基于微束等离子焊接和电火花精整的整体叶盘修复方法技术

本发明专利技术公开基于微束等离子焊接和电火花精整的整体叶盘修复方法，利用微束等离子焊接的方法在叶片顶端、叶片边沿熔覆堆焊金属，完成叶片顶端、叶片边沿磨损或损伤部位的熔覆堆焊；对叶片顶端、叶片边沿、叶片顶端熔覆堆焊部位进行电火花精整加工，最后利用湿吹沙工艺去除掉叶片电火花加工中出现的熔凝层，并对叶片进行抛光处理；将型面已经修复好的整体叶盘装在外圆磨床上，进行整体叶盘外圆高速磨削并达到叶片的长度尺寸，完成整体叶盘叶片顶部、叶片边沿磨损或损伤的修复工作；本发明专利技术在叶片型面的基础上快速、精确地修复叶顶和叶片边沿的磨损或损伤，完成叶片的再制造，恢复叶片的使用性能。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本专利技术属于叶片修复
，涉及。【
技术介绍
】整体叶盘的结构非常复杂，通道开敞性差，叶片薄、弯扭大、易变形，同时航空发动机和燃气轮机整体叶盘制造材料主要采用钛合金、高温合金等高性能金属材料和钛基、钛铝化合物等先进复合材料，不仅增加了制造难度，也对叶盘的维修提出了严峻的挑战。目前国内整体叶盘修复主要靠人工焊接修复和手工打磨，修复精度低，修复时间长，增加了整体叶盘的维护成本。整体叶盘一般工作在高压、高速气流、高温、气流交变等复杂工况，叶片顶端、叶片边沿容易发生磨损、变形及其它损伤，其中叶片顶端、叶片边沿的磨损是叶片的主要破坏方式，不同于热腐蚀损伤或外物冲击损伤，叶片基体大都完好无损。航空发动机和燃气轮机的整体叶盘在使用指定时间后要进行检修，检修的主要内容就是叶片的检修，由于叶片数量大，且制造工艺复杂，价格昂贵，修复叶片成本远远低于更换新成本，其修复成本仅为叶片制造成本的5%，因此如何在短时间内修复整体叶盘上已经磨损或损伤的叶片，恢复其使用性能已成为整体叶盘设计、制造及使用的一个关键问题。【
技术实现思路
】针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本专利技术的目的在于，提供一种；该方法可以在较短时间内完成叶片的修复，恢复叶片的使用性能，另外本专利技术有利于提高整体叶盘修复加工的自动化程度，提高整体叶盘修复加工效率，克服手工打磨叶片带来的叶片型面精度、叶片表面粗糙度不易控制等问题，实现整体叶盘叶片修复过程的数字化控制。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案:，包括以下步骤:I)把整体叶盘安装在变位机上，选取一个待修复叶片为基准，调整变位机姿态，使该叶片端面正对于线激光扫描器下方；2)调整线激光扫描器，使其沿平行于该目标叶片磨损面方向移动得到整体叶盘叶片磨损部位轮廓的三维离散点，通过分割算法得到整体叶盘叶片磨损部位的焊接轨迹；3)将步骤2)中扫描得到的焊接轨迹通过离线编程产生控制程序，并通过离线编程产生的程序控制控制焊接机器人和变位机同步协调运动，实现目标叶片磨损部位微束等离子恪覆堆焊；4)调整变位机姿态，使目标叶片的下一个磨损部位正对于线激光扫描器下方；重复步骤2)和步骤3)，直至微束等离子熔覆堆焊完目标叶片的所有磨损部位；5)变位机旋转一定角度，该角度为叶片在叶轮上的分布角度，以下一个磨损叶片为微束等离子熔覆堆焊目标，重复步骤2) — 4)，直到完成整体叶盘所有叶片磨损部位的微束等离子熔覆堆焊；6)将步骤5)得到的熔覆堆焊后的整体叶盘放入到热等静压机中进行热等静压处理；7)将经步骤6)得到的熔覆堆焊后整体叶盘装夹到三坐标测量机中，测量熔覆堆焊后的整体叶盘，完成叶盘、叶片表面完整的点云数据采集，建立熔覆堆焊后整体叶盘的实际三维模型；8)通过对比熔覆堆焊后整体叶盘的实际三维模型与整体叶盘的设计三维模型，得到熔覆堆焊后整体叶盘的实际三维模型相对于整体叶盘的设计三维模型的精度误差及变形量;9)根据步骤8)得到的精度误差及变形量，确定电火花加工余量；10)根据叶盘叶片设计三维模型，获取叶片仿形阴极，设计电火花加工电极；11)把经过步骤6)处理得到的熔覆堆焊后整体叶盘装夹到五轴电火花加工机床的工作台上，根据步骤9)得到的加工余量和步骤10)设计的电火花加工电极对熔覆堆焊后的整体叶盘进行电火花加工，得到修复后整体叶盘；12)将经步骤11)得到的修复后整体叶盘装夹到三坐标测量机中，测量修复后整体叶盘，建立修复后整体叶盘的实际三维模型；然后将修复后整体叶盘的实际三维模型与设计三维模型进行对比，得到修复后整体叶盘的最终精度误差及最终变形量；13)根据修复后整体叶盘的最终精度误差及最终变形量判断整体叶盘是否合格，当合格时，则采用湿吹沙、振动光饰和喷丸工艺对修复后的整体叶盘进行表面处理，然后再对修复后整体叶盘的叶片顶端进行外圆磨削，达到叶片的长度尺寸，得到修复的整体叶盘。本专利技术进一步的改进在于:还包括以下步骤:14)对步骤13)修复的整个叶盘叶片进行无损探伤后，最后进行大功率试车。本专利技术进一步的改进在于:步骤2)具体为:线激光扫描器沿平行于叶片顶端面方向以速度V移动，且由式V = Df确定；其中:V为线激光器扫描速度，单位为mm/s ;D为线激光器扫描精度，单位为_，和获取叶片顶端三维离散点轮廓的数据精度有关；f为线激光器扫描频率，单位为Hz ;通过线激光扫描器获取整体叶盘叶片顶端两条轮廓的三维离散点，通过(Xi, yi; Zi) = {(X1JX2i) / (η+1)，(Υ?+Υ2?)/ (η+1), (zH+z2i) / (η+1)}，得到整体叶盘叶片顶端磨损焊接修复轨迹，其中(Xi, y;，Zi)为焊接修复轨迹离散点，(xH，yH, Zli)和(x2l, y2l, z2l)为整体叶盘叶片顶端两条轮廓的三维离散点，η为焊接修复的焊道数。本专利技术进一步的改进在于:步骤3)中微束等离子熔覆堆焊参数具体为:压缩喷嘴直径:0.6?1.2mm ;焊接速度:0.25?0.65cm.s %焊接电流:5?16A ;焊接电压:22?35V ;氩气保护气体流量为24?36L.h S送粉速率为3_10g.s 1O本专利技术进一步的改进在于:步骤6)具体为:将焊接修复得到的整体叶盘坯体放入到热等静压机中，加热到940°C，并加压到200MPa，保温恒压Ih ;然后冷却至650°C，并减压至llOMPa，再保温恒压2-4h ;最后再冷却至500°C，并减压至大气压，然后再随炉冷却至室温。本专利技术进一步的改进在于:步骤11)的具体操作为:将整体叶盘坯体水平安装在五轴联动电火花机床的变位机工作台上，采用煤油工作液、紫铜材质的球状或圆柱工具电极，设置整体叶盘的极性为正极，选用等能量方波的电源模式，设置电火花铣削机床参数后根据电火花加工余量分别对整体叶盘叶片顶端和叶片边沿进行电火花精整加工；电火花铣削机床参数为:脉冲宽度为5-30 μ S，脉冲间隙为15-40 μ S，电流密度为17.52-84.39Α/cm2，间隙电压为35-70V。本专利技术进一步的改进在于:步骤12)中对整体叶盘样品进行磨削的具体过程为:将整体叶盘样品安装到外圆磨床上，通过外圆磨床对整体叶盘样品上叶片的端面进行磨肖Ij，磨削过程中，整体叶盘样品的转速为6000r/min，砂轮线速度为120m/s，纵向进给速度为0.0lmm/min，外圆磨床采用水基冷却方式注水，其中，水的流量为90L/min、扬程为5.5m。本专利技术的目的是提供一种基于微束等离子焊接和电火花精整的整体叶盘叶片修复技术，在叶片型面的基础上快速、精确地修复叶顶和叶片边沿的磨损或损伤，完成叶片的当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微束等离子焊接和电火花精整的整体叶盘修复方法，其特征在于，包括以下步骤：1)把整体叶盘安装在变位机上，选取一个待修复叶片为基准，调整变位机姿态，使该叶片端面正对于线激光扫描器下方；2)调整线激光扫描器，使其沿平行于该目标叶片磨损面方向移动得到整体叶盘叶片磨损部位轮廓的三维离散点，通过分割算法得到整体叶盘叶片磨损部位的焊接轨迹；3)将步骤2)中扫描得到的焊接轨迹通过离线编程产生控制程序，并通过离线编程产生的程序控制控制焊接机器人和变位机同步协调运动，实现目标叶片磨损部位微束等离子熔覆堆焊；4)调整变位机姿态，使目标叶片的下一个磨损部位正对于线激光扫描器下方；重复步骤2)和步骤3)，直至微束等离子熔覆堆焊完目标叶片的所有磨损部位；5)变位机旋转一定角度，该角度为叶片在叶轮上的分布角度，以下一个磨损叶片为微束等离子熔覆堆焊目标，重复步骤2)—4)，直到完成整体叶盘所有叶片磨损部位的微束等离子熔覆堆焊；6)将步骤5)得到的熔覆堆焊后的整体叶盘放入到热等静压机中进行热等静压处理；7)将经步骤6)得到的熔覆堆焊后整体叶盘装夹到三坐标测量机中，测量熔覆堆焊后的整体叶盘,完成叶盘、叶片表面完整的点云数据采集，建立熔覆堆焊后整体叶盘的实际三维模型；8)通过对比熔覆堆焊后整体叶盘的实际三维模型与整体叶盘的设计三维模型，得到熔覆堆焊后整体叶盘的实际三维模型相对于整体叶盘的设计三维模型的精度误差及变形量；9)根据步骤8)得到的精度误差及变形量，确定电火花加工余量；10)根据叶盘叶片设计三维模型，获取叶片仿形阴极，设计电火花加工电极；11)把经过步骤6)处理得到的熔覆堆焊后整体叶盘装夹到五轴电火花加工机床的工作台上，根据步骤9)得到的加工余量和步骤10)设计的电火花加工电极对熔覆堆焊后的整体叶盘进行电火花加工，得到修复后整体叶盘；12)将经步骤11)得到的修复后整体叶盘装夹到三坐标测量机中，测量修复后整体叶盘,建立修复后整体叶盘的实际三维模型；然后将修复后整体叶盘的实际三维模型与设计三维模型进行对比，得到修复后整体叶盘的最终精度误差及最终变形量；13)根据修复后整体叶盘的最终精度误差及最终变形量判断整体叶盘是否合格；当不合格时，重复步骤7)—9)及步骤11)；当合格时，则采用湿吹沙、振动光饰和喷丸工艺对修复后的整体叶盘进行表面处理，然后再对修复后整体叶盘的叶片顶端进行外圆磨削，达到叶片的长度尺寸，得到修复的整体叶盘。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王伊卿，陈剑，卢秉恒，曾泽文，王彬，刘红忠，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61