CN115673669A - 一种低压涡轮工作叶片锯齿冠的修理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空发动机修理技术领域,具体为一种低压涡轮工作叶片锯齿冠的修理方法。针对叶片锯齿冠修理部位的不同需要,通过渗层去除(如需要)、接头准备、焊前清理、焊接修复、真空去应力处理、缓进磨加工(带退刀槽结构)、荧光检验和局部渗层恢复(如需要)等工序,实现叶片锯齿冠的磨损、裂纹修复和功能恢复。采用本发明提供的成套工艺方法可实现叶片的100%修复,其中叶片锯齿冠耐磨层局部磨损、位置偏摆超差修复已实现装机考核验证,正式纳入批量修理工艺,冠顶封严齿磨损、裂纹修复已完成工艺评定及验证,具备批量修复技术条件。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机修理技术领域,具体为一种低压涡轮工作叶片锯齿冠的修理方法。
背景技术
涡轮叶片是燃气涡轮发动机中涡轮段的重要组成部件。高速旋转的叶片负责将高温高压的气流吸入燃烧器,以维持发动机的工作。为了能保证在高温高压的极端环境下稳定长时间工作,涡轮叶片往往采用高温合金锻造,并采用不同方式来冷却例如内部气流冷却、边界层冷却、抑或采用保护叶片的热障涂层等方式来保证运转时的可靠性。在蒸汽涡轮发动机和燃气涡轮发动机中,叶片的金属疲劳是发动机故障最主要的原因,强烈的震动或者共振都有可能导致金属疲劳。
航空发动机低压涡轮工作叶片受高温、高腐蚀、高离心力以及互锁面高温微动磨损影响,使得叶片锯齿冠容易发生耐磨层不均匀磨损、角度偏摆超差和冠顶封严齿磨损、裂纹等,如不及时更换或修理将导致涡轮叶片间互锁面间隙增大,整环叶片松动引起振动、掉块甚至飞行事故。
民用发动机低压涡轮工作叶片采用大展弦比、大扭角和带互锁锯齿冠结构,具有多级、多数量和长时寿命的特点。由于该叶片受高温、高腐蚀、高离心力以及互锁面高温微动磨损影响,使得该叶片锯齿冠容易发生耐磨层不均匀磨损、位置的扭转偏摆和冠顶封严齿磨损、裂纹等,如不及时更换或修理将导致涡轮叶片间互锁面间隙增大,整环叶片松动引起振动、掉块甚至飞行事故。因此,针对上述问题迫切需求一种低压涡轮工作叶片锯齿冠修理方法,以满足飞行安全和长寿命使用需求。
发明内容
针对民机发动机低压涡轮工作叶片锯齿冠互锁面磨损、角度偏摆超差,以及封严齿磨损、裂纹问题,本发明的目的在于提供一种低压涡轮工作叶片锯齿冠的修理方法,能够满足修复质量、功能恢复和延寿等多方面需求。
本发明的技术方案是:
一种低压涡轮工作叶片锯齿冠的修理方法,具体步骤如下:
(1)修复部位;针对锯齿冠互锁面磨损、锯齿冠偏摆角度超差情况,仅需对锯齿冠互锁面进行修复,针对冠顶封严齿磨损、裂纹情况,仅需对磨损、裂纹部位进行修复;
(2)接头准备;采用50μm粒度氧化铝磨轮对互锁面、封严齿待修复部位及相邻区域进行打磨并露出金属光泽;
(3)焊接耐磨合金;焊前进行蒸汽除油、无水乙醇清洗,采用钨极氩弧焊方法,焊丝选用CM64耐磨层合金,互锁面与非工作面转接凹R区和封严齿裂纹尖端部位采用Φ0.8mm焊丝,其它部位更换1.2mm焊丝并完成全部焊接,互锁面焊接厚度不小于1.5mm,封严齿焊接厚度以保证焊后修磨量;
(4)缓进磨加工;采用金刚石滚轮对锯齿冠互锁面、锯齿冠的冠顶进行缓进磨加工,锯齿冠上互锁面与非工作面转接凹R区的耐磨层合金应完全去除,形成退刀槽结构,退刀槽转接圆角R0.9mm与两侧圆滑过渡;
(5)荧光检验和恢复渗层
随后进行荧光检验,执行后乳化4级灵敏度检查缺陷及显示,判定缺陷大小、数量及间距是否满足专用技术标准要求。
所述的低压涡轮工作叶片锯齿冠的修理方法,步骤(2)中,互锁面修复:垂直于互锁面修磨深度不小于0.1mm,互锁面两侧打磨不小于6mm范围且深度不大于0.05mm;冠顶封严齿磨损、裂纹修复:如有裂纹需彻底去除裂纹,裂纹尖端与基体过渡圆角不小于R0.5mm,封严齿打磨不小于4mm范围且深度不大于0.05mm。
所述的低压涡轮工作叶片锯齿冠的修理方法,步骤(2)中,打磨后的表面粗糙度不大于1.6μm,对清理部位进行表面渗透检查,不允许存在裂纹及线性显示。
所述的低压涡轮工作叶片锯齿冠的修理方法,步骤(3)中,焊后进行真空去应力热处理,温度760℃±10℃,保温时间1~2h,充氩气随炉冷却。
所述的低压涡轮工作叶片锯齿冠的修理方法,步骤(4)中,加工后研磨缓进磨加工的接刀处,去除毛刺和尖边。
所述的低压涡轮工作叶片锯齿冠的修理方法,步骤(5)中,检验通过后进行局部渗层并最终完成修理。
本发明的设计思想是:
本发明提出了一种低压涡轮工作叶片锯齿冠磨损、偏摆超差,以及封严齿磨损、裂纹的修理方法。针对叶片锯齿冠修理部位的不同需要,通过渗层去除(如需要)、接头准备、焊前清理、焊接修复、真空去应力处理、缓进磨加工(带退刀槽结构)、荧光检验和局部渗层恢复(如需要)等工序,实现叶片锯齿冠的磨损、裂纹修复和功能恢复。采用本发明提供的成套工艺方法可实现叶片的100%修复,其中叶片锯齿冠耐磨层局部磨损、位置偏摆超差修复已实现装机考核验证,正式纳入批量修理工艺,冠顶封严齿磨损、裂纹修复已完成工艺评定及验证,具备批量修复技术条件。
本发明技术方案所带来的有益效果是:
1、民机发动机涡轮叶片级数和数量多、设计寿命长,对可互换性、维修性以及质量可靠性均提出了更高的要求。该类叶片锯齿冠互锁面磨损、位置偏摆超差,以及封严齿磨损、裂纹是叶片报废的主要原因。本发明用于民机发动机低压涡轮工作叶片锯齿冠互锁面磨损、位置偏摆超差,以及封严齿磨损、裂纹的修理,能够满足修复质量、功能恢复和延寿等多方面需求。
2、应用本发明技术成果可实现叶片锯齿冠100%合格修复,已累计完成多台份叶片的修理,尺寸精度和修复质量满足相关设计指标和专业技术标准要求,其中叶片锯齿冠耐磨层局部磨损、位置偏摆超差修复已实现装机考核验证,正式纳入批量修理工艺,冠顶封严齿磨损、裂纹修复已完成工艺评定及验证,具备批量修复技术能力。同时,本发明技术成果也可以用于其它带冠叶片的修理,可实现更多典型零件的应用。因而,本发明提出的修理方法具有更高的技术附加值,能够满足大批量民用涡轮叶片的修理需求,应用前景广阔。
附图说明
图1-图2为低压涡轮工作叶片结构图。其中,图1为主视图,图2为图1中的P向视图。
图3为锯齿冠互锁面与非工作面转接凹R区退刀槽结构图。
图中,1-锯齿冠,2-叶身,3-榫头,4-封严齿,5-互锁面,6-互锁面与非工作面转接凹R区,7-锯齿冠偏摆角度,8-耐磨层。
具体实施方式
在具体实施过程中,针对低压涡轮工作叶片锯齿冠互锁面磨损、角度偏摆超差,以及封严齿磨损、裂纹的问题,如图1-图3所示,叶身2的一端设有锯齿冠1,叶身2的另一端设有榫头3,锯齿冠1上设有封严齿4、互锁面5,在互锁面5上有耐磨层8,以及互锁面与非工作面转接凹R区6,本发明采用一整套焊接耐磨合金+缓进磨加工为主要综合修理方法,具体步骤如下:
1、修复部位;针对锯齿冠互锁面5磨损、锯齿冠偏摆角度7超差情况,仅需对锯齿冠互锁面5进行修复,针对冠顶封严齿4磨损、裂纹情况,仅需对磨损、裂纹部位进行修复。
2、接头准备;采用50μm粒度氧化铝磨轮对互锁面5、封严齿4待修复部位及相邻区域进行打磨并露出金属光泽。其中,互锁面5修复:垂直于互锁面5修磨深度不小于0.1mm,互锁面5两侧打磨不小于6mm范围且深度不大于0.05mm;冠顶封严齿4磨损、裂纹修复:如有裂纹需彻底去除裂纹,裂纹尖端与基体过渡圆角不小于R0.5mm,封严齿4打磨不小于4mm范围且深度不大于0.05mm。接头准备表面粗糙度不大于1.6μm,对清理部位进行表面渗透检查,不允许存在裂纹及线性显示。
3、焊接耐磨合金;焊前进行蒸汽除油、无水乙醇清洗,采用钨极氩弧焊方法,焊丝选用CM64耐磨层合金,互锁面与非工作面转接凹R区6和封严齿4裂纹尖端部位采用Φ0.8mm焊丝,其它部位更换1.2mm焊丝并完成全部焊接,互锁面5焊接厚度不小于1.5mm,封严齿4焊接厚度以保证焊后修磨量即可。焊后进行真空去应力热处理。
4、缓进磨加工;采用金刚石滚轮对锯齿冠互锁面5、锯齿冠的冠顶进行缓进磨加工,锯齿冠1上互锁面与非工作面转接凹R区6的耐磨层8合金应完全去除,形成退刀槽结构见图3,转接圆角R0.9mm与两侧圆滑过渡。加工后研磨缓进磨加工的接刀处,去除毛刺和尖边。
5、荧光检验和恢复渗层
随后进行荧光检验,执行后乳化4级灵敏度检查缺陷及显示,判定缺陷大小、数量及间距是否满足专用技术标准要求。检验通过后进行局部渗层并最终完成修理。
下面,通过实施例对本发明进一步详细阐述。
实施例1:锯齿冠互锁工作面角度偏摆(锯齿冠偏摆角度7)超差修复
本实施例中,低压涡轮工作叶片的合金牌号为K417G,低压涡轮工作叶片锯齿冠的修理方法如下:
步骤1:尺寸测量
采用标准样板或三坐标机检查锯齿冠角度偏摆值,将超差叶片进行记录,建立流水号。
步骤2:接头准备
采用50μm粒度氧化铝磨轮对互锁面部位及相邻区域进行打磨并露出金属光泽,互锁面修复:垂直于互锁面修磨深度为0.5mm,互锁面两侧打磨分别为8mm且深度为0.03mm。
步骤3:荧光检查
表面渗透检查,不允许存在裂纹及线性显示。
步骤4:清洗
焊前进行蒸汽除油、无水乙醇清洗,必要时可辅助超声波清洗,不允许存在任何油污及外来物。
步骤5:耐磨合金焊接
焊接方法钨极氩弧焊,焊丝CM64,直流正接,焊接电流20~30A,互锁面与非工作面转接凹R区采用Φ0.8mm焊丝,其它位置采用Φ1.2mm焊丝。互锁面焊接厚度为2.0mm,棱边包覆饱满,目视无气孔、裂纹等缺陷。
步骤6:真空去应力处理
760℃±10℃,保温1.5h,充氩气随炉冷却。
步骤7:缓进磨加工
采用金刚石滚轮对锯齿冠上的互锁面进行缓进磨加工,锯齿冠上的互锁面与非工作面转接凹R区耐磨层合金应完全去除,形成退刀槽结构见图3,转接圆角R0.9mm,并与两侧圆滑过渡。加工后研磨缓进磨加工的接刀处,去除毛刺和尖边。
步骤8:荧光检验
后乳化4级灵敏度检查缺陷及显示,按专用技术文件判定缺陷大小、数量及间距。
步骤9:渗层恢复
荧光检验合格的叶片进行局部渗铝硅,保证除互锁面以外的打磨区渗层恢复。
实施结果表明,本发明提出低压涡轮工作叶片锯齿冠互锁面磨损、位置偏摆超差,以及封严齿磨损、裂纹的修理工艺,焊接修复及缓进磨加工方法。已完成多台份锯齿冠叶片的的修理,尺寸精度和修复质量满足相关设计指标和技术标准要求,通过了组织性能评定和试车考核验证,具备批量修理技术能力,填补了国内修复技术领域空白,对打破国外技术封锁具有很强的示范意义。按国际上专业化民机修理行业预估,可实现年修复数量1万件,预计直接修理价值10000件*0.3万元/件=3000万元。
Claims (6)
1.一种低压涡轮工作叶片锯齿冠的修理方法,其特征在于,具体步骤如下:
(1)修复部位;针对锯齿冠互锁面磨损、锯齿冠偏摆角度超差情况,仅需对锯齿冠互锁面进行修复,针对冠顶封严齿磨损、裂纹情况,仅需对磨损、裂纹部位进行修复;
(2)接头准备;采用50μm粒度氧化铝磨轮对互锁面、封严齿待修复部位及相邻区域进行打磨并露出金属光泽;
(3)焊接耐磨合金;焊前进行蒸汽除油、无水乙醇清洗,采用钨极氩弧焊方法,焊丝选用CM64耐磨层合金,互锁面与非工作面转接凹R区和封严齿裂纹尖端部位采用Φ0.8mm焊丝,其它部位更换1.2mm焊丝并完成全部焊接,互锁面焊接厚度不小于1.5mm,封严齿焊接厚度以保证焊后修磨量;
(4)缓进磨加工;采用金刚石滚轮对锯齿冠互锁面、锯齿冠的冠顶进行缓进磨加工,锯齿冠上互锁面与非工作面转接凹R区的耐磨层合金应完全去除,形成退刀槽结构,退刀槽转接圆角R0.9mm与两侧圆滑过渡;
(5)荧光检验和恢复渗层
随后进行荧光检验,执行后乳化4级灵敏度检查缺陷及显示,判定缺陷大小、数量及间距是否满足专用技术标准要求。
2.按照权利要求1所述的低压涡轮工作叶片锯齿冠的修理方法,其特征在于,步骤(2)中,互锁面修复:垂直于互锁面修磨深度不小于0.1mm,互锁面两侧打磨不小于6mm范围且深度不大于0.05mm;冠顶封严齿磨损、裂纹修复:如有裂纹需彻底去除裂纹,裂纹尖端与基体过渡圆角不小于R0.5mm,封严齿打磨不小于4mm范围且深度不大于0.05mm。
3.按照权利要求1所述的低压涡轮工作叶片锯齿冠的修理方法,其特征在于,步骤(2)中,打磨后的表面粗糙度不大于1.6μm,对清理部位进行表面渗透检查,不允许存在裂纹及线性显示。
4.按照权利要求1所述的低压涡轮工作叶片锯齿冠的修理方法,其特征在于,步骤(3)中,焊后进行真空去应力热处理,温度760℃±10℃,保温时间1~2h,充氩气随炉冷却。
5.按照权利要求1所述的低压涡轮工作叶片锯齿冠的修理方法,其特征在于,步骤(4)中,加工后研磨缓进磨加工的接刀处,去除毛刺和尖边。
6.按照权利要求1所述的低压涡轮工作叶片锯齿冠的修理方法,其特征在于,步骤(5)中,检验通过后进行局部渗层并最终完成修理。
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