一种光电复合修复涡轮导向叶片裂纹的方法与流程

本发明属于航空发动机及燃气轮机热端部件修复技术领域，具体涉及一种光电复合修复涡轮导向叶片裂纹的方法。

背景技术：

涡轮导向叶片为航空发动机及燃气轮机热端关键部件，为铸造高温合金(al+ti≧9％)多为co基ni基材料。在航空发动机及燃气轮机工作中，导向叶片受热冲击、燃气腐蚀和振动载荷作用，在叶片的叶身(冷气孔、r角)和缘板的部位产生裂纹并扩展超标，使得叶片不能继续装机使用。为减少成本，提高生产效率，需要对超出标准的裂纹进行焊接修复。

现有技术焊接修复位真空钎焊，但存在以下问题：裂纹尖端往往钎焊料扩散不进去，易形成假焊、虚焊；钎焊料与导向叶片基体不是冶金结合，结合强度低；只能钎焊以此，不可重复修理；对空心内腔、开放性裂纹还不可实施。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种光电复合修复涡轮导向叶片裂纹的方法，目的是解决目前钎焊工艺所遇的问题：实现行为为无冶金缺陷冶金结合的熔焊方式；达到等强度或近等强度要求；可进行多次修复；不受裂纹状态、位置所限。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种光电复合修复涡轮导向叶片裂纹的方法，该方法基于光电复合技术，采用esd微弧沉积工艺形成微区冶金结合，利用激光优化熔焊对esd层进行激光重熔，激光仿形熔铸至缺陷被熔焊愈合，完成导向叶片裂纹的修复。

所述esd微弧沉积工艺中，haz(热影响区域)为0.02mm，熔合区为0.02mm，放电时间为10^-6秒。利用电弧微区放电原理，将施焊材料以离子态形式过渡到被焊(工件)材料表面，形成微区冶金结合，其冶金特点在于haz极小(0.02mm)熔合区小(0.02mm)放电时间短10^-6秒，真对铸造高温合金(ai+ti≧6％)的熔焊有着极佳效果，不会导致r′相析出，也不会产生液相裂纹。

通过激光能量的优化，使激光辐照所产生的的热熔区刚好对esd层进行重熔，以达到esd区域涂层致密化但又控制叶片基体不熔化。

所述激光仿形熔铸采用置粉方式辅助cad控制对激光熔铸路线进行优化；采用1000wyag激光器电流：180-210a；脉宽:40-70ms；焦距：160-210mm；位移速度：3-7mm/s；每层置粉厚度：0.6～0.7mm。对esd致密化处理后，采用置粉方式(粉末床法)辅助cad控制对激光熔铸路线进行优化，直至缺陷被熔焊愈合。

所述置粉方式为粉末床法。

所述esd微弧沉积工艺参数为电流:40-60a、电压:50-60v、频率：270-300hz、能量密度：40-50％；涂层厚度为0.3～0.5mm，全程氩气(99.99％纯度)保护。

所述激光重熔参数为采用1000wyag激光器，电流：160-180a脉宽:30-50ms焦距：160-200mm位移速度：2-5mm/s。

所述导向叶片进行真空热处理，具体为真空度为10^-2以上，空冷是接入ar气(纯度99.99％)冷却，冷却前抽连接管道内空气，保证管道无氧状态。

导向叶片在esd微弧沉积处理前进行预热处理，预热温度为300℃～350℃。

导向叶片热障涂层去除方式为吹砂法去除。

本发明的技术方案的具体步骤如下：

步骤一、去除涡轮导向叶片叶身和缘板上tbc涂层；所述的步骤1中，热障涂层去除方式为，采用吹砂法去除，具体见：gb/t8923.1-2011。

步骤二、裂纹去除与清理

采用机械打磨方式去除叶身和缘板上裂纹，并进行检查确认裂纹完全去除，形成缺口；贯穿性裂纹则完全单侧打开，形成u形坡口，坡口宽度≧2≦3mm。

步骤三、处理工件预热处理；工件与马弗炉内预热并恒温2h；预热温度300℃～350℃之间，一般夏季300℃，冬季350℃；施焊过程中保持300℃～350℃之间，采用石棉布包裹叶片，但要露出施焊部位，在预热前奖叶片包裹后进炉预热。

步骤四、采用esd(微弧沉积工艺)进行底层施焊；

(1)制作相同材料或相近成份材料电极棒，采用同等材料或极近材料的粉末，通过激光成型方法，制作成棒条状，然后车加工成的圆棒。；

(2)将沉积机的阴极连接叶片，电极棒连接esd工作枪，阴极与工件的连接要保证连接良好，制作专用的夹具，不形成电极与工件之间的放电；

(3)设置参数，根据电极棒的粗细来做调整，本案中a:60a、v:60v、频率：280hz、能量密度：50％。；

(4)对叶片待加工表面进行沉积涂层制备，涂层制备厚度为0.3～0.5mm，根据基体材料而定，光亮、无氧化全程氩气(99.99％纯度)保护。

步骤五、激光重熔与激光仿形熔铸

采用1000wyag激光器a：180a脉宽:30ms焦距：160mm位移速度：3mm/s，调节激光的可控能量对esd进行重熔处理，目的是对esd层致密性处理；

激光熔铸，cad辅助运动对缺陷区内进行焊料填充直至满足加工要求，采用1000wyag激光器a：200a脉宽:50ms焦距：170mm位移速度：4mm/s每层置粉厚度：0.6～0.7mm。

步骤六、荧光与x光

荧光按标准，荧光前对仿形熔铸部件进行打磨清理，微区打磨整形采用小型手持式打磨机，金刚石磨头进行，预留精整量(0.1mm)。

x光按标准(hb/z60-1996)，采用增强型胶片。

步骤七、真空热处理

在步骤六合格后对叶片进行真空热处理，处理温度按叶片的材质确定，真空度为10^-2以上，空冷是接入ar气(纯度99.99％)冷却，冷却前抽连接管道内空气，保证管道无氧状态。

步骤八、荧光检查

荧光检查执行标准(hb/z61-1998)

对故检超标件进行标识

步骤九、合格品进入下一流程，不合格零件重复2-8步骤。

本申请技术工艺具体步骤如下：

步骤1过渡层esd工艺方法与其工艺特点有利于其他工艺

esd微弧沉积工艺：

步骤2激光优化熔焊

步骤3激光仿形熔铸

本发明优点：

1、突破传统高al+ti含量铸造高温合金裂纹与缺陷只能采用钎焊的工艺方法；

2、实现高ai+ti≧7％含量铸造高温合金裂纹与缺陷的冶金方法，提高焊补的强度以达到与母体强度接近或相等的要求；

3、可重复施焊，大大提高修复产品的合格率；

4、施焊方法简单可靠，经济价值与社会价值高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1：焊前荧光检测图示；

图2：焊后x光检验图示。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种光-电复合法修复导向叶片裂纹技术，包括以下步骤

步骤1裂纹去除与清理

采用机械打磨方式去除叶身和缘板上裂纹，并进行检查确认裂纹完全去除，形成缺口；贯穿性裂纹则完全单侧打开，形成u形坡口，坡口宽度≧2≦3mm。

步骤2工件预热处理

(1)工件与马弗炉内预热并恒温2h；

(2)预热温度300℃～350℃之间，夏季300℃，冬季350℃；

(3)施焊过程中保持300℃～350℃之间，采用石棉布包裹叶片，但要露出施焊部位，在预热前奖叶片包裹后进炉预热。

步骤3采用esd(微弧沉积工艺)进行底层施焊

制作相同材料或相近成份材料电极棒，采用同等材料或极近材料的粉末，通过激光成型方法，制作成棒条状，然后车加工成的圆棒；将沉积机的阴极连接叶片，电极棒连接esd工作枪，阴极与工件的连接要保证连接良好，制作专用的夹具，不形成电极与工件之间的放电；设置参数，根据电极棒的粗细来做调整，本实施例中a:60a、v:60v、频率：280hz、能量密度：50％。；对叶片待加工表面进行沉积涂层制备，涂层制备厚度为0.3～0.5mm，根据基体材料而定，光亮、无氧化全程氩气(99.99％纯度)保护。

步骤4激光重熔与激光仿形熔铸

调节激光的可控能量对esd进行重熔处理，目的是对esd层致密性处理；采用1000wyag激光器a：180a脉宽:30ms焦距：160mm位移速度：3mm/s。

激光熔铸，cad辅助运动对缺陷区内进行焊料填充直至满足加工要求，采用1000wyag激光器a：200a脉宽:50ms焦距：170mm位移速度：4mm/s；每层置粉厚度：0.6～0.7mm。

步骤5荧光与x光

荧光按标准，荧光前对仿形熔铸部件进行打磨清理，微区打磨整形采用小型手持式打磨机，金刚石磨头进行，预留精整量(0.1mm)。

x光按标准，采用增强型胶片。

步骤6真空热处理

在步骤5合格后对叶片进行真空热处理，处理温度按叶片的材质确定，真空度为10^-2以上，空冷是接入ar气(纯度99.99％)冷却，冷却前抽连接管道内空气，保证管道无氧状态

步骤7荧光检查

步骤8合格品进入下一流程，不合格零件重复2-78步骤。焊前和焊后检测如图1和2所示。

实施例2

本实施例提供了一种涡轮导向叶片裂纹的修复方法，包括以下步骤：

步骤1过渡层esd工艺方法与其工艺特点有利于其他工艺

esd微弧沉积工艺：利用电弧微区放电原理，将施焊材料以离子态形式过渡到被焊(工件)材料表面，形成微区冶金结合，其冶金特点在于haz极小(0.02mm)熔合区小(0.02mm)放电时间短10^-6秒，真对铸造高温合金(ai+ti≧6％)的熔焊有着极佳效果，不会导致r′相析出，也不会产生液相裂纹。

步骤2激光优化熔焊

通过激光能量的优化，使激光辐照所产生的的热熔区刚好对esd层进行重熔，以达到esd区域涂层致密化但又控制叶片基体不熔化。

步骤3激光仿形熔铸

对esd致密化处理后，采用置粉方式(粉末床法)辅助cad控制对激光熔铸路线进行优化，直至缺陷被熔焊愈合。

步骤4对经x光/荧光检查的不合格萍，可通过上述重复进行操作，直至合格。