一种TC17钛合金叶片焊接修复缺陷与疲劳寿命关系的预测方法技术

本发明专利技术公开一种TC17钛合金叶片焊接修复缺陷与疲劳寿命关系的预测方法，步骤一：建立与修复缺陷相关的疲劳寿命预测模型；步骤二：旋弯疲劳试样制备；步骤三：堆焊试样热处理；步骤四：旋弯疲劳试样加工；步骤五：旋弯疲劳测试；步骤六：断口分析与缺陷统计；步骤七：建立旋弯疲劳寿命预测模型。本发明专利技术通过选用电弧熔丝修复的试块，对其旋弯疲劳性能进行测试，对断口处的缺陷形貌、尺寸、位置等进行观察和统计，分析缺陷与疲劳寿命的对应关系，建立了与修复缺陷相关疲劳寿命预测模型，通过该模型可以确定气孔缺陷对修复后叶片疲劳寿命的影响。以确定气孔缺陷对修复后叶片疲劳寿命的影响。以确定气孔缺陷对修复后叶片疲劳寿命的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种TC17钛合金叶片焊接修复缺陷与疲劳寿命关系的预测方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机钛合金叶片制造与修复
，特别涉及一种TC17钛合金叶片焊接修复缺陷与疲劳寿命关系的预测方法。

技术介绍

[0002]航空发动机钛合金压气机叶片及整体叶盘零件材料为TC17，其在使用过程后会存在磨损、异物损伤(FOD)、裂纹、腐蚀、疲劳损伤等问题，为了降低制造成本，提高叶片的使用寿命，通常采用焊接或激光沉积的方法进行修理。由于该零件在使用过程中需要承受较高的转速和离心载荷，因此对材料和结构的疲劳寿命要求很高。
[0003]钛合金的化学性质非常活泼，随着温度升高，钛合金吸收氧、氮及氢的能力明显上升。因此钛合金材料叶片及整体叶盘在焊接或激光沉积修理后，修复体内会不可避免的存在不同程度的气孔缺陷，这些缺陷的存在会对叶片疲劳性能有显著影响。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，提出了一种TC17钛合金叶片焊接修复缺陷与疲劳寿命关系的预测方法，具体技术方案如下：
[0005]一种TC17钛合金叶片焊接修复缺陷与疲劳寿命关系的预测方法，其特征在于：步骤如下：
[0006]步骤一：建立与修复缺陷相关的疲劳寿命预测模型
[0007]选用电弧熔丝修复的试块，对其旋弯疲劳性能进行测试，对断口处的缺陷形貌、尺寸、位置等进行观察和统计，分析缺陷与疲劳寿命的对应关系，建立起与修复缺陷相关的疲劳寿命预测模型；
[0008]步骤二：旋弯疲劳试样制备
[0009]选择TC17锻件作为试板基座，采用自动氩弧焊机在试板中进行电弧沉积，焊丝牌号为TC17，直径1.6mm；
[0010]步骤三：堆焊试样热处理
[0011]将电弧沉积后的试板进行真空热处理，热处理制度为：550℃，保温4小时，随炉冷却；
[0012]步骤四：方向采用线切割的方法取旋弯疲劳试样，并采用车加工及磨加工的方法加工出符合标准要求的旋弯疲劳试样，保证基体与堆积区界面在试样中心；
[0013]步骤五：旋弯疲劳测试
[0014](1)采用梯度加载的方式进行旋弯疲劳性能测试，试样共分为3组，初次加载的应力分别为350MPa、450MPa和500MPa；
[0015](2)设定每组的试样数量，在350MPa、470MPa、500MPa应力水平下进行旋弯疲劳性能测试；
[0016]步骤六：断口分析与缺陷统计
[0017]对旋弯疲劳测试试样的断口进行观察，对缺陷形状、尺寸和位置进行统计分析；
[0018]步骤七：建立旋弯疲劳寿命预测模型
[0019]根据材料屈服强度与成分等参数的依赖关系，选取下述疲劳寿命的一般函数形式：σN
o
＝C
[0020]其中，σ为疲劳应力，a和C为常数；
[0021]考虑到疲劳应力与修复缺陷密切相关，缺陷的形态、位置、尺寸、分布等均对寿命产生影响；将疲劳应力仅看作缺陷尺寸和位置的函数：σ＝σ(D，S)
[0022]其中，D和S分别为缺陷位置和尺寸；
[0023]根据实验数据，在名义疲劳应力和样品宏观尺寸限定下，采用有监督机器学习获得疲劳寿命的表达式如下：
[0024]其中，R为旋弯样品半径，D为缺陷与试样表面的距离，S为缺陷直径；
[0025]模型预测的寿命与实际寿命，其中，虚线标注上下10％置信区间；根据数值模型，可将旋弯疲劳寿命的一般模型写为如下形式：
[0026]其中，N和σ
o
分别为疲劳寿命和名义疲劳应力，D为缺陷距表面的垂直距离，R为样品半径，S为缺陷尺寸，其余为常数。
[0027]本专利技术的有益效果：
[0028]本专利技术通过选用电弧熔丝修复的试块，对其旋弯疲劳性能进行测试，对断口处的缺陷形貌、尺寸、位置等进行观察和统计，分析缺陷与疲劳寿命的对应关系，建立了与修复缺陷相关疲劳寿命预测模型，通过该模型可以确定气孔缺陷对修复后叶片疲劳寿命的影响。本专利技术以直接应用至TC17材料叶片及整体叶盘零件的焊接及激光沉积修理中，指导建立焊接及激光沉积修理质量验收标准，保证修理后叶片的性能满足疲劳性能要求。从而延长零件使用寿命，降低换件修理成本。该专利技术可以拓展到其他材料的转子类零件焊接修理后疲劳寿命预测中，具有广阔的应用空间及经济效益。
附图说明
[0029]图1为电弧沉积试样示意图；
[0030]图2为旋弯试样示意图；
[0031]图3为旋弯疲劳寿命预测模型与实验值示意图。
具体实施方式
[0032]以下结合附图1
‑
3实施例对本专利技术作进一步详述。
[0033]实施例1
[0034]一种TC17钛合金叶片焊接修复缺陷与疲劳寿命关系的预测方法，其特征在于：步骤如下：
[0035]步骤一：建立与修复缺陷相关的疲劳寿命预测模型
[0036]选用电弧熔丝修复的试块，对其旋弯疲劳性能进行测试，对断口处的缺陷形貌、尺
寸、位置等进行观察和统计，分析缺陷与疲劳寿命的对应关系，建立起与修复缺陷相关的疲劳寿命预测模型；
[0037]步骤二：旋弯疲劳试样制备
[0038]选择TC17锻件作为试板基座，采用自动氩弧焊机在试板中进行电弧沉积，焊丝牌号为TC17，直径1.2mm
‑
1.6mm；
[0039]步骤三：堆焊试样热处理
[0040]将电弧沉积后的试板进行真空热处理，热处理制度为：550℃
±
10℃
±
，保温4小时
‑
4小时10分钟，随炉冷却；
[0041]步骤四：方向采用线切割的方法取旋弯疲劳试样，并采用车加工及磨加工的方法加工出符合标准要求的旋弯疲劳试样，保证基体与堆积区界面在试样中心；
[0042]步骤五：旋弯疲劳测试
[0043](1)采用梯度加载的方式进行旋弯疲劳性能测试，试样共分为3组，每组6支试样，初次加载的应力分别为350MPa、450MPa和500MPa，若100万次未断，则提高应力水平至500Mpa进行二次加载；
[0044](2)采用单次应力加载的方式进行旋弯疲劳性能测试，试样分为2组，加载应力分别为470MPa、500MPa，470Mpa每组试样6支，500Mpa每组16支；
[0045]步骤六：旋弯疲劳测试结果
[0046](1)梯度加载方式测试结果见表1所示，350MPa应力条件下6支试样寿命均达到100万周次，450MPa应力条件下有2支试样寿命不足100万周次，500MPa应力条件下有4支试样寿命不足100万周次，可见随应力水平的提高，发生疲劳失效断裂的可能性提高；
[0047]表1梯度加载室温旋转弯曲疲劳试验结果
[0048][0049][0050](2)单次应力加载方式结果见表2所示，470MPa应力条件下有2支试样寿命低于100万周次，与梯度加载实验中初始应力为450MP本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TC17钛合金叶片焊接修复缺陷与疲劳寿命关系的预测方法，其特征在于：步骤如下：步骤一：建立与修复缺陷相关的疲劳寿命预测模型选用电弧熔丝修复的试块，对其旋弯疲劳性能进行测试，对断口处的缺陷形貌、尺寸、位置等进行观察和统计，分析缺陷与疲劳寿命的对应关系，建立起与修复缺陷相关的疲劳寿命预测模型；步骤二：旋弯疲劳试样制备选择TC17锻件作为试板基座，采用自动氩弧焊机在试板中进行电弧沉积，焊丝牌号为TC17，直径1.6mm；步骤三：堆焊试样热处理将电弧沉积后的试板进行真空热处理，热处理制度为：550℃，保温4小时，随炉冷却；步骤四：方向采用线切割的方法取旋弯疲劳试样，并采用车加工及磨加工的方法加工出符合标准要求的旋弯疲劳试样，保证基体与堆积区界面在试样中心；步骤五：旋弯疲劳测试(1)采用梯度加载的方式进行旋弯疲劳性能测试，试样共分为3组，初次加载的应力分别为350MPa、450MPa和500MPa；(2)设定试样数量，在350MPa、470MPa、500MPa应力水平下进行旋弯疲劳性能测试；步骤六：断口分析与缺陷统计对旋弯疲劳测试试样的断口进行观察，对缺陷形状、尺寸和位置进行统计分析；步骤七：建立旋弯疲劳寿命预测模型根据实验数据，在名义疲劳应力和样品宏观...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈振林，刘建荣，潘珊，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：