CN111687587A - 一种发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法，属于航空发动机修复技术领域，包括：通过清理洁化凹坑损伤区域，利用圆滑顶头的高速旋转和顶锻压力使凹坑损伤区域发生塑性流变，获得圆滑内凹表面，使修复后的表层晶粒组织细化并在表层留存预压应力，然后将顶锻钝圆修复后的凹坑用高结合材料填充以形成平整表面、去除凹坑对表面流线型的干扰。经修复后的凹坑表层组织细化，留有预压应力，有效的提升了抗疲劳性能性，且简单易行，低热输入修复，对叶片凹坑基材几乎无影响。

Description

一种发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法

技术领域

本发明属于航空发动机修复技术领域，涉及一种修复发动机叶盘叶片小范围损伤的方法，尤其是一种发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法。

背景技术

目前，在飞机装备的维修保护，特别是在航空发动机叶片的修复方面没有取得突破性的进展。航空发动机叶片在实际服役过程中容易因杂物冲蚀而形成蚀坑，使叶片端部的厚度减薄，甚至于引起较大的缺口，造成级效率降低，此外由于冲蚀产生的蚀坑造成叶片重量的减少，引起叶片振动特性的改变，加之造成的应力集中会导致叶片在运行中产生裂纹和断裂，因此修复叶片冲蚀形成的蚀坑并提高服役寿命，先需要消除蚀坑的应力集中在进行补修是解决叶片冲蚀问题的关键。

现有的修复技术基本都是通过直接补修冲蚀坑，蚀坑区域组织的应力集中容易引起修复叶片的抗疲劳性能差，在服役过程中容易导致二次损伤，影响了发动机整体的服役寿命。通过顶锻钝圆处理获得细化的损伤表层组织、并通过填充填料，有效缓解或消除蚀坑应力集中、提高修复叶片服役寿命的有效途径。

发明内容

针对当前发动机叶片蚀坑修复缓解或消除应力集中、提升修复叶片抗疲劳性能的关键技术难题，本发明的目的在于提供一种发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法，该方法在修复过程中对叶片基体几乎无影响，修复成本低，修复后使用寿命长。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法，包括：通过清理洁化凹坑损伤区域，利用圆滑顶头的高速旋转和顶锻压力使凹坑损伤区域发生塑性流变，获得圆滑内凹表面，使修复后的表层晶粒组织细化并在表层留存预压应力，然后将顶锻钝圆修复后的凹坑用高结合材料填充以形成平整表面、去除凹坑对表面流线型的干扰。

优选地，在对于不同的类型的凹坑损伤区域，在不扩大损伤的前提下，选择与损伤区域相适应的顶头，在顶锻钝圆修复过程中根据叶片损伤基材选择施加圆滑顶头压强。

优选地，利用圆滑顶头的高速旋转和顶锻压力，通过热力耦合作用使凹坑损伤尖锐区材料产生塑性流变。

优选地，所述的发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法，包括以下步骤：

1)清理凹坑损伤区域的可脱落残屑和污染物，去除凹坑损伤区域；

2)根据叶片凹坑损伤所在位置，找到对应圆滑顶头位置的叶片背面支撑位置，支撑点或支撑区域的最大包络线或包络面将圆滑顶头位置在面内方向上包围在内；

3)利用圆滑顶头连续处理凹坑损伤尖锐区，将凹坑损伤区处理为圆滑内凹表面；

4)去除凹坑周围的飞边、杂质与污染物；

5)对修复后叶片进行后处理，并去除余量，得到型面精度满足需要的叶片。

进一步优选地，步骤1)中，选择非损伤性清洗剂清理损伤区域或者用超声波清洗处理10～30min。

进一步优选地，所述圆滑顶头是轴对称结构回转体，其对称轴与顶头压力作用线重合。

进一步优选地，所述圆滑顶头横截面最大直径为凹坑损伤区外接圆半径的1.2～3倍。

进一步优选地，所述圆滑顶头和凹坑损伤尖锐区之间为点接触或面接触，且圆滑顶头施加的压强大于修复温度下材料的抗压强度。

进一步优选地，步骤3)中，圆滑顶头连续处理凹坑损伤尖锐区时的工作转速为100～1500r/min。

进一步优选地，步骤5)中，后处理是指向凹坑内填充高结合材料并进行喷丸、激光冲击强化、磨抛、涂层和渗层处理；所述高结合材料为粘结剂或掺有硬化相或强化相的粘结剂与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明对发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤所用钝圆修复方法与传统的叶片损伤修复技术完全不同，利用圆滑顶头的高速旋转和顶锻压力使凹坑损伤区域发生塑性流变，获得圆滑内凹表面，使修复后的表层晶粒组织细化并在表层留存预压应力，能够有效缓解或消除凹坑损伤区的应力集中，经修复后的凹坑表层组织细化，留有预压应力，有效的提升了抗疲劳性能性，且简单易行，低热输入修复，对叶片凹坑基材几乎无影响。

进一步地，圆滑顶头在顶锻时高速旋转，采用轴对称结构回转体是一个简单通用的选择，对称轴与压力作用线重合可以实现高速旋转下的对心顶锻，避免偏心作用下的凹坑受力不均。

进一步地，圆滑顶头的截面大于凹坑损伤时，才能对尖锐凹坑整体实现圆滑效果，减少圆滑后边界凸棱对整体形貌的影响；但是，过大的顶头截面又会影响叶片表面的型面精度，产生过度变形。因此，本发明将圆滑顶头横截面最大直径设计为凹坑损伤区外接圆半径的1.2～3倍。

附图说明

图1、图2和图3为本发明的三种圆滑顶头的结构示意图；

其中，1为顶杆；2为顶头。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细描述：

参见附图，为本发明的三种圆滑顶头的结构示意图，圆滑顶头在顶锻时高速旋转，采用轴对称结构回转体是因为对称轴与压力作用线重合可以实现高速旋转下的对心顶锻，避免偏心作用下的凹坑受力不均。

采用球冠/球缺/球面设计，针对不同损伤形貌、工作状况、操作需求，可设计不同角度、大小、球心位置的顶头球冠/球球缺/面，如图1和图2为球冠和球缺圆滑顶头。图3采用弧面设计，包括两段或多段弧线过渡连接获得的回转体外表弧面。

实施例1

一种发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法，包括以下步骤：

1)、采用砂纸或钢丝球去除叶片凹坑损伤区域的可脱落残屑，用丙酮清洗凹坑损伤区域的污渍。

2)、根据叶片的凹坑损伤所在位置，确定顶头位置的叶片背面支撑位置，本次实施案中支撑点或支撑区域的最大包络线将顶头位置的面内方向完全包围。

3)、顶头连续处理凹坑损伤尖锐区，利用圆滑顶头的高速旋转和顶锻压力将凹坑损伤尖锐区处理为圆滑的内凹面。

4)、采用先铣后磨的方法去除经步骤三处理后的凹坑周围飞边。

5)、在经过钝圆处理后的凹坑区域填充TiAlN填料，后用喷丸进行处理，其中喷丸用玻璃丸冲击TiAlN填充层，玻璃丸粒径为0.5～2mm，喷丸结束后磨抛处理修复区域，使叶片的修复区域满足需要的形状和尺寸。

实施例2

一种发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法，包括以下步骤：

1)、采用砂纸或钢丝球去除叶片凹坑损伤区域的可脱落残屑，用丙酮清洗凹坑损伤区域的污渍。

2)、根据叶片的凹坑损伤所在位置，确定顶头位置的叶片背面支撑位置，本次实施案中支撑点或支撑区域的最大包络线将顶头位置的面内方向完全包围。

3)、顶头连续处理凹坑损伤尖锐区，利用圆滑顶头的高速旋转和顶锻压力将凹坑损伤尖锐区处理为圆滑的内凹面。

4)、采用铣、车、磨抛的方法去除经步骤三处理后的凹坑周围飞边。

5)、在经过钝圆处理后的凹坑区域填充TiCN填料，后用喷丸进行处理，其中喷丸用玻璃丸冲击TiCN填充层，玻璃丸粒径为0.3～1.5mm，喷丸结束后对叶片表面进行铝盐渗层处理，并磨抛处理修复区域，使叶片的修复区域满足需要的形状和尺寸。

实施例3：

一种发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法，包括以下步骤：

1)、采用砂纸或钢丝球去除叶片凹坑损伤区域的可脱落残屑，用丙酮清洗凹坑损伤区域的污渍。

2)、根据叶片的凹坑损伤所在位置，确定顶头位置的叶片背面支撑位置，本次实施案中支撑点或支撑区域的最大包络线将顶头位置的面内方向完全包围。

3)、顶头连续处理凹坑损伤尖锐区，利用圆滑顶头的高速旋转和顶锻压力将凹坑损伤尖锐区处理为圆滑的内凹面。

4)、采用车、磨抛的方法去除经步骤三处理后的凹坑周围飞边。

5)、在经过钝圆处理后的凹坑区域填充TiN填料，后用喷丸进行处理，其中喷丸用玻璃丸冲击TiN填充层，玻璃丸粒径为0.3～2mm，喷丸结束后在表面制备ZrN/TiN抗冲蚀涂层，并磨抛处理修复区域，使叶片的修复区域满足需要的形状和尺寸。

实施例4：

一种发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法，包括以下步骤：

1)、采用砂纸或钢丝球去除叶片凹坑损伤区域的可脱落残屑，用丙酮清洗凹坑损伤区域的污渍。

2)、根据叶片的凹坑损伤所在位置，确定顶头位置的叶片背面支撑位置，本次实施案中支撑点或支撑区域的最大包络线将顶头位置的面内方向完全包围。

3)、顶头连续处理凹坑损伤尖锐区，利用圆滑顶头的高速旋转和顶锻压力将凹坑损伤尖锐区处理为圆滑的内凹面。

4)、采用车、铣、磨抛的方法去除经步骤三处理后的凹坑周围飞边。

5)、在经过钝圆处理后的凹坑区域填充TiSiN填料，后用喷丸进行处理，其中喷丸用玻璃丸冲击TiSiN填充层，玻璃丸粒径为0.5～2mm，喷丸结束后进行激光冲击强化，并磨抛处理修复区域，使叶片的修复区域满足需要的形状和尺寸。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法，其特征在于，包括：通过清理洁化凹坑损伤区域，利用圆滑顶头的高速旋转和顶锻压力使凹坑损伤区域发生塑性流变，获得圆滑内凹表面，使修复后的表层晶粒组织细化并在表层留存预压应力，然后将顶锻钝圆修复后的凹坑用高结合材料填充以形成平整表面、去除凹坑对表面流线型的干扰。

2.根据权利要求1所述的发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法，其特征在于，在对于不同的类型的凹坑损伤区域，在不扩大损伤的前提下，选择与损伤区域相适应的顶头，在顶锻钝圆修复过程中根据叶片损伤基材选择施加圆滑顶头压强。

3.根据权利要求1所述的发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法，其特征在于，利用圆滑顶头的高速旋转和顶锻压力，通过热力耦合作用使凹坑损伤尖锐区材料产生塑性流变。

4.根据权利要求1所述的发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)清理凹坑损伤区域的可脱落残屑和污染物，去除凹坑损伤区域；

2)根据叶片凹坑损伤所在位置，找到对应圆滑顶头位置的叶片背面支撑位置，支撑点或支撑区域的最大包络线或包络面将圆滑顶头位置在面内方向上包围在内；

3)利用圆滑顶头连续处理凹坑损伤尖锐区，将凹坑损伤区处理为圆滑内凹表面；

4)去除凹坑周围的飞边、杂质与污染物；

5)对修复后叶片进行后处理，并去除余量，得到型面精度满足需要的叶片。

5.根据权利要求4所述的发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法，其特征在于，步骤1)中，选择非损伤性清洗剂清理损伤区域或者用超声波清洗处理10～30min。

6.根据权利要求4所述的发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法，其特征在于，所述圆滑顶头是轴对称结构回转体，其对称轴与顶头压力作用线重合。

7.根据权利要求4所述的发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法，其特征在于，所述圆滑顶头横截面最大直径为凹坑损伤区外接圆半径的1.2～3倍。

8.根据权利要求4所述的发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法，其特征在于，所述圆滑顶头和凹坑损伤尖锐区之间为点接触或面接触，且圆滑顶头施加的压强大于修复温度下材料的抗压强度。

9.根据权利要求4所述的发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法，其特征在于，步骤3)中，圆滑顶头连续处理凹坑损伤尖锐区时的工作转速为100～1500r/min。

10.根据权利要求4所述的发动机叶盘叶片凹坑尖锐损伤钝圆修复方法，其特征在于，步骤5)中，后处理是指向凹坑内填充高结合材料并进行喷丸、激光冲击强化、磨抛、涂层和渗层处理；所述高结合材料为粘结剂或掺有硬化相或强化相的粘结剂。

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