CN109402367A - 一种整体叶盘局部热处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种整体叶盘局部热处理方法，所述方法包括：对修复焊缝所在截面区域进行加热；在加热过程中实时对加热区域的温度进行测量；根据测量结果对加热温度进行调节；在加热过程中对未加热区域进行冷却。本发明还对应提出了一种整体叶盘局部热处理装置。本发明采用局部加热的方式，只加热修复焊缝附近的区域，使得整体叶盘的其他原理修复区的部位不受热影响，不会发生变形或组织的转变，表面强度处理、涂层不需要重新进行。一体化的加热冷却器，使修复区在局部热处理过程中达到所需的温度场。

Description

一种整体叶盘局部热处理方法及装置

技术领域

本申请涉及整体叶盘修复领域，尤其涉及一种整体叶盘局部热处理方法及装置。

背景技术

航空发动机压气机及风扇的工作叶片(即转子叶片)通常均用其叶身下的榫头锁紧与轮盘轮缘的榫槽中。20世纪80年代中期，在航空发动机结构设计时，将工作叶片和轮盘做成一体，简化结构，称之为“整体叶盘”(Blisk或IBR)。

在新一代航空发动机设计中均采用了整体叶盘结构，整体叶盘的叶片不易更换，若因发生损伤而报废整个叶盘，将带来巨大的经济损失，整体叶盘损伤修复技术是整体叶盘能否低成本应用的关键技术。整体叶盘修复一般将损伤部位去除后，采用线性摩擦焊、熔焊、激光熔覆等焊接方法增加一块新的材料，实现叶片修复。整体叶盘采用的材料为钛合金和高温合金，在整体叶盘经焊接修复后，焊缝区需进行热处理，以去除焊接应力，提高焊接接头性能，热处理温度一般在500℃至1000℃范围内。目前国内所采用的热处理方法只能是将整体叶盘整个放入真空炉中进行热处理。采用这种整体加热的方法，对未修复区也进行了加热，造成未修复区基体组织改变和型面尺寸改变，另外，对有些整体叶盘来说消除了表面涂层和表面强化处理的作用，需重新进行处理，增加了成本。因此，在整体叶盘修复技术中，对焊接修复后的区域需进行局部热处理，来避免整体热处理带来的上述问题。

发明内容

为解决上述技术问题之一，本发明提供了一种整体叶盘局部热处理方法及装置。

本发明实施例第一方面提供了一种整体叶盘局部热处理方法，所述方法包括：

对修复焊缝所在截面区域进行加热；

在加热过程中实时对加热区域的温度进行测量；

根据测量结果对加热温度进行调节；

在加热过程中对未加热区域进行冷却。

优选地，在对修复焊缝所在截面区域进行加热之前，所述方法还包括：将整体叶盘放入惰性气体保护炉内。

优选地，对修复焊缝所在截面区域进行加热，在加热过程中实时对加热区域的温度进行测量的过程包括：

采用感应或电阻加热方式对修复焊缝所在截面区域进行加热；

采用红外测温仪或热电偶对加热区域的温度进行测量。

优选地，根据测量结果对加热温度进行调节的过程包括：

接收红外测温仪或热电偶发送的温度测量结果；

将温度测量结果与预设的温度进行比较；

当温度测量结果大于预设的温度时，自动调整加热参数使加热温度降温至预设的温度；

当温度测量结果小于预设的温度时，自动调整加热参数使加热温度升温至预设的温度。

优选地，在所述对修复焊缝所在截面区域进行加热之前，所述方法还包括：对未加热区域的温度进行模拟预测；

所述在加热过程中对未加热区域进行冷却的过程包括：

根据叶盘的叶片的形状在未加热区域中分布冷却孔；

当对未加热区域的温度进行模拟预测所获得的预测温度大于预设的温度时，向循环换热模块发送冷却信号，循环换热模块接收所述冷却信号后以预设的压力向冷却孔释放冷气。

本发明实施例第二方面提供了一种整体叶盘局部热处理装置，所述装置包括加热器、温度采集器、控制器和循环换热模块，所述加热器的加热信号输入端与控制器的加热信号输出端连接，所述温度采集器的温度信号输出端与控制器的温度信号输入端连接，所述控制器的冷却信号输出端与循环换热模块的冷却信号输入端连接；

所述加热器，用于对修复焊缝所在截面区域进行加热；

所述温度采集器，用于在加热过程中实时对加热区域的温度进行测量；

所述循环换热模块，用于对未加热区域释放冷气进行冷却；

所述控制器包括处理器，所述处理器内置有处理器可执行的操作指令，以执行操作：根据测量结果对加热温度进行调节，以及向所述循环换热模块发送冷却信号。

优选地，所述装置还包括惰性气体保护炉，所述惰性气体保护炉内充满惰性气体，用于容纳整体叶盘。

优选地，所述控制器包括处理器，所述处理器内置有处理器可执行的操作指令，以执行操作：

接收温度采集器发送的温度测量结果；

将温度测量结果与预设的温度进行比较；

当温度测量结果大于预设的温度时，自动调整加热参数使加热温度降温至预设的温度；

当温度测量结果小于预设的温度时，自动调整加热参数使加热温度升温至预设的温度。

优选地，所述加热器的周围设置有冷却孔，所述冷却孔的一端朝向未加热区域，另一端通过管道与所述循环换热模块的出气孔连接。

优选地，所述控制器包括处理器，所述处理器内置有处理器可执行的操作指令，以执行操作：

对未加热区域的温度进行模拟预测；

当对未加热区域的温度进行模拟预测所获得的预测温度大于预设的温度时，向循环换热模块发送冷却信号；

所述循环换热模块具体还用于接收所述冷却信号后以预设的压力向未加热区域释放冷气。

本发明的有益效果如下：本发明采用局部加热的方式，只加热修复焊缝附近的区域，使得整体叶盘的其他原理修复区的部位不受热影响，不会发生变形或组织的转变，表面强度处理、涂层不需要重新进行。一体化的加热冷却器，使修复区在局部热处理过程中达到所需的温度场。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例1所述的整体叶盘局部热处理方法的流程图；

图2为本发明实施例所述的一种冷却孔4排布方式的示意图；

图3为本发明实施例所述的另一种冷却孔4排布方式的示意图；

图4为本发明实施例2所述的整体叶盘局部热处理装置的原理图。

附图标记：

1、叶盘，2、叶片，3、加热器，4、冷却孔，5、修复焊缝。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。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。

实施例1

如图1所示，本实施例提出了一种整体叶盘局部热处理方法，所述方法包括：

S101、将整体叶盘1放入惰性气体保护炉内。

具体的，由于钛合金在超过400℃以上的环境下会被氧化，材料性能也会发生变化，因此必须控制加热区达到所需的温度，而其余部位需在400℃以下。因此，局部热处理时为防止零件高温下氧化，需放入真空或惰性气体炉中进行处理。本实施例中，惰性气体保护炉的保护气氛是通过先抽至真空再充入惰性气体的方法来实现的。

S102、对修复焊缝5所在截面区域进行加热。

具体的，本实施例可采用利用感应或电阻加热方法的加热器3对修复焊缝5所在截面附近进行加热，可根据实际情况自行选择。

S103、在加热过程中实时对加热区域的温度进行测量。

具体的，本实施例可采用红外测温仪或热电偶等温度采集器对加热区域的温度进行采集测量，以作为温度控制的依据。

S104、根据测量结果对加热温度进行调节。

具体的，本实施例中对加热区域进行加热的温度是恒温加热，因此，在加热过程中需要不断的采集加热温度然后进行调节，以使加热的温度保持恒定。即，如果当前测量获得的实际温度大于或小于预设的温度时，都会将该实际温度调节为预设的温度。

S105、在加热过程中对未加热区域进行冷却。

具体的，由于保护炉的炉体容量有限，在热处理过程中加热区的热量不断通过热传导和热辐射的方式进入零件的未加热区和炉中气氛中，整体温度会不断升高，未加热处理区的散热条件会越来越差，导致焊缝附近达不到所设定的温度梯度，影响热处理效果。叶片2为变厚度零件，中心厚、前后缘薄，本身散热条件也不同，导致焊缝区的加热和传热不均匀。

由此，本实施例在进行加热过程之前，需要对未加热区域所可能达到的温度进行模拟预测，如果预测的温度大于预设的温度，那么在实际的加热过程中向未加热区域释放冷气。并且如果冷气一旦开启，在加热过程结束之前，该冷气也不会随着未加热区域温度的降低而停止释放。

释放冷气的方式是在加热器3的周围分布冷气孔，然后循环换热模块将生成的冷气以一定的压力向冷气孔吹送，进而通过冷气孔将冷气吹向温度过高的区域。在此过程中，加热器3的加热过程持续进行，加热和冷却彼此不受影响。

另外，冷却孔4可按照一定的规律分布在专用的空腔工装上，与加热器3保持相应的位置关系。冷却工装与加热器3的形状可根据叶片2截面形状设计。加热器3为感应线圈时，为防止冷却工装被感应，不能采用可被感知加热的材料，可选用耐高温玻璃或陶瓷或其他耐温非金属材料等。冷却孔4的间距和位置根据叶片2的形状的厚度，以及所需的温度场要求进行排列，纵向上可采用从近到远呈从密到疏的变化，横向上从叶片2中心到前后缘也采用不同的间距，如图2所示，或者将冷却孔4分布呈弧形，如图3所示，以满足不同的冷却效果。

实施例2

如图3所示，本实施例提出了一种整体叶盘局部热处理装置，所述装置包括加热器、温度采集器、控制器和循环换热模块，所述加热器的加热信号输入端与控制器的加热信号输出端连接，所述温度采集器的温度信号输出端与控制器的温度信号输入端连接，所述控制器的冷却信号输出端与循环换热模块的冷却信号输入端连接；

所述加热器，用于对修复焊缝所在截面区域进行加热；

所述温度采集器，用于在加热过程中实时对加热区域的温度进行测量；

所述循环换热模块，用于对未加热区域释放冷气进行冷却；

所述控制器包括处理器，所述处理器内置有处理器可执行的操作指令，以执行操作：根据测量结果对加热温度进行调节，以及向所述循环换热模块发送冷却信号。

具体的，本实施例可采用利用感应或电阻加热方法的加热器对修复焊缝所在截面附近进行加热，可根据实际情况自行选择。另外，本实施例可采用红外测温仪或热电偶等温度采集器对加热区域的温度进行采集测量，以作为温度控制的依据。

进一步的，所述装置还包括惰性气体保护炉，所述惰性气体保护炉内充满惰性气体，用于容纳整体叶盘。

具体的，由于钛合金在超过400℃以上的环境下会被氧化，材料性能也会发生变化，因此必须控制加热区达到所需的温度，而其余部位需在400℃以下。因此，局部热处理时为防止零件高温下氧化，需放入真空或惰性气体炉中进行处理。本实施例中，惰性气体保护炉的保护气氛是通过先抽至真空再充入惰性气体的方法来实现的。

更进一步的，所述控制器包括处理器，所述处理器内置有处理器可执行的操作指令，以执行操作：

接收温度采集器发送的温度测量结果；

将温度测量结果与预设的温度进行比较；

当温度测量结果大于预设的温度时，自动调整加热参数使加热温度降温至预设的温度；

当温度测量结果小于预设的温度时，自动调整加热参数使加热温度升温至预设的温度。

具体的，本实施例中对加热区域进行加热的温度是恒温加热，因此，在加热过程中需要不断的采集加热温度然后进行调节，以使加热的温度保持恒定。即，如果当前测量获得的实际温度大于或小于预设的温度时，都会将该实际温度调节为预设的温度。

由于保护炉的炉体容量有限，在热处理过程中加热区的热量不断通过热传导和热辐射的方式进入零件的未加热区和炉中气氛中，整体温度会不断升高，未加热处理区的散热条件会越来越差，导致焊缝附近达不到所设定的温度梯度，影响热处理效果。叶片为变厚度零件，中心厚、前后缘薄，本身散热条件也不同，导致焊缝区的加热和传热不均匀。

由此，本实施例在进行加热过程之前，需要对未加热区域所可能达到的温度进行模拟预测，如果预测的温度大于预设的温度，那么在实际的加热过程中向未加热区域释放冷气。并且如果冷气一旦开启，在加热过程结束之前，该冷气也不会随着未加热区域温度的降低而停止释放。

释放冷气的方式是在加热器的周围分布冷气孔，然后循环换热模块将生成的冷气以一定的压力向冷气孔吹送，进而通过冷气孔将冷气吹向温度过高的区域。在此过程中，加热器的加热过程持续进行，加热和冷却彼此不受影响。

另外，冷却孔可按照一定的规律分布在专用的空腔工装上，与加热器保持相应的位置关系。冷却工装与加热器的形状可根据叶片截面形状设计。加热器为感应线圈时，为防止冷却工装被感应，不能采用可被感知加热的材料，可选用耐高温玻璃或陶瓷或其他耐温非金属材料等。冷却孔的间距和位置根据叶片的形状的厚度，以及所需的温度场要求进行排列，纵向上可采用从近到远呈从密到疏的变化，横向上从叶片中心到前后缘也采用不同的间距，或者将冷却孔分布呈弧形，以满足不同的冷却效果。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种整体叶盘局部热处理方法，其特征在于，所述方法包括：

对修复焊缝所在截面区域进行加热；

在加热过程中实时对加热区域的温度进行测量；

根据测量结果对加热温度进行调节；

在加热过程中对未加热区域进行冷却。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对修复焊缝所在截面区域进行加热之前，所述方法还包括：将整体叶盘放入惰性气体保护炉内。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对修复焊缝所在截面区域进行加热，在加热过程中实时对加热区域的温度进行测量的过程包括：

采用感应或电阻加热方式对修复焊缝所在截面区域进行加热；

采用红外测温仪或热电偶对加热区域的温度进行测量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据测量结果对加热温度进行调节的过程包括：

接收红外测温仪或热电偶发送的温度测量结果；

将温度测量结果与预设的温度进行比较；

当温度测量结果大于预设的温度时，自动调整加热参数使加热温度降温至预设的温度；

当温度测量结果小于预设的温度时，自动调整加热参数使加热温度升温至预设的温度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述对修复焊缝所在截面区域进行加热之前，所述方法还包括：对未加热区域的温度进行模拟预测；

所述在加热过程中对未加热区域进行冷却的过程包括：

根据叶盘的叶片的形状在未加热区域中分布冷却孔；

当对未加热区域的温度进行模拟预测所获得的预测温度大于预设的温度时，向循环换热模块发送冷却信号，循环换热模块接收所述冷却信号后以预设的压力向冷却孔释放冷气。

6.一种整体叶盘局部热处理装置，其特征在于，所述装置包括加热器、温度采集器、控制器和循环换热模块，所述加热器的加热信号输入端与控制器的加热信号输出端连接，所述温度采集器的温度信号输出端与控制器的温度信号输入端连接，所述控制器的冷却信号输出端与循环换热模块的冷却信号输入端连接；

所述加热器，用于对修复焊缝所在截面区域进行加热；

所述温度采集器，用于在加热过程中实时对加热区域的温度进行测量；

所述循环换热模块，用于对未加热区域释放冷气进行冷却；

所述控制器包括处理器，所述处理器内置有处理器可执行的操作指令，以执行操作：根据测量结果对加热温度进行调节，以及向所述循环换热模块发送冷却信号。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括惰性气体保护炉，所述惰性气体保护炉内充满惰性气体，用于容纳整体叶盘。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制器包括处理器，所述处理器内置有处理器可执行的操作指令，以执行操作：

接收温度采集器发送的温度测量结果；

将温度测量结果与预设的温度进行比较；

当温度测量结果大于预设的温度时，自动调整加热参数使加热温度降温至预设的温度；

当温度测量结果小于预设的温度时，自动调整加热参数使加热温度升温至预设的温度。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述加热器的周围设置有冷却孔，所述冷却孔的一端朝向未加热区域，另一端通过管道与所述循环换热模块的出气孔连接。

10.根据权利要求6或9所述的装置，其特征在于，所述控制器包括处理器，所述处理器内置有处理器可执行的操作指令，以执行操作：

对未加热区域的温度进行模拟预测；

当对未加热区域的温度进行模拟预测所获得的预测温度大于预设的温度时，向循环换热模块发送冷却信号；

所述循环换热模块具体还用于接收所述冷却信号后以预设的压力向未加热区域释放冷气。