CN104439617B - 一种涡轮叶片锯齿冠耐磨层制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮叶片锯齿冠耐磨层制备方法，属于航空发动机零部件制造技术领域。现有的涡轮叶片锯齿冠耐磨层的制备方法，在缓进磨加工步骤后，根部凹R区及耐磨层表面存在点及线性荧光缺陷，导致耐磨层制备不合格，位于根部凹R区的非超标荧光缺陷，会直接影响涡轮叶片的使用寿命，荧光缺陷极易导致叶片在高应力集中区产生裂纹，甚至有掉块的风险，严重影响飞行安全。本发明能够有效减小根部凹R区及耐磨层表面的点及线性荧光缺陷，能够将涡轮叶片的一次耐磨层制备合格率提高至90％以上，降低荧光缺陷导致叶片在高应力集中区产生裂纹的风险，有效提高叶片的使用寿命，本发明还具有耐磨层结合强度高、操作灵活、成本低、适用范围广的特点。

Description

一种涡轮叶片锯齿冠耐磨层制备方法
技术领域
本发明属于航空发动机零部件制造技术领域，特别是涉及一种涡轮叶片锯齿冠耐磨层制备方法。
背景技术
航空发动机的低压涡轮叶片普遍采用带锯齿冠的结构形式，每个叶片通过榫头连接涡轮盘，并与相邻叶片通过锯齿冠阻尼面相互配合，进而连接成涡轮叶片环。
航空发动机在运行过程中，涡轮叶片会承受复杂的扭矩和弯矩，进而在锯齿冠阻尼面上形成挤压和微动磨损，为了阻止阻尼面的过度磨损所造成的叶片间隙过大及叶环松动的问题，技术人员采用了在叶片锯齿冠制备耐磨合金层的方法，以保证锯齿冠阻尼面的耐磨性能，提高叶片的使用寿命。
现有的涡轮叶片锯齿冠耐磨层的制备方法，主要是通过钨极氩弧焊堆焊方式来制备耐磨层的，虽然现有的耐磨层制备方法具有耐磨层结合强度高、操作灵活、成本低、适用范围广等特点，但是仍然无法避免制备缺陷的产生，在耐磨层制备过程中，在进行了缓进磨加工步骤后，在根部凹R区及耐磨层表面经荧光检验后，经常会发现点及线性荧光缺陷，这会直接导致所制备的耐磨层不合格，同时，位于根部凹R区的非超标荧光缺陷，也会直接影响涡轮叶片的使用寿命，荧光缺陷极易导致叶片在高应力集中区产生裂纹，甚至有掉块的风险，严重影响飞行安全。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种涡轮叶片锯齿冠耐磨层制备方法，有效减小了根部凹R区及耐磨层表面的点及线性荧光缺陷，能够将涡轮叶片的一次耐磨层制备合格率提高至90％以上，最大程度降低荧光缺陷导致叶片在高应力集中区产生裂纹的风险，有效提高叶片的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种涡轮叶片锯齿冠耐磨层制备方法，包括如下步骤：
步骤一：利用金刚石成形滚轮对铸造毛坯叶片的锯齿冠位置进行缓进磨加工，缓进磨加工的进给量为0.1mm；其中，定位工装以叶片榫头、叶身及锯齿冠为定位点进行定位，锯齿冠的各加工面与其最终尺寸的公差如下：
①耐磨层端面公差为+1.4mm～+1.6mm；
②耐磨层堆焊面公差为-0.6mm～-0.8mm；
③耐磨层非堆焊面公差为+1.6mm～+1.8mm；
步骤二：对叶片锯齿冠待焊表面及其侧面进行打磨处理，去除毛刺和尖边，直至出现金属光泽，可避免局部应力集中，再利用酒精或丙酮清洗打磨表面，去除表面油污和杂质；
步骤三：利用堆焊方式制备耐磨层
首先采用紫铜引弧板进行引弧，然后将电弧缓慢移动到叶片锯齿冠待焊处，逐渐增大焊接电流，当母材微熔时添加焊丝，形成焊缝，并迅速填满根部；焊缝收尾时逐渐衰减电流，填满弧坑，熄弧后焊枪需要继续在收尾处停留10～15秒，继续通氩气保护，防止锯齿冠出现氧化和过热；
其中，堆焊参数为：焊丝直径为φ1.2mm～φ2.0mm，喷嘴直径为φ8mm～φ14mm，焊接电流为20～35A，钨极直径为φ1.6mm～φ2.0mm，氩气流量为8～15L/min，极性采用直流正接；
步骤四：将堆焊完成后的叶片立即放入装有石英砂的砂箱或是放入石棉被中进行缓冷，待叶片完全冷却到室温后再取出；
步骤五：对叶片进行焊后热处理，消除叶片残余应力，避免残余应力对耐磨层的影响；
步骤六：利用金刚石成形滚轮对堆焊后的叶片锯齿冠位置进行缓进磨加工，直到将叶片锯齿冠缓进磨加工到最终设计尺寸，保证加工尺寸位于公差范围内。
所述叶片锯齿冠耐磨层堆焊前的端面铸造余量≥2mm，叶片锯齿冠转接凹R区的非堆焊面铸造余量≥2mm。
所述叶片锯齿冠堆焊前的待焊面加工深度≤0.8mm，叶片锯齿冠非堆焊面的加工余量≥1.6mm。
所述叶片锯齿冠耐磨层在堆焊后缓进磨加工的转接凹R≥1.5mm，耐磨层各棱角边倒圆角尺寸≥0.8mm。
当叶片锯齿冠待焊处的根部角度较小时，或是散热效果不佳时，选用直径为1.2mm的焊丝进行焊接，待完成根部堆焊并且停弧冷却后，再选用更大直径的焊丝完成剩余堆焊部分。
本发明的有益效果：
本发明与现有技术相比，能够有效减小根部凹R区及耐磨层表面的点及线性荧光缺陷，能够将涡轮叶片的一次耐磨层制备合格率提高至90％以上，最大程度降低荧光缺陷导致叶片在高应力集中区产生裂纹的风险，有效提高叶片的使用寿命。本发明与现有技术相比，同样具有耐磨层结合强度高、操作灵活、成本低、适用范围广的特点。
附图说明
图1为涡轮叶片的锯齿冠部分结构示意图；
图2为图1中I部放大图；
图中，1—耐磨层，2—叶片母材，3—耐磨层端面，4—耐磨层堆焊面，5—耐磨层非堆焊面，6—转接凹R。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
本实施例中的涡轮叶片为低压五级工作叶片，叶片材料为K417G合金。
所述的一种涡轮叶片锯齿冠耐磨层制备方法，包括如下步骤：
步骤一：利用金刚石成形滚轮对铸造毛坯叶片的锯齿冠位置进行缓进磨加工，缓进磨加工的进给量为0.1mm；其中，定位工装以叶片榫头、叶身及锯齿冠为定位点进行定位，锯齿冠的各加工面与其最终尺寸的公差如下：
①耐磨层端面公差为+1.4mm～+1.6mm；
②耐磨层堆焊面公差为-0.6mm～-0.8mm；
③耐磨层非堆焊面公差为+1.6mm～+1.8mm；
步骤二：对叶片锯齿冠待焊表面及其侧面进行打磨处理，去除毛刺和尖边，直至出现金属光泽，可避免局部应力集中，再利用酒精或丙酮清洗打磨表面，去除表面油污和杂质；
步骤三：利用堆焊方式制备耐磨层
首先采用紫铜引弧板进行引弧，然后将电弧缓慢移动到叶片锯齿冠待焊处，逐渐增大焊接电流，当母材微熔时添加焊丝，形成焊缝，并迅速填满根部；焊缝收尾时逐渐衰减电流，填满弧坑，熄弧后焊枪需要继续在收尾处停留10～15秒，继续通氩气保护，防止锯齿冠出现氧化和过热；
其中，堆焊参数为：焊丝直径为φ1.2mm～φ2.0mm，喷嘴直径为φ8mm～φ14mm，焊接电流为20～35A，钨极直径为φ1.6mm～φ2.0mm，氩气流量为8～15L/min，极性采用直流正接；
步骤四：将堆焊完成后的叶片立即放入装有石英砂的砂箱或是放入石棉被中进行缓冷，待叶片完全冷却到室温后再取出；
步骤五：对叶片进行焊后热处理，消除叶片残余应力，避免残余应力对耐磨层的影响；
步骤六：利用金刚石成形滚轮对堆焊后的叶片锯齿冠位置进行缓进磨加工，直到将叶片锯齿冠缓进磨加工到最终设计尺寸，保证加工尺寸位于公差范围内。
所述叶片锯齿冠耐磨层堆焊前的端面铸造余量≥2mm，叶片锯齿冠转接凹R区的非堆焊面铸造余量≥2mm。
所述叶片锯齿冠堆焊前的待焊面加工深度≤0.8mm，叶片锯齿冠非堆焊面的加工余量≥1.6mm。
所述叶片锯齿冠耐磨层在堆焊后缓进磨加工的转接凹R≥1.5mm，耐磨层各棱角边倒圆角尺寸≥0.8mm。
当叶片锯齿冠待焊处的根部角度较小时，或是散热效果不佳时，选用直径为1.2mm的焊丝进行焊接，待完成根部堆焊并且停弧冷却后，再选用更大直径的焊丝完成剩余堆焊部分。
在保证待焊母材熔化的前提下，尽量采用较小焊接电流进行焊接，尽量缩短焊接时间，控制高温停留时间，可以减小甚至避免焊接裂纹的发生。
按照上述耐磨层的制备方法所制备的叶片锯齿冠耐磨层，经荧光检验，耐磨层的点及线性荧光缺陷大幅降低，耐磨层的合格率已达90％以上，有效保证了叶片的使用寿命。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (2)

1.一种涡轮叶片锯齿冠耐磨层制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：利用金刚石成形滚轮对铸造毛坯叶片锯齿冠位置进行缓进磨加工，缓进磨加工的进给量为0.1mm；其中，定位工装以叶片榫头、叶身及叶片锯齿冠为定位点进行定位，叶片锯齿冠的各加工面与其最终尺寸的公差如下：
①耐磨层端面公差为+1.4mm～+1.6mm；
②耐磨层堆焊面公差为-0.6mm～-0.8mm；
③耐磨层非堆焊面公差为+1.6mm～+1.8mm；
步骤二：对叶片锯齿冠待焊表面及其侧面进行打磨处理，去除毛刺和尖边，直至出现金属光泽，可避免局部应力集中，再利用酒精或丙酮清洗打磨表面，去除表面油污和杂质；
步骤三：利用堆焊方式制备耐磨层
首先采用紫铜引弧板进行引弧，然后将电弧缓慢移动到叶片锯齿冠待焊处，逐渐增大焊接电流，当母材微熔时添加焊丝，形成焊缝，并迅速填满根部；焊缝收尾时逐渐衰减电流，填满弧坑，熄弧后焊枪需要继续在收尾处停留10～15秒，继续通氩气保护，防止叶片锯齿冠出现氧化和过热；
叶片锯齿冠耐磨层堆焊前的端面铸造余量≥2mm，叶片锯齿冠转接凹R区的非堆焊面铸造余量≥2mm；叶片锯齿冠堆焊前的待焊面加工深度≤0.8mm，叶片锯齿冠非堆焊面的加工余量≥1.6mm；
其中，堆焊参数为：焊丝直径为φ1.2mm～φ2.0mm，喷嘴直径为φ8mm～φ14mm，焊接电流为20～35A，钨极直径为φ1.6mm～φ2.0mm，氩气流量为8～15L/min，极性采用直流正接；
步骤四：将堆焊完成后的叶片立即放入装有石英砂的砂箱或是放入石棉被中进行缓冷，待叶片完全冷却到室温后再取出；
步骤五：对叶片进行焊后热处理，消除叶片残余应力，避免残余应力对耐磨层的影响；
步骤六：利用金刚石成形滚轮对堆焊后的叶片锯齿冠位置进行缓进磨加工，直到将叶片锯齿冠缓进磨加工到最终设计尺寸，保证加工尺寸位于公差范围内；叶片锯齿冠耐磨层在堆焊后缓进磨加工的转接凹R≥1.5mm，耐磨层各棱角边倒圆角尺寸≥0.8mm。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片锯齿冠耐磨层制备方法，其特征在于：当叶片锯齿冠待焊处的根部角度较小时，或是散热效果不佳时，选用直径为1.2mm的焊丝进行焊接，待完成根部堆焊并且停弧冷却后，再选用更大直径的焊丝完成剩余堆焊部分。
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