CN108372386B - 一种整体叶盘线性摩擦焊修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种整体叶盘线性摩擦焊修复方法。其采用贴合叶片型面的夹持块夹持在剩余叶根的周围,在夹持块上对应于线性摩擦焊焊接完成的停止位置处预留空腔,引导高温塑性金属在空腔处聚集，使可能出现的焊接缺陷均在叶型区外侧，保证修复后叶片内部质量,并结合采用高频率低振幅的焊接方法，保证修复后叶片内部质量可靠，减少因为塑性金属流动复杂变化引起的缺陷，提高了焊接工艺稳定性。

Description

一种整体叶盘线性摩擦焊修复方法

技术领域

本发明涉及一种整体叶盘线性摩擦焊修复方法，属于焊接修复技术领域。

背景技术

整体叶盘结构是先进航空发动机中应用的新型结构，实现了叶片与盘体的一体式结构，可以大大提高发动机效率，降低燃油消耗和排放。整体叶盘在工作中易吸入气流中的沙石或者遭受其他外来物的撞击造成损伤，因为整体叶盘是一体式结构，这就使得损坏叶片不易更换。目前针对整体叶盘损伤的修复，主要有摩擦焊修复、熔焊（氩弧焊、电子束焊、微束等离子焊等）补片修复、增材修复（激光熔敷等）等技术手段。对于叶片受到大面积损伤，切除损伤后必须在叶片高应力区进行修复的情况，适于采用线性摩擦焊方法进行修复。

线性摩擦焊（Linear friction welding）为固相连接方法，焊接过程中，其中一个工件高频往复振动，另一件在一定摩擦压力作用下与振动工件接触并发生相互摩擦并产生摩擦热，界面温度快速升高，界面近域两侧基体金属软化并发生塑性流动，在摩擦压力作用下被挤出界面形成飞边；当焊接区的温度分布、变形达到一定程度后，振动工件快速停止振动，工件对齐并施加顶锻压力，界面两侧金属通过相互扩散与再结晶连接在一起，进而完成整个焊接过程。

在切除叶片损伤部位之后，由于剩余叶根部位壁厚很薄，刚度不够，如果直接焊接新的叶片，在摩擦压力作用下，剩余叶根容易产生失稳变形，因此必须对剩余叶根采取刚性增强措施后才能进行线性摩擦焊修复。一般是机械加工出贴合叶片型面的夹持块，将夹持块与剩余叶根紧密装配，从而约束叶根位置，避免焊接过程中的变形，将该装配体与一块新的补片焊接，在焊接后通过机械加工恢复原叶型。

在实际试验工作中发现，采用这种方法加工的夹持块进行试验，焊后机械加工叶片型面有裂纹缺陷。由于叶片形状不规则，塑性金属挤出规律不明确，而修复质量与塑性金属在焊接界面的流动密切相关，目前的夹持块夹持方式不能有效控制塑性金属流动方向，把焊接缺陷控制在叶片最终型面的加工余量内；金属流动不理想的情况下，加工后叶片表面会产生裂纹。另外，目前的常用线性摩擦焊焊接工艺是根据零件制造过程开发，并不能满足修复技术的特殊要求。

发明内容

针对上述叶片焊接修复后易产生裂纹缺陷等问题，本发明提出一种基于线性摩擦焊的整体叶盘损伤修复方法。

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种整体叶盘线性摩擦焊修复方法，其采用贴合叶片型面的夹持块夹持在剩余叶根的周围,其特征在于:在夹持块上对应于线性摩擦焊焊接完成的停止位置处预留空腔,引导高温塑性金属在空腔处聚集，使可能出现的焊接缺陷均在叶型区外侧，保证修复后叶片内部质量, 并结合采用高频率低振幅的焊接方法。

在一个优选的技术方案中，所述空腔的结构为V型槽或U型槽，深度范围在0.5-2mm之间，具体取值应当参考焊接参数中的振幅大小，空腔的宽度范围在1-3mm之间，具体取值应当参考焊接件在特定设备上的工艺优化后最终的缩短量误差值。

在一个优选的技术方案中，所述夹持块对整个叶型进行夹持增强，或只对叶尖两端进行夹持增强。

在一个优选的技术方案中，所述只对叶尖两端进行夹持增强时，夹持块为直接机加工而成V字形结构，或是先加工成分体结构再通过焊接而成的V字形结构。

在一个优选的技术方案中，所述预留空腔通过以下步骤加工完成：

步骤一、切除叶片损伤部分，保留一定高度的叶根；

步骤二、对剩余叶型面进行测量，建立叶根与夹持块的数字模型；

步骤三、加工叶根试验件、夹持块试验件；

步骤四、将叶根试验件、夹持块试验件装配后进行修复焊接，焊后测量出焊缝在夹持块实验件上的停止位置；

步骤五、根据焊缝停止位置，在夹持块上加工出预留空腔。

在一个优选的技术方案中，所述焊接方法的频率大于60Hz，振幅不大于1mm。

本发明的技术效果如下：

（1）在线性摩擦焊焊缝停止位置附近设置了塑性金属导流空腔，引导高温塑性金属在空腔处聚集，使可能出现的焊接缺陷均在叶型区外侧，保证修复后叶片内部质量可靠。

（2）夹持块与叶片配合的型面是通过叶根的检测得到的型面模型而单独加工的，保证了型面的贴合精确性。

（3）采用高频率低振幅的加工方法，控制塑性金属挤出的方向，相对目前常用焊接方法振幅较大，金属流动规律复杂，对这种修复的夹层结构焊接容易产生缺陷的特点，采用高频率低振幅的焊接参数进行焊接时金属流动规律相对简单，可以较好的控制修复过程中金属流动，提高了焊接工艺稳定性，减少了因为塑性金属流动复杂变化引起的缺陷。

说明书附图

图1、本发明的整体叶盘线性摩擦焊修复结构示意图；

图2、整个叶型夹持增强示意图；

图3、叶尖两端夹持增强方式1示意图；

图4、叶尖两端夹持增强方式2示意图。

图中：1、空腔；2、夹持块1；3、夹持块2；4、叶根；5、轮盘。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本发明的一种整体叶盘线性摩擦焊修复方法作进一步阐述，但本发明的保护内容并不限于以下实施例。

航空发动机整体叶盘是发动机中的关键零部件，对修复后的零件形位公差以及性能指标的要求极其严苛。这就要求修复技术具有较高的可靠性。

在修复叶片之前首先进行检测检查叶型变形状况，机械加工去除叶片受损部分，保留一定高度的叶根，此时对于刚性较好的叶片可以直接采用线性摩擦焊连接新叶片，对于刚性较弱的薄叶片结构，需要对剩余叶根进行夹持增强，为了保证夹持块与叶根有较好配合，其加工模型应根据叶根的型面检测结果进行配做。先进行工艺试验确定缩短量与焊接工艺参数，对焊后的工艺试验件进行机械加工，测量焊缝在夹持块上的停止位置，根据确定的焊缝停止位置在夹持块上加工空腔，在后续的正式零件的修复过程中夹持块上均应有空腔特征。焊接修复后通过机械加工恢复零件原始外形。

实施例1

第一步、针对某型号的风扇叶片损伤修复，采用数控铣或者线切割等加工方法将叶片损伤部位切除，根据叶片实际情况和后续工艺要求留一定高度的叶根。

第二步、采用机械式三坐标测量机或光学扫描等设备对剩余叶型面进行测量，建立剩余叶根与夹持块的数字模型。

第三步、根据建立的模型加工叶根试验件、夹持块试验件。根据叶片扭转及厚薄情况的不同，夹持块可以有多种形式，可以是对整个叶型进行夹持增强，也可以只对叶尖两端进行夹持增强，只对两端进行增强时，夹持块可以是直接机加工而成V字形结构，也可以是先加工成分体结构通过焊接而成的V字形结构。

第四步、将夹持块试验件与叶根试验件装配后进行修复焊接，焊接时用丙酮清洗待焊件两侧并吹干，采用高频率低振幅的线性摩擦焊工艺进行焊接修复。焊接工艺参数：振幅1mm，频率70Hz，摩擦压力50MPa，摩擦时间3~8s。焊后保压20~30s。焊后测量出焊缝在夹持块上的停止位置。

第五步、根据测量的停止位置，在后续的夹持块上加工出导流空腔槽特征，空腔槽的尺寸为2.5mm宽，1.5mm深。

第六步、将夹持块与零件进行装配组合，进行零件的焊接修复，焊接工艺与试验件焊接中使用的工艺相同。

第七步、焊后通过机加工去除飞边、进行去应力热处理、根据构件型面尺寸进行最终精加工。

Claims (6)

1.一种整体叶盘线性摩擦焊修复方法，其采用贴合叶片型面的夹持块夹持在剩余叶根的周围,其特征在于:在夹持块上对应于线性摩擦焊焊接完成的停止位置处预留空腔，并结合采用高频率低振幅的焊接方法；所述空腔用于引导高温塑性金属在空腔处聚集，使可能出现的焊接缺陷均在叶型区外侧。

2.根据权利要求1所述的一种整体叶盘线性摩擦焊修复方法，其特征在于，所述空腔的结构为V型槽或U型槽，深度范围在0.5-2mm之间，空腔的宽度范围在1-3mm之间。

3.根据权利要求1所述的一种整体叶盘线性摩擦焊修复方法，其特征在于，所述夹持块对整个叶型进行夹持增强，或只对叶尖两端进行夹持增强。

4.根据权利要求3所述的一种整体叶盘线性摩擦焊修复方法，其特征在于，所述只对叶尖两端进行夹持增强时，夹持块为直接机加工而成V字形结构，或是先加工成分体结构再通过焊接而成的V字形结构。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种整体叶盘线性摩擦焊修复方法，其特征在于，所述空腔通过以下步骤加工完成：

步骤一、切除叶片损伤部分，保留一定高度的叶根；

步骤二、对剩余叶型面进行测量，建立叶根与夹持块的数字模型；

步骤三、加工叶根试验件、夹持块试验件；

步骤四、将叶根试验件、夹持块试验件装配后进行修复焊接，焊后测量出焊缝在夹持块实验件上的停止位置；

步骤五、根据焊缝停止位置，在夹持块上加工出空腔。

6.根据权利要求1-4任一项所述的一种整体叶盘线性摩擦焊修复方法，其特征在于，所述焊接方法的频率大于60Hz，振幅不大于1mm。

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