一种定向合金叶片修理用焊材、制备方法及熔焊修理方法技术

本发明专利技术公开所属于焊接修理工艺的一种定向合金叶片修理用焊材、制备方法及熔焊修理方法，添加一定量的Cr、W和Mo等元素，用以获得较好的固溶强化效果和改善抗氧化性；添加一定量的Al、Ti和Ta等元素，用以形成一定含量的沉淀强化相（g

【技术实现步骤摘要】
一种定向合金叶片修理用焊材、制备方法及熔焊修理方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机
，特别涉及一种定向合金叶片修理用焊材、制备方法及熔焊修理方法。

技术介绍

[0002]航空发动机高压涡轮工作叶片为铸造的空心气冷叶片，叶片内部有冷却气流道，材料为定向凝固高温合金DZ125，表面涂覆有抗高温氧化、抗腐蚀的NiCrAlYSi金属涂层；零件在使用过程中承受复杂的应力和温度作用，还有高温腐蚀性燃气冲刷，经常在叶尖位置产生垂直于叶片主应力方向的裂纹等缺陷，如图1所示，无法再次使用，该故障率达到90%以上，大批量的更换新叶片为生产带来极大压力，也严重影响了发动机的使用寿命和更换周期。
[0003]为了延长零件的寿命，降低更换新品的成本及制造周期，需要对该零件进行焊接修理，保证修理后材料的性能满足使用要求。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，提出了一种定向合金叶片修理用焊材、制备方法及熔焊修理方法，具体技术方案如下：一种定向合金叶片修理用焊材，焊材为镍基体系，其焊材a的化学成分为 Co：3.0%～13.0%，Cr:4.0%～15.0%，W:3.0%～6.0%，Mo:1.0%～2.0%，Ti:0.5%～2.5%，Al:2.0%～5.0%, Ta:1.8%～6.1%，Ni为余量。
[0005]所述的一种定向合金叶片修理用焊材的制备方法包括如下步骤：步骤一：采用真空感应炉熔炼并浇注成直径为50mm的合金棒；步骤二：采用线切割的方法将合金棒加工成直径为1mm的焊丝；步骤三：采用机械加工的方法打磨掉焊丝表面的氧化皮，呈金属光泽；步骤四：焊丝外观检查，标准为焊丝表面100%去除氧化皮，呈金属光泽，无裂纹、起皮、起刺、斑疤和夹杂，局部能够有轻微的划伤、擦伤、斑点和凹坑。
[0006]采用所述的定向合金叶片修理用焊材的熔焊修理方法，步骤一：去除涂层采用酸洗的方法去除叶片表面的涂层，酸洗槽液配方为硝酸+ MRA
‑
CS；步骤二：荧光检查对叶片进行荧光检查，对裂纹位置进行标记；步骤三：打磨缺陷1）打磨前用高温压敏胶布对叶身、盖板处的小孔进行封堵，防止打磨废屑进入零件内部；2）采用风钻及钻头沿裂纹走向打磨，直至裂纹去除干净, 并将待焊接裂纹表面打磨成大于120
°
的坡口；打磨后采用5～10倍放大镜对打磨处检查裂纹是否去除干净；裂纹完
全去除后进行下一步焊接，仍存在裂纹继续打磨及检查，直至裂纹完全去除；3）打磨后用压缩空气吹净零件后，并去除高温压敏胶布，用洁净绢布蘸无水乙醇擦净待补焊部位，自然晾干；步骤四：焊接修理1）将零件安装至专用焊接夹具中；2）准备好焊材a，采用高频脉冲氩弧焊工艺方法进行焊接，堆焊高度不低于叶尖端面，堆焊层的厚度大于零件叶尖厚度，熔化的焊料不堵塞盖板孔，采用高温压敏胶布对小孔进行封堵；焊接工艺参数为：焊枪喷嘴直径：8mm～10mm；氩气流量：正面 8L/min～10L/min，背面 6～8；钨极牌号为WCe20；钨极直径：2mm；焊接电流：主电流40A～60A，副电流20A～30A，频率50Hz；快频电流40A～60A；电弧电压：8 V～10V；焊后进行目视检查：焊缝外观与母材圆滑过渡，焊接接头上无裂纹、烧穿、未熔合、咬边；步骤五：荧光检查对焊接部位进行荧光检查，要求无裂纹；如存在裂纹缺陷应重复步骤三和步骤四；步骤六：真空热处理对零件进行真空热处理，热处理制度为：在炉温为150℃以下时将零件装入炉中，随炉升温至825℃，保温2h；随炉升温至1000℃，保温1h；随炉升温至1100℃，保温4h；充氩气0.4MPa～0.6MPa冷至80℃以下；加热前将真空室内压强抽至0.13Pa以下，加热、保温过程中，当温度≤800℃，真空室内压强不大于0.13Pa，当温度＞800℃时，真空室内压强大于100Pa；步骤七：机械加工1）采用三坐标对叶片进行测量；2）根据测量数据对理论位置加工代码进行调整；3）采用铣削的方法去除余量至0.2mm；4）采用CBN砂轮磨削去除剩下余量；5）采用6000#抛光轮净抛上光；步骤八：喷涂涂层采用真空电弧度设备按照新品制造工艺在叶片的叶身外表面上涂镀NiCrAlYSi涂层；涂镀时间为90min
‑
110min，涂层厚度为0.02mm
‑
0.04mm，增重为0.6g
‑
1.1g；涂镀后目视检查，无涂层堵塞气膜孔；步骤九：真空热扩散对零件进行真空热扩散处理，热处理制度为：在炉温为150℃以下时将零件装入真空炉中，随炉升温至870℃，保温4h～4h15min，充氩气0.4MPa～0.6MPa冷至80℃以下；加热前真空室内压强抽至6.65
×
10
‑2Pa以下，加热保温过程中真空个室内压强小于6.65
×
10
‑2Pa；步骤十：表面质量检查采用目视检查的方法检查叶片表面质量，要求无划痕、凹坑。
[0007]所述的定向合金叶片修理用焊材的熔焊修理方法，所述步骤四中的专用焊接夹具包括底板、支座a、定位块、垫板a、垫板b、压板、盖板、支座b、导座a、调节支撑板、导座b、楔块、支座c、不锈钢六角宝塔接头和C型固定手柄压紧螺钉；
所述支座a、支座c、导座a、导座b、支座b固定在底板上；所述定位块通过圆柱销和内六角圆柱头螺钉固定在支座a上端面，其一侧对齐；所述压板设置在导座a上，且在导座a上滑动，其一端的压板开有凹槽；所述垫板a和垫板b均通过十字槽沉头螺钉分别固定在定位块和压板上；所述定位块和压板上均开有安装孔；所述盖板通过开槽沉头螺钉连接固定在压板上；所述c型固定手柄压紧螺钉设置在支座b上，一端头插接在压板的凹槽内；所述调节支撑板设置在导座b上，支座c设置在导座b的前端，六角压紧螺钉通过支座c顶在楔块上，其楔块顶在调节支撑板上；所述不锈钢六角宝塔接头插接在定位块和压板的安装孔内。
[0008]所述的定向合金叶片修理用焊材的熔焊修理方法，将待修理叶片放置到专用焊接夹具的调节支撑板中，将叶片的叶背与定位块及垫板a接触，按照待焊接修理的位置，扭动六角头压紧螺钉将楔块带动调节支撑板上升至叶片坡口最下端距离夹具垫板上表面2mm的焊接位置，扭动C型固定手柄压紧螺钉，带动垫板b及压板与叶片叶盆面接触并夹紧，对叶片进行定位；在其中一侧的两个不锈钢六角宝塔接头中连接上通水管，在另一侧的两个不锈钢六角宝塔接头中连接上出水管。
[0009]本专利技术的有益效果：本专利技术的新型焊接材料添加了Cr、W和Mo等元素，用以获得较好的固溶强化效果和改善抗氧化性；添加一定量的Al、Ti和Ta等元素，用以形成一定含量的沉淀强化相（g
¢
相），并且提高合金高温抗氧化性能，强度最高；专利技术的熔焊修理工艺方法，新的焊后热处理制度，并通过表面涂层去除、缺陷去除、焊接修复、热处理、机械加工、喷涂及质量检查等工艺过程，成功实现了零件缺陷的修理，修复后零件的冶金性能及尺寸精度满足发动机使用要求；本专利技术已应用至某大修机高压涡轮工作叶片叶尖裂纹故障的修理中，成功修理了144本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种定向合金叶片修理用焊材，其特征在于：焊材为镍基体系，其焊材a的化学成分为 Co：3.0%～13.0%，Cr:4.0%～15.0%，W:3.0%～6.0%，Mo:1.0%～2.0%，Ti:0.5%～2.5%，Al:2.0%～5.0%, Ta:1.8%～6.1%，Ni为余量。2.如权利要求1所述的一种定向合金叶片修理用焊材的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：采用真空感应炉熔炼并浇注成直径为50mm的合金棒；步骤二：采用线切割的方法将合金棒加工成直径为1mm的焊丝；步骤三：采用机械加工的方法打磨掉焊丝表面的氧化皮，呈金属光泽；步骤四：焊丝外观检查，标准为焊丝表面100%去除氧化皮，呈金属光泽，无裂纹、起皮、起刺、斑疤和夹杂，局部能够有轻微的划伤、擦伤、斑点和凹坑。3.一种采用如权利要求1所述的定向合金叶片修理用焊材的熔焊修理方法，其特征在于：步骤一：去除涂层采用酸洗的方法去除叶片表面的涂层，酸洗槽液配方为硝酸+ MRA
‑
CS；步骤二：荧光检查对叶片进行荧光检查，对裂纹位置进行标记；步骤三：打磨缺陷1）打磨前用高温压敏胶布对叶身、盖板处的小孔进行封堵，防止打磨废屑进入零件内部；2）采用风钻及钻头沿裂纹走向打磨，直至裂纹去除干净, 并将待焊接裂纹表面打磨成大于120
°
的坡口；打磨后采用5～10倍放大镜对打磨处检查裂纹是否去除干净；裂纹完全去除后进行下一步焊接，仍存在裂纹继续打磨及检查，直至裂纹完全去除；3）打磨后用压缩空气吹净零件后，并去除高温压敏胶布，用洁净绢布蘸无水乙醇擦净待补焊部位，自然晾干；步骤四：焊接修理1）将零件安装至专用焊接夹具中；2）准备好焊材a，采用高频脉冲氩弧焊工艺方法进行焊接，堆焊高度不低于叶尖端面，堆焊层的厚度大于零件叶尖厚度，熔化的焊料不堵塞盖板孔，采用高温压敏胶布对小孔进行封堵；焊接工艺参数为：焊枪喷嘴直径：8mm～10mm；氩气流量：正面 8 L/min～10 L/min，背面 6 L/min～8 L/min；钨极牌号为WCe20；钨极直径：2mm；焊接电流：主电流40A～60A，副电流20A～30A，频率50Hz；快频电流40A～60A；电弧电压：8V～10V；焊后进行目视检查：焊缝外观与母材圆滑过渡，焊接接头上无裂纹、烧穿、未熔合、咬边；步骤五：荧光检查对焊接部位进行荧光检查，要求无裂纹；如存在裂纹缺陷应重复步骤三和步骤四；步骤六：真空热处理对零件进行真空热处理，热处理制度为：在炉温为150℃以下时将零件装入炉中，随炉升温至825℃，保温2h；随炉升温至1000℃，保温1h；随炉升温至1100℃，保温4h；充氩气0.4MPa～0.6MPa冷至80℃以下；加热前将真空室内压强抽至0.13Pa以下，加热、保温过程中，当温度≤800℃，真...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈振林，刘纪德，曲伸，李英，
申请(专利权)人：中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：