基于微束等離子焊接和電火花精整的整體葉盤修復方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于葉片修復技術(shù)領(lǐng)域，涉及基于微束等離子焊接和電火花精整的整體葉盤修復方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]整體葉盤的結(jié)構(gòu)非常復雜，通道開敞性差，葉片薄、彎扭大、易變形，同時航空發(fā)動機和燃氣輪機整體葉盤制造材料主要采用鈦合金、高溫合金等高性能金屬材料和鈦基、鈦鋁化合物等先進復合材料，不僅增加了制造難度，也對葉盤的維修提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。目前國內(nèi)整體葉盤修復主要靠人工焊接修復和手工打磨，修復精度低，修復時間長，增加了整體葉盤的維護成本。
[0003]整體葉盤一般工作在高壓、高速氣流、高溫、氣流交變等復雜工況，葉片頂端、葉片邊沿容易發(fā)生磨損、變形及其它損傷，其中葉片頂端、葉片邊沿的磨損是葉片的主要破壞方式，不同于熱腐蝕損傷或外物沖擊損傷，葉片基體大都完好無損。航空發(fā)動機和燃氣輪機的整體葉盤在使用指定時間后要進行檢修，檢修的主要內(nèi)容就是葉片的檢修，由于葉片數(shù)量大，且制造工藝復雜，價格昂貴，修復葉片成本遠遠低于更換新成本，其修復成本僅為葉片制造成本的5%，因此如何在短時間內(nèi)修復整體葉盤上已經(jīng)磨損或損傷的葉片，恢復其使用性能已成為整體葉盤設(shè)計、制造及使用的一個關(guān)鍵問題。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于微束等離子焊接和電火花精整的整體葉盤修復方法；該方法可以在較短時間內(nèi)完成葉片的修復，恢復葉片的使用性能，另外本發(fā)明有利于提高整體葉盤修復加工的自動化程度，提高整體葉盤修復加工效率，克服手工打磨葉片帶來的葉片型面精度、葉片表面粗糙度不易控制等問題，實現(xiàn)整體葉盤葉片修復過程的數(shù)字化控制。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]基于微束等離子焊接和電火花精整的整體葉盤修復方法，包括以下步驟:
[0007]I)把整體葉盤安裝在變位機上，選取一個待修復葉片為基準，調(diào)整變位機姿態(tài)，使該葉片端面正對于線激光掃描器下方；
[0008]2)調(diào)整線激光掃描器，使其沿平行于該目標葉片磨損面方向移動得到整體葉盤葉片磨損部位輪廓的三維離散點，通過分割算法得到整體葉盤葉片磨損部位的焊接軌跡；
[0009]3)將步驟2)中掃描得到的焊接軌跡通過離線編程產(chǎn)生控制程序，并通過離線編程產(chǎn)生的程序控制控制焊接機器人和變位機同步協(xié)調(diào)運動，實現(xiàn)目標葉片磨損部位微束等離子恪覆堆焊；
[0010]4)調(diào)整變位機姿態(tài)，使目標葉片的下一個磨損部位正對于線激光掃描器下方；重復步驟2)和步驟3)，直至微束等離子熔覆堆焊完目標葉片的所有磨損部位；
[0011]5)變位機旋轉(zhuǎn)一定角度，該角度為葉片在葉輪上的分布角度，以下一個磨損葉片為微束等離子熔覆堆焊目標，重復步驟2) — 4)，直到完成整體葉盤所有葉片磨損部位的微束等離子熔覆堆焊；
[0012]6)將步驟5)得到的熔覆堆焊后的整體葉盤放入到熱等靜壓機中進行熱等靜壓處理；
[0013]7)將經(jīng)步驟6)得到的熔覆堆焊后整體葉盤裝夾到三坐標測量機中，測量熔覆堆焊后的整體葉盤，完成葉盤、葉片表面完整的點云數(shù)據(jù)采集，建立熔覆堆焊后整體葉盤的實際三維模型；
[0014]8)通過對比熔覆堆焊后整體葉盤的實際三維模型與整體葉盤的設(shè)計三維模型，得到熔覆堆焊后整體葉盤的實際三維模型相對于整體葉盤的設(shè)計三維模型的精度誤差及變形量;
[0015]9)根據(jù)步驟8)得到的精度誤差及變形量，確定電火花加工余量；
[0016]10)根據(jù)葉盤葉片設(shè)計三維模型，獲取葉片仿形陰極，設(shè)計電火花加工電極；
[0017]11)把經(jīng)過步驟6)處理得到的熔覆堆焊后整體葉盤裝夾到五軸電火花加工機床的工作臺上，根據(jù)步驟9)得到的加工余量和步驟10)設(shè)計的電火花加工電極對熔覆堆焊后的整體葉盤進行電火花加工，得到修復后整體葉盤；
[0018]12)將經(jīng)步驟11)得到的修復后整體葉盤裝夾到三坐標測量機中，測量修復后整體葉盤，建立修復后整體葉盤的實際三維模型；然后將修復后整體葉盤的實際三維模型與設(shè)計三維模型進行對比，得到修復后整體葉盤的最終精度誤差及最終變形量；
[0019]13)根據(jù)修復后整體葉盤的最終精度誤差及最終變形量判斷整體葉盤是否合格，當合格時，則采用濕吹沙、振動光飾和噴丸工藝對修復后的整體葉盤進行表面處理，然后再對修復后整體葉盤的葉片頂端進行外圓磨削，達到葉片的長度尺寸，得到修復的整體葉盤。
[0020]本發(fā)明進一步的改進在于:還包括以下步驟:
[0021]14)對步驟13)修復的整個葉盤葉片進行無損探傷后，最后進行大功率試車。
[0022]本發(fā)明進一步的改進在于:步驟2)具體為:線激光掃描器沿平行于葉片頂端面方向以速度V移動，且由式V = Df確定；其中:V為線激光器掃描速度，單位為mm/s ;D為線激光器掃描精度，單位為_，和獲取葉片頂端三維離散點輪廓的數(shù)據(jù)精度有關(guān)；f為線激光器掃描頻率，單位為Hz ;通過線激光掃描器獲取整體葉盤葉片頂端兩條輪廓的三維離散點，通過(Xi, yi; Zi) = {(X1JX2i) / (η+1)，(Υ?+Υ2?)/ (η+1), (zH+z2i) / (η+1)}，得到整體葉盤葉片頂端磨損焊接修復軌跡，其中(Xi, y;，Zi)為焊接修復軌跡離散點，(xH，yH, Zli)和(x2l, y2l, z2l)為整體葉盤葉片頂端兩條輪廓的三維離散點，η為焊接修復的焊道數(shù)。
[0023]本發(fā)明進一步的改進在于:步驟3)中微束等離子熔覆堆焊參數(shù)具體為:壓縮噴嘴直徑:0.6?1.2mm ;焊接速度:0.25?0.65cm.s %焊接電流:5?16A ;焊接電壓:22?35V ;氬氣保護氣體流量為24?36L.h S送粉速率為3_10g.s 1O
[0024]本發(fā)明進一步的改進在于:步驟6)具體為:將焊接修復得到的整體葉盤坯體放入到熱等靜壓機中，加熱到940°C，并加壓到200MPa，保溫恒壓Ih ;然后冷卻至650°C，并減壓至llOMPa，再保溫恒壓2-4h ;最后再冷卻至500°C，并減壓至大氣壓，然后再隨爐冷卻至室溫。
[0025]本發(fā)明進一步的改進在于:步驟11)的具體操作為:將整體葉盤坯體水平安裝在五軸聯(lián)動電火花機床的變位機工作臺上，采用煤油工作液、紫銅材質(zhì)的球狀或圓柱工具電極，設(shè)置整體葉盤的極性為正極，選用等能量方波的電源模式，設(shè)置電火花銑削機床參數(shù)后根據(jù)電火花加工余量分別對整體葉盤葉片頂端和葉片邊沿進行電火花精整加工；電火花銑削機床參數(shù)為:脈沖寬度為5-30 μ S，脈沖間隙為15-40 μ S，電流密度為17.52-84.39Α/cm2，間隙電壓為35-70V。
[0026]本發(fā)明進一步的改進在于:步驟12)中對整體葉盤樣品進行磨削的具體過程為:將整體葉盤樣品安裝到外圓磨床上，通過外圓磨床對整體葉盤樣品上葉片的端面進行磨肖Ij，磨削過程中，整體葉盤樣品的轉(zhuǎn)速為6000r/min，砂輪線速度為120m/s，縱向進給速度為0.0lmm/min，外圓磨床采用水基冷卻方式注水，其中，水的流量為90L/min、揚程為5.5m。
[0027]本發(fā)明的目的是提供一種基于微束等離子焊接和電火花精整的整體葉盤葉片修復技術(shù)，在葉片型面的基礎(chǔ)上快速、精確地修復葉頂和葉片邊沿的磨損或損傷，完成葉片的