CN109514146A - 航空发动机叶片焊接修复柔性流道散热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种航空发动机叶片焊接修复柔性流道散热系统。系统主要包括：带有柔性冷却流道的紫铜键夹持机构，冷却液流入导管，冷却液流出导管，循环泵站，智能控制器，冷却液热交换池和闭合反馈控制系统等。利用本发明进行焊接时可以通过可移动的紫铜键的内部的流道进行快速散热，并可根据不同合金叶片的工艺需求对散热系统进行可控调节。系统的冷却液流道分别布置在独立的紫铜键中，可随紫铜键的移动实现散热的柔性调节，从而始终保持对被夹曲面合金的近距离冷却，并可以对智能控制器进行参数设定，配合传感器数据实时反馈调节焊接过程中的冷却液流速、温度和压力等参数实现闭合回路的实时动态控制，达到预期的散热要求。本发明可有效提升和控制冷却速率，对航空维修领域提升曲面超薄合金的焊接修复效果具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于航空维修技术领域，特别是涉及一种柔性流道可调节焊接散热系统。
背景技术
航空发动机压气机叶片长期在高温和高压联合作用的复杂环境下工作，叶片经常发生各种不同程度的损伤。对具有修复价值的受损叶片进行修复具有广泛的市场需求，也为业界所认可。微束脉冲等离子弧焊(MPAW)在小电流下很好的电弧稳定性使其非常适合焊接超薄合金，是目前叶片焊接修复的主流手段。由于焊接时熔池温度较高，钛合金叶片很容易吸入N、H、O等杂质，影响焊接质量。采用惰性气体保护并不能达到完全隔离的效果，采用真空焊接环境成本较高，且某些自动焊枪的结构和运行方式不易实施。对于超薄钛合金的堆焊修复，为了达到更好的焊接质量，增加夹具冷却速度，可以有效降低焊接区在250℃以上停留的时间，减少杂质的吸入。此外，加快冷却速度还可以促进α-Ti的形成，有效提升焊接质量。而对于镍基合金，调节控制冷却速率可以控制合金中Nb的析出比例，影响焊接后的韧性和强度。因此，对于不同合金叶片，要求在焊接过程中能够调节和控制冷却速率。
此外，由于钛合金及镍基合金的导热系数都很低，熔池通过母材的传导向外界的换热效果较差，需要设计焊接流道使流体换热区距离熔池越近越好。其次，由于叶片都是具有弧度的自由曲面，在夹持时需要采用一种柔性夹持结构对叶片进行夹持，使夹持面与叶片具有良好的接触贴合度，有利于熔池的换热。因此需要一种具有柔性夹持且可以进行柔性散热调节的散热系统。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于解决焊接工艺过程中对温度的控制问题，克服温度条件对于加工质量影响的困难，解决现有条件的不足，提供一种智能、高效、自动的航空发动机叶片焊接修复柔性流道散热系统。
一种航空发动机叶片焊接修复柔性流道散热系统，主要由夹具机构、自动冷却控制系统两部分组成；夹具机构包括夹具台(1)，夹具台上安装有夹持装置固定梁和滑动导轨(29)，滑动导轨端部设有锁紧手柄(3)，焊接夹持机构安装在滑动导轨(29)上，焊接夹持机构包括对称设置的两个夹持件安装座，夹持件安装座可沿滑动导轨移动，夹持件安装座上分别固定安装有对称设置的由多个独立的散热紫铜键组成的柔性夹持结构(36虚线框内)，散热紫铜键内部设有冷却流道(37)，散热紫铜键与夹持件安装座之间设置有压紧弹簧(20)，散热紫铜键间的冷却流道并联连接；自动冷却控制系统包括冷却液导管(4、18、5、17)、冷却液循环泵站(6、6-1)、冷却液热交换池(10)、温度传感器(25)、控制管线(7、7-1、11、13)和智能控制器(12)，温度传感器实时检测焊件温度，发送给智能控制器，智能控制器控制冷却液温度、流速和压力，通过对称的冷却液输入管路(18、4)和输出管路(17、5)给散热紫铜键输送循环的变温的冷却液，调整紫铜键的散热速率。
带有冷却流道的紫铜键(34)成对称分布，其柔性可调节散热系统对称设置两个冷却循环回路。
各散热紫铜键上的冷却液流入流出管路(21、21-1、22、22-1)与对应的流入、流出支管之间采用滑动密封连接，可分别在流入、流出支管内伸缩运动，配合铜键上后部的压紧弹簧实现柔性贴合目标修复薄板(26)，达到散热均匀和柔性可调节的目标。
冷却液单侧回路由紫铜键内部冷却流道(37)，带有支管的冷却液流入管(19)、带有支管的流出管(32)、冷却液循环泵站(6-1)以及冷却液热交换池(10)组成，实现冷却系统的单侧循环回路；对称的，另一侧紫铜键内部的冷却流道通过带有支管的冷却液流入管(30)和带有支管的冷却液流出管(28)、冷却液循环泵站(6)以及冷却液热交换池(10)连接，实现冷却系统的另一侧循环回路。
外部通过热交换池的冷却液输入管路(14)输入特定温度的冷却液到热交换池(10)，并通过冷却液输出管路(15)将发挥过冷却作用的冷却液从热交换池(10)中输出，形成外部冷却液循环回路。
本发明提供的航空发动机叶片焊接修复柔性流道散热系统可精确自动控制加工过程中冷却温度的变化，不仅适用于航空发动机叶片的焊接修复散热，还适用于5mm以下镍基及钛合金超薄合金的焊接修复过程中的散热控制，对提高超薄合金的焊接修复质量具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的系统整体平面布置图
图2为本发明的夹持结构夹持曲面时局部放大图(B区域)
图3为本发明夹持结构及单侧冷却管路局部图(A区域)
图4为本发明柔性夹持及外部流道效果图
图5为本发明的整体效果图
图6为本发明的控制原理框图
图7为本发明的散热紫铜键及其剖面示意图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施案例对本发明提供的航空发动机叶片焊接修复柔性流道散热系统进行详细说明。
一种航空发动机叶片焊接修复柔性流道散热系统，主要由夹具机构、自动冷却控制系统两部分组成；夹具机构包括夹具台1，夹具台上安装有夹持装置固定梁和滑动导轨29，滑动导轨端部设有锁紧手柄3，焊接夹持机构安装在滑动导轨29上，焊接夹持机构包括对称设置的两个夹持件安装座，夹持件安装座可沿滑动导轨移动，夹持件安装座上分别固定安装有对称设置的由多个独立的散热紫铜键组成的柔性夹持结构(36虚线框内)，散热紫铜键内部设有冷却流道37，散热紫铜键与夹持件安装座之间设置有压紧弹簧20，散热紫铜键间的冷却流道并联连接；自动冷却控制系统包括冷却液导管4、18、5、17冷却液循环泵站6、6-1、冷却液热交换池10、温度传感器25、控制管线7、7-1、11、13和智能控制器12，温度传感器实时检测焊件温度，发送给智能控制器，智能控制器控制冷却液温度、流速和压力，通过对称的冷却液输入管路18、4和输出管路17、5给散热紫铜键输送循环的变温的冷却液，调整紫铜键的散热速率。
带有冷却流道的紫铜键34成对称分布，其柔性可调节散热系统对称设置两个冷却循环回路。
各散热紫铜键上的冷却液流入流出管路21、21-1、22、22-1与对应的流入、流出支管之间采用滑动密封连接，可分别在流入、流出支管内伸缩运动，配合铜键上后部的压紧弹簧实现柔性贴合目标修复薄板26，管路密封在夹持曲面时不会受到紫铜键移动的影响，达到散热均匀和柔性可调节的目标。
冷却液单侧回路由紫铜键内部冷却流道37，带有支管的冷却液流入管19、带有支管的流出管32、冷却液循环泵站6-1以及冷却液热交换池10组成，实现冷却系统的单侧循环回路；对称的，另一侧紫铜键内部的冷却流道通过带有支管的冷却液流入管30和带有支管的冷却液流出管28、冷却液循环泵站6以及冷却液热交换池10连接，实现冷却系统的另一侧循环回路。
进一步地，夹紧件安装座上部设有凹槽，凹槽中设有可移动的所述散热紫铜键，散热紫铜键可在凹槽中沿与工件垂直的方向移动，凹槽上表面固定设有散热固定盖板24、27。散热后，紫铜键中的冷却液通过冷却液流出导管5、17分别流入冷却液循环泵站6、6-1，再由连接冷却液循环泵站进入冷却液热交换池10，冷却液交换池与外部冷却液供应站连接，经过热交换的冷却液流入冷却液循环泵站，再经由冷却液流入导管流入散热紫铜键的冷却流道，实现对散热紫铜键的温度调节。
外部通过热交换池的冷却液输入管路14输入特定温度的冷却液到热交换池10，并通过冷却液输出管路15将发挥过冷却作用的冷却液从热交换池10中输出，形成外部冷却液循环回路。热交换池具有换热件39。
智能控制器12通过设置在散热紫铜键端部的温度传感器实时检测工件的温度，通过冷却系统控制线路7、11、7-1控制热交换池输出到散热紫铜键的冷却液温度、压力和流速，实现对散热紫铜键温度的控制。
所述的散热系统冷却液管路布置在可移动的多个独立的紫铜键组成的夹持机构之中，经过前期大量焊接实验和传热建模仿真计算，对流道位置和尺寸进行了精确的设计，冷却的效果更及时高效。
各紫铜键的流道采用并联形式连接，冷却液分别由夹具两侧流入总管19、30流入，在对应的铜键内循环后，再分别由两侧流出总管32和28流出。考虑到热源的影响，距离热源较远的19、30为冷却液流入总管。
所述的温度传感器25、循环泵站6、6-1、冷却液热交换池10、智能控制器12和控制线路7、7-1、11共同组成自动冷却控制系统，可根据焊接工艺需求，自动调节温度、流速、压力，并在焊接过程中根据监测到的焊件实时温度将焊接参数发送至焊接主控电脑中。
所述的散热系统设置的热交换池可以提供特定温度的冷却液对夹持装置进行保温作用。在工作过程中需要保持某一温度时，可以输入适当温度冷却液，冷却液持续流通过紫铜键达到保持特定温度的效果。此时系统可以充当加热保温系统。如图6所示，是本发明航空发动机叶片焊接修复柔性流道散热系统的流程框图，包括冷却液的回路和控制系统回路。
以航空发动机压气机叶片为例进行说明。系统的修复使用步骤如下：
(1)在进行叶片修复之前，按照图1所示安装系统，并将智能控制器的线路和外部焊接控制电脑相连接；将冷却液热交换池的供给和回收管路与外部供应站相连接，温度传感器正常工作。
(2)将焊件正确夹紧在紫铜键中间，如图2中所示，并将相应叶片型号输入控制电脑中心，智能控制器根据控制电脑的指令开始工作，输入匹配的温度的冷却液和速度，开始进行焊接。
(3)焊枪在进行工作时，温度传感器监测到的熔池温度数据不断反馈给控制中心电脑，控制中心电脑将测量数据与材料焊接参数比对，生成反馈调节信号发布给智能控制器，智能控制器根据控制电脑信号进行冷却液温度和速度的自动调节，对于钛合金叶片，如果熔池温度高于相变温度以上的某个设定范围，则加快流速并降低冷却液的入口温度，是流道内湍流换热增强；对于镍基合金叶片，也可根据工艺需求增加或降低流速及冷却液温度从而形成散热速率的闭环控制，进而控制Nb的析出比例。冷却液经过每个紫铜键内部，在紫铜键前端与叶片的接触面附近进行近距离换热，快速带走熔池的热量。在整个焊接过程中，传感器将测量信号不断传输给控制电脑，控制电脑根据温度参数比对再次向智能控制器发布新的调整信号，如此过程反复，直到焊接区域温度达到理想的温度范围。
(4)在焊接过程中，外部冷却液供应分别经过冷却液输入管路和输出管路向热交换池供应和回收冷却液，冷却液在热交换池、循环泵、和紫铜键冷却回路中形成循环，实现焊接的冷却散热作用。
Claims (5)
1.一种航空发动机叶片焊接修复柔性流道散热系统，主要由夹具机构、自动冷却控制系统两部分组成；夹具机构包括夹具台(1)，夹具台上安装有夹持装置固定梁和滑动导轨(29)，滑动导轨端部设有锁紧手柄(3)，焊接夹持机构安装在滑动导轨(29)上，焊接夹持机构包括对称设置的两个夹持件安装座，夹持件安装座可沿滑动导轨移动，夹持件安装座上分别固定安装有对称设置的由多个独立的散热紫铜键组成的柔性夹持结构(36虚线框内)，散热紫铜键内部设有冷却流道(37)，散热紫铜键与夹持件安装座之间设置有压紧弹簧(20)，散热紫铜键间的冷却流道并联连接；自动冷却控制系统包括冷却液导管(4、18、5、17)、冷却液循环泵站(6、6-1)、冷却液热交换池(10)、温度传感器(25)、控制管线(7、7-1、11、13)和智能控制器(12)，温度传感器实时检测焊件温度，发送给智能控制器，智能控制器控制冷却液温度、流速和压力，通过对称的冷却液输入管路(18、4)和输出管路(17、5)给散热紫铜键输送循环的变温的冷却液，调整紫铜键的散热速率。
2.根据权利要求1所述的航空发动机叶片焊接修复柔性流道散热系统，其特征在于：带有冷却流道的紫铜键(34)成对称分布，其柔性可调节散热系统对称设置两个冷却循环回路。
3.根据权利要求1所述的航空发动机叶片焊接修复柔性流道散热系统，其特征在于：各散热紫铜键上的冷却液流入流出管路(21、21-1、22、22-1)与对应的流入、流出支管之间采用滑动密封连接，可分别在流入、流出支管内伸缩运动，配合铜键上后部的压紧弹簧实现柔性贴合目标修复薄板(26)，达到散热均匀和柔性可调节的目标。
4.根据权利要求3所述航空发动机叶片焊接修复柔性流道散热系统，其特征在于：冷却液单侧回路由紫铜键内部冷却流道(37)，带有支管的冷却液流入管(19)、带有支管的流出管(32)、冷却液循环泵站(6-1)以及冷却液热交换池(10)组成，实现冷却系统的单侧循环回路；对称的，另一侧紫铜键内部的冷却流道通过带有支管的冷却液流入管(30)和带有支管的冷却液流出管(28)、冷却液循环泵站(6)以及冷却液热交换池(10)连接，实现冷却系统的另一侧循环回路。
5.根据权利要求1所述的航空发动机叶片焊接修复柔性流道散热系统，其特征在于：外部通过热交换池的冷却液输入管路(14)输入特定温度的冷却液到热交换池(10)，并通过冷却液输出管路(15)将发挥过冷却作用的冷却液从热交换池(10)中输出，形成外部冷却液循环回路。
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|---|---|
| CN (1) | CN109514146A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112287477A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-29 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种基于气流激振的涡轮导向器大小叶片布局方法 |
| CN113275789A (zh) * | 2020-01-31 | 2021-08-20 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 用于机动车的焊接工件的系统和方法 |
| CN114649896A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-06-21 | 南昌三瑞智能科技有限公司 | 一种柔性可变流道散热的电机及驱动器 |
| DE212021000563U1 (de) | 2021-05-31 | 2024-04-17 | South China University Of Technology | System zur Schweißreparatur einer großen Schaufel mit Hochfrequenz und extrem geringem Wärmeeintrag |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN204747880U (zh) * | 2015-06-26 | 2015-11-11 | 中国民航大学 | 可升降叶片堆焊修复柔性夹具 |
| CN105108391A (zh) * | 2015-09-14 | 2015-12-02 | 无锡市创新化工设备有限公司 | 一种焊接铜件的阻热装置 |
| CN204843652U (zh) * | 2015-08-21 | 2015-12-09 | 江南大学 | 通用柔性夹具 |
| CN105965289A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-09-28 | 广东工业大学 | 一种用于航空叶片的柔性夹具 |
| CN107052597A (zh) * | 2016-12-20 | 2017-08-18 | 江苏大学 | 一种弥补异种金属焊缝熔池温度差的激光焊接方法及装置 |
-
2019
- 2019-01-11 CN CN201910029659.2A patent/CN109514146A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN204747880U (zh) * | 2015-06-26 | 2015-11-11 | 中国民航大学 | 可升降叶片堆焊修复柔性夹具 |
| CN204843652U (zh) * | 2015-08-21 | 2015-12-09 | 江南大学 | 通用柔性夹具 |
| CN105108391A (zh) * | 2015-09-14 | 2015-12-02 | 无锡市创新化工设备有限公司 | 一种焊接铜件的阻热装置 |
| CN105965289A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-09-28 | 广东工业大学 | 一种用于航空叶片的柔性夹具 |
| CN107052597A (zh) * | 2016-12-20 | 2017-08-18 | 江苏大学 | 一种弥补异种金属焊缝熔池温度差的激光焊接方法及装置 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113275789A (zh) * | 2020-01-31 | 2021-08-20 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 用于机动车的焊接工件的系统和方法 |
| CN112287477A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-29 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种基于气流激振的涡轮导向器大小叶片布局方法 |
| CN112287477B (zh) * | 2020-10-16 | 2022-11-22 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种基于气流激振的涡轮导向器大小叶片布局方法 |
| DE212021000563U1 (de) | 2021-05-31 | 2024-04-17 | South China University Of Technology | System zur Schweißreparatur einer großen Schaufel mit Hochfrequenz und extrem geringem Wärmeeintrag |
| CN114649896A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-06-21 | 南昌三瑞智能科技有限公司 | 一种柔性可变流道散热的电机及驱动器 |
| US11777365B1 (en) | 2022-05-23 | 2023-10-03 | Nanchang Sanrui Intelligent Technology Co., Ltd | Motor with flexible variable flow channel |
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