一种适用于高温钛合金结构裂纹的修理方法技术

本发明专利技术涉及金属结构裂纹修理技术领域，具体为一种适用于高温钛合金结构裂纹的修理方法，包括以下步骤：使用目视、涡流和着色相结合的方式对钛合金结构件进行探伤，对于损伤部位用记号笔进行标记；根据高温钛合金的温度和受力要求，选择耐高温且等刚度的碳纤维复合材料和对应的耐高温胶膜；使用丙酮对损伤表面进行清洁，然后对修理区域进行表面改性处理；采用双热源加热的方式即采用两个电热毯、两个热风机对耐高温胶膜和碳纤维复合材料进行双面加热固化，完成修理。本发明专利技术解决了航空发动机尾喷区域对耐热性的要求；解决了外场传统单一热源加热达不到高温工艺要求的问题，实现了航空发动机尾喷区域对耐热性和耐疲劳的要求。发动机尾喷区域对耐热性和耐疲劳的要求。发动机尾喷区域对耐热性和耐疲劳的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高温钛合金结构裂纹的修理方法


[0001]本专利技术涉及金属结构裂纹修理
，具体为一种适用于高温钛合金结构裂纹的修理方法。

技术介绍

[0002]钛合金以其优异的综合性能得到广泛应用，对于应用在航空发动机尾喷区域的钛合金零部件，除了承受飞行过程中的振动载荷外，还因发动机反复启动和停车作用下承受热疲劳载荷。在反复高温、振动、噪声等多物理场耦合的环境下,高温钛合金结构经常产生不同程度的疲劳裂纹,进而对飞机的寿命、安全性和可靠性造成影响。
[0003]传统的钛合金裂纹修理的方法包括铆接结构、焊接结构。铆接结构存在铆接孔对结构强度削弱大且制孔制窝困难，难以外场修理缺点；而焊接结构的焊缝中极有可能存在极不均匀的晶粒组织和难以避免的气焰缺陷。因此需要开发出修理新方法进一步提高钛合金裂纹修理效果。有文献指出复合材料补片可以胶接修理金属裂纹结构，但是针对耐高温的钛合金裂纹修理没有考虑高温特性带来的工艺和材料的改变，对应修理方法有较大差异。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种适用于高温钛合金结构裂纹的修理方法。通过摒弃传统的钛合金裂纹修理的铆接结构、焊接结构方法，以避免出现结构强度削弱大、制孔制窝困难、不均匀的晶粒组织和气焰缺陷等缺点。深入挖掘复合材料补片胶接修理金属裂纹工艺，针对高温钛合金结构裂纹修理，创新性地采用耐高温胶膜、耐高温碳纤维双马复材新材料修理，解决航空发动机尾喷区域对耐热性的要求；采用双热源加热方法，解决外场传统单一热源加热达不到高温工艺要求的问题，最终，实现航空发动机尾喷区域对耐热性和耐疲劳的要求，修理后的钛合金裂纹寿命得到提高。
[0005]本专利技术所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
[0006]一种适用于高温钛合金结构裂纹的修理方法，包括以下步骤：
[0007](一)使用目视、涡流和着色相结合的方式对钛合金结构件进行探伤，对于损伤部位用记号笔进行标记；
[0008](二)根据高温钛合金的温度和受力要求，选择耐高温且等刚度的碳纤维复合材料和对应的耐高温胶膜；
[0009](三)使用丙酮对损伤表面进行清洁，然后对修理区域进行表面改性处理；
[0010](四)再次使用丙酮对表面改性后的钛合金表面进行去油污处理，然后将准备好的耐高温胶膜和碳纤维复合材料依次铺贴到金属裂纹区域；
[0011](五)将热电偶贴在耐高温胶膜和碳纤维复合材料，探测耐高温胶膜和碳纤维预浸料固化时的温度；
[0012](六)利用真空袋、密封胶条对金属裂纹区密封，使用真空泵对金属裂纹区域的胶
膜和预浸料施加不小于0.085MPa的胶接压力；
[0013](七)采用双热源加热的方式即采用两个电热毯、两个热风机对耐高温胶膜和碳纤维复合材料进行双面加热固化，完成修理。
[0014]优选地，步骤(一)中还包括荧光渗透、红外热成像、射线检测的方式对钛合金结构件进行探伤。
[0015]优选地，步骤(二)中碳纤维复合材料包括ZT7H/ACTECH2401碳纤维双马预浸料。
[0016]优选地，步骤(二)中耐高温胶膜包括J
‑
270胶膜、J
‑
345胶膜、SY
‑
300K胶膜、J
‑
116胶膜。
[0017]优选地，步骤(三)中改性处理方式包括打磨、阳极化、喷丸、激光熔覆。
[0018]优选地，步骤(四)中铺贴时不能出现褶皱，要与裂纹结构件完全贴合。
[0019]优选地，步骤(五)中热电偶的探测温度偏差应
±
0.5℃。
[0020]优选地，步骤(五)中探头距离耐高温胶膜和碳纤维复合材料不超过5cm。
[0021]优选地，步骤(六)中真空泵的加压时间要持续整个胶膜固化过程。
[0022]优选地，步骤(七)中双热源加热过程中应有保温措施，且双热源分布在金属裂纹两侧。
[0023]本专利技术的有益效果是：
[0024]与现有技术相比，本专利技术创新性地采用耐高温胶膜、耐高温碳纤维双马复合材料进行修理，解决了航空发动机尾喷区域对耐热性的要求；通过采用双热源加热方法，解决了外场传统单一热源加热达不到高温工艺要求的问题，实现了航空发动机尾喷区域对耐热性和耐疲劳的要求，使得修理后的钛合金裂纹寿命得到了提高。
附图说明
[0025]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明：
[0026]图1为本专利技术的修理示意图。
[0027]图中：1、钛合金裂纹板；2、真空袋；3、耐高温材料；4、热源一；5、保温毛毡一；6、保温毛毡二；7、热源二。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本专利技术进一步阐述。
[0029]图1为本专利技术的修理示意图。为了进一步详细阐述本专利技术，现以某飞机尾喷管裂纹长度为长20mm，宽0.1mm穿透性裂纹为例进行说明。
[0030]一种适用于高温钛合金结构裂纹的修理方法，包括以下步骤：
[0031](一)使用目视、涡流和着色相结合的方式对钛合金结构件如钛合金裂纹板1进行探伤，对于损伤部位用记号笔进行标记，除了使用目视、涡流和着色相结合的方式之外，还可以选择荧光渗透、红外热成像、射线检测的方式对钛合金结构件进行探伤。
[0032](二)根据高温钛合金的温度和受力要求，选择耐高温且等刚度的碳纤维复合材料和对应的耐高温胶膜，其中，碳纤维复合材料包括ZT7H/ACTECH2401碳纤维双马预浸料,；耐高温胶膜为耐高温材料3，包括J
‑
270胶膜、J
‑
345胶膜、SY
‑
300K胶膜、J
‑
116胶膜。在本实施
例中，以ZT7H/ACTECH2401碳纤维双马预浸料、J
‑
345胶膜为例进行修理。
[0033](三)使用丙酮对损伤表面进行清洁，然后对修理区域进行表面改性处理，改性处理方式包括打磨、阳极化、喷丸、激光熔覆等其他任何能够提高钛合金表面性能的方式，在本实施例中，以喷丸的方式进行处理，具体的处理方式如下：对钛合金裂纹区域100mm*100mm范围内进行喷丸处理，喷射气压为0.55MPa，弹丸选用陶瓷丸Z300，喷丸时间25s喷丸强度0.51mm。喷丸处理后用丙酮进行去油污处理。
[0034](四)再次使用丙酮对表面改性后的钛合金表面进行去油污处理，然后将准备好的耐高温胶膜和碳纤维复合材料依次铺贴到金属裂纹区域，铺贴时不能出现褶皱，要与裂纹结构件完全贴合；在本实施例中，具体的铺贴过程如下：
[0035]根据钛合金受力和热载荷的情况，将J
‑
345胶膜裁剪90*80mm，然后将裁剪好的胶膜贴在裂纹待修理区域；将ZT7H/ACTECH2401碳纤维双马预浸料裁剪90*80mm的大小，0度六层，90度一层。然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于高温钛合金结构裂纹的修理方法，其特征在于：包括以下步骤：(一)使用目视、涡流和着色相结合的方式对钛合金结构件进行探伤，对于损伤部位用记号笔进行标记；(二)根据高温钛合金的温度和受力要求，选择耐高温且等刚度的碳纤维复合材料和对应的耐高温胶膜；(三)使用丙酮对损伤表面进行清洁，然后对修理区域进行表面改性处理；(四)再次使用丙酮对表面改性后的钛合金表面进行去油污处理，然后将准备好的耐高温胶膜和碳纤维复合材料依次铺贴到金属裂纹区域；(五)将热电偶贴在耐高温胶膜和碳纤维复合材料，探测耐高温胶膜和碳纤维预浸料固化时的温度；(六)利用真空袋、密封胶条对金属裂纹区密封，使用真空泵对金属裂纹区域的胶膜和预浸料施加不小于0.085MPa的胶接压力；(七)采用双热源加热的方式即采用两个电热毯、两个热风机对耐高温胶膜和碳纤维复合材料进行双面加热固化，完成修理。2.根据权利要求1所述的一种适用于高温钛合金结构裂纹的修理方法，其特征在于：步骤(一)中还包括荧光渗透、红外热成像、射线检测的方式对钛合金结构件进行探伤。3.根据权利要求1所述的一种适用于高温钛合金结构裂纹的修理方法，其特征在于：步骤(二)中碳纤维复合材料包括ZT7H/ACTECH2401碳纤维双马预浸料。4.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦腾飞，刘金生，王志远，符彬，
申请(专利权)人：国营芜湖机械厂，
类型：发明
国别省市：