CN115074725A - 一种钛合金薄叶片叶边块缺陷的修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛合金薄叶片叶边块缺陷的修复方法，属于激光熔覆技术领域，包括以下步骤：S1：对叶片叶边块缺陷进行预处理，预制倒梯形缺口；S2：规划倒梯形缺口熔覆路径及程序编制；S3：进行激光熔覆，熔覆功率可调节；S4：将熔覆表面磨削到所需要的尺寸和表面粗糙度；以解决采用常规的激光熔覆技术修复薄叶片叶边块缺陷的过程中容易出现未熔合、叶边烧蚀、基体变形的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于激光熔覆技术领域，具体涉及一种钛合金薄叶片叶边块缺陷的修复方法。
背景技术
钛合金因具有比强度高和耐蚀性好的优异特性，已经成为航空发动机压气机叶片、整体叶盘等重要部件的候选材料之一。由钛合金叶片工作环境恶劣，在使用过程中可能出现各种损伤，如点缺陷、线缺陷、块缺陷，一般点、线缺陷主要集中在叶片表面，而叶片顶端面容易出现气蚀导致的掉块缺陷。如果直接报废上述带有缺陷的叶片零件将会造成很大的浪费，为此研发了对缺陷叶片修复的各种方法。
激光熔覆技术能够修复生产和服役过程中产生的损伤零件，在其不合格尺寸部位进行立体生长，结合后期的机械加工恢复零件的几何形状。采用激光熔覆技术，不仅能够提高材料表面性能，而且能够修复报废的不合格品，从而降低更换新零件的生产成本，在航空产业具有广阔的应用前景。
采用常规的激光熔覆技术修复叶边厚度为1mm左右的薄叶片时,激光功率过低容易出现未熔合缺陷，增加激光功率可以解决此问题，但容易造成基体烧边形成凹坑同时引起基体变形、热影响区增大等缺陷。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种钛合金薄叶片叶边块缺陷的修复方法，以解决采用常规的激光熔覆技术修复薄叶片叶边块缺陷的过程中容易出现未熔合、叶边烧蚀、基体变形的技术问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种钛合金薄叶片叶边块缺陷的修复方法，包括以下步骤：
S1：对叶片叶边块缺陷进行预处理，预制倒梯形缺口；
S2：规划倒梯形缺口熔覆路径及程序编制；
S3：进行激光熔覆，熔覆功率可调节；
S4：将熔覆表面磨削到所需要的尺寸和表面粗糙度。
优选地，步骤S1中包括以下步骤：
S11：对叶片边缘的损伤部位进行打磨，将缺陷位置修成倒梯形结构；
S12：打磨损伤部位，使零件的待修复表面整体露出金属光泽；
S13：擦拭待修复表面，去除污垢。
优选地，步骤S2中包括以下步骤：
S21：梯形缺口内部熔覆路径；熔覆起点由梯形底边一点A开始，路径经B、C、D、E、F完成一个循环，每个循环由AB、CD、EF三层组成，进行多次循环直至最后一层熔覆层距基体表面GH距离为0.2mm以内；
S22：梯形缺口表面熔覆路径；以梯形顶点G1左侧小段距离处为熔覆起点熔覆至梯形中心线处，以梯形顶点H1右侧同样距离处为熔覆起点熔覆至梯形中心线处，高度升高小段距离，再重复上述步骤一次。
优选地，步骤S3中，采用激光器对梯形缺口进行激光熔覆，梯形缺口内部熔覆功率为300～320W，梯形缺口表面熔覆功率为220～240W，熔覆速率为2.6～3.0mm/s，合金粉末的送粉速度为2.0～2.2g/min，直至熔覆层填满梯形缺口处并高出0.2～0.4mm。
优选地，步骤S11中，采用打光刀对叶片边缘的损伤部位打磨；
步骤S12中，采用P240目砂纸打磨损伤部位；
步骤S13中，采用无水乙醇或丙酮与脱脂棉擦拭待修复表面。
优选地，步骤S21中，循环次数根据熔覆缺口的深度h确定，具体，循环次数为h/0.9。
优选地，采用IPG激光器YLS-1000对梯形缺口进行激光熔覆。
优选地，合金粉末由送粉器送出经同轴送粉喷嘴送进激光熔池。
优选地，整个修复过程在氧含量小于5ppm的氩气保护箱内进行。
优选地，氩气流量Q＝4.5～5.5L/min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种钛合金薄叶片叶边块缺陷的修复方法，预制倒梯形缺口，相比一般缺口，其斜坡更有利于熔池与基体形成冶金结合，减少未熔合等缺陷的出现；规划倒梯形缺口熔覆路径，按照规划好的倒梯形路径和叶边快的薄厚调节熔覆功率不仅能获得较好的熔覆质量，同时避免了叶边烧蚀、基体变形的技术问题；根据规划的路径编制好加工程序后可实现模式化操作，一键加工，操作方便，经激光熔敷修复的钛合金薄叶片的质量和合格率极高。
进一步地，按照规划的倒梯形内部路径采用相对较大的激光功率熔覆修复倒梯形缺口内部，然后减小激光功率，按倒梯形表面路径熔覆修复缺陷的表面，不仅能获得较好的熔覆质量，同时避免了叶边烧蚀、基体变形的技术问题。
附图说明
图1为本发明的修复路径示意图。
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及上述附图中的术语“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图示或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。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明公开一种钛合金薄叶片叶边块缺陷的修复方法，其加工方法包括以下步骤：
1)对叶片叶边块缺陷进行预处理：
a)采用打光刀对叶片边缘的损伤部位打磨，将缺陷位置修成倒梯形结构。
b)使用P240目的砂纸打磨损伤部位，使零件的待修复表面整体露出金属光泽。
c)使用无水乙醇或丙酮与脱脂棉擦拭其表面，去除污垢。
2)对倒梯形缺口进行激光熔覆路径规划及程序编制(参见图1)：
a)梯形缺口内部熔覆路径：熔覆起点由梯形底边一点A开始，路径经B、C、D、E、F完成一个循环，每个循环由AB、CD、EF三层组成，每层厚度约为0.3mm。根据熔覆缺口的深度h确定循环次数(h/0.9)，直至最后一层熔覆层距基体表面GH距离为0.2mm以内；
b)梯形缺口表面熔覆路径：以梯形顶点G1左侧2mm处为熔覆起点熔覆至梯形中心线处，以梯形顶点H1右侧2mm处为熔覆起点熔覆至梯形中心线处，高度升高约0.2mm，重复上述步骤一次；
3)激光熔敷:设备采用IPG激光器YLS-1000进行，梯形缺口内部熔覆功率为300～320W，梯形缺口表面熔覆功率为220W～240W，熔覆速率为2.6～3.0mm/s，合金粉末由送粉器送出经同轴送粉喷嘴送进激光熔池，送粉速度为2.0～2.2g/min，整个修复过程在氧含量小于5ppm的氩气保护箱内进行，避免熔覆过程中钛合金吸氧和氧化，氩气流量Q＝4.5～5.5L/min，熔覆层填满梯形缺口处并高出0.2～0.4mm，以留出加工余量；
4)磨削到所需要的尺寸和表面粗糙度。
实施例1
一级风扇叶片
材料TC4，叶边厚度0.6～1.2mm
叶边损伤深度5mm，宽度8mm
修复工艺:
1)对叶片叶边块缺陷进行预处理：
a)采用打光刀对叶片边缘的损伤部位打磨，将缺陷位置修成倒梯形结构，梯形高5.5mm，上下边分别为8mm、14mm。
b)使用P240目的砂纸打磨损伤部位，使零件待修复面整体露出金属光泽。
c)使用无水乙醇或丙酮与脱脂棉擦拭其表面，去除污垢。
2)对倒梯形缺口进行激光熔覆路径规划(见附图)：
a)梯形缺口内部熔覆路径：熔覆起点由梯形底边一点A开始，路径经B、C、D、E、F完成一个循环，每个循环由AB、CD、EF三层组成，每层厚度为0.3mm。熔覆缺口的深度为5.5mm，确定循环次数为6，最后一层熔覆层距基体表面GH距离为0.1mm。
b)梯形缺口表面熔覆路径：以梯形顶点G1左侧2mm处为熔覆起点熔覆至梯形中心线处，以梯形顶点H1右侧2mm处为熔覆起点熔覆至梯形中心线处，高度升高0.2mm，重复上述步骤一次。
3)激光熔敷:设备采用IPG激光器YLS-1000进行，梯形缺口内部熔覆功率为320W，梯形缺口表面熔覆功率为240W，熔覆速率为3.0mm/s，合金粉末由送粉器送出经同轴送粉喷嘴送进激光熔池，送粉速度为2.2g/min，整个修复过程在氧含量小于5ppm的氩气保护箱内进行，避免熔覆过程中钛合金吸氧和氧化，氩气流量Q＝4.5～5.5L/min，熔覆层填满梯形缺口处并高出0.4mm，以留出加工余量；
4)磨削到所需要的尺寸和表面粗糙度。
检测结果如下：
a)金相组织分析结果表明，熔敷层与基体形成冶金结合；
b)经X光、荧光检查，未见异常，质量完好；
c)激光熔覆后的钛合金力学性能达到锻件标准的90％以上；
d)修复后最终尺寸满足要求。
实施例2
第二级整体叶盘叶片
材料TC17，叶边厚度0.4～1.1mm
叶边损伤深度3.5mm，宽度4mm
修复工艺:
1)对叶片叶边块缺陷进行预处理：
a)采用打光刀对叶片边缘的损伤部位打磨，将缺陷位置修成倒梯形结构，梯形高3.8mm，上下边分别为5mm、10mm。
b)使用P240目的砂纸打磨损伤部位，使零件待修复面整体露出金属光泽。
c)使用无水乙醇或丙酮与脱脂棉擦拭其表面，去除污垢。
2)对倒梯形缺口进行激光熔覆路径规划(见附图)：
a)梯形缺口内部熔覆路径：熔覆起点由梯形底边一点A开始，路径经B、C、D、E、F完成一个循环，每个循环由AB、CD、EF三层组成，每层厚度为0.3mm。熔覆缺口的深度为3.8mm，确定循环次数为4，最后一层熔覆层距基体表面GH距离为0.2mm。
b)梯形缺口表面熔覆路径：以梯形顶点G1左侧2mm处为熔覆起点熔覆至梯形中心线处，以梯形顶点H1右侧2mm处为熔覆起点熔覆至梯形中心线处，高度升高0.2mm，重复上述步骤一次。
3)激光熔敷:设备采用IPG激光器YLS-1000进行，梯形缺口内部熔覆功率为300W，梯形缺口表面熔覆功率为220W，熔覆速率为2.6mm/s，合金粉末由送粉器送出经同轴送粉喷嘴送进激光熔池，送粉速度为2.0g/min，整个修复过程在氧含量小于5ppm的氩气保护箱内进行，避免熔覆过程中钛合金吸氧和氧化，氩气流量Q＝4.5～5.5L/min，熔覆层填满梯形缺口处并高出0.2mm，以留出加工余量；
4)磨削到所需要的尺寸和表面粗糙度。
检测结果如下：
a)金相组织分析结果表明，熔敷层与基体形成冶金结合；
b)经X光、荧光检查，未见异常，质量完好；
c)激光熔覆后的钛合金力学性能达到锻件标准的90％以上；
d)修复后最终尺寸满足要求。
实施例3
第三级整体叶盘叶片
材料Ti60，叶边厚度0.3～1.1mm
叶边损伤深度3.5mm，宽度4mm
修复工艺:
1)对叶片叶边块缺陷进行预处理：
a)采用打光刀对叶片边缘的损伤部位打磨，将缺陷位置修成倒梯形结构，梯形高3.8mm，上下边分别为5mm、10mm。
b)使用P240目的砂纸打磨损伤部位，使零件待修复面整体露出金属光泽。
c)使用无水乙醇或丙酮与脱脂棉擦拭其表面，去除污垢。
2)对倒梯形缺口进行激光熔覆路径规划(见附图)：
a)梯形缺口内部熔覆路径：熔覆起点由梯形底边一点A开始，路径经B、C、D、E、F完成一个循环，每个循环由AB、CD、EF三层组成，每层厚度为0.3mm。熔覆缺口的深度为3.8mm，确定循环次数为4，最后一层熔覆层距基体表面GH距离为0.2mm。
b)梯形缺口表面熔覆路径：以梯形顶点G1左侧2mm处为熔覆起点熔覆至梯形中心线处，以梯形顶点H1右侧2mm处为熔覆起点熔覆至梯形中心线处，高度升高0.2mm，重复上述步骤一次。
3)激光熔敷:设备采用IPG激光器YLS-1000进行，梯形缺口内部熔覆功率为310W，梯形缺口表面熔覆功率为230W，熔覆速率为2.8mm/s，合金粉末由送粉器送出经同轴送粉喷嘴送进激光熔池，送粉速度为2.1g/min，整个修复过程在氧含量小于5ppm的氩气保护箱内进行，避免熔覆过程中钛合金吸氧和氧化，氩气流量Q＝4.5～5.5L/min，熔覆层填满梯形缺口处并高出0.3mm，以留出加工余量；
4)磨削到所需要的尺寸和表面粗糙度。
检测结果如下：
a)金相组织分析结果表明，熔敷层与基体形成冶金结合；
b)经X光、荧光检查，未见异常，质量完好；
c)激光熔覆后的钛合金力学性能达到锻件标准的90％以上；
d)修复后最终尺寸满足要求。
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)
1.一种钛合金薄叶片叶边块缺陷的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对叶片叶边块缺陷进行预处理，预制倒梯形缺口；
S2：规划倒梯形缺口熔覆路径及程序编制；
S3：进行激光熔覆，熔覆功率可调节；
S4：将熔覆表面磨削到所需要的尺寸和表面粗糙度。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金薄叶片叶边块缺陷的修复方法，其特征在于，步骤S1中包括以下步骤：
S11：对叶片边缘的损伤部位进行打磨，将缺陷位置修成倒梯形结构；
S12：打磨损伤部位，使零件的待修复表面整体露出金属光泽；
S13：擦拭待修复表面，去除污垢。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金薄叶片叶边块缺陷的修复方法，其特征在于，步骤S2中包括以下步骤：
S21：梯形缺口内部熔覆路径；熔覆起点由梯形底边一点A开始，路径经B、C、D、E、F完成一个循环，每个循环由AB、CD、EF三层组成，进行多次循环直至最后一层熔覆层距基体表面GH距离为0.2mm以内；
S22：梯形缺口表面熔覆路径；以梯形顶点G1左侧小段距离处为熔覆起点熔覆至梯形中心线处，以梯形顶点H1右侧同样距离处为熔覆起点熔覆至梯形中心线处，高度升高小段距离，再重复上述步骤一次。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金薄叶片叶边块缺陷的修复方法，其特征在于，步骤S3中，采用激光器对梯形缺口进行激光熔覆，梯形缺口内部熔覆功率为300～320W，梯形缺口表面熔覆功率为220～240W，熔覆速率为2.6～3.0mm/s，合金粉末的送粉速度为2.0～2.2g/min，直至熔覆层填满梯形缺口处并高出0.2～0.4mm。
5.根据权利要求2所述的一种钛合金薄叶片叶边块缺陷的修复方法，其特征在于：
步骤S11中，采用打光刀对叶片边缘的损伤部位打磨；
步骤S12中，采用P240目砂纸打磨损伤部位；
步骤S13中，采用无水乙醇或丙酮与脱脂棉擦拭待修复表面。
6.根据权利要求3所述的一种钛合金薄叶片叶边块缺陷的修复方法，其特征在于，步骤S21中，循环次数根据熔覆缺口的深度h确定，具体，循环次数为h/0.9。
7.根据权利要求4所述的一种钛合金薄叶片叶边块缺陷的修复方法，其特征在于，采用IPG激光器YLS-1000对梯形缺口进行激光熔覆。
8.根据权利要求4所述的一种钛合金薄叶片叶边块缺陷的修复方法，其特征在于，合金粉末由送粉器送出经同轴送粉喷嘴送进激光熔池。
9.根据权利要求4所述的一种钛合金薄叶片叶边块缺陷的修复方法，其特征在于，整个修复过程在氧含量小于5ppm的氩气保护箱内进行。
10.根据权利要求9所述的一种钛合金薄叶片叶边块缺陷的修复方法，其特征在于，氩气流量Q＝4.5～5.5L/min。
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