CN112538583B - 等轴晶材料涡轮导向叶片铸造缺陷修复材料及修复方法 - Google Patents

等轴晶材料涡轮导向叶片铸造缺陷修复材料及修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及航空发动机热端关键部件维修技术领域,提供了一种等轴晶材料涡轮导向叶片铸造缺陷修复材料及修复方法,修复用填充材料为粒径Φ53~Φ150μm的高温合金粉末,其组分及质量百分比:C:0.12~0.18%,Cr:15.5~16.5%,Co:12.5~13.5%,W:3.5~4.5%,Mo:3.5~4.5%,Nb:0.6~1.0%,Al:2.0~2.5%,Ti:3.5~4.0%,Zr:0.03~0.08%,B:0.006~0.015%,Ta:<0.2%,Si:<0.2%,Mn:<0.12%,Fe:<0.35%,P:≤0.01%,S:≤0.01%,O:≤0.010%,N:≤0.008%,Ni为余量;所述修复方法在修复前对待修复叶片进行固溶热处理:后采用激光直接沉积方法进行修复,并恢复尺寸;本发明的修复方法和修复材料实现了高Al、Ti含量等轴晶高温合金涡轮导向叶片修复效率、修复接头质量和性能的大幅提高,对促进发动机的研制和应用具有重要意义。

Description

等轴晶材料涡轮导向叶片铸造缺陷修复材料及修复方法
技术领域
本发明涉及修复技术领域,特别是涉及一种等轴晶材料涡轮导向叶片铸造缺陷修复材料及修复方法。
背景技术
针对先进航空发动机的高性能需求,高Al、Ti含量的等轴晶高温合金在发动机涡轮导向叶片的应用愈加广泛,如K418B、K447A和K465等。为提高航空发动机涡轮导向叶片工作时的冷却效果,国内外涡轮导向叶片普遍采用多联气冷空心结构,其内腔复杂、叶身壁及缘板薄、尺寸精度高,导致叶片的铸造工艺难度大,造成铸件产品普遍存在缩孔、缩松、空洞、欠铸、夹杂等局部缺陷,使其无法满足使用要求,且新品铸件的报废率常高达70%以上,为此迫切需要进行修复。
因高Al、Ti含量的等轴晶高温合金中的“Al+Ti”含量高达6.2~8.9wt.%,采用常规熔焊方法和同母材填充材料修复时修复接头(包括修复区和基体热影响区)极易出现热裂纹,往往需要反复修补2次以上,一方面导致修复质量极不稳定,另一方面修补的合格率通常不足30%。因此急需高效、可靠的修复技术和修复材料。
相比于常规熔焊方法,激光直接沉积工艺的热输入量小,使其修复时形成的热影响区和局部残余应力更小,从而有助于降低热裂纹倾向,因此适合用于高Al、Ti含量的等轴晶高温合金涡轮导向叶片铸造缺陷的修复。
目前用于K447A等高Al、Ti含量的等轴晶高温合金熔焊修复用材料普遍为低Al、Ti含量(“Al+Ti”含量≤1.5wt.%)的镍基合金。低的Al、Ti含量使得修复材料具有优良的可成形性(即焊接性),但也导致修复区难以析出时效强化的γ′强化的3Al相,致使修复区的室高温强度、持久性能和耐温能力显著下降。这导致等轴晶高温合金涡轮导向叶片铸造缺陷修复区成为零件服役时的“短板”,严重影响了服役寿命和可靠性,因此急需室高温性能与叶片基体接近且具有可成形良好的修复用材料。
发明内容
本发明的目的是:提供等轴晶材料涡轮导向叶片铸造缺陷修复材料及修复方法,实现Al、Ti含量的等轴晶高温合金涡轮导向叶片铸造缺陷修复技术的突破,提升修复质量和接头性能。
为解决此技术问题,本发明的技术方案是:
一方面,提供一种等轴晶材料涡轮导向叶片铸造缺陷修复材料,所述的修复材料为激光修复用高温合金粉末,其成分及质量百分比为:C:0.12~0.18%,Cr:15.5~16.5%,Co:12.5~13.5%,W:3.5~4.5%,Mo:3.5~4.5%,Nb:0.6~1.0%,Al:2.0~2.5%,Ti:3.5~4.0%,Zr:0.03~0.08%,B:0.006~0.015%,Ta:<0.2%,Si:<0.2%,Mn:<0.12%,Fe:<0.35%,P:≤0.01%,S:≤0.01%,O:≤0.010%,N:≤0.008%,Ni:余量。
进一步地,所述的修复材料成分及质量百分比为:C:0.12~0.15%,Cr:15.8~16.5%,Co:12.8~13.5%,W:3.8~4.2%,Mo:3.8~4.2%,Nb:0.6~1.0%,Al:2.0~2.4%,Ti:3.5~3.7%,Al+Ti:≤6.0%,Zr:0.035~0.05%,B:0.010~0.015%,Ta:<0.2%,Si:<0.2%,Mn:<0.12%,Fe:<0.35%,P:≤0.01%,S:≤0.01%,O:≤0.008%,N:≤0.005%,Ni:余量。
优选地,所述的修复材料成分及质量百分比为:C:0.12%,Cr:16.3%,Co:13.3%,W:4.0%,Mo:3.9%,Nb:0.9%,Al:2.1%,Ti:3.5%,Zr:0.045%,B:0.014%,Ta:0.11%,Si:0.10%,Mn:0.10%,Fe:0.05%,P:0.006%,S:0.003%,O:0.006%,N:0.002%,Ni:余量。
另一方面,提供一种等轴晶材料涡轮导向叶片铸造缺陷修复方法,利用上述的修复材料,采用激光直接沉积工艺修复等轴晶高温合金涡轮导向叶片的铸造缺陷,包括以下步骤:
步骤一、修复前固溶热处理:将存在铸造缺陷的等轴晶高温合金涡轮导向叶片放入真空热处理炉内进行成分和组织均匀化的固溶热处理,热处理的工艺要求是:在真空压力低于3×10-2Pa条件下,开始加热升温,以50~80℃/min的速度升至1200~1215℃,保温25~30min;随炉冷至1170~1185℃,保温50~60min;然后降温,随炉冷至500℃以下后,充入空气快冷至室温;
步骤二、修复前缺陷清除,打磨待修复区;
步骤三、激光直接沉积修复:采用激光直接沉积方法对打磨区进行修复,并恢复铸造缺陷处的尺寸,修复工艺参数为:激光功率为450~900W、激光扫描速度为500~900mm/min、送粉速度为4~9g/min、道次间的搭接率为45~60%、同轴保护气流量为10~20L/min。
所述步骤一还包括对缺陷无损检测的步骤。
具体操作:通过目视、荧光和X射线检查涡轮导向叶片铸件,确定缺陷的位置、类型、数量、尺寸情况。
所述步骤二具体如下:
采用机械打磨方式去除铸造缺陷,直至露出金属光泽,打磨区轮廓略大于缺陷外缘,采用丙酮或酒精清洗打磨区及其周边区域,并用吹风机或风扇吹干。
所述步骤三中所述的激光直接沉积修复工艺中每个修复层的具体参数为:
与叶片基体相邻的第一层修复层的激光功率为450~600W、激光扫描速度为500~700mm/min、送粉速度为4~6g/min、道次间的搭接率为45~60%、同轴保护气流量为10~20L/min,第二层及以上修复层的激光功率为600~900W、激光扫描速度为500~900mm/min、送粉速度为5~9g/min、道次间的搭接率为45~60%、同轴保护气流量为10~20L/min。
所述步骤三中激光修复用填充材料的粒径为Φ53~Φ150μm。
所述等轴晶材料涡轮导向叶片铸造缺陷修复方法还包括对修复区尺寸精加工和对修复部位无损检测的步骤。具体操作:
修复区尺寸精加工:采用磨削、铣削等方式加工修复区,恢复叶片尺寸;
修复部位无损检测:采用荧光探伤和X射线方法,对修复区及其周围区域进行表面及内部质量检查,要求无裂纹、未熔合缺陷。
本发明的有益效果是:
本技术方案中修复材料成分设计如下:
此外,为改善等轴晶高温合金导向叶片修复时的热裂纹敏感性,并保证修复接头具有良好的高温性能,基于K447、K465等高Al、Ti含量的等轴晶高温合金的化学成分,并结合合金元素在高温合金中的作用,优化设计了修复用材料的成分,设计依据如下:
(1)铬:是高温合金中重要的固溶强化元素和碳化物形成元素,既能固溶在γ相中,也能进入γ′相中,从而达到固溶强化作用;同时还能与碳元素形成MC、M6C和M23C6碳化物,可强化晶界,而且Cr在材料表面可以形成抗氧化和抗腐蚀的Cr2O3保护层,能有效阻止金属元素向外扩散和O、N、S等有害元素向内扩散,对提高合金的热强度和抗腐蚀性起着重要的作用,但过高的Cr含量会降低γ′相的固溶温度,降低高温性能。故在修复粉末中将Cr含量控制在15.5~16.5wt.%。
(2)钴:在高温合金中具有固溶强化作用,大部分分布在固溶体γ相基体,降低基体堆垛层错能,提高合金的高温持久强度和蠕变抗力;少部分进入γ′相中,提高γ′相的固溶温度。此外,增加Co含量能够γ′相析出,增加C的固溶度,减少碳化物析出,有助于减少晶界贫Cr区宽度,而且能改善合金的塑性及可成形性。因此将修复粉末中Co含量控制在12.5~13.5wt.%。
(3)铝和钛:是γ′相主要形成元素,镍基高温合金的高温性能主要取决于Al、Ti总含量和Ti/Al比,提高Al和Ti总量可明显提高γ′相的固溶温度和体积分数,但随着Al、Ti总量增加,材料成形过程中形成共晶和热裂纹倾向快速增加,导致材料的可成形性急剧恶化。因此,为提高修复材料的可成形性,修复粉末中Al+Ti的总量宜控制在6.0%以内,同时提高Ti含量(即Ti/Al比)可以提高合金的抗热腐蚀性能,还可以促进晶界和枝晶间MC型碳化物形成,抑制M23C6碳化物析出,从而提高晶界和晶粒的持久强度,减少晶界贫Cr区宽度。但Ti/Al比过高则易出现粗大的片状(Ni3Ti)脆性相。因此,将修复粉末中Ti含量控制在3.5~3.9wt.%、Al含量控制在2.0~2.4wt.%。
(4)钨和钼:在高温合金既能固溶到γ相中,又能固溶于γ′相,而且因这两个元素的原子半径与Ni相差较大,无论对γ和γ′相都有很强的固溶强化效果,并能提高再结晶温度,提高合金的热强性和热稳定性。然而,W和Mo也是TCP相的形成元素,较高的含量易在后续热处理过程中形成TCP有害相。此外,由于W和Mo易生成挥发性的氧化物,难于形成致密的氧化皮,导致较高的W和Mo含量对高温合金的抗氧化和抗热腐蚀性能不利。因此,将修复粉末中W含量控制在3.8~4.2wt.%、Mo含量控制在3.8~4.2wt.%。
(5)铌:是γ′相形成元素,可进入γ′相并置换一部分Al和Ti。Nb的加入可以促进γ′相析出,延缓γ′相聚集长大,故此既能提高合金的高温强度,还能提高γ′相的固溶温度。Nb还是强碳化物形成元素,能形成稳定的NbC碳化物,对晶粒和晶界都有强化作用。但较高的Nb含量会促进TCP相形成,同时Nb也是强亲氧元素,对合金的抗氧化性有损害。因此,将修复粉末中Nb含量控制在0.6~1.0wt.%。
(6)碳:是高温合金中重要的晶界和枝晶间强化元素。但C在γ相中的溶解度极低,又不进入γ′相,故在高温合金中含量较少。偏聚于晶界和枝晶间的C除了作为间隙元素填充这些区域的间隙,减慢扩散,可降低晶界和枝晶间的开裂倾向,提高合金的持久强度,还能形成MC、M6C和M23C6型碳化物,提高晶界和枝晶间的室高温强度,但晶界处聚集粗大、成串的M23C6型碳化物反而会增大晶界的开裂倾向,并降低其强度。因此,将修复粉末中C含量控制在0.12~0.18wt.%。
(7)硼和锆:B、Zr主要存在于晶界上,能抑制M23C6型碳化物的聚集,延缓晶界裂纹的萌生,同时也可减少C在晶界处偏析,增加了晶内碳化物的数量,两者皆可提高合金的蠕变抗力和持久寿命。此外现有研究表明,加入微量的B、Zr能显著提高合金的持久寿命,降低蠕变速率,并显著改善持久缺口敏感性,提高合金的塑性和加工性能,相比于Zr,B的性能优化作用更显著。但B含量过高,会在晶界上形成硬且脆的硼化物,硼化物熔点较低,是降低合金持久性能和塑性的因素。含Zr量较高时会在高温合金中形成低熔点相,导致可成形性和高温强度、持久强度显著下降。因此,将修复粉末中B含量控制在0.006~0.015%、Zr含量控制在0.03~0.08%。
第一、与现有常规熔焊修复方法相比,本发明所述的激光直接沉积方法修复高Al、Ti含量的等轴晶高温合金涡轮导向叶片的铸造缺陷时,因热输入量小,使得基体的热影响区尺寸更小且出现热裂纹的倾向获得大幅下降,从而对基体性能影响大幅减小,而且避免了反复修补,大大提高了修复接头的质量和效率。
第二、本发明在修复前进行的固溶热处理的带来以下有益效果:
与常用的低Al、Ti含量高温合金(如GH3536、GH3625等)和母材成分的修复材料相比,本发明所述的修复材料中含有较高含量的γ′相形成元素(如Al、Ti和Nb)和固溶强化元素(如Cr、Co、W和Mo),结合微量的晶界强化元素(如C、B和Zr),使其具有良好的激光直接沉积可成形性(即低的热裂纹敏感性),同时保证修复接头能够拥有更优良的高温性能,如高温强度和持久强度均能达到母材性能的85%以上,远超现有常规熔焊方法及其修复材料修复后的接头性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下,所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
修复材料成分1
本实施例中激光修复用填充材料:填充材料是粒径为Φ53~Φ150μm的高温合金粉末,粉末的化学成分(wt.%)为:C:0.16%,Cr:16.2%,Co:12.9%,W:3.8%,Mo:4.0%,Nb:0.7%,Al:2.1%,Ti:3.6%,Zr:0.05%,Ta:0.15%,Si:0.06%,Mn:0.10%,Fe:0.15%,B:0.011%,P:0.006%,S:0.003%,O:0.005%,N:0.003%,Ni:余量。
修复材料成分2
本实施例中激光修复用填充材料:填充材料是粒径为Φ53~Φ150μm的高温合金粉末,粉末的化学成分(wt.%)为:C:0.12%,Cr:15.8%,Co:13.3%,W:4.2%,Mo:4.0%,Nb:0.9%,Al:2.3%,Ti:3.7%,Zr:0.04%,Ta:0.10%,Si:0.08%,Mn:0.08%,Fe:0.20%,B:0.008%,P:0.006%,S:0.002%,O:0.006%,N:0.002%,Ni:余量。
修复材料成分3
本实施例中激光修复用填充材料:填充材料是粒径为Φ53~Φ150μm的高温合金粉末,粉末的化学成分(wt.%)为:C:0.14%,Cr:16.3%,Co:13.1%,W:4.0%,Mo:3.9%,Nb:0.8%,Al:2.4%,Ti:3.5%,Zr:0.045%,Ta:0.13%,Si:0.10%,Mn:0.05%,Fe:0.10%,B:0.012%,P:0.005%,S:0.003%,O:0.005%,N:0.005%,Ni:余量。
修复材料成分4
本实施例中激光修复用填充材料:填充材料是粒径为Φ53~Φ150μm的高温合金粉末,粉末的化学成分(wt.%)为:C:0.15%,Cr:16.5%,Co:13.0%,W:3.9%,Mo:3.8%,Nb:0.6%,Al:2.0%,Ti:3.7%,Zr:0.05%,Ta:0.18%,Si:0.05%,Mn:0.09%,Fe:0.16%,B:0.010%,P:0.008%,S:0.006%,O:0.007%,N:0.002%,Ni:余量。
修复材料成分5
本实施例中激光修复用填充材料:填充材料是粒径为Φ53~Φ150μm的高温合金粉末,粉末的化学成分(wt.%)为:C:0.13%,Cr:16.1%,Co:12.8%,W:4.1%,Mo:4.2%,Nb:1.0%,Al:2.2%,Ti:3.6%,Zr:0.035%,Ta:0.12%,Si:0.08%,Mn:0.05%,Fe:0.05%,B:0.013%,P:0.005%,S:0.003%,O:0.005%,N:0.003%,Ni:余量。
修复材料成分6
本实施例中激光修复用填充材料:填充材料是粒径为Φ53~Φ150μm的高温合金粉末,粉末的化学成分(wt.%)为:C:0.12%,Cr:16.3%,Co:13.3%,W:4.0%,Mo:3.9%,Nb:0.9%,Al:2.1%,Ti:3.5%,Zr:0.045%,Ta:0.11%,Si:0.10%,Mn:0.10%,Fe:0.05%,B:0.014%,P:0.006%,S:0.003%,O:0.006%,N:0.002%,Ni:余量。
上述材料成分均可以达到修复目的,采用以下修复参数:修复前固溶热处理温度为1200~1215℃并保温25~30min、随炉冷至1170~1185℃并保温50~60min,然后激光修复时,与叶片基体相邻的第一层修复层的激光功率为450~600W、激光扫描速度为500~700mm/min、送粉速度为4~6g/min、道次间的搭接率为45~60%、同轴保护气流量为10~20L/min,第二层及以上修复层的激光功率为600~900W、激光扫描速度为500~900mm/min、送粉速度为5~9g/min、道次间的搭接率为45~60%、同轴保护气流量为10~20L/min。获得的修复金属平均室温拉伸强度不低于950MPa,且980℃/160MPa条件下持久寿命不低于50h,均已达到K418B、K447A和K465等铸造高温合金导向叶片的使用要求。
结合修复材料成分6,激光修复用填充材料组分为修复材料成分6:粒径为Φ53~Φ150μm,描述本发明的具体修复方法如下:
采用Arnold激光直接沉积设备修复K447A涡轮导向叶片叶冠的铸造缩孔缺陷,具体步骤如下:
1、缺陷无损检测:通过目视和荧光检查涡轮导向叶片铸件,发现导向叶片叶冠上表面存在1个缩孔缺陷,缩孔的外表面轮廓尺寸约为2.0mm×2.5mm;
2、修复前固溶热处理:将导向叶片用丙酮或酒精浸泡清洗后,放入真空热处理炉腔体中进行固溶热处理,热处理的工艺是:在真空压力低于3×10-2Pa时,开始加热升温,以80℃/min的速度升至1210℃,保温25min;随炉冷至1175℃,保温55min;然后降温,随炉冷至500℃以下后,充入空气快冷至室温;
3、修复前缺陷清除:采用手持式打磨枪工具去除铸造缺陷,并露出金属光泽,经荧光检测无缺陷显示后即停止打磨,打磨区表面轮廓为长方形,尺寸约为2.6mm×3.0mm,深度约为0.7mm,打磨区与周围基体为光滑的大直径圆弧过渡,采用丙酮擦拭清洗打磨区及其周边区域,并用吹风机将其吹干;
4、修复轨迹编程:按照导向叶片的上述待修复区形貌和尺寸,设计的待修复部分的成形轨迹方式为“几”字形,修复的奇数层与双数层的成形方向之间的夹角为90°;
5、激光直接沉积修复:采用Arnold激光直接沉积设备对打磨区进行修复成形,并保留有0.5~1.0mm的加工余量,修复工艺参数为:与叶片基体相邻的第一层修复层的激光功率为500W、激光扫描速度为700mm/min、送粉速度为4g/min、道次间的搭接率为50%、同轴保护气流量为15L/min,第二层及以上修复层的激光功率为700W、激光扫描速度为700mm/min、送粉速度为6g/min、道次间的搭接率为50%、同轴保护气流量为15L/min;
6、修复区尺寸精加工:采用手持磨削工具对修复区表面进行余料加工,使得修复区与导向叶片基体光滑且平齐,使其尺寸满足使用要求;
7、修复部位无损检测:采用荧光探伤和X射线方法,对修复区及其周围区域进行表面及内部质量检查,未发现裂纹、未熔合和气孔等缺陷。
在K447A合金试板上进行了激光直接沉积修复试验,并对修复接头的室温拉伸和持久性能进行了测试。实验结果显示,修复接头平均室温拉伸强度可达1050MPa,达到母材实测值(1117MPa)的93.5%,980℃/160MPa条件下持久寿命为51.5h,均已达到K447A合金导向叶片的使用要求。
最后应该说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可以轻易想到各种等效的修改或者替换,这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.等轴晶材料涡轮导向叶片铸造缺陷修复方法,其特征在于:
修复用材料为激光修复用高温合金粉末,其成分及质量百分比为:C:0.12~0.18%,Cr:15.5~16.5%,Co:12.5~13.5%,W:3.5~4.5%,Mo:3.5~4.5%,Nb:0.6~1.0%,Al:2.0~2.5%,Ti:3.5~4.0%,Zr:0.03~0.08%,B:0.006~0.015%,Ta:<0.2%,Si:<0.2%,Mn:<0.12%,Fe:<0.35%,P:≤0.01%,S:≤0.01%,O:≤0.010%,N:≤0.008%,Ni:余量;
采用激光直接沉积工艺修复等轴晶高温合金涡轮导向叶片的铸造缺陷,包括以下步骤:
步骤一、修复前固溶热处理:将存在铸造缺陷的等轴晶高温合金涡轮导向叶片放入真空热处理炉内进行成分和组织均匀化的固溶热处理,热处理的工艺要求是:在真空压力低于3×10-2Pa条件下,开始加热升温,以50~80℃/min的速度升至1200~1215℃,保温25~30min;随炉冷至1170~1185℃,保温50~60min;然后降温,随炉冷至500℃以下后,充入空气快冷至室温;
步骤二、修复前缺陷清除,打磨待修复区;
步骤三、激光直接沉积修复:采用激光直接沉积方法对打磨区进行修复,并恢复铸造缺陷处的尺寸,修复工艺参数为:激光功率为450~900W、激光扫描速度为500~900mm/min、送粉速度为4~9g/min、道次间的搭接率为45~60%、同轴保护气流量为10~20L/min。
2.根据权利要求1所述的等轴晶材料涡轮导向叶片铸造缺陷修复方法,其特征在于:步骤一还包括对缺陷无损检测的步骤,具体操作:
通过目视、荧光和X射线检查涡轮导向叶片铸件,确定缺陷的位置、类型、数量、尺寸情况。
3.根据权利要求1所述的等轴晶材料涡轮导向叶片铸造缺陷修复方法,其特征在于:步骤二具体操作如下:
采用机械打磨方式去除铸造缺陷,直至露出金属光泽,打磨区轮廓略大于缺陷外缘,采用丙酮或酒精清洗打磨区及其周边区域,并用吹风机或风扇吹干。
4.根据权利要求1所述的等轴晶材料涡轮导向叶片铸造缺陷修复方法,其特征在于:步骤三中所述的激光直接沉积修复工艺中每个修复层的具体参数为:
与叶片基体相邻的第一层修复层的激光功率为450~600W、激光扫描速度为500~700mm/min、送粉速度为4~6g/min、道次间的搭接率为45~60%、同轴保护气流量为10~20L/min,第二层及以上修复层的激光功率为600~900W、激光扫描速度为500~900mm/min、送粉速度为5~9g/min、道次间的搭接率为45~60%、同轴保护气流量为10~20L/min。
5.根据权利要求1所述的等轴晶材料涡轮导向叶片铸造缺陷修复方法,其特征在于:步骤三中激光修复用填充材料的粒径为Φ53~Φ150μm。
6.根据权利要求1所述的等轴晶材料涡轮导向叶片铸造缺陷修复方法,其特征在于:所述等轴晶材料涡轮导向叶片铸造缺陷修复方法还包括对修复区尺寸精加工和对修复部位无损检测的步骤。
7.根据权利要求6所述的等轴晶材料涡轮导向叶片铸造缺陷修复方法,其特征在于:对修复区尺寸精加工和对修复部位无损检测的具体操作如下:
修复区尺寸精加工:采用磨削、铣削方式加工修复区,恢复叶片尺寸;
修复部位无损检测:采用荧光探伤和X射线方法,对修复区及其周围区域进行表面及内部质量检查。
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CN113969341B (zh) * 2021-10-27 2022-10-14 北京航空航天大学 一种铸造涡轮叶片制备过程中的抗再结晶热处理方法
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JP3842717B2 (ja) * 2002-10-16 2006-11-08 株式会社日立製作所 溶接材料、溶接構造物、ガスタービン動翼及びガスタービン動翼又は静翼の補修方法
JP4783053B2 (ja) * 2005-04-28 2011-09-28 株式会社東芝 蒸気タービン発電設備

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