一種渦輪葉片鋸齒冠耐磨層制備方法
【專利摘要】一種渦輪葉片鋸齒冠耐磨層制備方法，屬于航空發(fā)動機零部件制造【技術(shù)領(lǐng)域】?，F(xiàn)有的渦輪葉片鋸齒冠耐磨層的制備方法，在緩進磨加工步驟后，根部凹R區(qū)及耐磨層表面存在點及線性熒光缺陷，導(dǎo)致耐磨層制備不合格，位于根部凹R區(qū)的非超標(biāo)熒光缺陷，會直接影響渦輪葉片的使用壽命，熒光缺陷極易導(dǎo)致葉片在高應(yīng)力集中區(qū)產(chǎn)生裂紋，甚至有掉塊的風(fēng)險，嚴(yán)重影響飛行安全。本發(fā)明能夠有效減小根部凹R區(qū)及耐磨層表面的點及線性熒光缺陷，能夠?qū)u輪葉片的一次耐磨層制備合格率提高至90％以上，降低熒光缺陷導(dǎo)致葉片在高應(yīng)力集中區(qū)產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險，有效提高葉片的使用壽命，本發(fā)明還具有耐磨層結(jié)合強度高、操作靈活、成本低、適用范圍廣的特點。
【專利說明】一種渦輪葉片鋸齒冠耐磨層制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空發(fā)動機零部件制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種渦輪葉片鋸齒冠耐磨層制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]航空發(fā)動機的低壓渦輪葉片普遍采用帶鋸齒冠的結(jié)構(gòu)形式，每個葉片通過榫頭連接渦輪盤，并與相鄰葉片通過鋸齒冠阻尼面相互配合，進而連接成渦輪葉片環(huán)。
[0003]航空發(fā)動機在運行過程中，渦輪葉片會承受復(fù)雜的扭矩和彎矩，進而在鋸齒冠阻尼面上形成擠壓和微動磨損，為了阻止阻尼面的過度磨損所造成的葉片間隙過大及葉環(huán)松動的問題，技術(shù)人員采用了在葉片鋸齒冠制備耐磨合金層的方法，以保證鋸齒冠阻尼面的耐磨性能，提高葉片的使用壽命。
[0004]現(xiàn)有的渦輪葉片鋸齒冠耐磨層的制備方法，主要是通過鎢極氬弧焊堆焊方式來制備耐磨層的，雖然現(xiàn)有的耐磨層制備方法具有耐磨層結(jié)合強度高、操作靈活、成本低、適用范圍廣等特點，但是仍然無法避免制備缺陷的產(chǎn)生，在耐磨層制備過程中，在進行了緩進磨加工步驟后，在根部凹R區(qū)及耐磨層表面經(jīng)熒光檢驗后，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)點及線性熒光缺陷，這會直接導(dǎo)致所制備的耐磨層不合格，同時，位于根部凹R區(qū)的非超標(biāo)熒光缺陷，也會直接影響渦輪葉片的使用壽命，熒光缺陷極易導(dǎo)致葉片在高應(yīng)力集中區(qū)產(chǎn)生裂紋，甚至有掉塊的風(fēng)險，嚴(yán)重影響飛行安全。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種渦輪葉片鋸齒冠耐磨層制備方法，有效減小了根部凹R區(qū)及耐磨層表面的點及線性熒光缺陷，能夠?qū)u輪葉片的一次耐磨層制備合格率提高至90%以上，最大程度降低熒光缺陷導(dǎo)致葉片在高應(yīng)力集中區(qū)產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險，有效提聞葉片的使用壽命。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種渦輪葉片鋸齒冠耐磨層制備方法，包括如下步驟:
[0007]步驟一:利用金剛石成形滾輪對鑄造毛坯葉片的鋸齒冠位置進行緩進磨加工，緩進磨加工的進給量為0.1mm;其中，定位工裝以葉片榫頭、葉身及鋸齒冠為定位點進行定位，鋸齒冠的各加工面與其最終尺寸的公差如下:
[0008]①耐磨層端面公差為+1.4mm?+1.6mm ;
[0009]②耐磨層堆焊面公差為-0.6mm?-0.8mm;
[0010]③耐磨層非堆焊面公差為+1.6mm?+1.8mm;
[0011]步驟二:對葉片鋸齒冠待焊表面及其側(cè)面進行打磨處理，去除毛刺和尖邊，直至出現(xiàn)金屬光澤，可避免局部應(yīng)力集中，再利用酒精或丙酮清洗打磨表面，去除表面油污和雜質(zhì)；
[0012]步驟三:利用堆焊方式制備耐磨層
[0013]首先采用紫銅引弧板進行引弧，然后將電弧緩慢移動到葉片鋸齒冠待焊處，逐漸增大焊接電流，當(dāng)母材微熔時添加焊絲，形成焊縫，并迅速填滿根部；焊縫收尾時逐漸衰減電流，填滿弧坑，熄弧后焊槍需要繼續(xù)在收尾處停留10?15秒，繼續(xù)通氬氣保護，防止鋸齒冠出現(xiàn)氧化和過熱；
[0014]其中，堆焊參數(shù)為:焊絲直徑為Φ 1.2mm?Φ 2.0mm,噴嘴直徑為Φ8ι?πι?Φ 14mm,焊接電流為20?35A，鎢極直徑為Φ 1.6mm?Φ 2.0mm，氬氣流量為8?15L/min，極性采用直流正接；
[0015]步驟四:將堆焊完成后的葉片立即放入裝有石英砂的砂箱或是放入石棉被中進行緩冷，待葉片完全冷卻到室溫后再取出；
[0016]步驟五:對葉片進行焊后熱處理，消除葉片殘余應(yīng)力，避免殘余應(yīng)力對耐磨層的影響；
[0017]步驟六:利用金剛石成形滾輪對堆焊后的葉片鋸齒冠位置進行緩進磨加工，直到將葉片鋸齒冠緩進磨加工到最終設(shè)計尺寸，保證加工尺寸位于公差范圍內(nèi)。
[0018]所述葉片鋸齒冠耐磨層堆焊前的端面鑄造余量> 2mm,葉片鋸齒冠轉(zhuǎn)接凹R區(qū)的非堆焊面鑄造余量> 2mm。
[0019]所述葉片鋸齒冠堆焊前的待焊面加工深度< 0.8mm,葉片鋸齒冠非堆焊面的加工余量> 1.6_。
[0020]所述葉片鋸齒冠耐磨層在堆焊后緩進磨加工的轉(zhuǎn)接凹R > 1.5mm,耐磨層各棱角邊倒圓角尺寸彡0.8mm。
[0021]當(dāng)葉片鋸齒冠待焊處的根部角度較小時，或是散熱效果不佳時，選用直徑為1.2mm的焊絲進行焊接，待完成根部堆焊并且?；±鋮s后，再選用更大直徑的焊絲完成剩余堆焊部分。
[0022]本發(fā)明的有益效果:
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠有效減小根部凹R區(qū)及耐磨層表面的點及線性熒光缺陷，能夠?qū)u輪葉片的一次耐磨層制備合格率提高至90%以上，最大程度降低熒光缺陷導(dǎo)致葉片在高應(yīng)力集中區(qū)產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險，有效提高葉片的使用壽命。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，同樣具有耐磨層結(jié)合強度高、操作靈活、成本低、適用范圍廣的特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為渦輪葉片的鋸齒冠部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為圖1中I部放大圖；
[0026]圖中，I一耐磨層，2—葉片母材，3—耐磨層端面，4一耐磨層堆焊面，5—耐磨層非堆焊面，6—轉(zhuǎn)接凹R。

【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細(xì)說明。
[0028]本實施例中的渦輪葉片為低壓五級工作葉片，葉片材料為K417G合金。
[0029]所述的一種渦輪葉片鋸齒冠耐磨層制備方法，包括如下步驟:
[0030]步驟一:利用金剛石成形滾輪對鑄造毛坯葉片的鋸齒冠位置進行緩進磨加工，緩進磨加工的進給量為0.1mm ;其中，定位工裝以葉片榫頭、葉身及鋸齒冠為定位點進行定位，鋸齒冠的各加工面與其最終尺寸的公差如下:
[0031]①耐磨層端面公差為+1.4mm?+1.6mm ;
[0032]②耐磨層堆焊面公差為-0.6mm?-0.8mm;
[0033]③耐磨層非堆焊面公差為+1.6mm?+1.8mm;
[0034]步驟二:對葉片鋸齒冠待焊表面及其側(cè)面進行打磨處理，去除毛刺和尖邊，直至出現(xiàn)金屬光澤，可避免局部應(yīng)力集中，再利用酒精或丙酮清洗打磨表面，去除表面油污和雜質(zhì)；
[0035]步驟三:利用堆焊方式制備耐磨層
[0036]首先采用紫銅引弧板進行引弧，然后將電弧緩慢移動到葉片鋸齒冠待焊處，逐漸增大焊接電流，當(dāng)母材微熔時添加焊絲，形成焊縫，并迅速填滿根部；焊縫收尾時逐漸衰減電流，填滿弧坑，熄弧后焊槍需要繼續(xù)在收尾處停留10?15秒，繼續(xù)通氬氣保護，防止鋸齒冠出現(xiàn)氧化和過熱；
[0037]其中，堆焊參數(shù)為:焊絲直徑為Φ 1.2mm?Φ 2.0mm,噴嘴直徑為Φ8ι?πι?Φ 14mm,焊接電流為20?35A，鎢極直徑為Φ 1.6mm?Φ 2.0mm，氬氣流量為8?15L/min，極性采用直流正接；
[0038]步驟四:將堆焊完成后的葉片立即放入裝有石英砂的砂箱或是放入石棉被中進行緩冷，待葉片完全冷卻到室溫后再取出；
[0039]步驟五:對葉片進行焊后熱處理，消除葉片殘余應(yīng)力，避免殘余應(yīng)力對耐磨層的影響；
[0040]步驟六:利用金剛石成形滾輪對堆焊后的葉片鋸齒冠位置進行緩進磨加工，直到將葉片鋸齒冠緩進磨加工到最終設(shè)計尺寸，保證加工尺寸位于公差范圍內(nèi)。
[0041]所述葉片鋸齒冠耐磨層堆焊前的端面鑄造余量> 2mm,葉片鋸齒冠轉(zhuǎn)接凹R區(qū)的非堆焊面鑄造余量> 2mm。
[0042]所述葉片鋸齒冠堆焊前的待焊面加工深度< 0.8mm,葉片鋸齒冠非堆焊面的加工余量> 1.6_。
[0043]所述葉片鋸齒冠耐磨層在堆焊后緩進磨加工的轉(zhuǎn)接凹R > 1.5mm,耐磨層各棱角邊倒圓角尺寸彡0.8mm。
[0044]當(dāng)葉片鋸齒冠待焊處的根部角度較小時，或是散熱效果不佳時，選用直徑為1.2mm的焊絲進行焊接，待完成根部堆焊并且停弧冷卻后，再選用更大直徑的焊絲完成剩余堆焊部分。
[0045]在保證待焊母材熔化的前提下，盡量采用較小焊接電流進行焊接，盡量縮短焊接時間，控制高溫停留時間，可以減小甚至避免焊接裂紋的發(fā)生。
[0046]按照上述耐磨層的制備方法所制備的葉片鋸齒冠耐磨層，經(jīng)熒光檢驗，耐磨層的點及線性熒光缺陷大幅降低，耐磨層的合格率已達(dá)90%以上，有效保證了葉片的使用壽命。
[0047]實施例中的方案并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實施或變更，均包含于本案的專利范圍中。
【權(quán)利要求】
1.一種渦輪葉片鋸齒冠耐磨層制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟一:利用金剛石成形滾輪對鑄造毛坯葉片的鋸齒冠位置進行緩進磨加工，緩進磨加工的進給量為0.1mm;其中，定位工裝以葉片榫頭、葉身及鋸齒冠為定位點進行定位，鋸齒冠的各加工面與其最終尺寸的公差如下: ①耐磨層端面公差為+1.4mm?+1.6mm ； ②耐磨層堆焊面公差為-0.6mm?-0.8mm ； ③耐磨層非堆焊面公差為+1.6mm?+1.8mm ； 步驟二:對葉片鋸齒冠待焊表面及其側(cè)面進行打磨處理，去除毛刺和尖邊，直至出現(xiàn)金屬光澤，可避免局部應(yīng)力集中，再利用酒精或丙酮清洗打磨表面，去除表面油污和雜質(zhì)； 步驟三:利用堆焊方式制備耐磨層 首先采用紫銅引弧板進行引弧，然后將電弧緩慢移動到葉片鋸齒冠待焊處，逐漸增大焊接電流，當(dāng)母材微熔時添加焊絲，形成焊縫，并迅速填滿根部；焊縫收尾時逐漸衰減電流，填滿弧坑，熄弧后焊槍需要繼續(xù)在收尾處停留10?15秒，繼續(xù)通氬氣保護，防止鋸齒冠出現(xiàn)氧化和過熱； 其中，堆焊參數(shù)為:焊絲直徑為Φ 1.2mm?Φ2.0mm,噴嘴直徑為Φ8ι?πι?Φ 14mm,焊接電流為20?35A，鎢極直徑為Φ 1.6mm?Φ 2.0mm,氬氣流量為8?15L/min，極性采用直流正接； 步驟四:將堆焊完成后的葉片立即放入裝有石英砂的砂箱或是放入石棉被中進行緩冷，待葉片完全冷卻到室溫后再取出； 步驟五:對葉片進行焊后熱處理，消除葉片殘余應(yīng)力，避免殘余應(yīng)力對耐磨層的影響； 步驟六:利用金剛石成形滾輪對堆焊后的葉片鋸齒冠位置進行緩進磨加工，直到將葉片鋸齒冠緩進磨加工到最終設(shè)計尺寸，保證加工尺寸位于公差范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種渦輪葉片鋸齒冠耐磨層制備方法，其特征在于:所述葉片鋸齒冠耐磨層堆焊前的端面鑄造余量> 2mm,葉片鋸齒冠轉(zhuǎn)接凹R區(qū)的非堆焊面鑄造余量 > 2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種渦輪葉片鋸齒冠耐磨層制備方法，其特征在于:所述葉片鋸齒冠堆焊前的待焊面加工深度< 0.8mm,葉片鋸齒冠非堆焊面的加工余量> 1.6mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種渦輪葉片鋸齒冠耐磨層制備方法，其特征在于:所述葉片鋸齒冠耐磨層在堆焊后緩進磨加工的轉(zhuǎn)接凹R > 1.5mm，耐磨層各棱角邊倒圓角尺寸^ 0.8mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種渦輪葉片鋸齒冠耐磨層制備方法，其特征在于:當(dāng)葉片鋸齒冠待焊處的根部角度較小時，或是散熱效果不佳時，選用直徑為1.2mm的焊絲進行焊接，待完成根部堆焊并且停弧冷卻后，再選用更大直徑的焊絲完成剩余堆焊部分。
【文檔編號】B23K9/32GK104439617SQ201410582075
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】宋文清, 曲伸, 高山, 楊爍, 周冠男 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責(zé)任公司