CN110977071A - 一种低压转子叶片减震凸台钎焊耐磨合金的方法 - Google Patents

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Abstract

一种低压转子叶片减震凸台钎焊耐磨合金的方法，属于航空发动机零组件焊接技术领域，包括以下步骤：步骤1，焊前清理；步骤2，粉末混合制备；步骤3，预置膏状混合物；步骤4，钎焊耐磨合金；步骤5，焊后加工。通过控制钎料与铸造碳化钨粉末混合物的配比和均匀度，保证了减震凸台钎焊耐磨合金的连续性，提升了钎焊一次合格率和加工效率；钎料预制量的改进，使得所钎焊的耐磨合金满足后续磨加工需要；采用感应器工作端刷涂耐高温绝缘漆的方法，有效防止了叶身邻近凸台部位的烧伤，刷涂的耐高温绝缘漆不脱落、可重复使用且简化了防护操作。钎焊工艺参数的优化改进，不仅提高了耐磨合金钎焊质量，而且减小了钎焊热影响区的宽度并达到设计要求。

Description

一种低压转子叶片减震凸台钎焊耐磨合金的方法
技术领域
本发明属于航空发动机零组件焊接技术领域，具体涉及一种低压转子叶片减震凸台钎焊耐磨合金的方法。
背景技术
航空发动机带减震凸台低压转子叶片由钛合金材料制成，叶片装配至转子盘上后相邻叶片的盆、背向减震凸台互锁，为减小发动机工作时互锁减震凸台的磨损，应用了凸台上制备耐磨层技术。低压转子叶片减震凸台耐磨层，是采用钎焊方法将铸造碳化钨耐磨合金焊接在凸台上并通过磨加工所制备，其中耐磨合金的钎焊最为关键。原有钎焊方法，虽然能够实施低压转子叶片减震凸台耐磨合金的钎焊，但仍存在几点问题：一是钎焊一次合格率低，主要影响因素是耐磨合金磨加工后表面气孔超标、X射线检查耐磨层不连续和后续磨加工余量不足；二是缺少能够可靠、便捷的防护叶身邻近凸台部位产生烧伤的措施；三是凸台热影响区宽度过大，未达到设计新提出的要求。鉴于上述问题，为提高钎焊质量和保证焊后基体材料性能，低压转子叶片减震凸台钎焊耐磨合金的方法需要优化改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种低压转子叶片减震凸台钎焊耐磨合金的方法，该方法工艺完备、质量可靠、操作简便、应用效果好、可广泛推广。
一种低压转子叶片减震凸台钎焊耐磨合金的方法，包括以下步骤：
步骤1，焊前清理
采用安装有硬质合金磨轮的微型打磨器清理低压转子叶片的盆向减震凸台、背向减震凸台周边的毛刺，打磨时不得损伤基体；打磨后用丙酮清洗低压转子叶片的盆向减震凸台、背向减震凸台及其邻近表面，去除油污及其他杂质；
步骤2，粉末混合制备
按1:1将Ti-Ni-Cu-Zr钎料粉末和铸造碳化钨粉末放入混合器中，搅拌混合粉末16h以上，完成搅拌后将混合粉末装入密封的玻璃容器内；
步骤3，预置膏状混合物
步骤3.1，将Ti-Ni-Cu-Zr钎料粉末和铸造碳化钨粉末的混物粉末用粘结剂调制成膏状；其中粘结剂所占的百分比为4％-6％；
步骤3.2，按低压转子叶片盆向减震凸台、背向减震凸台待焊面的形状将膏状混合物预置其上，膏状混合物预置厚度为3-5mm，膏状混合物预置后，在空气中放置干燥10-15min，然后在距已预置膏状混合物叶片盆向减震凸台、背向减震凸台边沿0.2-0.3mm的下方沿轮廓刷涂宽度为5-6mm的三氧化二铬止焊剂，防止钎焊时熔化的钎料流淌至非焊接面上；
步骤4，钎焊耐磨合金
采用气体保护感应钎焊机，利用专用感应器，对盆向减震凸台、背向减震凸台钎焊耐磨合金；
具体操作为：设定气体保护感应钎焊机钎焊工艺参数为：直流电压8.52-8.72KV，焊接频率为60-75KHz，温控表设定温度为940-950℃；钎焊前将预制好钎料的低压转子叶片放入气体保护感应钎焊机的工作舱内并抽真空，抽至压力不大于80pa时，向工作舱内充入氩气并达到压力为0.101-0.11Mpa，钎焊在流动氩气中进行，氩气流量为4-8L/min；钎焊时双手插入工作舱密封胶皮手套内，手拿叶片并将减震凸台放入专用感应器的感应圈工作端导管的中间，通电后进行钎焊，直到钎料完全融化并与叶片盆向、背向减震凸台和铸造碳化钨良好结合为止；焊后低压转子叶片在工作舱的充氩气氛中保持2-3min后取出；
步骤5，焊后加工
步骤5.1，在磨加工机床上，采用金刚石磨轮并借助夹具磨削叶片盆向减震凸台、背向减震凸台上钎焊的耐磨合金至设计图要求的厚度尺寸；
步骤5.2，磨加工后，对叶片进行真空热处理，消除叶片盆向减震凸台、背向减震凸台的钎焊加工应力；或采用喷丸方法去除叶片盆向减震凸台、背向减震凸台的钎焊应力。
步骤4所述的专用感应器由安装座、感应圈、冷却水接咀组成，所述感应圈的非工作端与安装座焊接为一体，且感应圈端头焊接冷却水接咀，所述专用感应器材料为紫铜。
所述感应线圈由工作端导管和非工作端导管插接焊接制作，工作时内腔通冷却水；感应圈工作端形状与低压转子叶片减震凸台形状相匹配，且感应圈工作端与叶片减震凸台之间留有间隙，间隙值为1.5-2.0mm，同时感应圈工作端表面刷涂有耐高温绝缘漆，用于防止叶身邻近凸台部位被烧伤。
本发明的有益效果为：
1、本发明以其较好的技术效果解决了低压转子叶片减震凸台钎焊耐磨合金问题，主要表现在：通过控制钎料与铸造碳化钨粉末混合物的配比和均匀度，保证了减震凸台钎焊耐磨合金的连续性，提升了钎焊一次合格率和加工效率；钎料预制量的改进，使得所钎焊的耐磨合金满足后续磨加工需要；采用感应器工作端刷涂耐高温绝缘漆的方法，有效防止了叶身邻近凸台部位的烧伤，刷涂的耐高温绝缘漆不脱落、可重复使用且简化了防护操作。钎焊工艺参数的优化改进，不仅提高了耐磨合金钎焊质量，而且减小了钎焊热影响区的宽度并达到设计要求。
2、本发明已应用于某发动机低压一级、二级、三级转子叶片减震凸台耐磨层的修理钎焊，也适用于新品叶片制造中对减震凸台钎焊耐磨合金，同时可推广应用于其他型号类似材料和结构的低压转子叶片减震凸台耐磨合金的钎焊。
3、应用本发明的方法进行低压转子叶片减震凸台耐磨层的钎焊，合格率达到95％以上，且加工质量稳定，此方法可为企业带来良好的经济效益，按单台叶片平均创造价值8.0万元和每年生产60台计算，则每年可创造价值480万元。
附图说明
图1为本发明的低压转子叶片结构及减震凸台钎焊耐磨合金示意图；
图2为本发明的感应器结构示意图；
图3为本发明感应器中的感应圈结构示意图；
1-叶身，2-盆向减震凸台，3-背向减震凸台，4-膏状混合物，5-三氧化二铬止涂层，6-感应器，7-安装座，8-感应圈，9-冷却水接咀，10-工作端导管，11-非工作端导管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
低压一级转子叶片经锻造和机械加工制成，叶身上带有盆向减震凸台和背向减震凸台，叶片材料为TC4钛合金。
一种低压转子叶片减震凸台钎焊耐磨合金的方法，如图1至图3所示，包括以下步骤：
步骤1，焊前清理
采用安装有硬质合金磨轮的微型打磨器清理低压一级转子叶片的盆向减震凸台、背向减震凸台周边的毛刺，打磨时不得损伤基体；打磨后用丙酮清洗低压一级转子叶片的盆向减震凸台、背向减震凸台及其邻近表面，去除油污及其他杂质；
步骤2，粉末混合制备
按1:1将Ti-Ni-Cu-Zr钎料粉末和铸造碳化钨粉末放入混合器中，搅拌混合粉末18h，完成搅拌后将混合粉末装入密封的玻璃容器内；
步骤3，预置膏状混合物
步骤3.1，将Ti-Ni-Cu-Zr钎料粉末和铸造碳化钨粉末的混物粉末用粘结剂调制成膏状；其中粘结剂所占的百分比为4％；
步骤3.2，按低压一级转子叶片盆向减震凸台、背向减震凸台待焊面的形状将膏状混合物预置其上，膏状混合物预置厚度为5mm，膏状混合物预置后，在空气中放置干燥15min，然后在距已预置膏状混合物盆向减震凸台、背向减震凸台边沿0.2mm的下方沿轮廓刷涂宽度为6mm的三氧化二铬止焊剂，防止钎焊时熔化的钎料流淌至非焊接面上；
步骤4，钎焊耐磨合金
采用气体保护感应钎焊机，利用专用感应器，对盆向减震凸台、背向减震凸台钎焊耐磨合金；
具体操作为：设定气体保护感应钎焊机钎焊工艺参数为：直流电压8.72KV，焊接频率为66KHz，温控表设定温度为950℃；钎焊前将预制好钎料的低压一级转子叶片放入气体保护感应钎焊机的工作舱内并抽真空，抽至压力为80pa时，向工作舱内充入氩气并达到压力为0.11Mpa，钎焊在流动氩气中进行，氩气流量为7L/min；钎焊时双手插入工作舱密封胶皮手套内，手拿叶片并将盆向减震凸台、背向减震凸台依次放入感应圈工作端导管的中间，通电后进行钎焊，直到钎料完全融化并与叶片盆向、背向减震凸台和铸造碳化钨良好结合为止；焊后低压一级转子叶片在工作舱的充氩气氛中保持3min后取出；
步骤5，焊后加工
步骤5.1，在磨加工机床上，采用金刚石磨轮并借助夹具磨削低压一级转子叶片盆向减震凸台、背向减震凸台上钎焊的耐磨合金至设计图要求的厚度尺寸；
步骤5.2，磨加工后，采用喷丸方法去除低压一级转子叶片盆向减震凸台、背向减震凸台的钎焊应力。
步骤4所述的专用感应器由安装座、感应圈、冷却水接咀组成，所述感应圈的非工作端与安装座焊接为一体，且感应圈端头焊接冷却水接咀，所述专用感应器材料为紫铜。
所述感应线圈由φ4×0.5mm的工作端导管和φ6×1.0mm非工作端导管插接焊接制作，工作时内腔通冷却水；感应圈工作端形状与低压一级转子叶片减震凸台形状相匹配，且感应圈工作端与叶片减震凸台之间留有间隙，间隙值为1.5mm，同时感应圈工作端表面刷涂有耐高温绝缘漆，用于防止叶身邻近凸台部位被烧伤。
实施例1低压一级转子叶片的盆向减震凸台、背向减震凸台钎焊耐磨合金并磨加工后，通过外观目视检查、荧光检查、X射线检测、烧伤腐蚀检查及热影响区宽度检查，结果表明：外观目视检查：耐磨层与盆向减震凸台、背向减震凸台结合良好，且转接圆角符合设计图要求；耐磨层表面及侧面无超出技术条件要求的气孔存在；荧光检查：耐磨层及盆向减震凸台、背向减震凸台表面无裂纹缺陷，耐磨层表面及侧面无超出技术条件要求的气孔存在；X射线检测：耐磨层在X射线底片上的影像连续，符合标准要求；烧伤腐蚀检查：叶片邻近盆向减震凸台、背向减震凸台的部位未发现烧伤现象；热影响区检查：热影响区宽度满足不大于6.0mm的要求。
实施例2
低压二级转子叶片经锻造和机械加工制成，叶身上带有盆向减震凸台和背向减震凸台，叶片材料为TC6钛合金。
一种低压转子叶片减震凸台钎焊耐磨合金的方法，包括以下步骤：
步骤1，焊前清理
采用安装有硬质合金磨轮的微型打磨器清理低压二级转子叶片的盆向减震凸台、背向减震凸台周边的毛刺，打磨时不得损伤基体；打磨后用丙酮清洗低压二级转子叶片的盆向减震凸台、背向减震凸台及其邻近表面，去除油污及其他杂质；
步骤2，粉末混合制备
按1:1将Ti-Ni-Cu-Zr钎料粉末和铸造碳化钨粉末放入混合器中，搅拌混合粉末16h，完成搅拌后将混合粉末装入密封的玻璃容器内；
步骤3，预置膏状混合物
步骤3.1，将Ti-Ni-Cu-Zr钎料粉末和铸造碳化钨粉末的混物粉末用粘结剂调制成膏状；其中粘结剂所占的百分比为6％；
步骤3.2，按低压二级转子叶片盆向减震凸台、背向减震凸台待焊面的形状将膏状混合物预置其上，膏状混合物预置厚度为3mm，膏状混合物预置后，在空气中放置干燥10min，然后在距已预置膏状混合物盆向减震凸台、背向减震凸台边沿0.3mm的下方沿轮廓刷涂宽度为5mm的三氧化二铬止焊剂，防止钎焊时熔化的钎料流淌至非焊接面上；
步骤4，钎焊耐磨合金
采用气体保护感应钎焊机，利用专用感应器，对盆向减震凸台、背向减震凸台钎焊耐磨合金；
具体操作为：设定气体保护感应钎焊机的钎焊工艺参数为：直流电压8.52KV，焊接频率为70KHz，温控表设定温度为945℃；钎焊前将预制好钎料的低压二级转子叶片放入气体保护感应钎焊机的工作舱内并抽真空，抽至压力为80pa时，向工作舱内充入氩气并达到压力为0.101Mpa，钎焊在流动氩气中进行，氩气流量为5L/min；钎焊时双手插入工作舱密封胶皮手套内，手拿叶片并将盆向减震凸台和背向减震凸台依次放入感应圈工作端导管的中间，通电后进行钎焊，直到钎料完全融化并与叶片盆向、背向减震凸台和铸造碳化钨良好结合为止；焊后低压一级转子叶片在工作舱的充氩气氛中保持2min后取出；
步骤5，焊后加工
步骤5.1，在磨加工机床上，采用金刚石磨轮并借助夹具磨削低压二级转子叶片盆向减震凸台、背向减震凸台上钎焊的耐磨合金至设计图要求的厚度尺寸；
步骤5.2，磨加工后，对叶片进行真空热处理，消除低压二级转子叶片盆向减震凸台、背向减震凸台的钎焊加工应力。
步骤4所述的专用感应器由安装座、感应圈、冷却水接咀组成，所述感应圈的非工作端与安装座焊接为一体，且感应圈端头焊接冷却水接咀，所述专用感应器材料为紫铜。
所述感应线圈由φ4×0.5mm的工作端导管和φ6×1.0mm非工作端导管插接焊接制作，工作时内腔通冷却水；感应圈工作端形状与低压一级转子叶片减震凸台形状相匹配，且感应圈工作端与叶片减震凸台之间留有间隙，间隙值为2.0mm，同时感应圈工作端表面刷涂有耐高温绝缘漆，用于防止叶身邻近凸台部位被烧伤。
实施例1低压二级转子叶片的盆向减震凸台、背向减震凸台钎焊耐磨合金并磨加工后，通过外观目视检查、荧光检查、X射线检测、烧伤腐蚀检查及热影响区宽度检查，结果表明：外观目视检查：耐磨层与盆向减震凸台、背向减震凸台结合良好，且转接圆角符合设计图要求；耐磨层表面及侧面无超出技术条件要求的气孔存在；荧光检查：耐磨层及盆向减震凸台、背向减震凸台表面无裂纹缺陷，耐磨层表面及侧面无超出技术条件要求的气孔存在；X射线检测：耐磨层在X射线底片上的影像连续，符合标准要求；烧伤腐蚀检查：叶片邻近盆向减震凸台、背向减震凸台的部位未发现烧伤现象；热影响区检查：热影响区宽度满足不大于6.0mm的要求。

Claims (3)

1.一种低压转子叶片减震凸台钎焊耐磨合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，焊前清理
采用安装有硬质合金磨轮的微型打磨器清理低压转子叶片的盆向减震凸台、背向减震凸台周边的毛刺，打磨时不得损伤基体；打磨后用丙酮清洗低压转子叶片的盆向减震凸台、背向减震凸台及其邻近表面，去除油污及其他杂质；
步骤2，粉末混合制备
按1:1将Ti-Ni-Cu-Zr钎料粉末和铸造碳化钨粉末放入混合器中，搅拌混合粉末16h以上，完成搅拌后将混合粉末装入密封的玻璃容器内；
步骤3，预置膏状混合物
步骤3.1，将Ti-Ni-Cu-Zr钎料粉末和铸造碳化钨粉末的混物粉末用粘结剂调制成膏状；其中粘结剂所占的百分比为4％-6％；
步骤3.2，按低压转子叶片盆向减震凸台、背向减震凸台待焊面的形状将膏状混合物预置其上，膏状混合物预置厚度为3-5mm，膏状混合物预置后，在空气中放置干燥10-15min，然后在距已预置膏状混合物叶片盆向减震凸台、背向减震凸台边沿0.2-0.3mm的下方沿轮廓刷涂宽度为5-6mm的三氧化二铬止焊剂，防止钎焊时熔化的钎料流淌至非焊接面上；
步骤4，钎焊耐磨合金
采用气体保护感应钎焊机，利用专用感应器，对盆向减震凸台、背向减震凸台钎焊耐磨合金；
具体操作为：设定气体保护感应钎焊机钎焊工艺参数为：直流电压8.52-8.72KV，焊接频率为60-75KHz，温控表设定温度为940-950℃；钎焊前将预制好钎料的低压转子叶片放入气体保护感应钎焊机的工作舱内并抽真空，抽至压力不大于80pa时，向工作舱内充入氩气并达到压力为0.101-0.11Mpa，钎焊在流动氩气中进行，氩气流量为4-8L/min；钎焊时双手插入工作舱密封胶皮手套内，手拿叶片并将减震凸台放入专用感应器的感应圈工作端导管的中间，通电后进行钎焊，直到钎料完全融化并与叶片盆向、背向减震凸台和铸造碳化钨良好结合为止；焊后低压转子叶片在工作舱的充氩气氛中保持2-3min后取出；
步骤5，焊后加工
步骤5.1，在磨加工机床上，采用金刚石磨轮并借助夹具磨削叶片盆向减震凸台、背向减震凸台上钎焊的耐磨合金至设计图要求的厚度尺寸；
步骤5.2，磨加工后，对叶片进行真空热处理，消除叶片盆向减震凸台、背向减震凸台的钎焊加工应力；或采用喷丸方法去除叶片盆向减震凸台、背向减震凸台的钎焊应力。
2.根据权利要求1所述的一种低压转子叶片减震凸台钎焊耐磨合金的方法，其特征在于：步骤4所述的专用感应器由安装座、感应圈、冷却水接咀组成，所述感应圈的非工作端与安装座焊接为一体，且感应圈端头焊接冷却水接咀，所述专用感应器材料为紫铜。
3.根据权利要求2所述的一种低压转子叶片减震凸台钎焊耐磨合金的方法，其特征在于：所述感应线圈由工作端导管和非工作端导管插接焊接制作，工作时内腔通冷却水；感应圈工作端形状与低压转子叶片减震凸台形状相匹配，且感应圈工作端与叶片减震凸台之间留有间隙，间隙值为1.5-2.0mm，同时感应圈工作端表面刷涂有耐高温绝缘漆，用于防止叶身邻近凸台部位被烧伤。
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