一种发动机叶片补片式修复方法技术

本发明专利技术涉及一种发动机叶片补片式修复方法。该方法根据切除后的叶片的截面形状进行补片的设计，在补片截面加工一个凹槽，并根据补片的形状设计焊接工装，并对局部模拟叶片进行焊接实验，获得最佳焊接参数；然后进行正式待修复的叶片和补片的焊接。其中凹槽的型面与叶片的上下表面对应，可采用全覆盖式和半覆盖式凹槽，形成一个等厚的曲线焊缝，本发明专利技术使得形成焊接接头的焊接工艺简化，能防止前后缘产生缺陷和变形，另外接头形式适用于其他熔焊方法，如氩弧焊、等离子焊、激光焊等，可大大降低修复成本，提高接头质量和稳定性。

A patch repair method for engine blades

The invention relates to a patch repairing method for engine blades. The method is designed according to the section shape of the blade after the excision. A groove is processed in the section of the patch, and the welding tooling is designed according to the shape of the patch. The welding experiment of the local simulated blade is carried out to obtain the best welding parameters. Then, the welding of the vane and patch to be formally repaired is carried out. The surface of the grooves corresponds to the upper and lower surfaces of the blade, and a full cover and half cover groove can be used to form an equal thickness curve weld. The invention makes the welding process of the welded joint simplified, prevents the front and rear edges from producing defects and deformation, and the joint form is suitable for other welding methods, such as argon arc welding. Plasma welding and laser welding can greatly reduce the cost of repair and improve the quality and stability of joints.

【技术实现步骤摘要】
一种发动机叶片补片式修复方法
本专利技术涉及一种补片式修复方法，属于焊接

技术介绍
风扇和压气机是航空涡轮喷气发动机的关键部件，其主要作用是提高作为发动机工作介质的空气的压力，其中转子叶片为高速旋转的动部件，数量多、形体单薄、状况严酷、工作环境复杂，使其一直成为发动机使用和实验中故障率最高的零部件之一。对损伤的叶片进行修复后再使用，可降低发动机全寿命使用成本。特别是目前随着当前整体叶盘使用需求的增加，对转子叶片的修复需求更加迫切，这是因为整体叶盘是一体式结构，使得损坏叶片不易更换，因此必然需要相应的修复技术来降低使用成本。叶片补片式修复是指将损伤切除后，使用熔焊方法补焊上一片新的局部叶片（补片），再经过后续的加工等工序，恢复叶片的使用功能。这种修复方法可满足大部分外物损伤修复的需要，是使用率最高的焊接修复方法之一。由于叶片型面复杂，切除损伤后的叶片截面厚度不同、形状也不规则，另一方面，补片在设计时要留有余量满足后续加工要求，变厚度曲面且薄厚搭配的接头使得后续的熔焊工艺也较复杂。切除损伤后的叶片截面在前后缘很薄，只有零点几毫米。最初的焊接方法，补片采用等厚平板与叶片对接，在前后缘处焊缝两侧厚度差非常大，在焊接时极易出现焊穿、变形等问题。SNECMA专利中对这种方式进行了改进，将补片厚度变为随叶片厚度变化，并比叶片稍厚，这种方法在焊接过程中需要随着焊接厚度改变焊接参数，需精确设置每段焊缝，工艺过程较复杂，对焊接过程要求较高，标准化很难完成。由于补片比原叶片的两面均厚出一定量，以满足后续加工的要求，这样就形成了焊缝正面一面高一面低的接头形式，这种接头形式比较适合采用电子束焊接，其它方法如弧焊、激光焊均不建议这种接头，可能降低焊接质量，但电子束焊接成本较高且需进真空室焊接，带来了诸多的限制，因此从柔性和成本方面考虑可以进一步改进。
技术实现思路
针对上述修复过程工艺复杂、成本较高等问题，本专利技术提出一种发动机叶片补片式修复方法，通过设计特殊的补片几何形状，结合相应的工艺措施，使得形成焊接接头的焊接工艺简化，能防止前后缘产生缺陷和变形，另外接头形式适用于其他熔焊方法，如氩弧焊、等离子焊、激光焊等，可大大降低修复成本，提高接头质量和稳定性。为了实现本专利技术，采用了如下技术方案：一种发动机叶片补片式修复方法，该方法具体包括如下步骤：第一步、从叶尖到叶片前缘和后缘沿直线切除损伤，切除位置按照损伤发生的位置结合叶片的受力综合进行选择，同一位置可以包括多个损伤；第二步、根据切除后的叶片的截面形状进行补片的设计，在补片截面加工一个凹槽；第三步、根据补片的形状设计焊接工装的垫板和压板,焊接工装的垫板将叶片和补片托起，焊缝位置背面提供保护气，防止氧化，压板将叶片和补片的正面压紧；第四步、在进行补片和焊接工装的制造时，同步开展局部模拟叶片的加工及同一位置损伤的叶片的损伤切除;第五步、根据补片凹槽深度在补片上表面标出焊缝位置，将局部模拟叶片装入焊接垫板，补片套入叶片端面，装配好位置后压紧进行参数焊接试验；第六步、待在局部模拟叶片上获得满意的焊接参数后，将待修复的发动机叶片和补片装入焊接工装，按照局部模拟叶片的焊接参数进行焊接修复；第七步、焊接完成后进行型面恢复加工，完成修复。在一个优选的技术方案中，所述第二步中的凹槽的型面与待修复叶片的上下表面对应，凹槽的上下型面覆盖待修复叶片的上下表面，焊接前将待修复叶片插入补片凹槽，形成一个等厚的焊缝，补片对叶片接头有增厚补偿的作用，比焊缝稍长的补片覆盖了叶片切面两端点。在一个优选的技术方案中，所述第二步中的凹槽为单面凹槽的形式，以焊接时的位置区分上下，焊缝处补片的下型面比待修复叶片下型面多出0.1～0.3mm，但不覆盖待修复叶片下型面，补片上型面与下型面平行，覆盖待修复叶片上型面，形成一个等厚的曲线焊缝，采用单面凹槽时只有上型面有厚度的补偿，下型面无补偿。在一个优选的技术方案中，所述补片焊接端在满足余量和包容待修复叶片的情况下尽量薄，在焊缝最远端的截面过渡为长方形，厚度比焊接截面更厚，凹槽深度不超过5mm，将焊缝中部加工得比两端更浅约3mm。在一个优选的技术方案中，所述凹槽与补片分别加工再组合在一起，凹槽的加工方法是机械加工或电加工。在一个优选的技术方案中，所述第三步中进行垫板和压板设计时，可不完全按照原型面进行加工，而是将叶片和补片向反方向进行预变形，使其预先产生一定的变形量，以消除焊接过程的变形。本专利技术的技术效果如下：（1）通过补片设计，将叶片插入合适的补片凹槽，对焊缝处叶片的厚度进行补偿加厚，使整条焊缝等厚，采用同一参数实现修复焊接，简化叶片补片修复的过程，降低修复过程操作的精确程度，提高修复成功率和修复质量，同时将修复方法扩展至氩弧焊、等离子焊、激光焊等其他方法，进一步降低了成本；（2）焊接工装的垫板和压板考虑到焊接变形量进行设计加工，将焊接变形减小到最小，提高叶片修复后的精度。说明书附图图1补片修复装配示意图；图2补片修复接头形式示意图；图3凹槽的上下型面覆盖待修复叶片的上下表面的补片示意图；图4凹槽的下型面不覆盖待修复叶片的下表面的补片示意图。图中，1-叶片，2-补片，3-焊缝，4-缺失叶片轮廓,5-凹槽。具体实施方式本专利技术的发动机叶片补片式修复方法包括如下步骤：（1）从叶尖到叶片前/后缘沿直线切除损伤，该切除位置按照损伤发生的位置结合叶片的受力综合进行选择，同一位置可以包括多个损伤，有利于进行多个叶片的标准化修复。（2）根据截面形状进行补片的设计，在补片截面加工一个凹槽，凹槽深度不超过5mm，凹槽的型面与叶片的上下表面对应，焊接前将待修复叶片插入补片凹槽，形成一个等厚的焊缝，补片对叶片接头有增厚补偿的作用，比焊缝稍长的补片覆盖了叶片切面两端点。采用同一种焊接参数进行焊接，焊接时也不易将薄叶片焊穿，正面的补偿块同时充当焊接填料，使其在不填丝情况下也不会产生咬边，简化焊枪头。在叶尖和前/后缘处补片卡住叶片，起到定位的作用。补片焊接端在满足余量和包容缺失叶片的情况下尽量薄，以减小焊接时的热输入，而在焊缝最远端的截面可以过渡为简单的长方形，厚度可以比焊接截面更厚，起到增加补片刚性减小补片变形的作用。由于叶型为双曲面，为方便加工，凹槽深度不宜过深一般不超过5mm，同时将焊缝中部加工得比两端更浅约3mm。凹槽可采用机械加工或电加工方法加工，也可将凹槽与补片分别加工再组合在一起的方式。对于单面凹槽，以焊接时的位姿区分上下，焊缝处补片的下型面比叶片下型面多出0.1～0.3mm，但不覆盖叶片，补片上型面与下型面平行，覆盖叶片形成一个等厚的曲线焊缝。此方法只有上面有厚度的补偿，下面无补偿。补片在焊缝下方的厚度向后端面过渡更厚，此方法更容易机械加工实现，且形成的焊缝厚度最小。焊缝背面没有余量，但焊后在焊缝背面由于自然形成了余高，使得背面焊缝即使在两侧相平的情况下也能满足后续恢复加工的需要。在前后缘处，叶片的焊缝位于整个焊缝的下面，热输入也较上面小。（4）根据补片的形状，设计焊接工装的垫板，焊接工装的垫板将叶片和补片托起，焊缝位置背面提供保护气，防止氧化。正面用压板将叶片和补片压紧。由于焊接时有可能会发生变形，导致补片乃致叶片向焊缝正面产生微量的扭转变形，因此工装的垫板和压板在设计时，可不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发动机叶片补片式修复方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：第一步、从叶尖到叶片前缘和后缘沿直线切除损伤，切除位置按照损伤发生的位置结合叶片的受力综合进行选择，同一位置可以包括多个损伤；第二步、根据切除后的叶片的截面形状进行补片的设计，在补片截面加工一个凹槽；第三步、根据补片的形状设计焊接工装的垫板和压板, 焊接工装的垫板将叶片和补片托起，焊缝位置背面提供保护气，防止氧化，压板将叶片和补片的正面压紧；第四步、在进行补片和焊接工装的制造时，同步开展局部模拟叶片的加工及同一位置损伤的叶片的损伤切除;第五步、根据补片凹槽深度在补片上表面标出焊缝位置，将局部模拟叶片装入焊接垫板，补片套入叶片端面，装配好位置后压紧进行参数焊接试验；第六步、待在局部模拟叶片上获得满意的焊接参数后，将待修复的发动机叶片和补片装入焊接工装，按照局部模拟叶片的焊接参数进行焊接修复；第七步、焊接完成后进行型面恢复加工，完成修复。

【技术特征摘要】
1.一种发动机叶片补片式修复方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：第一步、从叶尖到叶片前缘和后缘沿直线切除损伤，切除位置按照损伤发生的位置结合叶片的受力综合进行选择，同一位置可以包括多个损伤；第二步、根据切除后的叶片的截面形状进行补片的设计，在补片截面加工一个凹槽；第三步、根据补片的形状设计焊接工装的垫板和压板,焊接工装的垫板将叶片和补片托起，焊缝位置背面提供保护气，防止氧化，压板将叶片和补片的正面压紧；第四步、在进行补片和焊接工装的制造时，同步开展局部模拟叶片的加工及同一位置损伤的叶片的损伤切除;第五步、根据补片凹槽深度在补片上表面标出焊缝位置，将局部模拟叶片装入焊接垫板，补片套入叶片端面，装配好位置后压紧进行参数焊接试验；第六步、待在局部模拟叶片上获得满意的焊接参数后，将待修复的发动机叶片和补片装入焊接工装，按照局部模拟叶片的焊接参数进行焊接修复；第七步、焊接完成后进行型面恢复加工，完成修复。2.根据权利要求1所述的发动机叶片补片式修复方法，其特征在于，所述第二步中的凹槽的型面与待修复叶片的上下表面对应，凹槽的上下型面覆盖待修复叶片的上下表面，焊接前将待修复叶片插入补片凹槽，形成一个等...

【专利技术属性】
技术研发人员：万晓慧，金俊龙，郭德伦，李晓红，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11