【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空发动机修理，尤其涉及一种整流器叶片焊接修复方法
技术介绍
1、航空发动机叶片长期工作在高温、高压和高速的恶劣环境下，极易出现损伤。叶片的焊接修复是航空发动机维修和保养中的关键技术，由于焊接属于局部非稳态热过程，单个叶片的修复可能造成发动机定子和转子整体形位精度下降、组织性能恶化等一系列问题。研究发动机叶片的焊接修复工艺，对提高航空发动机维护技术水平具有重要意义。
2、如图1所示为某整流器的结构及待焊叶片焊接部位示意图，该整流器由外环1和多个叶片通过钎焊组成。工作中易发生叶片打伤、裂纹现象。为降低发动机修理成本，对整流器进行焊接修复十分必要。目前进行叶片常用的焊接方式包括激光焊和氩弧焊两种。进行修复时，待焊叶片2与外环1的接头形式为带锁底的对接，要求焊缝a位于外环1的背面，要求整流器焊接前后端面的翘曲变化不超过0.1mm。
3、由于整流器的外环1与待焊叶片2的几何外形特殊且配合要求较高，另外，其主要的难点在于熔深难以控制，焊缝处的母材厚度在3.5mm以上，如果要有足够的熔深，就需要用比较大的参数，或者比较慢的焊接速度，这对整个半环的热影响会非常大，不利于变形控制。如何进行焊接、以及采用何种焊接方式是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的是提出一种整流器叶片焊接修复方法，旨在解决上述技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提出一种整流器叶片焊接修复方法，包括以下步骤：
3、步骤s1：基于有限元法建
4、步骤s2：设定氩弧焊数值模拟参数、以及激光焊数值模拟参数，分别采用氩弧焊、激光焊方式对整流器进行数值模拟焊接；
5、步骤s3：对采用两种焊接方式在焊完成瞬间的温度场、焊后残余应力场、以及焊后残余轴向变形进行对比；
6、步骤s4：根据步骤s3中的对比结果，确定适合的焊接方式；
7、步骤s5：通过实际焊接试验，对步骤s4中确定的适合焊接方式进行可行性验证；
8、步骤s6：若步骤s5中的可行性验证通过，则利用焊接工装对整流器进行装夹，采用步骤s4中确定的焊接方式将待焊叶片(2)进行焊接在外环(1)上。
9、优选的，步骤s1中建立的热力耦合数值模型为：
10、
11、其中：ρ为密度，单位为：kg/m3；
12、cp为定压热容，单位为j/(kg·k)；
13、t为温度，单位为k；
14、t为时间，单位为s；
15、λx为x方向上的热导率，单位为：w/(m·k)；
16、λy为y方向上的热导率，单位为：w/(m·k)；
17、λz为z方向上的热导率，单位为：w/(m·k)；
18、qarc为焊接热源产热，单位为：w/m2，
19、qc＝hc(ts-t0)；
20、其中：qc为工件表面对流换热热损失，单位为：w/m2；
21、hc为对流换热系数，单位为：w/(m2·k)；
22、ts为工件表面温度，单位为k；
23、t0为周围空气温度，单位为k，
24、qc＝-∫qcda＝-∫hc(ts-t0)da；
25、其中，qc为工件表面总的对流热损失，单位为w；
26、a为焊接工件的总表面积，单位为m2，
27、qr＝εσf[(ts+273.15)4-(t0+273.15)4]；
28、其中，qr为工件表面辐射热损失，单位为：w/m2；
29、ε为工件表面发射率；
30、σ为斯蒂芬玻耳兹曼常数；
31、f为工件表面的形状系数，
32、qr＝-∫qrda＝-∫εσf[(ts+273.15)4-(t0+273.15)4]da；
33、其中，qr为工件表面总的对流热损失，单位为w；
34、a为焊接工件的总表面积，单位为m2，
35、
36、其中，等号左边为熔化焊接过程中工件的应变率；
37、等号右边第一项为弹性应变率；
38、第二项为塑性应变率；
39、第三项为热应变率；
40、第四项为蠕变应变率；
41、第五项为相变应变率，
42、
43、其中，α为热膨胀系数，单位为m/k；
44、为温度变化率，单位为k/s；
45、δij为kroneckerδ函数，
46、
47、其中，ν为材料的泊松比；
48、e为材料的弹性模量，单位为pa；
49、λ则为比例因子。
50、优选的，在步骤s1中，氩弧焊采用双椭球体热源，其热源模型为：
51、
52、
53、其中，q为焊接电弧的功率，单位为w；
54、a，b，c为双椭球的形状参数；
55、f1和f2为前后椭球的热量分布函数，f1+f2＝2。
56、优选的，在步骤s1中，激光焊采用锥形体热源，其热源模型为：
57、
58、其中，η是效率值；
59、p是激光束能量，单位为j；
60、ze和zi分别是z方向的最大值和最小值，单位为mm；
61、re和ri是最大和最小半径，单位为mm；
62、r是关于x和y的半径函数。
63、优选的，在步骤s1中，在建立热力耦合数值模型时，需要考虑与待焊叶片(2)相邻的两个叶片受到的影响，采用全四面体tet单元，平均单元尺寸取0.5mm，待焊叶片与外环的模型之间采用粘接接触的方式进行连接。
64、优选的，在步骤s2中：氩弧焊数值模拟参数为：电流30a、电压10v、焊接速度60mm/min、热效率0.75；激光焊数值模拟参数为：激光功率600w、离焦量10mm、焊接速度600mm/min、热效率0.86。
65、优选的，在步骤s4中，选择激光焊作为焊接方式；在步骤s5中，对激光焊方式进行可行性验证时，所采用的激光焊接系统包括：杰普特4kw光纤激光器，光纤直径100μm；kuka六轴联动机械人，定位精度为0.1mm；highyag激光头。
66、优选的，在步骤s6中，焊接工装包括两块相对间隔设置的侧撑板、设置在两块侧撑板之间的顶块；在两块侧撑板相对的内侧面上分别设置有弧形卡槽用于卡接外环的两侧边缘；在所述顶块上设有顶紧螺钉，顶紧螺钉的顶端用于顶紧在所述待焊叶片的缘板内侧；两块侧撑板通过螺栓连接。
67、优选的，在侧撑板中间靠上部的位置处开设有用于散热的u形槽，在该u形槽上安装有散热盖板；散热盖板为铝合金材质。
68、优选的，在所述u形槽的底部设置有档条，在所述散热盖板的下部本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种整流器叶片焊接修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种整流器叶片焊接修复方法，其特征在于，步骤S1中建立的热力耦合数值模型为：
3.如权利要求1所述的一种整流器叶片焊接修复方法，其特征在于，在步骤S1中，氩弧焊采用双椭球体热源，其热源模型为：
4.如权利要求1所述的一种整流器叶片焊接修复方法，其特征在于，在步骤S1中，激光焊采用锥形体热源，其热源模型为：
5.如权利要求1所述的一种整流器叶片焊接修复方法，其特征在于，在步骤S1中，在建立热力耦合数值模型时，需要考虑与待焊叶片(2)相邻的两个叶片受到的影响，采用全四面体Tet单元，平均单元尺寸取0.5mm，待焊叶片(2)与外环(1)的模型之间采用粘接接触的方式进行连接。
6.如权利要求1所述的一种整流器叶片焊接修复方法，其特征在于，在步骤S2中：
7.如权利要求1所述的一种整流器叶片焊接修复方法，其特征在于，在步骤S4中，选择激光焊作为焊接方式；在步骤S5中，对激光焊方式进行可行性验证时，所采用的激光焊接系统包括：杰普特4KW光纤
8.如权利要求1所述的一种整流器叶片焊接修复方法，其特征在于，在步骤S6中，焊接工装包括两块相对间隔设置的侧撑板(3)、设置在两块侧撑板(3)之间的顶块(4)；在两块侧撑板(3)相对的内侧面上分别设置有弧形卡槽(3a)用于卡接外环(1)的两侧边缘；在所述顶块(4)上设有顶紧螺钉(9)，顶紧螺钉(9)的顶端用于顶紧在所述待焊叶片(2)的缘板内侧；两块侧撑板(3)通过螺栓连接。
9.如权利要求8所述的一种整流器叶片焊接修复方法，其特征在于，在侧撑板(3)中间靠上部的位置处开设有用于散热的U形槽(3d)，在该U形槽(3d)上安装有散热盖板(8)；散热盖板(8)为铝合金材质。
10.如权利要求9所述的一种整流器叶片焊接修复方法，其特征在于，在所述U形槽(3d)的底部设置有档条(3c)，在所述散热盖板(8)的下部设置有槽口(8a)，当散热盖板(8)装配时，所述槽口(8a)卡接在档条(3c)上，且两块散热盖板(8)通过C型钳紧固在侧撑板(3)的U形槽(3d)上。
...【技术特征摘要】
1.一种整流器叶片焊接修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种整流器叶片焊接修复方法，其特征在于，步骤s1中建立的热力耦合数值模型为：
3.如权利要求1所述的一种整流器叶片焊接修复方法，其特征在于，在步骤s1中，氩弧焊采用双椭球体热源，其热源模型为：
4.如权利要求1所述的一种整流器叶片焊接修复方法，其特征在于，在步骤s1中，激光焊采用锥形体热源，其热源模型为：
5.如权利要求1所述的一种整流器叶片焊接修复方法，其特征在于，在步骤s1中，在建立热力耦合数值模型时，需要考虑与待焊叶片(2)相邻的两个叶片受到的影响，采用全四面体tet单元，平均单元尺寸取0.5mm，待焊叶片(2)与外环(1)的模型之间采用粘接接触的方式进行连接。
6.如权利要求1所述的一种整流器叶片焊接修复方法，其特征在于，在步骤s2中：
7.如权利要求1所述的一种整流器叶片焊接修复方法，其特征在于，在步骤s4中，选择激光焊作为焊接方式；在步骤s5中，对激光焊方式进行可行性验证时，所采用的激光焊接系统包括：杰普特4kw光纤激...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶文典，秦川，余勇，邵海龙，刘妮，
申请(专利权)人：中国航发贵州黎阳航空动力有限公司，
类型：发明
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