CN107805806B - 一种涡轮盘篦齿激光熔覆修复工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涡轮盘篦齿激光熔覆修复工艺方法，包括如下步骤：在惰性气氛保护箱中装夹涡轮盘，清理待修复篦齿，激光熔覆待修复篦齿，机械加工修复部位；清理待修复篦齿包括依次进行的基体预熔和送粉熔覆，其中，基体预熔采用激光器照射涡轮盘待修复篦齿使待修复篦齿基体发生熔化，送粉熔覆为通过送粉喷嘴侧向送粉方式，对涡轮盘待修复篦齿进行激光熔覆，该工艺方法可以使磨损的篦齿恢复至初始的几何形态和技术指标，能够再次使用。

Description

一种涡轮盘篦齿激光熔覆修复工艺方法
技术领域
本发明涉及航空发动机维修领域，具体涉及一种航空发动机涡轮盘篦齿的激光熔覆修复工艺方法。
背景技术
涡轮盘是航空发动机的关键部件，篦齿封严是利用通道的突扩和突缩增加流阻以限制流体泄露的非接触式动封严，是航空发动机中广泛使用的一种有效的、长寿命的封严结构，主要用于压气机和涡轮级间、叶片的顶部。为了减少封严泄露进而提高发动机运转效率、需尽量减小转子和静子之间的运动间隙。间隙受累积支撑误差、动力挠曲和热变形所引起的径向运动的影响，存在一最小值，但难以在设计时确定。间隙过大，导致气流泄露，发动机效率明显降低；如果间隙过小，将会导致旋转中的动、静件之间存在摩擦的危险。保持一个恰当的间隙对发动机来说十分重要，因此，在设计上常采用可磨耗封严涂层来达到气路封严的目的。在发动机维修时将封严篦齿上的封严涂层去除后重新喷涂封严涂层的方式对封严盘篦齿进行修复，但是对于磨损非常严重的封严盘，封严篦齿磨损量＞0.3mm的封严盘，不能采用直接喷涂封严涂层的方式进行修复。必须将封严篦齿尺寸恢复到设计尺寸，然后采用重新喷涂封严涂层的方式进行修复。涡轮盘篦齿非常薄，篦齿边缘厚度只有0.2mm～0.3mm，采用氩弧焊容易出现咬边、零件变形等问题，且受人员技能水平影响，艺稳定性差，修复质量不稳定。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种采用激光熔覆修复涡轮盘篦齿磨损部位的工艺方法，可以使磨损的篦齿恢复至初始的几何形态和技术指标，能够再次使用。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种涡轮盘篦齿激光熔覆修复工艺方法，包括如下步骤：1)在惰性气氛保护箱中装夹涡轮盘，2)清理待修复篦齿，3)激光熔覆待修复篦齿，4)机械加工修复部位；所述步骤3)包括依次进行的基体预熔和送粉熔覆，其中，基体预熔采用激光器照射涡轮盘待修复篦齿使待修复篦齿基体发生熔化，送粉熔覆为通过送粉喷嘴侧向送粉方式，对涡轮盘待修复篦齿进行激光熔覆。
进一步的，所述步骤1)将涡轮盘安装在可实现摆动、旋转的工作转台上，保证涡轮盘圆心和工作转台中心同轴。
进一步的，所述步骤2)采用丙酮或无水乙醇对涡轮盘篦齿进行擦拭。
进一步的，所述基体预熔具体步骤如下，首先采用CO2激光器首先对涡轮盘待修复篦齿进行照射使篦齿基体发生熔化，激光器参数设定为激光功率700w，光斑直径1.2mm，扫描速度10mm/s，涡轮盘旋转角度≥362°。
进一步的，所述基体预熔将0.2mm～0.3mm厚的篦齿熔化使其厚度变化为0.5mm。
进一步的，所述送粉熔覆具体步骤如下，激光功率和光斑直径与基体预熔设定相同，扫描速度设定为4mm/s，打开送粉器，送粉速度设定为9～12g/min，熔覆层高度≥1.5mm时完成对篦齿的激光熔覆修复。
进一步的，所述送粉熔覆的单层熔覆厚度为0.2mm，共熔覆8层。
进一步的，采用与涡轮盘本体材料相同的合金粉末作为熔覆材料，所述合金粉为球形合金粉，粉末粒度100～200目，所述合金为GH4169合金。
进一步的，所述步骤3)在进行激光熔覆前，对合金粉进行120℃真空烘干。
进一步的，还包括步骤5)，采用荧光探伤检查涡轮盘篦齿激光熔覆修复部位。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明采用CO2激光器首先对涡轮盘篦齿进行照射使篦齿基体发生熔化，可以将边缘厚度只有0.2mm～0.3mm的篦齿进行宽化，以利于后续的激光熔覆，同时通过增加激光熔覆时篦齿的宽度，可以留出合适的后续车加工余量，避免出现由于熔覆量不够，无法加工出零件外形尺寸的问题；本发明中根据篦齿结构和材料所选择的合理的激光熔覆参数可以得到成形外观饱满、表面光滑、组织致密、结合力强的修复篦齿，而且通过激光熔覆，可以对得到篦齿的形态结构等进行补充，激光器照射涡轮盘篦齿时，首先采用10mm/s的扫描速度，可以控制涡轮盘篦齿熔化的尺寸，尽可能的减少基体融化的尺寸，之后由于激光要完成基体熔化和送粉熔化两方面的作用，设置送粉时的扫描速度4mm/s，可以适当增加粉末加热时间和熔池维持时间，有利于粉末的熔化和粉末间气体的排出，避免熔覆层中产生气孔和熔合不良等缺陷；本发明修复涡轮盘蓖齿工艺稳定性好，修复区界面和零件基体形成致密的冶金结合，结合力强，修复质量可靠性高，重复性好，易于实现自动化加工。
进一步的，基体预熔过程在实际操作中，涡轮盘旋转一周即可实现目的，本发明将涡轮盘的旋转角度设定为≥362°，这样能够保证涡轮盘篦齿熔化后的连续性，使涡轮盘篦齿基体发生熔化，
进一步的，采用与涡轮盘本体材料相同的合金粉末作为熔覆材料可以增强修复区与蓖齿基体的结合力，熔覆层和基体材料形成良好的冶金结合，结合强度高，熔覆区微观组织优良，显微组织细小均匀，具有非常优异的力学性能。
进一步的，将需进行激光熔覆修复的涡轮篦齿盘篦齿竖直向上，和送粉喷嘴处于同一竖直平面，除了方便送粉以外，在激光熔覆时，能保证生长出来的篦齿和原有篦齿的方向是一致的，避免生长方向出现偏差。
进一步的，粉末直径过太大易出现不利于熔化和未熔化的情况，粉末直径过小，在熔覆时很容易被气体吹跑或被激光束蒸发及烧损，本发明采用粉末粒度100～200目的球形合金粉，使得激光熔覆粉末时，能够实现均匀稳定的输出，得到外形饱满、表面光滑、组织致密的熔覆层。
进一步的，本发明工艺方法中的激光功率、扫描速度和光斑直径均是通过激光熔覆工艺试验及金相组织分析后得出的，保证了激光熔覆后熔覆层的性能。
附图说明
图1是涡轮盘篦齿的结构示意图，图中1为封严篦齿；
图2是涡轮盘篦齿激光熔覆修复后机械加工前的宏观形貌。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细描述。
如图1所示，为涡轮盘篦齿的结构示意图，图中Φ为涡轮盘直径，1为封严篦齿，封严篦齿即为本发明工艺方法进行修熔覆修复的部分，其中，本发明采用与涡轮盘本体材料相同的粉末粒度为100～200目的GH4169球形合金粉末作为熔覆材料；
本发明的工艺方法具体如下：
首先，在氩气气氛保护箱中，将涡轮盘安装在可实现旋转、摆动的工作转台上，使涡轮盘圆心和工作转台中心同轴；
其次，采用丙酮或无水乙醇对涡轮盘篦齿进行擦拭，去除污物；然后，根据篦齿的倾斜角度将工作转台偏摆一定角度，使需进行激光熔覆修复的涡轮篦齿盘篦齿竖直向上，和送粉喷嘴处于同一平面，这样不但方便送粉喷嘴送粉以外，还能保证在激光熔覆时生长出来的篦齿和原有篦齿的方向是一致的，避免生长方向出现偏差，对涡轮盘篦齿磨损部位进行激光熔覆修复；在激光熔覆过程中，首先不送合金粉，采用CO2激光器对涡轮盘篦齿进行照射，参数设置为激光功率700w、光斑直径1.2mm、激光扫描线速度10mm/s，涡轮盘旋转一周，最好是旋转角度≥362°，这样能够保证涡轮盘篦齿熔化后的连续性，使涡轮盘篦齿基体发生熔化，将0.2mm～0.3mm厚的篦齿熔化使其厚度变化为0.5mm，然后重新设置加工参数激光功率700w、光斑直径1.2mm、激光扫描线速度4mm/s，打开送粉器，送粉速度设置为9～12g/min，通过送粉喷嘴侧向送粉方式，对磨损部位进行激光熔覆修复，单层熔覆厚度0.2mm，共熔覆8层，完成对篦齿的激光熔覆，即得到如图2所示的结构，图2中，可以看出篦齿的顶端发生熔化，增加了篦齿的厚度，留出了后续进行机械加工的切削余量，能够有效的保证加工后篦齿的形状满足工艺要求，不会产生凹陷的问题；
其后，对涡轮盘篦齿的激光熔覆修复部位进行机械加工，使其几何尺寸恢复到初始的设计尺寸，即采用车加工，把激光熔覆修复后的涡轮盘装夹在车床上，车加工出篦齿的外形尺寸；
最后，对涡轮盘篦齿激光熔覆修复部位进行荧光探伤检查，确定有无裂纹、缺陷。
作为优选实施例的，在进行激光熔覆前，对合金粉进行120℃真空烘干，对合金粉除潮。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非用于限制本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种替换与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种涡轮盘篦齿激光熔覆修复工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在惰性气氛保护箱中装夹涡轮盘，2)清理待修复篦齿，3)激光熔覆待修复篦齿，4)机械加工修复部位；所述步骤3)包括依次进行的基体预熔和送粉熔覆，其中，基体预熔采用激光器照射涡轮盘待修复篦齿使待修复篦齿基体发生熔化，送粉熔覆为通过送粉喷嘴侧向送粉方式，对涡轮盘待修复篦齿进行激光熔覆；
所述步骤1)将涡轮盘安装在可实现摆动、旋转的工作转台上，保证涡轮盘圆心和工作转台中心同轴；
所述步骤2)采用丙酮或无水乙醇对涡轮盘篦齿进行擦拭；
所述基体预熔具体步骤如下，首先采用CO2激光器首先对涡轮盘待修复篦齿进行照射使篦齿基体发生熔化，激光器参数设定为激光功率700w，光斑直径1.2mm，扫描速度10mm/s，涡轮盘旋转角度≥362°；
所述基体预熔将0.2mm～0.3mm厚的篦齿熔化使其厚度变化为0.5mm；
所述送粉熔覆具体步骤如下，激光功率和光斑直径与基体预熔设定相同，扫描速度设定为4mm/s，打开送粉器，送粉速度设定为9～12g/min，熔覆层高度≥1.5mm时完成对篦齿的激光熔覆修复。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮盘篦齿激光熔覆修复工艺方法，其特征在于，所述送粉熔覆的单层熔覆厚度为0.2mm，共熔覆8层。
3.根据权利要求1所述的一种涡轮盘篦齿激光熔覆修复工艺方法，其特征在于，采用与涡轮盘本体材料相同的合金粉末作为熔覆材料，所述合金粉为球形合金粉，粉末粒度100～200目，所述合金为GH4169合金。
4.根据权利要求1所述的一种涡轮盘篦齿激光熔覆修复工艺方法，其特征在于，所述步骤3)在进行激光熔覆前，对合金粉进行120℃真空烘干。
5.根据权利要求1所述的一种涡轮盘篦齿激光熔覆修复工艺方法，其特征在于，还包括步骤5)，采用荧光探伤检查涡轮盘篦齿激光熔覆修复部位。
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