CN109333351B - 整体叶盘修复过程中叶片位置固定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空制造技术领域的整体叶盘修复过程中叶片位置固定方法。该方法包括：在待修复叶片的剩余叶根的外围覆盖金属薄膜，使所述金属薄膜与剩余叶根的型面紧密贴合；在所述金属薄膜外围喷涂金属粉末，喷涂达到预定厚度后形成夹持块，用于增强剩余叶根的刚性；对喷涂成型后的夹持块进行热处理，用以提高夹持块中金属粉末的颗粒之间相互结合的力学性能；将所述夹持块装配在所述剩余叶根的外围，并在所述夹持块的外侧设置夹持夹具，用于固定叶片位置。解决了线性摩擦焊修复过程中的叶片夹持位置固定不可靠易导致变形的问题，保证了被修复叶片型面质量不受影响。

Description

整体叶盘修复过程中叶片位置固定方法

技术领域

本发明涉及航空制造技术领域，特别是涉及一种整体叶盘修复过程中叶片位置固定方法。

背景技术

在摩擦焊和扩散焊过程中，由于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或扩散焊在薄壁弱刚性构件的连接中的应用。采用这两种方法必须对构件采用恰当的位置固定方法以避免工件的变形。

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。如图1所示，现有技术中，通常使用摩擦焊将重新加工的叶片连接到切除损伤部位后的剩余叶根13上，具体方案是：喷涂相同材质的钛合金粉末18在剩余叶根13周围，对剩余叶根起到了刚性增强的作用，同时在喷涂粉末外侧使用夹持平板20对涂层进行夹持固定，以防止焊接中涂层剥落，在完成叶片焊接后，移除夹持平板20，机加工去除喷涂层18。

由于喷涂层内部粉末结合强度低，直接进行线性摩擦焊易产生溃裂，必须进行后续热处理强度才能满足使用要求，但现有技术中是喷涂金属直接沉积在工件上，喷涂层与基底形成结合，无法分离。采用这种方法在后续实施线性摩擦焊过程中，常因喷涂层表面溃裂导致粉末混入焊缝，接头产生焊接缺陷。

另外，由于喷涂金属颗粒的冲击使得工件原始表面产生了凹凸不平的型面损伤，喷涂后表面经过后续机械加工必须对型面减薄才能达到原始的表面粗糙度要求，工程应用中发现由于叶片工作后发生不同程度变形，各个叶片型面一致性不好，存在一定偏差，利用现有技术对叶片进行修复后，后续机加工对叶型减薄超差严重。

因此，发明人提供了一种整体叶盘修复过程中叶片位置固定方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种整体叶盘修复过程中叶片位置固定方法，解决了对叶片进行线性摩擦焊修复过程中的叶片夹持位置不可靠易导致变形的问题。

本发明的实施例提出了一种整体叶盘修复过程中叶片位置固定方法，该方法包括：

覆盖金属薄膜，在待修复叶片的剩余叶根的外围覆盖金属薄膜，使所述金属薄膜与剩余叶根的型面紧密贴合；

制备夹持块，在所述金属薄膜外围喷涂金属粉末，喷涂达到预定厚度后形成夹持块，用于增强剩余叶根的刚性；

对夹持块热处理，对喷涂成型后的夹持块进行热处理，用以提高夹持块中金属粉末的颗粒之间相互结合的力学性能；

固定叶片位置，将所述夹持块装配在所述剩余叶根的外围，并在所述夹持块的外侧设置夹持夹具，用于固定叶片位置。

进一步地，在所述覆盖金属薄膜的方法前，采用数控铣或者线切割加工方法将叶片的损伤部位切除，根据叶片实际情况和后续工艺要求预留一定高度的叶根。

进一步地，在所述覆盖金属薄膜的方法中，采用粘贴或者蒸发沉积的方法，在所述剩余叶根的外围覆盖与叶片相同材质的金属薄膜。

进一步地，在所述制备夹持块的方法中，采用与叶片相同材质的金属粉末喷涂所述夹持块，形成的所述夹持块的预定厚度中预留有不小于1mm的后续加工余量。

进一步地，在所述对夹持块热处理的方法前，将喷涂形成的所述夹持块的外侧表面加工成平面。

进一步地，多个所述夹持块拼装在所述剩余叶根的外围，多个所述夹持块拼装形成的内表面与剩余叶根的型面仿形匹配。

进一步地，所述叶片和所述夹持块均为钛合金材质，在所述对夹持块热处理的方法中，在温度为600-1000℃的条件下，对所述夹持块保温2小时进行热处理。

进一步地，在所述固定叶片位置的方法中，在所述夹持块的外侧设置平面夹持夹具，所述平面夹持夹具与所述夹持块的外侧平面贴合。

进一步地，在所述固定叶片位置的方法后，采用线性摩擦焊接方法将焊接补块焊接在所述剩余叶根上。

进一步地，焊接完成后拆除所述夹持夹具，从焊缝位置向上，去除所述焊接补块上的加工余量，加工出叶片型面后，通过剥离所述金属薄膜将所述夹持块从叶根部剥离，完成整体叶盘的修复。

综上，该本方法的进步点如下：

（1）增材制备的夹持块可以单独进行热处理以提高力学性能。现有技术中的夹持块与工件形成结合，无法分离，若夹持块与零件一同热处理会损伤叶片力学性能，现有技术中也并未使用热处理过程，因此这种方案制备的喷涂层强度低，焊接过程易溃散。

（2）不影响工件表面质量。相比现有技术的方案，喷涂金属夹持块的成型过程不直接与工件表面作用，而是添加了一层金属薄膜，金属喷涂在薄膜上，金属颗粒不与工件型面直接接触，从而不会在表面冲击形成凹坑层，保证了工件型面质量。

（3）夹持块易分离，被修复的叶根部位型面无需再次加工，从而避免了型面损伤。夹持块在去除夹持夹具的约束后，将焊缝部位加工至型面位置，焊缝以下的夹持块即可与工件自然分离，被修复叶根部位型面无需再次加工，从而避免了对型面的加工损伤。

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是现有技术的叶片修复中叶根部位置固定的示意图。

图2是本发明实施例的整体叶盘修复过程中叶片位置固定方法应用场景示意图。

图3是本发明实施例中夹持块的厚度要求示意图。

图4是本发明实施例中叶片的损伤部位切除示意图。

图5是本发明实施例中在剩余叶根上覆盖金属薄膜的示意图。

图6是本发明实施例中在金属薄膜外围制备夹持块的示意图。

图7是本发明实施例的夹持块与夹持夹具配合的示意图。

图中：

1-剩余叶根；2-金属薄膜；3-夹持块；4-夹持夹具；5-焊接补块。

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。

图1是现有技术的叶片修复中叶根部位置固定的示意图，该方案为：在剩余叶根13周围喷涂相同材质的钛合金粉末18，对剩余叶根起到了刚性增强的作用，同时在喷涂粉末外侧使用夹持平板20对涂层进行夹持固定，以防止焊接中涂层剥落，在完成叶片焊接后，移除夹持平板20，机加工去除喷涂层18。由于喷涂层内部粉末之间是机械结合，并且由于加工硬化而产生非常大的内部应力，喷涂钛合金时强度较低，直接进行线性摩擦焊易产生溃裂，必须进行后续热处理强度才能满足使用要求，该技术中是将喷涂金属直接沉积在工件上，喷涂层与基底形成结合，无法分离。而热处理温度较高，通常在800℃以上，对喷涂层和叶片整体进行热处理会对叶片力学性能带来有害影响，因此该方法中并未对喷涂层采用后续热处理。采用这种方法在后续实施线性摩擦焊过程中，常因喷涂层表面溃裂导致粉末混入焊缝，在接头处产生焊接缺陷。

另外，由于喷涂金属颗粒的冲击使得工件原始表面产生了凹凸不平的型面损伤，通过对试验件金相解剖观察分析，Ra1.6的TC17钛合金上喷涂纯钛粉末后粗糙度升至Ra100，由此可见，喷涂后表面经过后续机械加工必须对型面减薄才能达到原始的表面粗糙度要求，工程应用中发现由于叶片工作后发生不同程度变形，各个叶片型面一致性不好，存在一定偏差，修复后还需通过进一步机械加工恢复叶型面尺寸，而加工过程本身存在加工误差，要实现在完全去除喷涂层的情况下不损伤叶片技术难度高，因此，利用现有技术对叶片进行修复后，后续机加工对叶型减薄超差严重。

如图2所示，本发明提出了一种整体叶盘修复过程中叶片位置固定方法。该方法至少包括以下步骤S210~步骤S240：

步骤S210为覆盖金属薄膜的方法：在待修复叶片的剩余叶根1的外围覆盖金属薄膜2，使所述金属薄膜2与剩余叶根1的型面紧密贴合；

步骤S220为制备夹持块的方法：在所述金属薄膜2的外围喷涂金属粉末，喷涂达到预定厚度后形成夹持块3，用于增强剩余叶根1的刚性；

步骤S230为对夹持块热处理的方法：对喷涂成型后的夹持块3进行热处理，用以提高夹持块3中金属粉末的颗粒之间相互结合的力学性能；

步骤S240为固定叶片位置的方法：将所述夹持块3装配在所述剩余叶根1的外围，并在所述夹持块3的外侧设置夹持夹具4，用于固定叶片位置。

需要说明的是，在步骤S240后，可以采用线性摩擦焊接方法将焊接补块5焊接在剩余叶根1上。焊接完成后拆除夹持夹具4，从焊缝位置向上，去除焊接补块5上的加工余量，加工出叶片型面后，通过剥离金属薄膜2将夹持块3从叶根部剥离，完成整体叶盘叶片的修复。

通过在被修复叶片的根部型面上覆盖一层金属薄膜，薄膜与叶片之间易于剥离，在后续的喷涂工序中，将金属粉末的颗粒喷涂在金属薄膜上，不直接接触工件表面，因而不损伤工件表面质量，喷涂成型后，该夹持块可以与叶片分离，从而可以单独进行热处理提高夹块力学性能。这种方法可以克服多个叶片间一致性不高的困难，制备出仿形的夹持块。完成修复后机加工焊缝区域，可将夹持块与叶片自然分离，与夹持块相配合的叶型面无需再次机加工。通过上述方法，保证了薄壁叶片结构线性摩擦焊的连接质量。为航空发动机叶盘的叶片损伤修复提供了一种可靠的解决方案。该方法也可拓展应用于类似弱刚性薄壁结构压力焊过程的夹持固定。

如图3所示， 由于叶片通常情况下在高度方向与宽度方向都是有扭转的，因此需要保证喷涂的夹持块装配后的长度和宽度应不小于δ和ω，经过喷涂后，夹持块3涂层内侧通过金属薄膜2与剩余叶根1的叶型配合，外侧机加工成平面与平板配合，喷涂成型结束后，该夹持块3可以与叶片工件从两侧分离。

具体地，如图4所示，在步骤S210前，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获得剩余叶根1，根据叶片实际情况和后续工艺要求预留一定高度的叶根，在本例中留有叶根高度约20mm。

在步骤S210中，可以采用粘贴或者蒸发沉积的方法，在剩余叶根1的外围覆盖与叶片同样材质的金属薄膜2，如图5所示，该薄膜与叶根部的型面贴合，在型面复杂的情况下，金属薄膜2常常会因为无法完全贴合而产生褶皱，褶皱处需要敲平，以保证夹持块3可以紧密贴合叶型，对叶片位置起到完全约束的作用。

如图6所示，在步骤S220中，采用与叶片相同材质的金属粉末喷涂夹持块3，喷涂形成的夹持块3的预定厚度中预留有不小于1mm的后续加工余量。

需要说明的是，该喷涂成型的夹持块3可以作为可消耗夹块参与焊接过程，也可以不参与焊接，在参与焊接的情况下，金属薄膜2与喷涂的金属粉末化学成分与叶片材料相同，在不参与焊接的情况下，金属薄膜2与喷涂粉末化学成分可以与叶片材料不同。

在步骤S230前，将喷涂形成的夹持块3的外侧表面加工成平面。多个夹持块3拼装在剩余叶根1的外围，多个夹持块3拼装形成的内表面与剩余叶根1的型面仿形匹配。

叶片一般采用航空用钛合金材质，本实施例中的叶片和夹持块3也均为钛合金材质，在步骤S230中，针对钛合金材质的热处理，需要在温度为600-1000℃的条件下，对夹持块保温2小时进行热处理。经热处理后，提高了夹持块3中喷涂颗粒之间相互结合的力学性能，从而制备出可以紧密贴合叶型面的仿形夹持块3，在焊接修复叶片之后，对焊缝区进行加工，夹持块3即可剥离。

如图7所示，在步骤S240中，在夹持块3的外侧设置平板的夹持夹具4，平板夹持夹具4与夹持块3的外侧平面贴合。通过平板的夹持夹具4固定位置，能够将焊接补块5（留有加工余量）线性摩擦焊焊接到剩余叶根1上。焊接完成后拆除该夹持夹具4，从焊缝位置向上，去除焊接补块5上的加工余量即可加工出叶片型面，焊缝位置以下的被修复叶根上的叶型面不需要机加工，在焊缝位置加工到位后，可将夹持块3物理剥离。至此，完成了整体叶盘的修复工作。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。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。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。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 (7)

1.整体叶盘修复过程中叶片位置固定方法，其特征在于，包括：

覆盖金属薄膜，在待修复叶片的剩余叶根的外围覆盖金属薄膜，使所述金属薄膜与剩余叶根的型面紧密贴合；

制备夹持块，在所述金属薄膜外围喷涂金属粉末，喷涂达到预定厚度后形成夹持块，用于增强剩余叶根的刚性；

对夹持块热处理，对喷涂成型后的夹持块进行热处理，用以提高夹持块中金属粉末的颗粒之间相互结合的力学性能；

固定叶片位置，将所述夹持块装配在所述剩余叶根的外围，并在所述夹持块的外侧设置夹持夹具，用于固定叶片位置；

在所述覆盖金属薄膜的方法前，采用数控铣或者线切割加工方法将叶片的损伤部位切除，根据叶片实际情况和后续工艺要求预留一定高度的叶根；

在所述固定叶片位置的方法后，采用线性摩擦焊接方法将焊接补块焊接在所述剩余叶根上，焊接完成后拆除所述夹持夹具，从焊缝位置向上，去除所述焊接补块上的加工余量，加工出叶片型面后，通过剥离所述金属薄膜将所述夹持块从叶根部剥离，完成整体叶盘的修复。

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，在所述覆盖金属薄膜的方法中，采用粘贴或者蒸发沉积的方法，在所述剩余叶根的外围覆盖与叶片相同材质的金属薄膜。

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，在所述制备夹持块的方法中，采用与叶片相同材质的金属粉末喷涂所述夹持块，形成的所述夹持块的预定厚度中预留有不小于1mm的后续加工余量。

4.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，在所述对夹持块热处理的方法前，将喷涂形成的所述夹持块的外侧表面加工成平面。

5.根据权利要求4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，多个所述夹持块拼装在所述剩余叶根的外围，多个所述夹持块拼装形成的内表面与剩余叶根的型面仿形匹配。

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，所述叶片和所述夹持块均为钛合金材质，在所述对夹持块热处理的方法中，在温度为600-1000℃的条件下，对所述夹持块保温2小时进行热处理。

7.根据权利要求4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，在所述固定叶片位置的方法中，在所述夹持块的外侧设置平面夹持夹具，所述平面夹持夹具与所述夹持块的外侧平面贴合。

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