CN111579107B - 一种叶片高温真空热处理负载温度场及冷速场测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种叶片高温真空热处理负载温度场及冷速场测量方法，其步骤如下：步骤一、针对不同型号的动导叶片建立等效圆数据库，再利用等效圆设计的方法对叶片不同局部进行等效圆的设计，确定相应的等效圆尺寸；步骤二、在动导叶片的不同局部的等效圆试样工件(4)上，将铠装软偶(2)插入测量用盲孔中，并用陶瓷棉(3)充填盲孔内的间隙，并用陶瓷浆料(1)封闭盲孔的开口端。本发明技术方案能够帮助了解叶片在高温真空热处理时温度场及冷速场的分布情况，继而为后续航空发动机叶片高温真空热处理时装炉方式和执行工艺的确定做一定的指导。

Description

一种叶片高温真空热处理负载温度场及冷速场测量方法
技术领域
本发明是一种叶片高温真空热处理负载温度场及冷速场测量方法，属于叶片真空热处理测温领域。
背景技术
热电偶测量温度的基本原理是热电效应，将两种不同成分的金属导体首尾相连接成闭合回路，如两接点的温度不等，则在回路中就会产生热电动势，形成热电流，这就是热点效应。热电偶就是将两种不同的金属材料一端焊接而成，焊接的一端叫做测量端，未焊接的一端叫做参考端，参考端在使用时通常恒定在一定的温度下，对测温端加热时，在接点处有热电势产生。如参考端温度恒定，其热电势的大小和方向只与两种金属材料的特性和测量端的温度有关，而与热电偶的精细和长短无关。当测量端的温度改变后，势电势也随之改变，并且温度和热电势之间有一固定的函数关系，利用这个关系就可以测量温度。
航空发动机叶片长期工作在高温、环境恶劣、复杂应力的条件下，特别是高压涡轮工作叶片在服役过程中承受高温、复杂应力及燃气腐蚀等苛刻条件，这就对叶片的组织、性能均提出了很高的要求，而叶片在高温真空精密热处理保温、气淬时炉膛内各区域的温度均匀性又是影响叶片质量关键的一环，直接关系着叶片热处理后的组织、性能以及淬火后变形量的大小，故叶片高温真空热处理时温度场及冷速场的建立就显得尤为重要。目前对于叶片高温真空热处理时温度场及冷速场分布的研究还尚未有成熟的方案。主要是因为叶片高温真空热处理时温度很高，容易造成价格昂贵的S型软偶的损坏。而叶片的结构又很复杂，且其高温单晶的材质又不易于机械加工，故采用铠装软偶测温时安装固定及保护很不方便。这就给叶片高温真空热处理时的负载测温带来了很大的困难，同时也就在一定程度上制约了对于叶片高温真空热处理时温度场及冷速场分布的研究。
在现有的测温方法中可大致分为固定式测温点测量法和拖偶法两种，对于叶片高温真空热处理的负载测温则只能使用更精确的拖偶法。拖偶法即通过将热电偶一端固定在工件的芯部随工件一同进入热处理炉，另一端则和热处理炉外部的测温仪器所连接，使得外部测温仪器可以实时记录在热处理过程中不同位置工件芯部温度的变化。但目前固定热电偶的方法还存在一定的局限性，因为热电偶和工件一同进入热处理炉且需要在高温下测温，因此需要热电偶和工件的连接要牢固，另外考虑到热电偶的重复使用，故热电偶和工件的连接还要易于拆除且对热电偶无损坏。
由于叶片本身设计结构的复杂性，在高温条件下直接采用负载热电偶测试叶片的温度是及其困难的，具体技术难点包括：难点一：在叶片上直接捆绑装夹热电偶难以固定；难点二：在1280℃以上对叶片进行温度采集时；采集热电偶偶丝不能直接和叶片接触否则会造成熔融导致叶片和热电偶的损坏；难点三：在进行高温真空环境下，热电偶偶丝不能直接暴露在加热环境中，否则会被叶片中的挥发的金属元素污染，导致温度数据采集失准；难点四：叶片结构复杂，温度数据采集位置选取较为困难。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种叶片高温真空热处理负载温度场及冷速场测量方法，其目的是提供一种方便可行的叶片高温负载测温的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种叶片高温真空热处理负载温度场及冷速场测量方法，其特征在于：该测量方法的步骤如下：
步骤一、针对不同型号的动导叶片建立等效圆数据库，再利用等效圆设计的方法对叶片不同局部进行等效圆的设计，确定相应的等效圆尺寸；
步骤二、在动导叶片的不同局部的等效圆试样工件4上，将铠装软偶2插入测量用盲孔中，并用陶瓷棉3充填盲孔内的间隙，并用陶瓷浆料1封闭盲孔的开口端作为对铠装软偶2的固定保护方式，之后对试样工件4进行高温负载测温。
在一种实施中，所述不同型号的动导叶片建立等效圆数据库中的最厚处等效圆和最薄处等效圆分别代表叶片最慢局部冷速和最快局部冷速。
在一种实施中，所述等效圆的设计是指利用最大截面法分别对动导叶片最厚、最薄以及典型部分进行等效圆的设计。在正常的热处理温度数据采集往往以制件的有效厚度为依据加工一个模拟试块进行温度采集，而对于结构复杂的精铸后的叶片来说采用有效厚度试块的方法测试数据往往不够全面；因此需要根据不同型号叶片尺寸，测量叶片制件最厚处(一般为榫头部位)和叶片最薄处(一般为叶身部位)的厚度，以此最厚和最薄厚度作为直径加工出等效圆测温试样。
在一种实施中，所述铠装软偶2为N型铠装软偶或S型铠装软偶。
在一种实施中，利用等效圆设计的方法对叶片不同局部进行等效圆设计时，利用1100℃的低温热处理并通过铠装软偶对叶片和对应的等效圆试棒进行等效验证、调整，并最终确定相应的等效圆尺寸。
在一种实施中，利用等效圆设计的方法对叶片不同局部进行等效圆设计时，在动导叶片的不同局部的等效圆试样工件4上，将铠装软偶2插入测量用盲孔中，并用陶瓷棉3充填盲孔内的间隙，并用陶瓷浆料1封闭盲孔的开口端，之后对试样工件4进行高温负载测温，最终确定可靠的固定保护方式。
在一种实施中，所述步骤二中，首先用铠装软偶2偶丝一半粗细的铁丝在塞满陶瓷棉3的测温用盲孔的中心竖直向下转出一个孔，再用铠装软偶2偶丝相当粗的铁丝在前面转出的孔的基础上继续转孔，然后将铠装软偶2测温端偶丝插入前面转出的孔内，并使铠装软偶2的前端盲孔的底部1.5mm。
在一种实施中，步骤二中所述对试样工件4进行高温负载测温是指采用S型铠装软偶对试样工件4进行1350℃的负载测温。
本发明技术方案首先是对叶片不同局部等效圆的设计，针对不同型号动导叶片建立等效圆数据库，包括最厚处等效圆和最薄处等效圆分别代表一个叶片最慢局部冷速和最快局部冷速。通过利用等效圆设计的方法对叶片不同局部进行等效圆的设计，再通过实验来验证调整，直至找到合适的等效圆尺寸，最终采用合适尺寸的等效圆试棒来代替叶片进行高温负载测温。
在对叶片不同局部等效圆试棒进行高温负载测温时，主要涉及测温所用S型铠装软偶的安装固定及保护。因为在1350℃的高温条件下叶片的测温孔孔壁只要和S型铠装软偶的偶丝接触就会发生粘连，就会造成铠装软偶的损坏。另外偶丝插入测温孔的深度、与测温孔孔壁之间的间隙大小都对测出的温度有较大的影响，故在此我们采用陶瓷棉和陶瓷浆料配合使用的方法对热电偶进行固定保护。其中陶瓷棉主要是保证S型铠装软偶偶丝和测温孔孔壁的隔离以保证热电偶的安全，另外陶瓷棉还起到填充的效果使铠装软偶偶丝测到的温度和工件真实的温度相一致，而陶瓷浆料主要负责最终铠装软偶偶丝和工件测温孔之间的固定。
最终可以采用此种方法测量叶片不同局部等效圆试棒在高温真空热处理(1350℃)时其芯部真实的温度变化情况，从而得到叶片高温真空热处理时温度场及冷速场真实的分布情况。
附图说明
图1为测温时S型铠装软偶固定方法示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
参见附图1所示，本发明所述叶片高温真空热处理负载温度场及冷速场测量方法的步骤如下：
1、对叶片等效圆试样工件4测温孔填充足量的陶瓷棉3，保证S型铠装软偶2的偶丝插入后可以很好的固定且所测温度接近工件的实际温度；
2、用S型铠装软偶2的偶丝一半粗细的铁丝在塞满陶瓷棉3测温孔的中心竖直向下转出一个孔，同时注意孔的深度以保证热电偶偶头距测温孔底部1.5mm左右；
3、用和S型铠装软偶2偶丝相当粗的铁丝在前面转出的孔的基础上继续转孔，同样注意孔的深度以保证热电偶偶头距测温孔底部1.5mm左右；
4、将S型铠装软偶2测温端偶丝插入前面转出的孔内，仔细检查偶丝插入的状态以保证热电偶的固定牢固可靠以及偶头距测温孔底部1.5mm左右；
5、将摇匀的陶瓷浆料1缓慢的滴在插入S型铠装软偶2偶丝的测温孔上将叶片等效圆试样工件4的测温孔完全覆盖，待其挥发凝固后进一步确定热电偶偶丝固定的结实可靠；
6、将安装固定好S型铠装软偶2偶丝的叶片等效圆试样工件4放入真空正压气淬炉中进行高温测温。
最后可以对所测得的高温真空热处理时叶片等效圆试样工件4芯部真实的温度进行整理分析，从而得到在叶片高温真空热处理时温度场及冷速场真实的分布情况。

Claims (1)

1.一种叶片高温真空热处理负载温度场及冷速场测量方法，其特征在于：该测量方法的步骤如下：
步骤一、针对不同型号的动导叶片建立等效圆数据库，再利用等效圆设计的方法对叶片不同局部进行等效圆的设计，确定相应的等效圆尺寸；
所述不同型号的动导叶片建立等效圆数据库中的最厚处等效圆和最薄处等效圆分别代表叶片最慢局部冷速和最快局部冷速；
所述等效圆的设计是指利用最大截面法分别对动导叶片最厚、最薄以及典型部分进行等效圆的设计；
利用等效圆设计的方法对叶片不同局部进行等效圆设计时，利用1100℃的低温热处理并通过铠装软偶对叶片和对应的等效圆试棒进行等效验证、调整，并最终确定相应的等效圆尺寸，具体作法是在动导叶片的不同局部的等效圆试样工件(4)上，将铠装软偶(2)插入测量用盲孔中，并用陶瓷棉(3)充填盲孔内的间隙，并用陶瓷浆料(1)封闭盲孔的开口端，之后对试样工件(4)进行高温负载测温，最终确定可靠的固定保护方式；
所述铠装软偶(2)为S型铠装软偶；
步骤二、在动导叶片的不同局部的等效圆试样工件(4)上，将铠装软偶(2)插入测量用盲孔中，并用陶瓷棉(3)充填盲孔内的间隙，并用陶瓷浆料(1)封闭盲孔的开口端，上述作法中：首先用铠装软偶(2)偶丝一半粗细的铁丝在塞满陶瓷棉(3)的测温用盲孔的中心竖直向下转出一个孔，再用铠装软偶(2)偶丝相当粗的铁丝在前面转出的孔的基础上继续转孔，然后将铠装软偶(2)测温端偶丝插入前面转出的孔内，并使铠装软偶(2)的前端距盲孔的底部1.5mm；
对试样工件(4)进行高温负载测温是指采用S型铠装软偶对试样工件(4)进行1350℃的负载测温。
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