CN109332993A - 一种薄壁叶片结构的焊接修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种薄壁叶片结构的焊接修复方法。该方法包括：将待修复叶片的损伤部位切除，使叶片的剩余叶根部位的高度不小于10mm；在所述剩余叶根部位的外周装配与其型面相匹配的叶盆夹持块和叶背夹持块；在装配完夹持块后的所述剩余叶根的顶部，用与叶片材料相同的金属粉末通过激光沉积方法加工出高度为H的金属焊接凸台；将叶片补块与剩余叶根上的金属焊接凸台通过线性摩擦焊接方法焊接在一起，焊缝宽度为S，所述叶片补块和/或所述金属焊接凸台在线性摩擦焊接过程中的缩短量在(H‑S/2)～H之间。

Description

一种薄壁叶片结构的焊接修复方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种薄壁叶片结构的焊接修复方法。
背景技术
摩擦焊接头具有优良的力学性能，在摩擦焊过程中，需要对待焊部件施加一定焊接压力，为避免焊接过程中被焊件的变形，要求被焊件具有较好的结构刚度。这一要求限制了摩擦焊在薄壁弱刚性构件的连接中的应用。
在发动机整体叶盘的叶片损伤后，采用线性摩擦焊技术进行修复前需要对叶片进行位置固定。现有技术中，如图1所示，将损坏叶片切除之后，剩余一小段叶根，在被修复叶片前后缘下方放置可消耗的支撑块，然后直接在轮盘流道面上进行金属的激光沉积，制备出焊接凸台，之后采用线性摩擦焊焊接新的叶片，焊后加工去除多余的沉积材料，金属飞边以及前后缘下方的支撑块。
由于激光沉积过程会造成剩余叶根与流道面表层材料的重熔，重熔层下方的金属由于受到热输入影响会产生组织性能的变化。或者通过加工出夹持块对叶根进行刚性加强，但是由于叶片型面通常是复杂曲面，叶片在使用过程中通常也会发生不同程度的蠕变变形，导致加工出的夹持块与叶根装配后通常有不同程度的间隙，将无法实现对叶片位置的完全固定，从而导致前后缘产生焊接缺陷，因此该方法难以实现工程应用。
因此，发明人提供了一种薄壁叶片结构的焊接修复方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明实施例提供了一种薄壁叶片结构的焊接修复方法，解决了对叶片进行线性摩擦焊修复中容易出现焊接缺陷的问题。
本发明的实施例提出了一种薄壁叶片结构的焊接修复方法，该方法包括：
切除损伤部位，将待修复叶片的损伤部位切除，使叶片的剩余叶根部位的高度不小于10mm；
装配夹持块，在所述剩余叶根部位的外周装配与其型面相匹配的叶盆夹持块和叶背夹持块；
成形焊接凸台，在装配完夹持块后的所述剩余叶根的顶部，用与叶片材料相同的金属粉末通过激光沉积方法加工出高度为H的金属焊接凸台；
焊接叶片补块，将叶片补块与剩余叶根上的金属焊接凸台通过线性摩擦焊接方法焊接在一起，焊缝宽度为S，所述叶片补块和/或所述金属焊接凸台在线性摩擦焊接过程中的缩短量在(H-S/2)～H之间。
进一步地，在所述切除损伤部位的方法中，采用数控铣或者线切割加工方法将叶片的损伤部位切除。
进一步地，在所述装配夹持块的方法前，基于所述剩余叶根的型面模型，加工出叶盆夹持块和叶背夹持块，使所述叶盆夹持块的装配面与所述剩余叶根的叶盆型面仿形匹配，所述叶背夹持块的装配面与所述剩余叶根的叶背型面仿形匹配。
进一步地，基于所述叶盆夹持块和所述叶背夹持块制备夹持夹具，用于在装配完夹持块后，将相应夹持块固定。
进一步地，在所述成形焊接凸台的方法中，激光沉积加工出的所述金属焊接凸台的高度H不小于3mm。
进一步地，激光沉积加工出的所述金属焊接凸台的外轮廓包络所述叶盆夹持块和叶背夹持块的外轮廓。
进一步地，在所述成形焊接凸台的方法后，将激光沉积加工出的所述金属焊接凸台加工出预期的轮廓外形，并对其进行内部质量的无损检查。
进一步地，在所述焊接叶片补块的方法中，需通过试验预先确定焊接工艺参数和接头焊缝宽度S。
进一步地，在所述焊接叶片补块的方法后，通过机加工方式去除飞边、夹持块以及补块上的加工余量，恢复预期的叶片叶型，再对叶片型面进行热处理与表面处理，完成叶片修复。
进一步地，所述夹持块、所述焊接凸台和待修复叶片的材质均为同种材料。
综上，该本方法的进步点如下：
(1)在叶片中部修复，不影响轮盘与叶片性能。在切除损伤部位的剩余叶根顶部，通过激光沉积加工出与叶片材质相同的金属焊接凸台，再通过后续的线性摩擦焊接修复过程，使所有激光沉积所引入的材料均可完全去除或改性，从而不会影响轮盘性能。
(2)夹持块与叶片之间允许较大装配间隙。由于是在装配夹持块后的叶根顶部激光沉积金属，可以允许夹持块与叶根部位存在一定的装配间隙，不影响焊接接头质量，该方法具有工程推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例切除损伤部位后的剩余叶根部位示意图。
图2是本发明实施例中的夹持块示意图。
图3是本发明实施例中在剩余叶根部位的外周装配夹持块的示意图。
图4是本发明实施例中在叶根顶部成形出焊接凸台的示意图。
图5是本发明实施例的焊接叶片补块过程的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明提出了一种薄壁叶片结构的焊接修复方法。该方法至少包括以下步骤S110～步骤S140：
步骤S110为切除损伤部位的方法：将待修复叶片的损伤部位切除，使叶片的剩余叶根部位的高度不小于10mm。
步骤S120为装配夹持块的方法：在所述剩余叶根部位的外周装配与其型面相匹配的叶盆夹持块和叶背夹持块。
步骤S130为成形焊接凸台的方法：在装配完夹持块后的所述剩余叶根的顶部，用与叶片材料相同的金属粉末通过激光沉积方法加工出高度为H的金属焊接凸台。
步骤S140为焊接叶片补块的方法：将叶片补块与剩余叶根上的金属焊接凸台通过线性摩擦焊接方法焊接在一起，焊缝宽度为S，所述叶片补块和/或所述金属焊接凸台在线性摩擦焊接过程中的缩短量在(H-S/2)～H之间。
由于整体叶盘叶片的损伤形式大部分为外物损伤或叶尖磨损，这类损伤形式一般受损部位位于叶片上部。如图1所示，在步骤S110的方法中，可以采用数控铣或者线切割加工方法将叶片的损伤部位切除，去除整体叶盘上叶片的受损部位后剩余叶根的高度一般应不小于10mm。
步骤S120中，结合图2和图3所示，根据剩余叶根的叶型面模型制作加工出叶根两侧的夹持块，即叶盆夹持块和叶背夹持块，需保证叶盆夹持块和叶背夹持块的装配面分别与剩余叶根的叶盆型面和叶背型面相应仿形匹配，夹持块的材料与叶片材料相同，将夹持块与剩余叶根配合装配，可以允许不大于0.5mm的装配间隙。然后还需要根据叶盆夹持块和叶背夹持块制备夹持夹具，用于在装配完夹持块后，将相应夹持块固定，以便后续修复操作。
步骤S130中，如图4所示，在装配完成的夹层结构的叶根顶部进行激光沉积同材质的金属粉末，激光沉积出焊接凸台，其后进行焊接台轮廓的加工，沉积区金属还应通过无损探伤检测合格，该焊接台轮廓需与补块的焊接凸台的外轮廓相同。并且激光沉积出的该金属焊接凸台的高度H不小于3mm，其外轮廓应包络叶盆夹持块和叶背夹持块的外轮廓。
此外，本发明的夹持块、焊接凸台和待修复叶片的材质均为同种材料，可以是航空发动机叶片常用材料钛合金。
步骤S140中，如图5所示，在将叶片补块与叶根上的金属焊接凸台通过线性摩擦焊接为一体，焊接前需通过试验预先确定焊接工艺参数和接头焊缝宽度S，焊缝单侧的缩短量设置为激光沉积成形的焊接台高度H与线性摩擦焊焊缝宽度S的1/2的差值，实际焊接过程因为有误差存在，焊缝单侧的摩擦消耗部分需控制在(H-S/2)～H之间。焊后加工去除夹持块、焊接飞边与补块上的加工余量，恢复预期的叶片型面，最后再对叶片型面进行热处理与表面处理，完成叶片修复。
以上所述仅为本申请的实施例而已，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种薄壁叶片结构的焊接修复方法，其特征在于，包括：
切除损伤部位，将待修复叶片的损伤部位切除，使叶片的剩余叶根部位的高度不小于10mm；
装配夹持块，在所述剩余叶根部位的外周装配与其型面相匹配的叶盆夹持块和叶背夹持块；
成形焊接凸台，在装配完夹持块后的所述剩余叶根的顶部，用与叶片材料相同的金属粉末通过激光沉积方法加工出高度为H的金属焊接凸台；
焊接叶片补块，将叶片补块与剩余叶根上的金属焊接凸台通过线性摩擦焊接方法焊接在一起，焊缝宽度为S，所述叶片补块和/或所述金属焊接凸台在线性摩擦焊接过程中的缩短量在(H-S/2)～H之间。
2.根据权利要求1所述的整体叶盘修复过程中叶片位置固定方法，其特征在于，在所述切除损伤部位的方法中，采用数控铣或者线切割加工方法将叶片的损伤部位切除。
3.根据权利要求1所述的整体叶盘修复过程中叶片位置固定方法，其特征在于，在所述装配夹持块的方法前，基于所述剩余叶根的型面模型，加工出叶盆夹持块和叶背夹持块，使所述叶盆夹持块的装配面与所述剩余叶根的叶盆型面仿形匹配，所述叶背夹持块的装配面与所述剩余叶根的叶背型面仿形匹配。
4.根据权利要求3所述的整体叶盘修复过程中叶片位置固定方法，其特征在于，基于所述叶盆夹持块和所述叶背夹持块制备夹持夹具，用于在装配完夹持块后，将相应夹持块固定。
5.根据权利要求1所述的整体叶盘修复过程中叶片位置固定方法，其特征在于，在所述成形焊接凸台的方法中，激光沉积加工出的所述金属焊接凸台的高度H不小于3mm。
6.根据权利要求1所述的整体叶盘修复过程中叶片位置固定方法，其特征在于，激光沉积加工出的所述金属焊接凸台的外轮廓包络所述叶盆夹持块和叶背夹持块的外轮廓。
7.根据权利要求1所述的整体叶盘修复过程中叶片位置固定方法，其特征在于，在所述成形焊接凸台的方法后，将激光沉积加工出的所述金属焊接凸台加工出预期的轮廓外形，并对其进行内部质量的无损检查。
8.根据权利要求1所述的整体叶盘修复过程中叶片位置固定方法，其特征在于，在所述焊接叶片补块的方法中，需通过试验预先确定焊接工艺参数和接头焊缝宽度S。
9.根据权利要求1所述的整体叶盘修复过程中叶片位置固定方法，其特征在于，在所述焊接叶片补块的方法后，通过机加工方式去除飞边、夹持块以及补块上的加工余量，恢复预期的叶片叶型，再对叶片型面进行热处理与表面处理，完成叶片修复。
10.根据权利要求1-9任一项所述的整体叶盘修复过程中叶片位置固定方法，其特征在于，所述夹持块、所述焊接凸台和待修复叶片的材质均为同种材料。
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