例如大致矩形、椭圆形或卵形。
根据一个实施例，止裂部可以由此具有诸如大致矩形、椭圆形或卵形的细长形状，其中，它们的主轴线定向成垂直于焊线
根据一个实施例，止裂部可以具有诸如大致矩形、椭圆形或卵形的细长形状，其中，它们的主轴线以与焊线成倾斜角度的方式定向。
根据一个实施例，止裂部可以具有诸如大致矩形、椭圆形或卵形的细长形状，其中，它们的主轴线沿着焊线延伸。
当具有细长形状的多个止裂部沿着焊线定位时，不一定以相同的方式相对于焊线定向。主轴线相对于焊线的定向可以通过止裂部位置处或附近的局部几何形状和/或结构情况确定。也就是说，止裂部的定向可以通过在止裂部的位置处能够获得的对象来确定。
因此，例如取决于止裂部位置处的几何形状和结构限制，不同的止裂部可以以与焊线成不同角度的方式布置。
根据一个实施例，止裂部可以具有大致圆形形状。
根据一个实施例，止裂部可以具有大致多边形形状。
可替换地或另外，防裂焊线可以呈在接合两个结构元件的焊线的任一侧之间交替的连续焊缝的形式。例如，Z字形焊缝可以叠置在接合焊缝上，以形成连续的止裂焊缝。在另一种布置中，可以使用连续的阶梯形焊缝图案，其中防裂焊缝的部分垂直于接合焊缝，并且防裂焊缝的部分平行于接合焊缝。例如见图6。
有利地，防裂焊缝可以呈每个都横跨主焊缝(即，将两个结构元件接合在一起的焊缝)延伸的多个离散焊缝的形式，其中多个防裂焊缝被布置成大体垂直于主焊缝。
沿着焊线的所有止裂部可以具有相似的形状。然而，沿着焊线的所有止裂部不一定具有相似的形状。例如，由于在止裂部的位置处的几何形状或其它结构限制，所以该形状可以不同。
根据一个实施例，止裂部可以在正交于焊线的方向上具有高度。该高度可以在结构元件的厚度的0.5至10倍的范围内。优选地，高度可以在结构元件的厚度的0.5至5倍的范围内，甚至更优选地在结构元件的厚度的0.5至3倍的范围内。因此，止裂部可以具有与结构元件的厚度相同量级的高度。
根据本公开的第二方面，公开了一种用于加强接合两个结构元件的焊线的方法。该方法包括以下步骤：横跨焊线添加材料，从而形成一个或更多个止裂部以用于限制沿着焊线的裂纹扩展。在相对于焊线的长度观察时，一个或更多个止裂部每个均具有沿着焊线的有限的延伸部。因此，可以将止裂部添加到已经存在的焊线。因此，包括由焊线接合的结构元件的现有部件或结构系统可以设置有止裂部。
根据本公开的第三方面，公开了包括两个结构元件的结构系统。两个结构元件通过如上所述的方法接合。然而，焊线可以用于接合多个结构元件。
根据一个实施例，公开了包括这种结构系统的喷气发动机或喷气发动机的部件，例如风扇壳体、风扇结构、压缩机结构、涡轮机结构或发动机安装结构。根据一个实施例，公开了一种包括这种结构系统的飞行器。
上面讨论的一个或更多个实施例可以彼此结合并且与本公开的不同方面结合。
附图说明
下文将参考附图通过非限制性实例进一步解释本公开，在附图中：
图1以横截面示意性地示出飞行器发动机，
图2示意性地示出止裂部的形成，
图3A示意性地示出包括止裂部的焊线，
图3B示出包括不规则间隔开的多个止裂部的焊线，
图3C示出包括规则间隔开的多个止裂部的焊线，
图4示意性地示出设置有止裂部的压缩机结构，
图5示意性地示出设置有止裂部的压缩机结构的细节
图6示意性地示出两种替代的防裂焊缝图案。
具体实施方式
在图1中示意性地示出飞行器发动机1。飞行器发动机围绕中心轴线2延伸。
飞行器发动机1的主要部分是沿轴线2以如下顺序布置的围绕风扇6的风扇壳体4、低压压缩机8、压缩机结构10、高压压缩机12、燃烧器14、高压涡轮机16、低压涡轮机18以及涡轮机构20。
包括在高压压缩机12之后的低压压缩机8的压缩区段在通过进口3进入发动机的空气的至少一部分进入燃烧器14之前压缩该空气的至少一部分。经由进口进入的空气的一部分可以被引导通过旁路流动路径(未示出)，使得产生向前的推力。在燃烧区段中，燃烧通过空气与燃料的混合物的点燃和燃烧而发生。通过包括高压涡轮机16和低压涡轮机18的涡轮区段使燃烧产物膨胀，从而使涡轮机围绕轴线2旋转。高压涡轮机16和高压压缩机12被安装在共用的轴(未示出)上，使得高压涡轮机驱动高压压缩机的旋转。高压涡轮机16之后是低压涡轮机18，低压涡轮机18被安装在与低压压缩机8和风扇6共用的轴上，使得低压涡轮机18使风扇6和低压压缩机8旋转。这两个轴是同心的并围绕发动机中心轴线2旋转。
压缩机结构10是位于低压压缩机8与高压压缩机12之间的结构。它是从发动机向飞行器本体传递推力的负载路径内的静态部件，从而向前驱动飞行器。如上所述，压缩机结构的具体构造和设计取决于具体的发动机构造，并且在各种术语下被熟知。不同的制造商使用不同的术语并具有不同的建造结构。术语中间压缩机壳体(ICC)、中间壳体(IMC)和风扇毂框架(FHF)都是指位于低压压缩区段与高压压缩区段之间的构造。本文描述的止裂部技术可以应用于在以上列出的发动机结构中的任何结构中包括的焊线。
如图1所示，压缩机结构10包括推力凸耳22或类似元件，从而允许经由推力连杆24将发动机安装到吊架。吊架进而连接到飞行器的机翼。向前驱动飞行器的推力经由这种结构从发动机传递到飞行器本体。发动机结构在发动机安装部或推力凸耳附近的部分可以被认为是主结构元件(PSE)，从而也通过在没有任何焊缝的区域中的裂纹扩展来确定尺寸。本文描述的止裂部技术可以应用于在以上列出的发动机结构中的任何结构中包括的被认为是主结构元件(PSE)的任何结构元件。特别地，止裂部技术可以应用于包括在PSE中的焊线。它也可以应用于空气框架结构的其它位置，例如机舱和吊架。
在图2中示意性地示出了通过根据本公开的一些实施例的焊接来接合两个结构元件的方法，这两个结构元件在这里示出为第一部件26和第二部件28。该方法包括两个主要步骤。在第一主要步骤中，形成接合第一部件26和第二部件28的焊线30。该焊线30可以通过各种已知的焊接方法形成。在第二步骤中，如图2所示，横跨焊线30添加材料32，从而形成用于限制沿着焊线30的裂纹扩展的止裂部34。止裂部34在焊线30上从第一部件26跨到第二部件28。在相对于焊线的长度观察的，止裂部34沿着焊线30具有有限的延伸部。因此，目的并不是用附加材料32覆盖焊线30的长度，而是沿着焊线30形成呈一个或更多个止裂部34形式的离散特征。如上所述，止裂部的延伸部可以具有与焊线或热影响区的宽度相同的量级。
在图2所示方法的实施例中，止裂部34通过称为金属沉积(MD)的方法形成。在该方法中，焊接材料32可以呈由送丝器36供给的丝的形式，并且通过这里呈激光38形式的能量源在现有焊线30的顶部上熔化。由此，形成从第一部件26横跨焊线30延伸到第二部件28的止裂部34。可替换地，可以由粉末源分配的粉末的形式提供材料32。粉末可以使用鼓风机在焊线上方的空气中循环，并使用例如激光38而熔化在下面的表面上。
在MD过程期间，可以加热顶部上待形成止裂部34的表面，以便在沉积金属与第一部件26和第二部件28以及焊线30的表面之间实现良好的均匀化。由此，止裂部可以大体完全附接到下面的表面。熔化附加材料32的过程继续进行，直到获得具有一定大小的止裂部34。
送丝器36和激光源38可以相对于焊线30移动，从而沿着焊线形成多个止裂部34。
可以使用相同的方法执行形成焊线的步骤和形成止裂部的步骤。例如，可以使用参考图2描述的金属沉积方法来执行两个步骤。由此，可以使用两种不同的焊接装置，或者可以使用相同的装置来执行两个步骤。焊线30和止裂部34可以由相同的材料形成。更重要的是，能够用与两个结构元件相同的材料形成焊线30和止裂部34。在本文所述的应用类型中，常用材料是钛(Ti)合金、镍(Ni)高温合金和铝(Al)。
可以允许焊线在形成止裂部之前相对于形成焊线期间获得的温度冷却。由此，可以大体彼此连续地执行第一步骤和第二步骤。然而，也能够通过图2所示的方法在已经存在的焊线上添加止裂部34。
图3A至3C示意性地示出包括已经通过参考图2描述的方法接合的两个结构元件的结构系统40。每个系统40均包括通过焊线30接合的第一部件26和第二部件28，以及横跨焊线30布置的一个或更多个止裂部34。止裂部34的目的在于限制沿焊线30扩展的裂纹42的生长。
图3A示出包括一个止裂部34的系统40，该止裂部34限制裂纹42沿着焊线30的扩展。可以通过存在于包括结构系统40的部件中的其它几何特征(未示出)在另一方向上限制图3A中示出的裂纹42。
图3B和3C示出已经在沿着焊线30的不同位置处形成多个止裂部34的系统40。由此，可以沿焊线30布置多个止裂部34，使得相邻的止裂部(c1，c2，...cn)彼此间隔开预定距离(d1,2，d2,3，…，dn-1,n)。由此，止裂部34可以被布置成规则地或不规则地间隔开。图3B和3C示意性地示出这一原理。
图3B示出了相邻止裂部(c1，…，cn)之间的距离(di-1,i)不完全相等的实施例。在图3B中，止裂部34之间的距离是不规则的。不同的止裂部34的具体位置可以通过例如制造可能性来确定，诸如通过在焊线30的直接附近不存在其它特征的位置确定，使得易于执行例如横跨焊线30的金属沉积。在图3B中，裂纹42的扩展受到c2和c3表示的止裂部34限制。因此，裂纹42不能生长得长于距离d2,3。
图3C示出了具有规则间隔开的止裂部34的实施例。在图3C中，所有止裂部34彼此等距地定位。
如图3A至3C中可见，每个止裂部34沿着焊线30具有有限的延伸部。止裂部34的延伸部可以具有与焊线30的宽度或者与在焊线30上延伸的热影响区以及第一部件26和第二部件28的相邻区域相同的量级。由此，止裂部34可以被视为沿着焊线30的单独的离散特征。如果多个止裂部34沿着焊线30定位，则每个止裂部34的延伸部的总和可以包括小于焊线30的长度的25％。
在图3A至3C中，止裂部34可以跨越焊线30，并且延伸到第一部件26和第二部件28上。止裂部34的尺寸被设定为提供足够高的机械强度以防止裂纹扩展。另外，如果由于第一部件26和第二部件28中的一个或两个的几何形状和/或结构构造，额外的加强将是有利的，例如由于布置在第一部件26和/或第二部件28上的特征(未示出)，则止裂部可以布置成使得进一步延伸到第一部件26和/或第二部件28上，最终延伸到这些特征上。
独立于止裂部34是否以规则的距离布置，相邻的止裂部34之间的距离应优选不大于沿着特定焊线的预定最大允许裂纹长度，这是因为该距离限制裂纹扩展。如上所述，最大允许裂纹长度由至少一个预定的强度和/或功能标准确定。
此外，止裂部34的尺寸可以由预定的强度和/或功能标准来确定。特别地，止裂部34的厚度和/或大小可以由预定的强度和/或功能标准来确定。该厚度也可以被称为在形成止裂部34的表面上，即，在第一部件26和第二部件28上的止裂部34的高度。止裂部34的高度通常可以具有与第一部件26和第二部件28的厚度相同的量级。因此，止裂部34的高度可以近似等于结构元件的厚度，或者它可以是结构元件的厚度的几倍。止裂部34的大小与它的附接到第一部件26和第二部件28以及焊线30的面积有关。理想地，止裂部34被完全附接到下面的表面26、28、30。
强度标准与防止突然、快速裂纹扩展或爆裂有关。优选地，止裂部34应该彼此定位在如下距离内，使得它们可以防止沿焊线30扩展的裂纹42的快速、不受控制的生长。
功能标准是与保持设置止裂部34的部件的功能有关而不管裂纹42如何的标准。由此，不应该允许裂纹42生长成长于保持部件的可接受功能的情况。例如，如果止裂部34被定位在发动机部件上，则应限制通过裂纹42的空气泄漏，使得保持发动机的功能。
尽管为了图示，在图3A-3C中，止裂部34被示出为具有大致矩形形状，它们的主轴线大体垂直于焊线30延伸，止裂部34可以具有基本上任何形状。该形状可以例如通过制造的容易性确定，例如通过在止裂部要被定位的区域中的几何限制确定。
例如，止裂部34可以具有在主轴线44的方向上延伸的细长形状，例如大致矩形、椭圆形或卵形。止裂部34可以它们的主轴线44在相对于焊线30的任何方向上定向的方式定向。例如，主轴线44可以定向成垂直于焊线30，如图3A所示。此外，主轴线44可以以与焊线成倾斜角度的方式定向，或者止裂部34可以它们的主轴线44沿着焊线30延伸的方式定向，如由图5中的止裂部70所示。
止裂部34的其它可能的形状是圆形或多边形。
甚至，沿着焊线30的所有止裂部34不一定具有相似的形状，而是该形状可以由局部要求和/或局部几何限制和/或结构限制来确定。
如上所述，本文公开的方法具有广泛的应用领域。例如，该方法可以应用于喷气发动机或喷气发动机的部件，例如风扇壳体、风扇结构、压缩机结构、涡轮机结构或发动机安装结构。本文提出的焊接方法特别适用于压缩机结构和发动机安装支撑结构(EMSS)，例如发动机壳体上的发动机安装附接凸耳或类似结构以及发动机结构的对于发动机安装负载路径关键的部分。取决于具体的发动机构造和发动机制造商，这些结构可能在不同术语下被熟知。在下面描述的实例中，作为一般术语，我们将这种结构称为发动机压缩机结构。这种结构使用不同的术语称呼。例如，它可以被称为主结构元件(PSE)、中间压缩机壳体(ICC)、中间壳体(IMC)和风扇毂框架(FHF)，这些都指的是位于低压压缩区段与高压压缩区段之间的结构，该结构将发动机安装到吊架，吊架进而安装到飞行器的机翼。这些结构是通过吊架和机翼将发动机推力传递到飞行器结构的直接主负载路径。止裂部技术可以应用于包括在以上列出的发动机安装支撑结构中的任何结构中的焊缝。在这个区域，临界裂纹长度是刚好能支撑极限负载的长度。
本文所述的方法特别有用的另一个实例是暴露于振动的泄放凸台以及横跨将泄放凸台接合到外壳的焊缝的应力。这些由于HCF加载而生长的裂纹如果不停止则可能会在飞行的数小时内生长超出临界裂纹长度。由此，通常不能在定期检查期间检测出出现的裂纹。在这种情况下，通过横跨焊线的止裂部的存在，可以提早停止裂纹，足以防止飞行期间的功能障碍。
图4示出了根据上面参考图1描述的任何类型的压缩机结构10。压缩机结构10设置有通过上述方法形成的多个止裂部34。压缩机结构10包括通过焊线30接合的第一部件46和第二部件48。沿着该焊线30布置有多个止裂部34。如图4中可见，止裂部34中的表示为止裂部34'的一个止裂部在焊线30上延伸并且延伸到分别位于第一部件46和第二部件48上的其它特征50、52。图4所示的压缩机结构10还包括通过焊线58、60焊接到压缩机结构10上的凸台54、56。在这些焊线58、60上设置止裂部34。
图5示出了在发动机安装支撑结构的区域中的上面参照图1描述的类型的压缩机结构10的另一视图。这里示出了由焊线66接合的第一部件62和第二部件64。焊线66将在飞行期间暴露于高负载。如上所述，第二部件64包括推力凸耳22，推力凸耳22形成将推力从发动机传递到飞行器本体的力路径的部分。焊线66已经设置有多个止裂部68、70。该图还示出了沿焊线66布置的不同形状的止裂部68、70的实例。在图5中，示出了四个矩形止裂部68，矩形止裂部68以它们的主轴线44垂直于焊线66的方式定向。止裂部70被示出为具有椭圆形状，止裂部70以它的主轴线44沿着焊线66的方式定向。
图4和图5所示的压缩机结构10可以布置在飞行器引擎中，例如根据图1所示。
本文描述的止裂部可以在发动机部件的制造期间应用，也可以应用于已经存在的发动机部件上。
从本方法中不排除在添加材料以产生止裂部之前在止裂部的位置处去除材料。然而，在不去除下面的任何材料的情况下，如果仅在较早制成的焊线的顶部上添加材料，则该方法被简化。因此，不最初去除材料的方法目前是优选的。
本文描述的方法不限于图1所示的飞行器发动机类型的部件，但也可用于其它类型飞行器发动机中的应用。此外，不限于飞行器发动机的领域，而是可以用于具有裂纹扩展限制的要求高强度焊缝的任何类型的应用。
在权利要求范围内的焊接方法以及在权利要求范围内的焊接方法的应用所产生的产品和部件的进一步变型对于本领域技术人员将是显而易见的。

Claims (14)

1.一种用于通过焊接接合两个结构元件的方法，
所述方法用于制造航空发动机部件，并且所述方法包括以下步骤：
-形成接合所述两个结构元件(26、28)的焊线；
-横跨所述焊线(30)添加材料，从而形成一个或多个止裂部(34)以用于限制沿着所述焊线的裂纹扩展，在相对于所述焊线的长度观察时，所述一个或多个止裂部每个均具有沿着所述焊线的有限的延伸部，
其中，所述焊线和所述止裂部由与所述两个结构元件相同的材料形成，并且所述焊线、所述止裂部和所述两个结构元件中的每个均由钛合金、镍高温合金或铝构成，并且
其中，沿着所述焊线形成所述一个或多个止裂部，使得相邻的止裂部彼此间隔开预定距离，
其中，所述预定距离不大于根据发动机的预期负载循环确定的能够接受的裂纹长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述止裂部的延伸部具有与所述焊线的宽度或所述焊线的宽度加上热影响区相同的量级。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，多个止裂部沿着所述焊线定位，并且其中，所有止裂部的所述延伸部的总和小于所述焊线的长度的25％。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述止裂部跨越所述焊线，并且其中，所述止裂部的面向所述结构元件和所述焊线的面部大体完全附接到所述结构元件和所述焊线。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述止裂部跨越所述焊线并且到达位于所述两个结构元件中的任一个或两个结构元件上的一个或多个特征。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述止裂部通过金属沉积而形成。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，允许所述焊线在形成所述止裂部之前相对于形成所述焊线期间获得的温度冷却。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过激光焊接执行形成焊线的步骤，和/或使用激光执行添加材料的步骤。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述止裂部具有在主轴线的方向上延伸的细长形状。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述止裂部具有大致矩形或椭圆形的细长形状。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述止裂部具有大致卵形的细长形状。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述止裂部在正交于所述焊线的方向上具有高度，其中，所述高度在所述结构元件的厚度的0.5至10倍的范围内。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述高度在所述结构元件的厚度的0.5至5倍的范围内。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述高度在所述结构元件的厚度的0.5至3倍的范围内。
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