压气机转子叶片叶尖磨损的仿形修复方法
【专利摘要】本发明提出的一种压气机转子叶片叶尖磨损的仿形修复方法，以压气机转子叶片本体镍基高温合金粉末作为熔覆材料，在非环境箱保护下用同轴送粉方式，对转子叶片叶尖磨损部位局部加热和超快速冷却进行激光熔覆修复，在激光熔覆过程中，根据转子叶片叶尖截面的宽度测量结果，调节激光器在不同熔覆区域的激光功率来实现叶尖不同截面尺寸的激光熔覆，将激光功率变化范围设置为100W～300W，在保护气罩罩体径向氩气入口通入氩气，氩气通过保护气罩罩体底部氩气出口形成保护气幕，在叶尖进、排气处＜0.5mm宽度区域，采用激光功率为100W～120W的低激光功率进行熔覆；叶尖其它部位≥0.5mm的宽度区域，采用240W～300W高的激光功率进行熔覆。本发明修复成本低,修复后使用寿命长。
【专利说明】压气机转子叶片叶尖磨损的仿形修复方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种修复航空发动机高压压气机转子叶片叶尖磨损的方法。尤其是高 温合金GH4169制造的高压压气机转子叶片叶尖磨损的修复方法。 技术背景
[0002] 航空发动机压气机转子叶片叶尖与机匣的间隙是发动机性能的一个重要指标。间 隙过大，导致叶尖气流泄漏和失稳，发动机效率明显降低。间隙过小容易导致转子与机匣的 摩擦碰撞造成叶片断裂。因此，保持一个恰当的间隙对发动机来说十分重要。航空发动机 工作300小时后大修检查结果表明，高压压气机转子叶片叶尖磨损严重，其中第5?8级叶 片发生整级叶尖磨损，叶尖的磨损导致空气压缩比减小，压气机的工作效率大幅度降低。为 此，必须针对叶尖磨损研究叶片叶尖接长修复技术。由于高压压气机转子叶片在每分钟高 达14000转的工况下工作，属高转速、高应力、高风险部件，被许多修理工厂视为修理禁区。
[0003] 现有技术高压压气机转子材料为GH4169,接长修复的常用材料为GH4169或IN718 焊丝或粉末。高压压气机转子叶片叶尖磨损部位的修复采用常规的氩弧焊等方法，会导致 基体热影响大，影响压气机转子叶片性能。同时，压气机转子叶片型面复杂，手工焊接难以 实现仿形修复，而且进气边和排气边边缘只有〇. 35mm?0. 50mm的厚度，手工焊接时容易出 现咬边现象。
【发明内容】
[0004] 本发明针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种修复成本低，修复后使用寿 命长，易于实现自动化和仿形修复航空发动机高压压气机转子叶片叶尖磨损的修复方法。
[0005] 本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，以压气机转子叶片本体镍基高温合 金粉末作为熔覆材料，在非环境箱保护下，通过喷嘴主体同轴送粉方式，对压气机转子叶 片叶尖磨损部位局部加热和超快速冷却进行激光熔覆修复，在激光熔覆过程中，根据压气 机转子叶片叶尖截面的宽度测量结果，调节激光器在不同熔覆区域的激光功率来实现叶尖 不同截面尺寸的激光熔覆，将激光功率变化范围设置为100W?300W，在保护气罩罩体径向 氩气入口通入氩气，氩气通过保护气罩罩体底部氩气出口形成保护气幕，在叶尖进、排气处 < 0. 5mm宽度区域，采用激光功率为100W?120W的低激光功率进行熔覆；叶尖其它部位 彡0. 5mm的宽度区域，采用240W?300W高的激光功率进行熔覆。
[0006] 本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
[0007] 热输入量少、热影响区小。本发明采用局部加热和超快速冷却的激光熔覆来进行 修复，相比于现有技术等离子喷涂、等离子堆焊，具有对基材的热输入量少、热影响区小、修 复组织细小和易于实现自动化和仿形修复等优点（如表1所示）。通过机械手编程技术实 现自动化。
[0008] 镍基高温合金粉末作为熔覆材料与基体材料有良好的相容性，热膨胀系数相近。 金相检查结果表明，激光熔覆区与基体材料为冶金结合，界面无裂纹，无缺陷；激光熔覆 组织为细小的胞枝晶组织。
[0009] 表1三种方法的对比
【权利要求】
1. 一种压气机转子叶片叶尖磨损的仿形修复方法，其特征在于包括如下步骤： 以压气机转子叶片本体镍基高温合金粉末作为熔覆材料，在非环境箱保护下，采用 同轴送粉方式，对压气机转子叶片叶尖磨损部位局部加热和超快速冷却进行激光熔覆修 复，在激光熔覆过程中，根据压气机转子叶片叶尖截面的宽度测量结果，调节激光器在不同 熔覆区域的激光功率来实现叶尖不同截面尺寸的激光熔覆，将激光功率变化范围设置为 100W?300W，在保护气罩罩体径向氦气入口通入氦气，氦气通过保护气罩罩体底部氦气出 口形成保护气幕，在叶尖进、排气处< 〇.5mm宽度区域，采用激光功率为100W?120W的低 激光功率进行熔覆；叶尖其它部位> 0. 5mm的宽度区域，采用240W?300W高的激光功率进 行熔覆。
2. 如权利要求1所述的压气机转子叶片叶尖磨损的仿形修复方法，其特征在于：同轴 送粉激光熔覆喷嘴主体（1)外部设置一个带有护气套（2)的氩气保护气罩（4)。
3. 如权利要求2所述的压气机转子叶片叶尖磨损的仿形修复方法，其特征在于：保护 气罩（4)罩体上制有径向氩气入口（3)，底部设有多孔铜片（5)，喷嘴从底部多孔铜片（5) 伸出罩体，位于多孔铜片（5)下方的罩体底部设有氦气出口（6)。
4. 如权利要求1所述的压气机转子叶片叶尖磨损的仿形修复方法，其特征在于：在熔 覆过程中，通入氩气流量为l〇L/min?20L/min。
5. 如权利要求1所述的压气机转子叶片叶尖磨损的仿形修复方法，其特征在于：在熔 覆过程中，通入氩气流量为15L/min。
6. 如权利要求1所述的压气机转子叶片叶尖磨损的仿形修复方法，其特征在于：熔覆 的进、排气边<〇. 5mm宽度区域激光功率为100W，其余部分>0. 5mm宽度区域熔覆的激光功 率 240W。
【文档编号】C23C24/10GK104109858SQ201410353236
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】郭双全, 向巧, 何勇, 黄选民, 付俊波 申请人:中国人民解放军第五七一九工厂