精密脈沖焊接修復高溫合金薄壁機匣零件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種航空發(fā)動機制造技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種精密脈沖焊接修復高 溫合金薄壁機厘零件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高溫合金飯金焊接機厘使用一個壽命周期后，由于高溫燃氣的原因，使其長期處 于熱應力、震動和高溫環(huán)境，同時在制造過程中的也受到應力釋放等因素影響，最終導致其 在鑄造支板處經(jīng)常出現(xiàn)裂紋等缺陷，目前機厘零件的故障率在70%左右。
[0003] 修理前機厘零件已處于最終尺寸精度狀態(tài)，由于常規(guī)TIG焊接修理工藝的熱輸入 較大、能量不易穩(wěn)定控制等原因，焊接后薄壁機厘零件會產(chǎn)生較大變形，不能滿足內(nèi)、外安 裝邊尺寸精度后續(xù)精密裝配要求。
[0004] 現(xiàn)有常規(guī)修復工藝為TIG焊接，缺點是焊接電弧不集中，熱影響區(qū)較大，造成焊后 零件變形較大，由于零件裝配精度要求較高，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)修復零件幾乎全部均超出裝配要 求，不能滿足零件修復要求，材料費用和加工費用損失巨大，重新制造零件周期較長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中薄壁機厘零件裝配精度要求較高，由于焊接電弧不集中，造成焊后零 件變形較大，不能滿足零件修復要求等不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種效果顯 著、能夠滿足零件焊接修理后的性能和尺寸精度要求的精密脈沖焊接修復高溫合金薄壁機 厘零件的方法。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] 本發(fā)明設(shè)及一種精密脈沖焊接修復高溫合金薄壁機厘零件的方法，包括W下步 驟：
[0008] 根據(jù)薄壁機厘零件的缺陷長度、位置，結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)分析零件失效方式和應 力狀態(tài)；
[0009] 在焊接前對機厘前后安裝邊和其它相關(guān)尺寸進行精確測量；
[0010] 使用X射線檢查和著色檢查確定缺陷位置及尺寸；
[0011] 焊接前工藝準備，包括清洗、機械加工、著色檢查確定缺陷清除效果；
[0012] 根據(jù)待修理部位采用專用焊接保護工裝；
[0013] 結(jié)合零件失效方式和應力狀態(tài)，針對缺陷位置及尺寸，確定單脈沖或連續(xù)脈沖方 式、焊接工藝參數(shù)W及焊接順序工藝因素，W降低焊后零件應力水平；
[0014] 按前述步驟確定的焊接修理工藝進行焊接。
[0015] 通過模擬計算分析確定薄壁機厘內(nèi)部應力分布狀態(tài)，包括W下步驟：
[0016] 采用實體幾何建模和計算機輔助設(shè)計軟件劃分網(wǎng)格W生成節(jié)點和焊縫單元；
[0017] 采用體加載形式，通過假定焊縫單元的內(nèi)部熱生成施加到焊縫上，將有效的焊接 熱輸入量換算成焊縫單元在單位體積、單位時間上的熱生成強度；
[0018] 根據(jù)上述熱生成強度通過模擬測算出焊后零件變形趨勢及數(shù)值，得到應力分布狀 態(tài)；
[0019] 根據(jù)應力分布狀態(tài)確定焊接順序和參數(shù)工藝因素；
[0020] 在最大應力處使用焊接工裝限制，防止焊后變形超差。
[0021] 所述應力分布狀態(tài)為：焊接殘余應力最大值分布在焊縫根部和最后凝固的焊縫 中，最大的拉應力出現(xiàn)在最后凝固的焊縫近表面處，焊接位移最大位置位于機厘邊緣的外 圓周位置。
[0022] 焊接殘余應力最大值分布在焊縫根部達1400MPa，最大的位移在焊接葉片根部外 圓周上達到0. 4mmη
[0023] 焊接后還包括W下步驟：
[0024] 檢查焊接質(zhì)量，確定焊接修理質(zhì)量，如不合格，需重新進行清理和補焊；
[0025] 尺寸精度檢查，對焊前安裝邊徑跳和端跳分別大于0. 08mm和0. 10mm的零件進行 電弧加熱校形處理；
[00%] 焊后熱處理，對尺寸精度檢查和焊縫質(zhì)量檢查合格的零件最后需經(jīng)過時效熱處 理，W進一步消除應力并恢復材料性能。
[0027] 本發(fā)明具有W下有益效果及優(yōu)點：
[0028] 1.本發(fā)明采用一種全新的精密脈沖焊接方法，通過精確控制單脈沖焊接的脈寬、 脈沖頻率、峰值電流和設(shè)計專用的焊接保護裝置及焊接工裝等實現(xiàn)了高溫合金薄壁機厘的 焊接修理；經(jīng)試驗，焊縫性能達到母材性能的90 %W上，滿足標準要求；焊后機厘內(nèi)外安裝 邊徑向跳動小于0. 08mm，端面跳動小于0. 10mm，滿足裝配要求。
[0029] 2.本發(fā)明方法采用數(shù)值模擬技術(shù)分析經(jīng)一個周期使用的零件的應力狀態(tài)，用模 擬結(jié)論指導焊接修理工藝，改變W前盲目焊接的狀態(tài)，有效控制零件應力分布，降低焊接變 形，降低了零件焊接應力水平；
[0030] 3.本發(fā)明方法采用精密脈沖焊接工藝極大降低了焊接熱輸入，控制層間溫度，有 效防止零件局部過熱引起的焊縫應力集中和變形；
[0031] 4.本發(fā)明方法采用專用設(shè)計的焊縫保護裝置和焊接工裝可W有效防止焊縫氧化 污染，并控制焊接變形。
[0032] 5.本發(fā)明方法通過應力分析和變形趨勢預測，也可應用于其它尺寸精度要求較高 的零件焊接修理。
【附圖說明】
[0033] 圖1為高溫合金薄壁機厘示意簡圖；
[0034] 圖2為待修理部位裂紋圖示。
【具體實施方式】
[0035] 下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進一步闡述。
[0036] 本發(fā)明精密脈沖焊接修復高溫合金薄壁機厘零件的方法主要有：1)進行焊接變 形趨勢預測和使用后零件內(nèi)部應力狀態(tài)分析；2)減小熱輸入并進行焊接工藝路線優(yōu)化設(shè) 計；3)設(shè)計專用焊接工裝控制零件變形和焊接污染氧化。具體包括W下步驟：
[0037] 根據(jù)薄壁機厘零件的缺陷長度、位置，結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)分析零件失效方式和應 力狀態(tài)；
[0038] 在焊接前對機厘前后安裝邊和其它相關(guān)尺寸進行精確測量；
[0039] 使用X射線檢查和著色檢查確定缺陷位置及尺寸；
[0040] 焊接前工藝準備，包括清洗、機械加工、著色檢查確定缺陷清除效果；
[0041] 根據(jù)待修理部位采用專用焊接保護工裝；
[0042] 結(jié)合零件失效方式和應力狀態(tài)，針對缺陷位置及尺寸，確定單脈沖或連續(xù)脈沖方 式、焊接工藝參數(shù)W及焊接順序參數(shù)，W降低焊后零件應力水平；
[0043] 按前述步驟確定的焊接修理工藝參數(shù)進行焊接。
[0044] 其中，通過模擬計算分析確定薄壁機厘內(nèi)部應力分布狀態(tài)包括W下步驟：
[0045] 采用實體幾何建模和計算機輔助設(shè)計軟件劃分網(wǎng)格W生成節(jié)點和焊縫單元；
[0046] 采用體加載形式，通過模擬焊縫單元的內(nèi)部熱生成施加到焊縫上，將有效的焊接 熱輸入量換算成焊縫單元在單位體積、單位時間上的熱生成強度；
[0047] 根據(jù)上述熱生成強度測算出焊后零件變形趨勢及數(shù)值，得到應力分布狀態(tài)；
[0048] 根據(jù)應力分布狀態(tài)確定焊接順序和參數(shù)等工藝因素；
[0049] 在最大應力（變形）處使用焊接工裝限制，防止焊后變形超差。工裝的作用主要 有：控制焊接變形、冷卻焊縫、保護焊縫防止氧化和污染。
[0050] 本發(fā)明中，根據(jù)裂紋等缺陷長度、位置等情況，結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)分析并確定零件 服役期的失效方式和應力狀態(tài)具體方法如下：
[0051] 在ΑΒΑ卵S軟件上采用實體幾何建模和?？诘挠嬎銠C輔助設(shè)計軟件劃分網(wǎng)格W生 成節(jié)點和焊縫單元，焊縫及其附近的部分用加密的網(wǎng)格，運樣既考慮到了在焊縫處溫度變 化較大等因素，又能夠在保持精度的同時減少網(wǎng)格的數(shù)量。
[0052] 模型的加載有熱載荷與力載荷，本實施例采用體加載形式，通過模擬焊縫單元的 內(nèi)部熱生成施加到焊縫上，將有效的焊接熱輸入量換算成焊縫單元在單位體積、單位時間 上的熱生成強度。模擬結(jié)果表明，焊接殘余應力最大值分布在焊縫根部和最后凝固的焊縫 中。最大的拉應力出現(xiàn)在最后凝固的焊縫近表面處，其應力峰值達HOOMPa，焊接位移最大 位置位于機厘邊緣的外圓周位置。在第一條焊縫第一道加載時是0. 1795mm，在第一條焊 縫加載結(jié)束時是0. 3277mm，第二條焊縫加載結(jié)束時是0. 4494mm，第Ξ