CN115106716B - 基于增材制造技术的火焰筒修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于增材制造技术的火焰筒修复方法，包括以下步骤：在火焰筒内壁上设置垫片，将冷却孔贯穿火焰筒内壁的一端封堵住；向冷却孔贯穿火焰筒外壁的一端注入硅胶，使硅胶填充到冷却孔内；对火焰筒进行加热，以加速硅胶凝固；将凝固后的硅胶从冷却孔内取出，使用三维扫描仪对其进行测量，获得冷却孔的几何形状和尺寸信息；采用增材制造技术制备陶瓷复模；在火焰筒的待修复区开设坡口，并对其打磨和清洗；将陶瓷复模插入冷却孔内；采用直接能量沉积增材制造技术对火焰筒进行修复；从冷却孔内取出陶瓷复模，即完成修复过程。本发明解决了火焰筒增材制造修复过程中产生的变形开裂问题，满足了火焰筒的修复要求，提高了火焰筒的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机制造技术领域，具体涉及一种基于增材制造技术的火焰筒修复方法。
背景技术
火焰筒是航空发动机燃烧室的关键构件，其主要作用是使雾化燃油与空气混合燃烧，并产生高温高压燃气推动涡轮旋转。火焰筒的工作环境极其恶劣，经常承受循环温度和热应力载荷作用，因而极易产生热疲劳裂纹损伤，严重缩短了火焰筒的使用寿命，是航空发动机易损件之一。此外火焰筒在制造过程中也可能发生开裂，若直接报废，则会给生产厂商的经济效益造成巨大损失，因此开发火焰筒修复技术具有十分重要的意义。
增材制造技术是一种近净成形工艺，该工艺可通过高能束在待修复区逐层沉积粉末或丝材，恢复零件的几何形状，使损伤零件再次满足使用要求。但是高能束在熔化粉末或丝材时会给基体带来极高的热量输入，而火焰筒的壁厚较薄，且表面分布有大量冷却孔，结构整体刚性较差，因此在修复过程中极易发生变形甚至开裂，这一问题严重限制了火焰筒的修复。因此急需开发一种基于增材制造技术的火焰筒修复方法，以避免增材制造修复过程中火焰筒发生变形开裂。
申请公布号为CN114012260A的发明专利公开了一种燃气轮机高温部件裂纹损伤激光焊接修补方法，包括以下步骤：对工件的裂隙进行打磨处理，使裂隙的截面形成上大下小的开放型结构；对打磨后的裂隙进行抛光清污处理；设置激光焊接参数，以及激光光斑的摆动弧度和摆动频率；在工件的背面通保护气，采用单面单道填丝焊双面成形工艺对坡口进行焊接，焊接过程中激光光斑按照预定的轨迹运动，并且激光产生的高能束对填充的焊材进行熔融。
申请公布号为CN108326508A的发明专利公开了一种钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法，包括以下步骤：拆卸火焰筒铆钉，将各零部件分离；对工件进行喷砂处理，去除涂层；设计修复位置的CAD模型并焊接修复；对裂纹、烧蚀区及四周进行清理打磨，用丙酮清洗表面并吹干，采用焊接净成形制造技术对火焰筒裂纹、烧蚀区修复；制作涂层；对工件原涂层位置进行喷涂，不喷涂位置进行保护；将火焰筒各部件放入真空炉内进行热处理，然后进行装配。
前述引用的两项专利技术仅为常规的焊接修复方法，在整个修复过程中没有设计任何修复模具，而火焰筒的壁厚较薄，表面又分布大量冷却孔，整体刚性较差，若不设计修复模具，则在修复过程中依然会发生严重的变形甚至开裂。
发明内容
本发明的目的是为了解决火焰筒增材制造修复过程中产生的变形开裂问题，以满足火焰筒的修复要求，提高火焰筒的使用寿命，降低经济损失。
为实现上述目的，本发明提供一种基于增材制造技术的火焰筒修复方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：确定火焰筒的待修复区，以待修复区的中心为基准，沿着径向向外一定区域范围作为预处理区；
步骤二：在预处理区的火焰筒内壁上设置垫片，将冷却孔贯穿火焰筒内壁的一端封堵住；
步骤三：向冷却孔贯穿火焰筒外壁的一端注入硅胶，使硅胶填充到冷却孔内，相邻两个冷却孔为一组，位于两个冷却孔之间的火焰筒的外表面涂覆硅胶；
步骤四：将冷却孔内填充了硅胶、外表面涂覆了硅胶的火焰筒和垫片整体进行加热，以加速硅胶凝固；
步骤五：将凝固后的硅胶从火焰筒的冷却孔内和外表面上取下来，相邻两个冷却孔及其之间的火焰筒外表面为一组，使用三维扫描仪对从冷却孔内取出的硅胶进行测量，获得冷却孔的几何形状和尺寸信息；
步骤六：根据冷却孔的几何形状和尺寸信息建立相应的增材制造CAD数字模型，并采用增材制造技术制备陶瓷复模；
步骤七：在火焰筒的待修复区开设坡口，并对坡口进行打磨和清洗；
步骤八：将陶瓷复模插入取出硅胶的冷却孔内；
步骤九：采用直接能量沉积增材制造技术，通过高能束热源熔化粉末或丝材的方式对火焰筒的待修复区进行修复，修复结束后通过机加工方式去除余量；
步骤十：从冷却孔内取出陶瓷复模，即可完成基于增材制造技术的火焰筒修复。
优选的是，步骤一中，以待修复区的中心为基准，将半径为40-60mm的区域范围作为预处理区。
在上述任一方案中优选的是，步骤二中，所述垫片为硅胶垫片，其厚度为1-2mm。
在上述任一方案中优选的是，步骤四中，加热设备为空气炉，加热温度为70-90℃，保温时间为1.5-2.5h，保温结束后随炉冷却。
在上述任一方案中优选的是，步骤六中，所述陶瓷复模由厚度为10-20mm的模板和分布在模板上的冷却孔复模阵列组成；所述冷却孔复模阵列由八个冷却孔复模组成，八个冷却孔复模均分两行排列。
在上述任一方案中优选的是，制备陶瓷复模所使用的原料为氧化硅基陶瓷浆料或氧化铝基陶瓷浆料。氧化硅基陶瓷浆料可选择石英玻璃，氧化铝基陶瓷浆料可选择Al2O3陶瓷。
在上述任一方案中优选的是，制备陶瓷复模所采用的增材制造技术包括光固化成型技术和选择性激光烧结技术。
光固化成型技术制备陶瓷复模的方法为：
步骤1)：将粘度不大于3Pa·s的陶瓷浆料倒入光固化增材制造设备的浆料容器内；
步骤2)：根据陶瓷复模的增材制造CAD数字模型制备陶瓷复模毛坯，单层沉积厚度为0.01-0.03mm，沉积速度为35-45s/层；
步骤3)：将陶瓷复模毛坯进行干燥及焙烧成形。
所述陶瓷复模毛坯干燥及焙烧成形的工艺参数为：首先，由室温以170-190℃/h的升温速度加热至290-310℃，保温25-35min；然后，以110-130℃/h的升温速度继续加热至890-910℃，保温55-65min；然后，以290-310℃/h的升温速度继续加热至1490-1510℃，保温110-130min；然后，以80-100℃/h的冷却速度降温至890-910℃，保温20-40min；最后随炉冷却至室温，即可制得陶瓷复模。
在上述任一方案中优选的是，步骤七中，所述坡口为上宽下窄的梯形口，所述坡口的倾斜角度为30-60°；打磨结束后，依次使用清水、无水乙醇、无水丙酮、清水对坡口表面进行清洗。第一次使用清水用于清洗坡口表面的灰尘，使用无水乙醇用于清洗坡口表面的清水，使用无水丙酮用于清洗坡口表面的油污，第二次使用清水用于清洗坡口表面的丙酮。
在上述任一方案中优选的是，步骤八中，在火焰筒的冷却孔中插入增材制造的陶瓷复模，能够有效降低火焰筒在增材制造修复过程中的变形开裂倾向，大幅度提高了火焰筒的修复效率和修复质量。
在上述任一方案中优选的是，步骤九中，采用直接能量沉积增材制造技术对火焰筒待修复区进行修复的具体方法为，
步骤(1)：将与火焰筒相同材料的合金粉末放置于烘箱内进行烘干处理；
步骤(2)：将烘干后的粉末填装到直接激光沉积增材制造设备的送粉器内；
步骤(3)：将待修复的火焰筒固定于直接激光沉积增材制造设备的数控转台上进行增材制造修复。
在上述任一方案中优选的是，烘干温度为50-70℃，烘干时间为2-3h；直接能量沉积增材制造工艺参数为，激光光斑直径1-2mm，激光功率750-850W，激光扫描速度350-450mm/min。
本发明的基于增材制造技术的火焰筒修复方法，具有如下有益效果：
1、在火焰筒的冷却孔中插入增材制造的陶瓷复模，可有效提高火焰筒的结构刚度和抗变形能力，大幅度改善火焰筒的修复效率和修复质量。
2、采用硅胶复模方法获取冷却孔的几何形状和尺寸信息，操作快捷，方法简便，成本低廉。
3、通过增材制造技术制备陶瓷复模，能够达到较高的尺寸精度，使陶瓷复模与冷却孔实现精准配合，抗变形效果显著。
附图说明
图1为按照本发明基于增材制造技术的火焰筒修复方法的一优选实施例中预处理区的火焰筒与垫片的安装结构示意图，其中1-a为主视图，1-b为侧视图；
图2为图1所示实施例中冷却孔内注入硅胶后的示意图，其中2-a为主视图，2-b为侧视图；
图3为图1所示实施例中使用三维扫描仪对从冷却孔内取出的硅胶进行测量的示意图；
图4为图1所示实施例中采用增材制造技术制备陶瓷复模的示意图；
图5为图1所示实施例中采用直接激光沉积增材制造技术对火焰筒进行修复的示意图。
图中标注说明：1-火焰筒，2-垫片，3-冷却孔，4-火焰筒中心线，5-硅胶，6-三维扫描仪，7-浆料容器，8-光源，9-陶瓷复模，10-坡口，11-同轴送粉激光头。
具体实施方式
为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。
实施例一：
如图1-5所示，按照本发明基于增材制造技术的火焰筒修复方法的一优选实施例，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：确定火焰筒1的待修复区，以待修复区的中心为基准，沿着径向向外一定区域范围作为预处理区；
步骤二：在预处理区的火焰筒1内壁上设置垫片2，将冷却孔3贯穿火焰筒1内壁的一端封堵住；
步骤三：向冷却孔3贯穿火焰筒1外壁的一端注入硅胶5，使硅胶5填充到冷却孔3内，相邻两个冷却孔3为一组，位于两个冷却孔3之间的火焰筒1的外表面涂覆硅胶5；
步骤四：将冷却孔3内填充了硅胶5、外表面涂覆了硅胶5的火焰筒1和垫片2整体进行加热，以加速硅胶5凝固；
步骤五：将凝固后的硅胶5从火焰筒1的冷却孔3内和外表面上取下来，相邻两个冷却孔3及其之间的火焰筒1外表面为一组，使用三维扫描仪6对从冷却孔3内取出的硅胶5进行测量，获得冷却孔3的几何形状和尺寸信息；
步骤六：根据冷却孔3的几何形状和尺寸信息建立相应的增材制造CAD数字模型，并采用增材制造技术制备陶瓷复模9；
步骤七：在火焰筒1的待修复区开设坡口10，并对坡口10进行打磨和清洗；
步骤八：将陶瓷复模9插入取出硅胶5的冷却孔3内；
步骤九：采用直接能量沉积增材制造技术，通过高能束热源熔化粉末或丝材的方式对火焰筒1的待修复区进行修复，修复结束后通过机加工方式去除余量；
步骤十：从冷却孔内取出陶瓷复模，即可完成基于增材制造技术的火焰筒修复。
步骤一中，以待修复区的中心为基准，将半径为40mm的区域范围作为预处理区。本实施例中，图1中的1-a和图2中的2-a为沿着火焰筒中心线4的方向观测到的火焰筒截面图。
步骤二中，所述垫片为硅胶垫片，其厚度为1mm。
步骤四中，加热设备为空气炉，加热温度为70℃，保温时间为1.5h，保温结束后随炉冷却。
步骤六中，所述陶瓷复模由厚度为10mm的模板和分布在模板上的冷却孔复模阵列组成；所述冷却孔复模阵列由八个冷却孔复模组成，八个冷却孔复模均分两行排列。制备陶瓷复模所使用的原料为氧化硅基陶瓷浆料，具体选择石英玻璃。制备陶瓷复模所采用的增材制造技术为光固化成型技术，具体方法为：
步骤1)：将粘度不大于3Pa·s的陶瓷浆料倒入光固化增材制造设备的浆料容器7内，在浆料容器的上方设置光源8；
步骤2)：根据陶瓷复模的增材制造CAD数字模型制备陶瓷复模毛坯，单层沉积厚度为0.01mm，沉积速度为35s/层；
步骤3)：将陶瓷复模毛坯进行干燥及焙烧成形。
所述陶瓷复模毛坯干燥及焙烧成形的工艺参数为：首先，由室温以170℃/h的升温速度加热至290℃，保温25min；然后，以110℃/h的升温速度继续加热至890℃，保温55min；然后，以290℃/h的升温速度继续加热至1490℃，保温110min；然后，以80℃/h的冷却速度降温至890℃，保温20min；最后随炉冷却至室温，即可制得陶瓷复模。
步骤七中，所述坡口为上宽下窄的梯形口，所述坡口的倾斜角度为30°；打磨结束后，依次使用清水、无水乙醇、无水丙酮、清水对坡口表面进行清洗。第一次使用清水用于清洗坡口表面的灰尘，使用无水乙醇用于清洗坡口表面的清水，使用无水丙酮用于清洗坡口表面的油污，第二次使用清水用于清洗坡口表面的丙酮。
步骤八中，在火焰筒的冷却孔中插入增材制造的陶瓷复模，能够有效降低火焰筒在增材制造修复过程中的变形开裂倾向，大幅度提高了火焰筒的修复效率和修复质量。
步骤九中，采用直接能量沉积增材制造技术对火焰筒待修复区进行修复的具体方法为，步骤(1)：将与火焰筒相同材料的合金粉末放置于烘箱内进行烘干处理，烘干温度为50℃，烘干时间为2h；
步骤(2)：将烘干后的粉末填装到直接激光沉积增材制造设备的送粉器内；
步骤(3)：将待修复的火焰筒固定于直接激光沉积增材制造设备的数控转台上进行增材制造修复，增材制造工艺参数为：激光光斑直径1mm，激光功率750W，激光扫描速度350mm/min。在火焰筒修复区的上方设置同轴送粉激光头11，在修复过程中，激光束的扫描路径为“之”字形双向往复扫描。
本实施例的基于增材制造技术的火焰筒修复方法，具有如下有益效果：在火焰筒的冷却孔中插入增材制造的陶瓷复模，可有效提高火焰筒的结构刚度和抗变形能力，大幅度改善火焰筒的修复效率和修复质量。采用硅胶复模方法获取冷却孔的几何形状和尺寸信息，操作快捷，方法简便，成本低廉。通过增材制造技术制备陶瓷复模，能够达到较高的尺寸精度，使陶瓷复模与冷却孔实现精准配合，抗变形效果显著。
实施例二：
按照本发明基于增材制造技术的火焰筒修复方法的另一优选实施例，其工艺步骤、所使用的设备、原理、有益效果等均与实施例一相同，不同的是：
步骤一中，以待修复区的中心为基准，将半径为50mm的区域范围作为预处理区。
步骤二中，所述垫片为硅胶垫片，其厚度为1.5mm。
步骤四中，加热设备为空气炉，加热温度为80℃，保温时间为2h，保温结束后随炉冷却。
步骤六中，所述陶瓷复模由厚度为15mm的模板和分布在模板上的冷却孔复模阵列组成。制备陶瓷复模所使用的原料为氧化铝基陶瓷浆料，具体选择Al2O3陶瓷。制备陶瓷复模所采用的增材制造技术为光固化成型技术，具体方法为：
步骤1)：将粘度不大于3Pa·s的陶瓷浆料倒入光固化增材制造设备的浆料容器内；
步骤2)：根据陶瓷复模的增材制造CAD数字模型制备陶瓷复模毛坯，单层沉积厚度为0.02mm，沉积速度为40s/层；
步骤3)：将陶瓷复模毛坯进行干燥及焙烧成形。
所述陶瓷复模毛坯干燥及焙烧成形的工艺参数为：首先，由室温以180℃/h的升温速度加热至300℃，保温30min；然后，以120℃/h的升温速度继续加热至900℃，保温60min；然后，以300℃/h的升温速度继续加热至1500℃，保温120min；然后，以90℃/h的冷却速度降温至900℃，保温30min；最后随炉冷却至室温，即可制得陶瓷复模。
步骤七中，所述坡口的倾斜角度为45°。
步骤九中，采用直接能量沉积增材制造技术对火焰筒待修复区进行修复的具体方法为，步骤(1)：将与火焰筒相同材料的合金粉末放置于烘箱内进行烘干处理，烘干温度为60℃，烘干时间为2.5h；
步骤(2)：将烘干后的粉末填装到直接激光沉积增材制造设备的送粉器内；
步骤(3)：将待修复的火焰筒固定于直接激光沉积增材制造设备的数控转台上进行增材制造修复，增材制造工艺参数为：激光光斑直径1.5mm，激光功率800W，激光扫描速度400mm/min。
实施例三：
按照本发明基于增材制造技术的火焰筒修复方法的另一优选实施例，其工艺步骤、所使用的设备、原理、有益效果等均与实施例一相同，不同的是：
步骤一中，以待修复区的中心为基准，将半径为60mm的区域范围作为预处理区。
步骤二中，所述垫片为硅胶垫片，其厚度为2mm。
步骤四中，加热设备为空气炉，加热温度为90℃，保温时间为2.5h，保温结束后随炉冷却。
步骤六中，所述陶瓷复模由厚度为20mm的模板和分布在模板上的冷却孔复模阵列组成。制备陶瓷复模所采用的增材制造技术为光固化成型技术，具体方法为：
步骤1)：将粘度不大于3Pa·s的陶瓷浆料倒入光固化增材制造设备的浆料容器内；
步骤2)：根据陶瓷复模的增材制造CAD数字模型制备陶瓷复模毛坯，单层沉积厚度为0.03mm，沉积速度为45s/层；
步骤3)：将陶瓷复模毛坯进行干燥及焙烧成形。
所述陶瓷复模毛坯干燥及焙烧成形的工艺参数为：首先，由室温以190℃/h的升温速度加热至310℃，保温35min；然后，以130℃/h的升温速度继续加热至910℃，保温65min；然后，以310℃/h的升温速度继续加热至1510℃，保温130min；然后，以100℃/h的冷却速度降温至910℃，保温40min；最后随炉冷却至室温，即可制得陶瓷复模。
步骤七中，所述坡口的倾斜角度为60°。
步骤九中，采用直接能量沉积增材制造技术对火焰筒待修复区进行修复的具体方法为，
步骤(1)：将与火焰筒相同材料的合金粉末放置于烘箱内进行烘干处理，烘干温度为70℃，烘干时间为3h；
步骤(2)：将烘干后的粉末填装到直接激光沉积增材制造设备的送粉器内；
步骤(3)：将待修复的火焰筒固定于直接激光沉积增材制造设备的数控转台上进行增材制造修复，增材制造工艺参数为：激光光斑直径2mm，激光功率850W，激光扫描速度450mm/min。
特别说明：本发明的技术方案中涉及了诸多参数，需要综合考虑各个参数之间的协同作用，才能获得本发明的有益效果和显著进步。而且技术方案中各个参数的取值范围都是经过大量试验才获得的，针对每一个参数以及各个参数的相互组合，发明人都记录了大量试验数据，限于篇幅，在此不公开具体试验数据。
本领域技术人员不难理解，本发明的基于增材制造技术的火焰筒修复方法包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于增材制造技术的火焰筒修复方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：确定火焰筒的待修复区，以待修复区的中心为基准，沿着径向向外一定区域范围作为预处理区；
步骤二：在预处理区的火焰筒内壁上设置垫片，将冷却孔贯穿火焰筒内壁的一端封堵住；
步骤三：向冷却孔贯穿火焰筒外壁的一端注入硅胶，使硅胶填充到冷却孔内，相邻两个冷却孔为一组，位于两个冷却孔之间的火焰筒的外表面涂覆硅胶；
步骤四：将冷却孔内填充了硅胶、外表面涂覆了硅胶的火焰筒和垫片整体进行加热，以加速硅胶凝固；
步骤五：将凝固后的硅胶从火焰筒的冷却孔内和外表面上取下来，相邻两个冷却孔及其之间的火焰筒外表面为一组，使用三维扫描仪对从冷却孔内取出的硅胶进行测量，获得冷却孔的几何形状和尺寸信息；
步骤六：根据冷却孔的几何形状和尺寸信息建立相应的增材制造CAD数字模型，并采用增材制造技术制备陶瓷复模；
步骤七：在火焰筒的待修复区开设坡口，并对坡口进行打磨和清洗；
步骤八：将陶瓷复模插入取出硅胶的冷却孔内；
步骤九：采用直接能量沉积增材制造技术，通过高能束热源熔化粉末或丝材的方式对火焰筒的待修复区进行修复，修复结束后通过机加工方式去除余量；
步骤十：从冷却孔内取出陶瓷复模，即可完成基于增材制造技术的火焰筒修复。
2.根据权利要求1所述的基于增材制造技术的火焰筒修复方法，其特征在于：步骤一中，以待修复区的中心为基准，将半径为40-60mm的区域范围作为预处理区。
3.根据权利要求1所述的基于增材制造技术的火焰筒修复方法，其特征在于：步骤二中，所述垫片为硅胶垫片，其厚度为1-2mm。
4.根据权利要求1所述的基于增材制造技术的火焰筒修复方法，其特征在于：步骤四中，加热设备为空气炉，加热温度为70-90℃，保温时间为1.5-2.5h，保温结束后随炉冷却。
5.根据权利要求1所述的基于增材制造技术的火焰筒修复方法，其特征在于：步骤六中，所述陶瓷复模由厚度为10-20mm的模板和分布在模板上的冷却孔复模阵列组成；所述冷却孔复模阵列由八个冷却孔复模组成，八个冷却孔复模均分两行排列。
6.根据权利要求5所述的基于增材制造技术的火焰筒修复方法，其特征在于：制备陶瓷复模所使用的原料为氧化硅基陶瓷浆料或氧化铝基陶瓷浆料。
7.根据权利要求6所述的基于增材制造技术的火焰筒修复方法，其特征在于：制备陶瓷复模所采用的增材制造技术包括光固化成型技术和选择性激光烧结技术。
8.根据权利要求1所述的基于增材制造技术的火焰筒修复方法，其特征在于：步骤七中，所述坡口为上宽下窄的梯形口，所述坡口的倾斜角度为30-60°；打磨结束后，依次使用清水、无水乙醇、无水丙酮、清水对坡口表面进行清洗。
9.根据权利要求1所述的基于增材制造技术的火焰筒修复方法，其特征在于：步骤九中，采用直接能量沉积增材制造技术对火焰筒待修复区进行修复的具体方法为，
步骤(1)：将与火焰筒相同材料的合金粉末放置于烘箱内进行烘干处理；
步骤(2)：将烘干后的粉末填装到直接激光沉积增材制造设备的送粉器内；
步骤(3)：将待修复的火焰筒固定于直接激光沉积增材制造设备的数控转台上进行增材制造修复。
10.根据权利要求9所述的基于增材制造技术的火焰筒修复方法，其特征在于：烘干温度为50-70℃，烘干时间为2-3h；直接能量沉积增材制造工艺参数为，激光光斑直径1-2mm，激光功率750-850W，激光扫描速度350-450mm/min。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3942271A1 (de) * | 1989-12-21 | 1991-07-04 | Mtu Maintenance Gmbh | Verfahren zur reparatur eines flammrohres |
| JP2003206748A (ja) * | 2002-01-15 | 2003-07-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 高温部品冷却穴周壁の補修方法及び補修された高温部品 |
| JP2009191840A (ja) * | 2008-01-15 | 2009-08-27 | Toshiba Corp | 高温部品の欠陥補修方法及び高温部品 |
| CN107084868A (zh) * | 2017-05-16 | 2017-08-22 | 山东大学 | 一种基于3d打印技术的溶洞制备方法与装置 |
| CN108326508A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-07-27 | 沈阳金研激光再制造技术开发有限公司 | 一种钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法 |
| CN111520754A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-08-11 | 西北工业大学 | 一种新型微型航空发动机燃烧室 |
-
2022
- 2022-07-20 CN CN202210872377.0A patent/CN115106716B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3942271A1 (de) * | 1989-12-21 | 1991-07-04 | Mtu Maintenance Gmbh | Verfahren zur reparatur eines flammrohres |
| JP2003206748A (ja) * | 2002-01-15 | 2003-07-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 高温部品冷却穴周壁の補修方法及び補修された高温部品 |
| JP2009191840A (ja) * | 2008-01-15 | 2009-08-27 | Toshiba Corp | 高温部品の欠陥補修方法及び高温部品 |
| CN107084868A (zh) * | 2017-05-16 | 2017-08-22 | 山东大学 | 一种基于3d打印技术的溶洞制备方法与装置 |
| CN108326508A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-07-27 | 沈阳金研激光再制造技术开发有限公司 | 一种钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法 |
| CN111520754A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-08-11 | 西北工业大学 | 一种新型微型航空发动机燃烧室 |
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