CN118143441A - 一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法，步骤1，将目标叶盘叶片上的损伤区域切除，得到留存叶片；步骤2，将预制的补充体与留存叶片进行拼接装配；步骤3，利用摆动激光将拼接装配后的补充体与留存叶片进行焊接，得到修复完成的目标叶盘叶片；本发明采用摆动激光修复时，可将修复表面产生的咬边及凹陷引入到辅助补充体或辅助补充部分，这避免了该类缺陷在最终修复叶片上的出现。

Description

一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法

技术领域

本发明属于发动机叶盘叶片修复技术领域，具体涉及一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法。

背景技术

发动机叶盘叶片在服役过程中的损伤主要集中在叶身前缘和叶尖等部位，包括凹坑、腐蚀点、缺块、弯曲变形、裂纹等多种特征。其材料主要为难加工、难变形的钛合金、高温合金及耐热钢，更换全新叶片的综合成本十分高昂。因此开发叶片损伤的可靠修复技术，实现叶片多周期长寿命复用，具有极高的战略意义和经济价值。

激光焊接作为修复工艺的常用技术手段，具有焊接接头组织细小、热影响区小、焊接变形小、工业自动化程度高等优点，尤其适用于精密构件连接领域。但传统激光焊接修复叶片时常面临焊缝气孔、侧壁未熔合、咬边、凹陷以及角变形等问题，极大地制约了其在叶片损伤修复中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法，解决了传统激光焊接修复叶片时存在的焊缝气孔、侧壁未熔合、咬边、凹陷以及角变形缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法，步骤1，将目标叶盘叶片上的损伤区域切除，得到留存叶片；

步骤2，将预制的补充体与留存叶片进行拼接装配；

步骤3，利用摆动激光将拼接装配后的补充体与留存叶片进行焊接，得到修复完成的目标叶盘叶片。

优选地，步骤2中，所述补充体与切除的损伤区域的几何关系相同，且包络损伤部分。

优选地，步骤2中，所述补充体卡装在留存叶片上。

优选地，所述补充体包括主补充部件、上补充辅助件和下补充辅助件，其中，所述上补充辅助件和下补充辅助件均布在主补充部件的一端端部，且上补充辅助件和下补充辅助件之间形成有卡槽，所述卡槽用于插入留存叶片。

优选地，步骤3中，利用摆动激光将拼接装配后的补充体与留存叶片进行焊接，具体的焊接工艺参数是：

修复功率为1-20kW、修复速度为0.5-8m/min、摆动频率为0-300Hz、摆动幅度为1-5mm。

优选地，步骤3中，所述摆动激光的摆动方式为横摆、纵摆、圆摆、“8”摆或“∞”摆。

优选地，步骤3之后还包括对焊接修复完成后的补充体依次进行机械加工和后处理。

优选地，步骤3中，在进行焊接修复时，焊缝采用锁底结构。

优选地，步骤3中，在进行焊接修复时，留存叶片与补充体中的主补充体之间的连接位置处于焊缝中部；焊缝顶部处于上补充辅助件及主补充体与上补充辅助件等高的区域，焊缝底部处于下补充辅助件及上补充辅助件与下补充辅助件等高的区域。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法，首先，采用摆动激光进行修复时，一方面匙孔的稳定性得到提高，这降低了匙孔塌陷形成气孔的概率；另一方面，运动的匙孔易于捕获已形成的气泡，增强的熔池流动提高了气泡与其相互作用的几率，这均有助于消除气孔。此外，随着摆动幅度的增大，焊接模式倾向于转变成传导焊，这完全避免了匙孔塌陷形成气孔的可能性；其次，在摆动激光修复中，通过增大摆动幅度，焊缝熔宽明显增加，这降低了实际修复时留存叶片和补充体之间的装配间隙要求，同时也可避免待修区域的侧壁未熔合缺陷；再次，在留存叶片和补充体装配后，采用摆动激光修复时，可将修复表面产生的咬边及凹陷引入到辅助补充体或辅助补充部分，这避免了该类缺陷在最终修复叶片上的出现。

进一步的，焊缝设置为锁底结构，无需进行激光焊接修复时所需要的背部保护，防止修复时的背部飞溅影响到同一叶盘上的其他发动机叶片，并且，根据损伤切除后叶片剩余部分的厚度设计的摆动激光锁底焊接结构，使得切割留存叶片的切割截面处于摆动激光焊接后焊缝的钉杆部位，上补充辅助件和下补充辅助件体分别对应焊缝的钉头部分和尾部，在将多余补充体切割后，宽度均匀的钉杆部分保留，宽度不均匀且容易产生应力集中的钉头部分与尾部随着补充体被切除，提高了修复后的叶片性能，降低了修复区域在日后服役过程中再次发生损伤的风险。

补充：在进行焊接修复时，留存叶片与补充体中的主补充体之间的连接位置处于焊缝中部；焊缝顶部处于上补充辅助件及主补充体与上补充辅助件等高的区域，焊缝底部处于下补充辅助件及上补充辅助件与下补充辅助件等高的区域，该设置的目的在于焊缝的顶部和底部区域焊缝形状不均匀，这些不均匀的部分在焊缝凝固收缩时会导致其应力分布不均匀，不均匀分布的应力有可能会导致焊接过程中裂纹的产生，为了避免产生焊接裂纹这样危害很大的缺陷，从而将焊缝这样设置便于后续保留焊缝均匀部分而去除焊缝头部和底部。

附图说明

图1为本发明中分体结构补充下损伤叶片摆动激光焊接修复示意图；

图2为本发明中整体结构补充下损伤叶片摆动激光焊接修复示意图；

图3为本发明中摆动激光的摆动形式例一：横摆(x轴为焊接方向，y轴垂直于焊接方向)；

图4为本发明中摆动激光的摆动形式例二：圆摆(x轴为焊接方向，y轴垂直于焊接方向)；

图5为本发明中摆动激光焊接修复中锁底结构设计示意图；

其中，1、留存叶片2、主补充部件3、上补充辅助件4、下补充辅助件。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

实施例1

本实施例提供的一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法，包括以下步骤：

步骤1，将目标叶盘叶片上的损伤区域切除，得到留存叶片；

步骤2，将预制的补充体与留存叶片进行拼接装配；

步骤3，利用摆动激光将补充体与留存叶片进行焊接。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例提供的一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法，步骤2中，补充体与切除的损伤区域的几何关系相同，且包络损伤部分。

所述补充体包括主补充部件、上补充辅助件和下补充辅助件，其中，所述上补充辅助件和下补充辅助件均布在主补充部件的一端端部，且上补充辅助件和下补充辅助件之间形成有卡槽，所述卡槽用于插入留存叶片。

实施例3

在实施例1的基础上，本实施例提供的一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法，步骤3中，摆动激光的工艺条件是：

修复功率为1-20kW、修复速度为0.5-8m/min、摆动频率为0-300Hz和摆动幅度为1-5mm。

摆动激光的摆动方式为横摆、纵摆、圆摆、“8”摆或“∞”摆。

实施例4

在实施例1的基础上，本实施例提供的一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法，在步骤3之后，还包括对焊接修复完成后的补充体依次进行机械加工和后处理。

其中，对焊接修复完成后的补充体进行机械加工，具体方法是：

对焊接修复完成后的补充体依次进行切削、打磨和抛光。

对机械加工完成后的补充体进行后处理，具体方法是：

对机械加工完成后的补充体依次进行热处理、喷丸及表面渗层制备。

实施例5

本实施例提供的一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法，包括以下步骤：

步骤1，在叶盘叶片中沿着一条包含全部损伤的切割路线，将其损伤区域切除，将截断面及其周边区域打磨、清洗、干燥处理以备待用；本实施例中，所述叶盘叶片为发动机整体叶盘叶片或可拆卸叶盘叶片。

步骤2，加工几何形状包含损伤区域的补充体，将补充体与留存叶片进行拼接装配；本实施例中，所述补充体为整体结构或分体结构；其中，若补充体为分体结构时，补充体之间、及补充体与留存叶片之间的装配表面充分贴合，并且补充体需为焊接修复后的机械加工留有余量。

步骤3，利用摆动激光对留存叶片与补充体进行焊接，其中，焊接修复的功率范围为1-20kW，修复速度为0.5-8m/min，摆动频率为0-300Hz，摆动幅度为1-5mm。

步骤4，对修复完成的补充体进行机械加工，进而实现损伤叶片几何形状的恢复，同时得到修复区域焊缝无气孔、无侧壁未熔合、无咬边、无凹陷以及无角变形。

步骤5，最终进行后处理，以改善或提升叶片修复区域的服役性能。

实施例6

参考图1至图5，本实施例所述的一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法，包括以下步骤：

1)沿切割路线将叶片损伤部分切除，将截断面及其周边区域打磨、清洗和干燥处理以备待用。

2)基于摆动激光焊接修复方法，焊缝为锁底结构，即设计一种部分熔透的焊接方式，确保下补充体的底部不熔化。

3)根据设计的部分熔透焊接结构，制造与切除的损伤区域几何关系相同且包络损伤部分的补充体，所述补充体包括主补充部件、上补充辅助件和下补充辅助件，其中，所述上补充辅助件和下补充辅助件均布在主补充部件的一端端部，且上补充辅助件和下补充辅助件之间形成有卡槽，所述卡槽用于插入留存叶片。

确定主补充部件、上补充辅助件和下补充辅助件的尺寸；

将补充体插装在留存叶片上，完成补充体和留存体之间的拼接装配。

4)明确留存叶片切割截面的具体位置，留存叶片的切割截面处于焊接修复后焊缝的中部，上补充辅助件处于焊缝的顶部，下补充辅助件处于焊缝的底部。

采用摆动激光对装配好的留存叶片和补充体进行焊接修复，确保焊接修复路径包含该切割截面位置。

5)切削并打磨补充体的多余部分，在抛光后得到与新叶片几何形状相同的修复叶片。

6)对修复区域做后处理，以改善或提升叶片的服役性能。

步骤3)中，所述补充体之间及补充体与留存叶片之间的装配表面充分贴合，并且补充体需为焊接修复后的机械加工留有余量。

步骤4)中的摆动激光焊接修复的功率范围为1-20kW，修复速度为0.5-8m/min，摆动频率为0-300Hz，摆动幅度为1-5mm。

步骤4)中的摆动激光的摆动方式是指：横摆，纵摆，圆摆，“8”摆或“∞”摆。

步骤4)中所述的摆动激光焊接修复时，修复工艺参数的选择确定需与留存叶片切割截面的形状尺寸以及补充体的设计制造相互匹配。确保留存叶片与主补充体的连接位置处于焊缝中部，确保焊缝顶部处于上补充辅助件及主补充体与上补充辅助件等高的区域，确保焊缝底部处于下补充辅助件及上补充辅助件与下补充辅助件等高的区域；留存叶片与补充体修复区域焊缝修复区域包络留存叶片，焊接修复高度与留存叶片距离上下差均不小于0.15mm。

步骤6)中所述的后处理是指热处理、喷丸及表面渗层制备。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将目标叶盘叶片上的损伤区域切除，得到留存叶片；

步骤2，将预制的补充体与留存叶片进行拼接装配；

步骤3，利用摆动激光将拼接装配后的补充体与留存叶片进行焊接，得到修复完成的目标叶盘叶片。

2.根据权利要求1所述的一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法，其特征在于，步骤2中，所述补充体与切除的损伤区域的几何关系相同，且包络损伤部分。

3.根据权利要求1所述的一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法，其特征在于，步骤2中，所述补充体卡装在留存叶片上。

4.根据权利要求1所述的一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法，其特征在于，所述补充体包括主补充部件、上补充辅助件和下补充辅助件，其中，所述上补充辅助件和下补充辅助件均布在主补充部件的一端端部，且上补充辅助件和下补充辅助件之间形成有卡槽，所述卡槽用于插入留存叶片。

5.根据权利要求1所述的一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法，其特征在于，步骤3中，利用摆动激光将拼接装配后的补充体与留存叶片进行焊接，具体的焊接工艺参数是：

修复功率为1-20kW、修复速度为0.5-8m/min、摆动频率为0-300Hz、摆动幅度为1-5mm。

6.根据权利要求1所述的一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法，其特征在于，步骤3中，所述摆动激光的摆动方式为横摆、纵摆、圆摆、“8”摆或“∞”摆。

7.根据权利要求1所述的一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法，其特征在于，步骤3之后还包括对焊接修复完成后的补充体依次进行机械加工和后处理。

8.根据权利要求1所述的一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法，其特征在于，步骤3中，在进行焊接修复时，焊缝采用锁底结构。

9.根据权利要求1所述的一种发动机叶盘叶片大面积损伤的摆动激光焊接修复方法，其特征在于，步骤3中，在进行焊接修复时，留存叶片与补充体中的主补充体之间的连接位置处于焊缝中部；焊缝顶部处于上补充辅助件及主补充体与上补充辅助件等高的区域，焊缝底部处于下补充辅助件及上补充辅助件与下补充辅助件等高的区域。