CN111940993B - 一种斜支板承力框架安装边裂纹的修复方法 - Google Patents

Abstract

一种斜支板承力框架安装边裂纹的修复方法，属于航空发动机技术领域。所述斜支板承力框架安装边裂纹的修复方法包括如下步骤：对斜支板承力框架安装边裂纹进行荧光检查；沿裂纹长度方向进行打磨，去除裂纹，将待焊区域表面打磨成60°的坡口，并清理待焊区域；采用焊接变形控制夹具压紧待焊区域左右两侧；焊接修理；对焊接部位进行荧光检查和X光检查；对补焊后的斜支板承力框架整体进行真空热处理；手工打磨；分别测量端面一和端面二的壁厚；跳动检查和车加工；尺寸测量。所述斜支板承力框架安装边裂纹的修复方法能够降低发动机维修成本，延长零件的使用寿命，并且修复后零件的冶金性能及尺寸精度满足发动机使用要求。

Description

一种斜支板承力框架安装边裂纹的修复方法

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，特别涉及一种斜支板承力框架安装边裂纹的修复方法。

背景技术

航空发动机斜支板承力框架为大型薄壁铸造高温合金机匣，直径约Ф900mm。如图1和图2所示的斜支板承力框架安装边结构，材料为K4169，是航空发动机中主承力结构，工作中承受较大的温度变化及复杂应力。如图3所示，在一轮工作周期后发现前安装边出现数条裂纹，裂纹长度为10-13mm，为贯穿性裂纹，裂纹位置安装边厚度为2mm，严重影响发动机的安全性能，无法再次使用。现有的斜支板承力框架安装边出现裂纹后，就直接进行更换，增加制造成本和生产周期，造成资源浪费。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种斜支板承力框架安装边裂纹的修复方法，其能够降低发动机维修成本，延长斜支板承力框架安装边的使用寿命，并且修复后斜支板承力框架安装边的冶金性能及尺寸精度满足发动机使用要求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种斜支板承力框架安装边裂纹的修复方法，所述斜支板承力框架安装边包括端面一、端面二和U形槽，所述斜支板承力框架安装边裂纹的修复方法包括如下步骤：

S1、荧光检查

对斜支板承力框架安装边裂纹进行荧光检查，对裂纹位置和裂纹长度进行标记；

S2、裂纹去除

采用砂轮片沿裂纹长度方向进行打磨，去除裂纹；去除裂纹后，将待焊区域表面打磨成60°的坡口，并清理待焊区域；

S3、压紧待焊区域两侧

采用焊接变形控制夹具压紧待焊区域左右两侧；

S4、焊接修理

采用低热量精密脉冲焊接待焊区域，进行裂纹修复；

S5、无损检查

对焊接部位进行荧光检查和X光检查；

S6、真空热处理

对补焊后的斜支板承力框架整体进行真空热处理，采用的热处理工艺为：随炉升温至720℃±10℃，保温8h；以（40～60）℃/h速率炉冷至620℃±10℃，保温8h；充氩气（0.2～0.4）MPa冷至80℃以下出炉；

S7、手工打磨

采用风钻和磨头打磨焊接部位，将焊接部位高出安装边表面的位置打磨至与安装边表面齐平；

S8、壁厚测量

分别测量端面一和端面二的壁厚，并进行记录；

S9、跳动检查和车加工

在车床上进行安装边端面一和端面二跳动量的测量，在跳动量满足壁厚公差余量要求时进行车加工安装边的端面一和端面二；

S10、尺寸测量

通过三坐标测量机测量车加工后的端面一到底面的高度、端面一的跳动量、端面二的直径尺寸和端面二的跳动量。

进一步的，所述焊接变形控制夹具包括扇形板一、扇形板二、扇形定位块和若干个弓形夹；所述扇形板一设置于端面一的上方；所述扇形板二设置于端面一的下方；所述扇形定位块设置于安装边的内侧，并与端面二及U形槽的内表面接触；所述弓形夹设置于扇形板一和扇形定位块的外部，并且所述弓形夹设置有A型六角头压紧螺钉和C型六角头压紧螺钉，所述A型六角头压紧螺钉用于压紧扇形板一，所述C型六角头压紧螺钉用于胀紧端面二。

进一步的，所述步骤S4中，低热量精密脉冲焊接的焊接参数为：焊丝牌号及直径（mm）：HGH4169，Ф1.2；焊枪喷嘴直径：Ф10mm；电流种类：直流、正极性；钨极牌号及直径：WCe20，Ф2.0 mm；焊接电流：140A；时间间隔160ms；焊枪氩气流量6 L/min；背面保护气体流量10L/min。

进一步的，所述步骤S4中，低热量精密脉冲焊接采用精密脉冲氩弧焊机。

进一步的，所述步骤S4中，在待焊区域背面的U形槽内设置通气块，所述通气块设置有通气孔，所述通气孔连接氩气管对待焊区域进行背面保护。

本发明的有益效果：

1）为了保证修复后斜支板承力框架安装边的装配精度要求，本发明通过补焊性能评定、裂纹去除、精密脉冲焊接修复、焊接质量检查、热处理恢复性能处理、测量尺寸、机械加工等工艺过程，并在精密脉冲焊接修复过程中应用了焊接变形控制夹具及具有背面保护和冷却功能的通气块，成功修复了安装边裂纹，修复后斜支板承力框架安装边的冶金性能及尺寸精度满足发动机使用要求；

2）本发明的修复方法修复后的斜支板承力框架安装边室温强度及高温持久性能均满足标准要求，冶金质量稳定可靠，尺寸精度满足装配使用要求，延长了斜支板承力框架安装边的使用寿命，降低了发动机修理的换件成本及新件的制造周期；

3）本发明适用于相似结构及材料的薄壁零件修复上。

本发明的其他特征和优点将在下面的具体实施方式中部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的斜支板承力框架的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的斜支板承力框架安装边的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的斜支板承力框架安装边的裂纹位置示意图；

图4是本发明实施例提供的两套焊接变形控制夹具压紧待焊区域两侧的示意图一；

图5是本发明实施例提供的两套焊接变形控制夹具压紧待焊区域两侧的示意图二；

图6是图5的C-C剖面示意图；

图7是图5的D-D剖面示意图；

图8是本发明实施例提供的A型六角头压紧螺钉的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的C型六角头压紧螺钉的结构示意图。

说明书附图中的附图标记包括：

1-端面一，2-端面二，3-U形槽，4-底面，5-扇形板一，6-扇形板二，7-扇形定位块，8-弓形夹，9-通气块，10-A型六角头压紧螺钉，11-C型六角头压紧螺钉，12-六角头螺栓，13-六角薄螺母，14-平垫圈，15-螺塞，16-裂纹，17-楔形槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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的一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“一”、“二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

为了解决现有技术存在的问题，如图1至图9所示，本发明提供了一种斜支板承力框架安装边裂纹16的修复方法，斜支板承力框架安装边包括端面一1、端面二2和U形槽3，斜支板承力框架安装边裂纹16的修复方法包括如下步骤：

S1、荧光检查

对斜支板承力框架安装边裂纹16进行荧光检查，对裂纹16位置和裂纹16长度进行标记。

S2、裂纹16去除

采用砂轮片沿裂纹16长度方向进行打磨，去除裂纹16；去除裂纹16后，将待焊区域表面打磨成60°的坡口，并清理待焊区域。

本实施例中，采用0.6mm厚的片状砂轮片沿裂纹16走向打磨，在保证裂纹16完全去除的情况下，打磨宽度和深度尽可能小，直至裂纹16去除干净, 并将待焊接裂纹16表面打磨成60°的坡口，打磨后采用5～10倍放大镜对打磨处检查裂纹16是否去除干净；用奥氏体不锈钢丝刷清理焊接接头处两侧表面不小于6mm范围的氧化层，用洁净的棉布蘸丙酮擦拭待焊区域，去除表面氧化物、油污及其它外来物。

S3、压紧待焊区域两侧

采用焊接变形控制夹具压紧待焊区域左右两侧，具体的，将两套焊接变形控制夹具分别安装在斜支板承力框架安装边待焊区域的左右两侧，两套焊接变形控制夹具之间留出25-35mm的距离。

S4、焊接修理

采用低热量精密脉冲焊接待焊区域，进行裂纹16修复。

作为优选，低热量精密脉冲焊接的焊接参数为：焊丝牌号及直径（mm）：HGH4169，Ф1.2；焊枪喷嘴直径：Ф10mm；电流种类：直流、正极性；钨极牌号及直径：WCe20，Ф2.0 mm；焊接电流：140A；时间间隔160ms；焊枪氩气流量6 L/min；背面保护气体流量10L/min。

作为优选，低热量精密脉冲焊接采用精密脉冲氩弧焊机。

作为优选，在待焊区域背面的U形槽3内设置通气块9，通气块9设置有通气孔，通气孔连接氩气管对待焊区域进行背面保护。具体的，通气块9采用铜材料，利用铜散热快的特点进行快速冷却，进而减小焊接热变形。通气块9在实际使用时，为了方便加工，可将通气块9分成两部分，这两部分通过螺塞15连接，以提高安装效率。

本实施例中，焊后进行目视检查：焊缝外观与母材应圆滑过渡，焊接接头上不允许存在裂纹、烧穿、未熔合、咬边等缺陷。

S5、无损检查

对焊接部位进行荧光检查和X光检查，保证焊接质量符合焊接标准要求，焊接标准为：不允许存在裂纹、烧穿、未熔合、咬边等缺陷，表面气孔和夹杂不大于1mm，数量不大于1个，内部气孔和夹杂不大于，数量不大于1个。

S6、真空热处理

对补焊后的斜支板承力框架整体进行真空热处理，采用的热处理工艺为：随炉升温至720℃±10℃，保温8h；以（40～60）℃/h速率炉冷至620℃±10℃，保温8h；充氩气（0.2～0.4）MPa冷至80℃以下出炉。

S7、手工打磨

采用风钻和磨头打磨焊接部位，将焊接部位高出安装边表面的位置打磨至与安装边表面齐平；具体的，使用风钻（型号为Z6-3）和磨头（磨头直径Ф3）将凸出表面的金属打磨抛光至齐平。

S8、壁厚测量

分别测量端面一1和端面二2的壁厚，并进行记录，具体的，采用厚度卡尺分别测量斜支板承力框架安装边的端面一1和端面二2在裂纹16修复打磨后的壁厚值，进行记录。

S9、跳动检查和车加工

在车床上进行安装边端面一1和端面二2跳动量的测量，在跳动量满足壁厚公差余量要求时进行车加工安装边的端面一1和端面二2，以满足装配精度要求。

S10、尺寸测量

通过三坐标测量机测量车加工后的端面一1到底面4的高度、端面一1的跳动量、端面二2的直径尺寸和端面二2的跳动量。

本实施例中，将斜支板承力框架放在工作平台上，比如专用转台，通过三坐标测量机进行安装边端面一1和端面二2的尺寸检测，以保证加工后的端面一1和端面二2的尺寸满足斜支板承力框架安装边尺寸及精度要求，端面一1和端面二2的跳动量测量时，以图1中的A和B为基准面。由于安装边端面一1和端面二2具有装配要求，需要保证修理后端面一1跳动不大于0.03mm，端面二2跳动不大于0.05mm。安装边的壁厚公差余量要求为+0.2mm，安装边的端面一1的壁厚为2.12mm，安装边的端面二2的壁厚为2.13mm，通过焊接变形控制夹具和低热量精密脉冲焊接的变形控制措施，使跳动量满足壁厚公差余量要求，安装边的端面一1跳动为0.06mm，安装边的端面二2跳动为0.08mm，具有加工余量，通过车加工后安装边的端面一1跳动为0.02mm，安装边的端面二2跳动为0.04mm，其他尺寸基本未变，斜支板承力框架安装边的尺寸符合发动机装配精度要求。

如图4至图9所示，焊接变形控制夹具包括扇形板一5、扇形板二6、扇形定位块7和三个弓形夹8；扇形板一5设置于端面一1的上方；扇形板二6设置于端面一1的下方；扇形定位块7设置于安装边的内侧，并与端面二2及U形槽3的内表面接触；弓形夹8设置于扇形板一5和扇形定位块7的外部，并且弓形夹8设置有A型六角头压紧螺钉10和C型六角头压紧螺钉11，A型六角头压紧螺钉10用于压紧扇形板一5，C型六角头压紧螺钉11用于胀紧端面二2。

本实施例中，扇形板一5设置于安装边端面一1的上表面，扇形板二6设置于安装边端面一1的下表面，扇形板一5、扇形板二6利用斜支板承力框架安装边本身的螺栓孔并通过六角头螺栓12、六角薄螺母13和平垫圈14拧紧固定于安装边，对安装边上下面进行上下压紧。扇形定位块7设置有与端面二2和U形槽3配合的接触面，扇形定位块7靠近C型六角头压紧螺钉11的一侧设置有楔形槽17，C型六角头压紧螺钉11的端部设置于楔形槽17，C型六角头压紧螺钉11与楔形槽17配合，扇形定位块7通过弓形夹8顶紧至U形槽3的上表面，支撑U形槽3，通过拧紧与楔形槽17配合的C型六角头压紧螺钉11胀紧端面二2。弓形结构的弓形夹8开口处的上端位于扇形板一5的上方，通过拧紧设置在开口处上端的A型六角头压紧螺钉10，压紧扇形板一5，进而压紧端面一1；开口处的下端与扇形定位块7的下方接触；焊接变形控制夹具在实际使用时，先用六角头螺栓12拧紧扇形板一5和扇形板二6，再安装扇形定位块7和弓形夹8，然后先拧紧A型六角头压紧螺钉10压紧端面一1，再拧紧C型六角头压紧螺钉11胀紧端面二2。

本实施例中，为了控制焊接过程中的变形采用两套焊接变形控制夹具将裂纹16位置两侧进行上下压紧，两套焊接变形控制夹具之间预留30mm的焊接位置，两套焊接变形控制夹具安装好后，将通气块9安装至斜支板承力框架安装边裂纹16位置背面的U形槽3中，实现了集焊接变形限位控制、背面保护及冷却为一体的功能。具体的，两套焊接变形控制夹具包括如下部件：扇形板一5设置有2个，材料采用45#钢；扇形定位块7设置有2个，材料采用45#钢；弓形设置有6个，材料采用45#钢；扇形板二6设置有2个，材料采用45#钢；平垫圈14设置有36个；六角薄螺母13设置有18个，M6；六角头螺栓12设置有36个，M6×35；A型六角头压紧螺钉10设置有6个，AM12×40；C型六角头压紧螺钉11设置有6个，CM10×60。另外，通气块9设置有1个，材料采用H62；螺塞15设置有2个，AM8×1。

本发明在实际使用时，为了验证经过焊接修理及热处理后材料的冶金性能满足使用要求，准备与安装边材料状态一致的K4169铸造板片，加工成100mm×50mm×2mm的对接焊接试样，为了降低热出入减小斜支板承力框架安装边焊接变形，采用精密脉冲氩弧焊机进行焊接，焊丝选用HGH4169和HGH3113两种，直径Ф1.2mm，经过验证后的焊接参数为：焊枪喷嘴直径：Ф10mm；电流种类：直流、正极性；钨极牌号及直径：WCe20，Ф2.0 mm；焊接电流：140A；时间间隔160ms；焊枪氩气流量6 L/min；背面保护气体流量 10L/min。焊后进行X光及荧光检查，确认无缺陷后进行时效热处理，热处理工艺采用双时效以恢复材料时效状态：随炉升温至720℃±10℃，保温8h，以（40～60）℃/h速率炉冷至620℃±10℃，保温8h，充氩气（0.2～0.4）MPa冷至80℃以下出炉。最后将焊后的试样分别加工成室温拉伸标准试样和高温持久拉伸标准试样进行力学性能测试，测试后室温拉伸性能及高温持久性能均高于材料标准下限要求，但是采用HGH4169焊丝的性能高于HGH3113，因此确定焊丝选用为HGH4169。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种斜支板承力框架安装边裂纹的修复方法，所述斜支板承力框架安装边包括端面一、端面二和U形槽，其特征在于，所述斜支板承力框架安装边裂纹的修复方法包括如下步骤：

S1、荧光检查

对斜支板承力框架安装边裂纹进行荧光检查，对裂纹位置和裂纹长度进行标记；

S2、裂纹去除

采用砂轮片沿裂纹长度方向进行打磨，去除裂纹；去除裂纹后，将待焊区域表面打磨成60°的坡口，并清理待焊区域；

S3、压紧待焊区域两侧

采用焊接变形控制夹具压紧待焊区域左右两侧；

所述焊接变形控制夹具包括扇形板一、扇形板二、扇形定位块和若干个弓形夹；所述扇形板一设置于端面一的上方；所述扇形板二设置于端面一的下方；所述扇形定位块设置于安装边的内侧，并与端面二及U形槽的内表面接触；所述弓形夹设置于扇形板一和扇形定位块的外部，并且所述弓形夹设置有A型六角头压紧螺钉和C型六角头压紧螺钉，所述A型六角头压紧螺钉用于压紧扇形板一，所述C型六角头压紧螺钉用于胀紧端面二；

S4、焊接修理

采用低热量精密脉冲焊接待焊区域，进行裂纹修复；

所述步骤S4中，在待焊区域背面的U形槽内设置通气块，所述通气块设置有通气孔，所述通气孔连接氩气管对待焊区域进行背面保护；

S5、无损检查

对焊接部位进行荧光检查和X光检查；

S6、真空热处理

对补焊后的斜支板承力框架整体进行真空热处理，采用的热处理工艺为：随炉升温至720℃±10℃，保温8h；以(40～60)℃/h速率炉冷至620℃±10℃，保温8h；充氩气(0.2～0.4)MPa冷至80℃以下出炉；

S7、手工打磨

采用风钻和磨头打磨焊接部位，将焊接部位高出安装边表面的位置打磨至与安装边表面齐平；

S8、壁厚测量

分别测量端面一和端面二的壁厚，并进行记录；

S9、跳动检查和车加工

在车床上进行安装边端面一和端面二跳动量的测量，在跳动量满足壁厚公差余量要求时进行车加工安装边的端面一和端面二；

S10、尺寸测量

通过三坐标测量机测量车加工后的端面一到底面的高度、端面一的跳动量、端面二的直径尺寸和端面二的跳动量。

2.根据权利要求1所述的斜支板承力框架安装边裂纹的修复方法，其特征在于，所述步骤S4中，低热量精密脉冲焊接的焊接参数为：焊丝牌号及直径(mm)：HGH4169，Ф1.2；焊枪喷嘴直径：Ф10mm；电流种类：直流、正极性；钨极牌号及直径：WCe20，Ф2.0mm；焊接电流：140A；时间间隔160ms；焊枪氩气流量6L/min；背面保护气体流量10L/min。

3.根据权利要求1所述的斜支板承力框架安装边裂纹的修复方法，其特征在于，所述步骤S4中，低热量精密脉冲焊接采用精密脉冲氩弧焊机。

Images