一种基于逆向建模的DZ125合金涡轮叶片激光沉积修理方法技术

本发明专利技术公开一种基于逆向建模的DZ125合金涡轮叶片激光沉积修理方法，步骤一：激光沉积修复材料选择与验证；步骤二：叶尖端面铣加工；步骤三：叶尖打磨与清理；步骤四：三坐标测量；步骤五：重新建模及加工编程；步骤六：激光沉积加工；步骤七：荧光检查；步骤八：X光检查；步骤九：机械加工。本发明专利技术技术方案已应用至叶片叶尖磨损故障的修理中，修复后的冶金质量稳定可靠，尺寸精度满足装配使用要求。尺寸精度满足装配使用要求。尺寸精度满足装配使用要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于逆向建模的DZ125合金涡轮叶片激光沉积修理方法


[0001]本专利技术涉及钛合金叶片制造
，特别涉及一种基于逆向建模的DZ125合金涡轮叶片激光沉积修理方法。

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，材料为定向凝固高温合金DZ125，零件在使用过程中承受复杂的应力和温度作用，经过一个周期使用后会产生叶尖磨损缺陷，如图1所示，磨损量超过发动机装配使用要求，从而影响发动机的性能，导致叶片无法再次使用。该故障率较高，大批量的更换新叶片为生产带来较大压力。为了降低发动机更换新品的成本及制造周期，需要对该叶片进行接长修理，保证修理后零件的冶金性能及尺寸满足使用要求。
[0003]高压涡轮工作叶片叶尖部位为不等厚截面，壁厚仅为0.51
‑
1mm，而且由于高压涡轮工作叶片在使用后会产生变形问题，因此常规的修理方法难以保证零件的修理质量。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，提出了一种基于逆向建模的DZ125合金涡轮叶片激光沉积修理方法，具体技术方案如下：
[0005]一种基于逆向建模的DZ125合金涡轮叶片激光沉积修理方法，步骤如下：
[0006]步骤一：激光沉积修复材料选择与验证
[0007]考虑到与基体合金的相容性，分别选择DZ125和DZ125L两种粉末材料进行激光沉积修复工艺试验与组织性能评定。为了综合评估结合区和沉积区的修复性能，进行高温拉伸性能测试，通过高温拉伸性能结果对比，采用抗拉强度及延伸率均高的粉末，满足零件使用要求；
[0008]步骤二：叶尖端面铣加工
[0009]采用铣床及端铣刀将叶片叶尖进行铣加工，保证叶片叶尖端面位置齐平；
[0010]步骤三：叶尖打磨与清理
[0011]1)采用风钻及钢丝轮将叶片叶尖往下不小于5mm区域进行打磨，去除该区域表面氧化层；
[0012]2)采用无水乙醇将叶片叶尖及叶尖往下不小于5mm区域的油污进行清理；
[0013]步骤四：三坐标测量
[0014]采用配有接触式扫描测头的的三坐标测量机，在叶片叶尖顶端邻近的2条截面各获得12个测量点进行测量，获得测量点的位置数据；
[0015]步骤五：重新建模及加工编程
[0016]1)将测量的位置数据导入零件设计模型中，重新生成新的叶片叶尖三维模型；
[0017]2)按照新模型进行激光沉积加工程序的设计；
[0018]步骤六：激光沉积加工
[0019]1)采用带有气氛净化系统的氩气箱的激光沉积加工设备，将叶片沿机床Z轴方向放置在平台上，并采用金属块沿叶片安装边进行固定；
[0020]2)将氩气箱的水、氧含量净化到50PPM以下；
[0021]3)进行激光沉积加工；
[0022]步骤七：荧光检查
[0023]对激光沉积部位进行荧光检查，不允许存在裂纹。
[0024]步骤八：X光检查
[0025]对激光沉积部位进行荧光检查，不允许存在裂纹及0.5mm以上的气孔缺陷；
[0026]步骤九：机械加工
[0027]采用铣削的方法进行激光沉积修复区域的加工，实现修复区与未修复区的圆滑转接。
[0028]所述的一种钎焊耐磨合金预成型坯的制备方法，其优选方案为步骤五中的3)所述的激光沉积加工共计沉积四层，每层的工艺为：按在叶盘位置沿起点至叶片转角凹点方向进行激光沉积加工，然后在叶背位置沿起点至叶片转角凹点方向进行激光沉积加工，最后在叶片转角凹点位置进行补加工；其主要工艺参数为：激光功率300w，扫描速度3.5mm/s，送粉速率0.8r/min，Z轴抬升量0.6mm，沉积高度大于2mm。本专利技术的有益效果：
[0029]本专利技术解决了由于高压涡轮工作叶片叶尖壁厚不均匀及使用后变形导致的修理质量难以保证的问题，通过试片级修理试验与性能评定及实际零件的修理试验验证，成功实现了零件叶尖磨损缺陷的接长修理，修复后零件的冶金性能及尺寸精度满足发动机使用要求。本专利技术的技术方案已应用至叶片叶尖磨损故障的修理中，修复后的冶金质量稳定可靠，尺寸精度满足装配使用要求。修理成本仅为新品制造成本的1/3，具有较大的经济效益。该专利技术可以拓展到相同材料的其他零件的制造及修理中，具有广阔的应用空间。
附图说明
[0030]图1为高压涡轮工作叶片示意图；
[0031]图2为激光沉积修复性能评定试样，(a)结合区考核试样；
[0032]图3为激光沉积修复性能评定试样，(b)沉积区考核试样；
[0033]图4为高温拉伸性能测试试样示意图；
[0034]图5为激光沉积修理示意图；
[0035]图6为叶片修复试样微观组织(a)低倍组织；
[0036]图7为叶片修复试样微观组织(b)高倍组织。
[0037]图中，1
‑
叶盆侧、2
‑
叶背侧、3
‑
起点、4
‑
叶片转角凹点、5
‑
激光沉积区。
具体实施方式
[0038]以下结合附图1
‑
7和实施例对本专利技术作进一步详述。
[0039]实施例1
[0040]一种基于逆向建模的DZ125合金涡轮叶片激光沉积修理方法，步骤如下：
[0041](1)激光沉积修复材料选择与验证：考虑到与基体合金的相容性，分别选择DZ125和DZ125L两种粉末材料进行激光沉积修复工艺试验与组织性能评定。为了综合评估结合区
和沉积区的修复性能，按照图2、图3进行2种工艺试样的制备，试样厚度为3mm，并按照图4进行性能测试式样的加工，每种试样进行3根1000℃时的高温拉伸性能测试。通过高温拉伸性能结果对比，采用DZ125L粉末的抗拉强度及延伸率均高于DZ125粉末，并且性能满足零件使用要求，因此确定采用DZ125L粉末合金进行激光沉积修理。
[0042](2)叶片逆向建模：由于叶片在使用后会产生变形，按照零件设计模型进行激光沉积加工程序的设计及加工，会导致接长区域与叶片无法实现准确的过度，从而导致修复后叶片的形状及尺寸无法满足零件使用要求。因此针对此问题，零件修理前需要进行叶片逆向建模。首先采用配有接触式扫描测头的的三坐标测量机对修复前叶片进行测量，通过选择2条特征截面线来表征叶尖区域的轮廓信息，一条特征截面线选择为：叶片叶尖上表面所在截面往叶身方向偏移一个测头半径的临近截面线，第二条截面线选择为：以第一条特征截面往叶身方向偏移2个侧头半径的临近截面线。在2条截面各获得12个测量点进行测量，并依据测量数据在UG中重新生成加工模型。
[0043](3)叶片激光沉积修理工艺：为了保证激光沉积区5接长修理后可以满足叶片高度，并满足后续机械加工余量要求，并且与基体结合部位及沉积区无裂纹及0.5mm以上的气孔缺陷，针对激光沉积工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉速率、Z轴抬升量)进行试验确定。经过10余本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于逆向建模的DZ125合金涡轮叶片激光沉积修理方法，其特征在于：步骤如下：步骤一：激光沉积修复材料选择与验证考虑到与基体合金的相容性，分别选择DZ125和DZ125L两种粉末材料进行激光沉积修复工艺试验与组织性能评定。为了综合评估结合区和沉积区的修复性能，进行高温拉伸性能测试，通过高温拉伸性能结果对比，采用抗拉强度及延伸率均高的粉末，满足零件使用要求；步骤二：叶尖端面铣加工采用铣床及端铣刀将叶片叶尖进行铣加工，保证叶片叶尖端面位置齐平；步骤三：叶尖打磨与清理1)采用风钻及钢丝轮将叶片叶尖往下不小于5mm区域进行打磨，去除该区域表面氧化层；2)采用无水乙醇将叶片叶尖及叶尖往下不小于5mm区域的油污进行清理；步骤四：三坐标测量采用配有接触式扫描测头的的三坐标测量机，在叶片叶尖顶端邻近的2条截面各获得12个测量点进行测量，获得测量点的位置数据；步骤五：重新建模及加工编程1)将测量的位置数据导入零件设计模型中，重新生成新的叶片叶尖三维模型；2)按照新模型进行激光沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈振林，卞宏友，刘驰，李英，曲伸，
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：