CN114309645A - 一种燃气轮机透平叶片的修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种等轴晶Mar M247燃气轮机透平叶片修复方法，采用激光选区熔化局部定向生长方式进行修复，修复用粉末采用IN625，修复过程中精密检查并控制叶片的几何尺寸，确保修复后的叶片的尺寸精度在设计范围内。本发明立足燃机透平动叶叶顶位置的定向生长修复关键技术难题，充分利用激光选区熔化技术能量密度高，热影响区小等优点，解决了燃气轮机透平叶片损伤位置难焊和材料焊接性差的问题，提出了可靠的透平叶片叶顶损伤定向生长修复技术路径，制定了叶片修复尺寸检查方法，经济价值巨大。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机透平叶片，尤其涉及该叶片使用受损后的修复方法。
背景技术
透平叶片是燃机的核心部件，其制造难度大、成本高。燃气轮机的透平叶片运行工况恶劣，在长期运行过程中会出现磨损、开裂等结构损伤，造成其结构尺寸发生变化，影响燃气轮机运行安全和效率。尤其是透平动叶片的运行工况极为恶劣，其叶尖部位很可能发生不同程度的磨损，当磨损的缺陷比较大时需要进行修复或者更换新部件，但透平叶片制造费用高昂，若直接采用更换方式，无论是周期还是成本均不能满足机组的经济运行要求。因此对尚未达到设计寿命的透平叶片可进行修复，通过去除损伤部位材料，并增加材料代替其磨损区域的材料，使透平叶片的尺寸等恢复到原始状态，从而可以满足机组的继续运行。由于燃机透平叶片的材料通常为铸造镍基高温合金，其γ’相含量较高，对晶间液化裂纹非常敏感，常规的焊接方法很难满足修复需求，焊接修复很容易失败。
发明内容
本发明目的是提供一种基于激光选区熔化技术的燃机透平动叶片定向生长修复技术，主要针对透平动叶片的叶顶部位的磨损和开裂等损伤缺陷修复。本发明将激光选区熔化技术应用到透平叶片的修复领域，以解决透平叶片材料焊接性差、部分位置修复难度大的难题。本发明中激光选区熔化技术需使用的粉末材料视透平叶片材料而定，针对等轴晶Mar M247透平叶片材料，使用的粉末为IN625合金粉末。
本发明技术方案如下：
一种燃气轮机透平叶片修复方法，其特征在于，采用激光选区熔化局部定向生长方式进行修复，修复过程中精密检查并控制叶片的几何尺寸，确保修复后的叶片的尺寸精度在设计范围内。
该方法的具体步骤是：
步骤一：对服役后透平动叶片进行无损检测，采用目视对叶片叶顶位置的磨损、开裂等损伤缺陷进行检测；
步骤二：对检测后的透平叶片进行检测结果标定，根据目视检测结果标定并记录损伤缺陷区域、大小、数量；
步骤三：对目视检查后的透平叶片进行涂层去除，并采用氟离子清洗设备对去除涂层后的叶片进行清洗，去除残留涂层；
步骤四：对经过清洗后的透平叶片进行荧光渗透检测，标定叶顶若检测结果不符合产品验收要求，则重新进行荧光渗透检测，直至残留涂层全部去除；
步骤五：根据目视检查和荧光渗透检测结果，归纳透平动叶片叶顶位置磨损、开裂、裂纹等损伤缺陷位置，确定从叶顶至叶身的最大缺陷加工消除深度；
步骤六：根据叶片的表面状态采用喷砂等方法将叶片表面清理干净，见金属光泽；
步骤七：根据步骤五，采用机械加工方法将包含所有叶顶位置损伤缺陷的叶片材料区域全部加工去除，加工后形成平整光滑平面，平面需与叶身轴线垂直，其表面粗糙度达到Ra3.2以下；
步骤八：采用荧光渗透检测技术对加工后表面及周围30mm区域进行检测，确认无线性缺陷显示；
步骤九：将透平叶片装配在固定工装上，装配完成后保证叶片加工后的定向生长修复平面与工装底面平行，其平面度不超过0.03mm，检测平面度合格后采用螺栓固定透平叶片；
步骤十：采用三维扫描设备扫描叶片叶顶部位内外轮廓尺寸，结合叶片三维模型和实际扫描数据及图片，并使用软件中红色线段手动勾出图片中叶片叶顶内外轮廓曲线；
步骤十一：使用matlab软件处理步骤十得到的数据和图片，提取内外轮廓曲线的坐标位置，并计算外轮廓最大尺寸，并对最大轮廓尺寸偏置0.1mm左右；
步骤十二：将偏置后内外轮廓的坐标位置点导入到三维软件，生成三维实体模型；
步骤十三：将叶片需定向生长修复区域的外形尺寸导入金属打印切片软件进行切片，选择层厚为30μm，光斑尺寸选择100um，最终生成激光烧结粉末的路径数据文件；
步骤十四：将步骤九装配好叶片的固定工装装配到激光选区熔化设备的底板上，调整工装保证叶片待修复叶顶平面与三维修复空间工作面重合，叶片生长方向与三维空间Z轴平行，固定牢固，控制平面度不超过0.03mm；
步骤十五：向激光选区熔化设备粉末仓中加入修复用IN625合金粉末，粉末直径为15-80μm；
步骤十六：对激光选区熔化设备成型仓进行抽真空处理；
步骤十七：从粉末仓向激光选区熔化设备成型仓送入粉末，刮板在工作表面进行铺粉行走，铺粉厚度约为0.03-0.08mm之间；
步骤十八：采用电磁感应装置对成型仓内整个粉末床进行预热，保证叶片本体预热温度达到600-800℃；
步骤十九：采用多激光束对叶片进行辅助补热，使整个叶片的预热温度保持均匀，并能够达到为800-1050℃，其中叶片的叶顶待修复部位预热温度也达到预热要求范围；
步骤二十：使用步骤十三得到的切片文件进行激光增材制造，熔化待修复叶顶区域内的粉末，然后与透平叶片本体表面冶金结合；
步骤二十一：成型仓中叶片待修复平面下降一个铺粉层厚的高度，刮板继续从粉末仓铺粉，开始修复下一层，直至修复高度尺寸超过原始结构尺寸，停止铺粉；
步骤二十二：从成型仓取出叶片并将粉末清理干净；
步骤二十三：采用X射线检测技术和表面渗透检测对修复后叶片及附近区域进行无损检测检测，确认无超标缺陷显示；
步骤二十四：重复步骤十到十二工作，获得修复后叶片三维实体模型，计算叶片的叶顶位置内外轮廓最大尺寸；
步骤二十五：对比分析激光选区熔化定向生长修复前后的叶顶位置内外轮廓最大尺寸，并参考设计尺寸，获得最终叶片的修复尺寸误差；
步骤二十六：对透平叶片修复区域的顶部采用机械加工方式进行补充加工，保证修复区域高度尺寸与设计尺寸一致；
步骤二十六：对透平叶片修复后表面进行型线抛磨，进一步保证叶片外轮廓尺寸，然后进行抛光处理；
步骤二十七：对透平叶片所有修复区域表面进行荧光渗透检测，确认无超标缺陷存在。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明立足燃机透平动叶叶顶位置的定向生长修复关键技术难题，充分利用激光选区熔化技术能量密度高，热影响区小等优点，解决了燃气轮机透平叶片损伤位置难焊和材料焊接性差的问题，提出了可靠的透平叶片叶顶损伤定向生长修复技术路径，制定了叶片修复尺寸检查方法，实践证明技术效果显著，经济价值巨大。
具体实施方式
本发明一种燃气轮机透平叶片修复方法，采用激光选区熔化局部定向生长方式进行修复，修复过程中精密检查并控制叶片的几何尺寸，确保修复后的叶片的尺寸精度在设计范围内。
针对透平叶片的缺肉、磨损及开裂损伤程度严重、面积较大的情况，采用局部修复方式无法保证叶片修复质量，需完全去除大面积的叶片基体，再使叶片基体长肉恢复到原本状态。
该方法的具体步骤是：
步骤一：对材质为等轴晶Mar M247的服役后透平动叶片进行无损检测，采用目视对叶片叶顶位置的磨损、开裂、缺肉等损伤缺陷进行检测；
步骤二：对检测后的透平叶片进行检测结果标定，根据目视检测结果标定并记录损伤缺陷区域、大小、数量，并进行修复判定，缺肉、磨损及开裂损伤程度严重、面积较大，采用局部修复方式无法保证叶片修复质量，则继续进行以下步骤；
步骤三：对目视检查后的透平叶片进行涂层去除，并采用氟离子清洗设备对去除涂层后的叶片进行清洗，去除残留涂层；
步骤四：对经过清洗后的透平叶片进行荧光渗透检测，若检测结果不符合产品验收要求，则重新进行荧光渗透检测，直至残留涂层全部去除；
步骤五：根据目视检查和荧光渗透检测结果，归纳透平动叶片叶顶位置磨损、开裂、裂纹等损伤缺陷位置，确定从叶顶至叶身的最大缺陷加工消除深度；
步骤六：根据叶片的表面状态采用喷砂等方法将叶片表面清理干净，见金属光泽；
步骤七：根据步骤五，采用机械加工方法将包含所有叶顶位置损伤缺陷的叶片材料区域全部加工去除，加工后形成平整光滑平面，平面需与叶身轴线垂直，其表面粗糙度达到Ra3.2以下；
步骤八：采用荧光渗透检测技术对加工后表面及周围30mm区域进行检测，确认无线性缺陷显示；
步骤九：将透平叶片装配在固定工装上，装配完成后保证叶片加工后的定向生长修复平面与工装底面平行，其平面度不超过0.03mm，检测平面度合格后采用螺栓固定透平叶片；
步骤十：采用三维扫描设备扫描叶片叶顶部位内外轮廓尺寸，结合叶片三维模型和实际扫描数据及图片，并使用软件中红色线段手动勾出图片中叶片叶顶内外轮廓曲线；
步骤十一：使用matlab软件处理步骤十得到的数据和图片，提取内外轮廓曲线的坐标位置，并计算外轮廓最大尺寸，并对最大轮廓尺寸偏置0.1mm左右；
步骤十二：将偏置后内外轮廓的坐标位置点导入到三维软件，生成三维实体模型；
步骤十三：将叶片需定向生长修复区域的外形尺寸导入金属打印切片软件进行切片，选择层厚为30μm，光斑尺寸选择100um，最终生成激光烧结粉末的路径数据文件；
步骤十四：将步骤九装配好叶片的固定工装装配到激光选区熔化设备的底板上，调整工装保证叶片待修复叶顶平面与三维修复空间工作面重合，叶片生长方向与三维空间Z轴平行，固定牢固，控制平面度不超过0.03mm；
步骤十五：向激光选区熔化设备粉末仓中加入修复用IN625合金粉末，粉末直径为15-80μm；
步骤十六：对激光选区熔化设备成型仓进行抽真空处理；
步骤十七：从粉末仓向激光选区熔化设备成型仓送入粉末，刮板在工作表面进行铺粉行走，铺粉厚度约为0.03-0.08mm之间；
步骤十八：采用电磁感应装置对成型仓内整个粉末床进行预热，保证叶片本体预热温度达到600-800℃；
步骤十九：采用多激光束对叶片进行辅助补热，使整个叶片的预热温度保持均匀，并能够达到为800-1050℃，其中叶片的叶顶待修复部位预热温度也达到预热要求范围；
步骤二十：使用步骤十三得到的切片文件进行激光增材制造，熔化待修复叶顶区域内的粉末，然后与透平叶片本体表面冶金结合；
步骤二十一：成型仓中叶片待修复平面下降一个铺粉层厚的高度，刮板继续从粉末仓铺粉，开始修复下一层，直至修复高度尺寸超过原始结构尺寸，停止铺粉；
步骤二十二：从成型仓取出叶片并将粉末清理干净；
步骤二十三：采用X射线检测技术和表面渗透检测对修复后叶片及附近区域进行无损检测检测，确认无超标缺陷显示；
步骤二十四：重复步骤十到十二工作，获得修复后叶片三维实体模型，计算叶片的叶顶位置内外轮廓最大尺寸；
步骤二十五：对比分析激光选区熔化定向生长修复前后的叶顶位置内外轮廓最大尺寸，并参考设计尺寸，获得最终叶片的修复尺寸误差；
步骤二十六：对透平叶片修复区域的顶部采用机械加工方式进行补充加工，保证修复区域高度尺寸与设计尺寸一致；
步骤二十六：对透平叶片修复后表面进行型线抛磨，进一步保证叶片外轮廓尺寸，然后进行抛光处理；
步骤二十七：对透平叶片所有修复区域表面进行荧光渗透检测，确认无超标缺陷存在。
Claims (2)
1.一种燃气轮机透平叶片修复方法，其特征在于，采用激光选区熔化局部定向生长方式进行修复，修复过程中精密检查并控制叶片的几何尺寸，确保修复后的叶片的尺寸精度在设计范围内。
2.如权利要求1所述的燃气轮机透平叶片修复方法，其特征在于，该方法的具体步骤是：
步骤一：对材质为等轴晶Mar M247的服役后透平动叶片进行无损检测，采用目视对叶片叶顶位置的磨损、开裂、缺肉损伤缺陷进行检测；
步骤二：对检测后的透平叶片进行检测结果标定，根据目视检测结果标定并记录损伤缺陷区域、大小、数量，并进行修复判定，缺肉、磨损及开裂损伤程度严重、面积较大，采用局部修复方式无法保证叶片修复质量，则继续进行以下步骤；
步骤三：对目视检查后的透平叶片进行涂层去除，并采用氟离子清洗设备对去除涂层后的叶片进行清洗，去除残留涂层；
步骤四：对经过清洗后的透平叶片进行荧光渗透检测，若检测结果不符合产品验收要求，则重新进行荧光渗透检测，直至残留涂层全部去除；
步骤五：根据目视检查和荧光渗透检测结果，归纳透平动叶片叶顶位置磨损、开裂、裂纹等损伤缺陷位置，确定从叶顶至叶身的最大缺陷加工消除深度；
步骤六：根据叶片的表面状态采用喷砂等方法将叶片表面清理干净，见金属光泽；
步骤七：根据步骤五，采用机械加工方法将包含所有叶顶位置损伤缺陷的叶片材料区域全部加工去除，加工后形成平整光滑平面，平面需与叶身轴线垂直，其表面粗糙度达到Ra3.2以下；
步骤八：采用荧光渗透检测技术对加工后表面及周围30mm区域进行检测，确认无线性缺陷显示；
步骤九：将透平叶片装配在固定工装上，装配完成后保证叶片加工后的定向生长修复平面与工装底面平行，其平面度不超过0.03mm，检测平面度合格后采用螺栓固定透平叶片；
步骤十：采用三维扫描设备扫描叶片叶顶部位内外轮廓尺寸，结合叶片三维模型和实际扫描数据及图片，并使用软件中红色线段手动勾出图片中叶片叶顶内外轮廓曲线；
步骤十一：使用matlab软件处理步骤十得到的数据和图片，提取内外轮廓曲线的坐标位置，并计算外轮廓最大尺寸，并对最大轮廓尺寸偏置0.1mm左右；
步骤十二：将偏置后内外轮廓的坐标位置点导入到三维软件，生成三维实体模型；
步骤十三：将叶片需定向生长修复区域的外形尺寸导入金属打印切片软件进行切片，选择层厚为30μm，光斑尺寸选择100um，最终生成激光烧结粉末的路径数据文件；
步骤十四：将步骤九装配好叶片的固定工装装配到激光选区熔化设备的底板上，调整工装保证叶片待修复叶顶平面与三维修复空间工作面重合，叶片生长方向与三维空间Z轴平行，固定牢固，控制平面度不超过0.03mm；
步骤十五：向激光选区熔化设备粉末仓中加入修复用IN625合金粉末，粉末直径为15-80μm；
步骤十六：对激光选区熔化设备成型仓进行抽真空处理；
步骤十七：从粉末仓向激光选区熔化设备成型仓送入粉末，刮板在工作表面进行铺粉行走，铺粉厚度约为0.03-0.08mm之间；
步骤十八：采用电磁感应装置对成型仓内整个粉末床进行预热，保证叶片本体预热温度达到600-800℃；
步骤十九：采用多激光束对叶片进行辅助补热，使整个叶片的预热温度保持均匀，并能够达到为800-1050℃，其中叶片的叶顶待修复部位预热温度也达到预热要求范围；
步骤二十：使用步骤十三得到的切片文件进行激光增材制造，熔化待修复叶顶区域内的粉末，然后与透平叶片本体表面冶金结合；
步骤二十一：成型仓中叶片待修复平面下降一个铺粉层厚的高度，刮板继续从粉末仓铺粉，开始修复下一层，直至修复高度尺寸超过原始结构尺寸，停止铺粉；
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步骤二十六：对透平叶片修复后表面进行型线抛磨，进一步保证叶片外轮廓尺寸，然后进行抛光处理；
步骤二十七：对透平叶片所有修复区域表面进行荧光渗透检测，确认无超标缺陷存在。
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