[發(fā)明專利]渦輪發(fā)動機(jī)葉片自動化修復(fù)設(shè)備及其修復(fù)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310754033.0
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103753098A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 齊歡
• 申請（專利權(quán)）人: 上海彩石激光科技有限公司
• 主分類號: B23P6/00
• 分類號: B23P6/00
• 代理公司: 上海思微知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光加工領(lǐng)域，尤其涉及一種渦輪發(fā)動機(jī)葉片自動化修復(fù)設(shè)備及其修復(fù)方法。

背景技術(shù)

燃?xì)廨啓C(jī)和航空發(fā)動機(jī)的高壓渦輪葉片是整個發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件之一，它直接承受燃燒后高壓高溫氣體的推動，通過高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生氣動動力。這些高性能葉片需要在高溫高應(yīng)力載荷的工作狀態(tài)下長時間運(yùn)轉(zhuǎn)，其壽命往往是決定整個發(fā)動機(jī)使用周期壽命的薄弱環(huán)節(jié)。因此需要采用先進(jìn)的檢測與修復(fù)技術(shù)對這些存在缺陷和損傷的葉片進(jìn)行自動化地修復(fù)，使其重新滿足工業(yè)裝備的使用要求，延長其使用壽命，獲得可觀的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益。發(fā)動機(jī)的高壓渦輪葉片，由于工作環(huán)境惡劣，選用的材料往往是性能優(yōu)異的鎳基高溫合金，其材料昂貴，并且它的形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，鑄造合格率一般很低，因此渦輪葉片的造價非常昂貴。現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)上每片單晶葉片的造價可高達(dá)3萬美元，一般來講，葉片修復(fù)的成本費(fèi)用平均值僅為更換新葉片成本費(fèi)用的20-30%。

渦輪發(fā)動機(jī)葉片常見的缺陷形式是葉尖部位的磨損、腐蝕、裂紋、材料缺失等。當(dāng)前的渦輪發(fā)動機(jī)葉片修復(fù)工藝環(huán)節(jié)中存在大量的人工修復(fù)工藝與工序，修復(fù)效率與質(zhì)量較低。這種人工葉片修復(fù)工藝步驟通常包括：葉片清洗（浸泡于化學(xué)試劑中清洗）=>葉尖檢測（熒光檢測、X光檢測等手段）=>裂紋清洗或打磨（人工打磨）=>人工電弧堆焊修補(bǔ)缺失材料=>葉尖人工打磨與檢測。在這一修復(fù)過程中，打磨、堆焊等關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)均采用人工方法，修復(fù)效率低，可重復(fù)性差，質(zhì)量難以控制，修復(fù)成品率低，而且對于葉尖部位的深（長）裂紋損傷，利用上述修復(fù)工藝方法則無法修復(fù)。

當(dāng)前，針對高性能金屬零件修復(fù)的熔焊方法有鎢極氬弧焊、等離子焊以及電子束焊等，其中手工鎢極氬弧焊和等離子焊是較成熟的熔焊修復(fù)工藝，但是這兩種方法在修復(fù)過程中熱輸入較大，易產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力和熱影響區(qū)，易造成裂紋、氣孔等冶金缺陷，影響修復(fù)質(zhì)量與零件使用壽命；電子束焊具有很好的能量聚焦性和可控性，但是需要較高的真空度和專門的真空設(shè)備，修復(fù)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種渦輪發(fā)動機(jī)葉片自動化修復(fù)設(shè)備及其修復(fù)方法，以采用高度集成、自動化的修復(fù)設(shè)備與工藝，實現(xiàn)渦輪發(fā)動機(jī)葉片的自動化與智能化的修復(fù)，從而提高渦輪發(fā)動機(jī)葉片的修復(fù)效率與質(zhì)量。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種渦輪發(fā)動機(jī)葉片自動化修復(fù)設(shè)備，其包括計算機(jī)、激光器、機(jī)械臂、送粉器、激光頭、三維掃描儀、葉片缺陷自動檢測裝置、打磨裝置和安裝底座，所述渦輪發(fā)動機(jī)葉片安設(shè)于所述安裝底座上，所述激光器與所述激光頭通過光纜連接，所述送粉器將修復(fù)材料粉末送到所述激光頭的噴嘴處，所述機(jī)械臂帶動所述安裝底座在空間內(nèi)做六自由度運(yùn)動，所述三維掃描儀對所述渦輪發(fā)動機(jī)葉片進(jìn)行三維掃描，所述葉片缺陷自動檢測裝置自動檢測及識別所述渦輪發(fā)動機(jī)葉片上的缺陷，所述打磨裝置對所述渦輪發(fā)動機(jī)葉片進(jìn)行打磨，所述計算機(jī)與所述激光器、機(jī)械臂、送粉器、三維掃描儀、葉片缺陷自動檢測裝置和打磨裝置電信連接。

進(jìn)一步的，所述打磨裝置包括打磨機(jī)和打磨石，所述打磨機(jī)驅(qū)動所述打磨石旋轉(zhuǎn)進(jìn)而對所述渦輪發(fā)動機(jī)葉片進(jìn)行隨形打磨，所述打磨機(jī)與所述計算機(jī)電信連接。

進(jìn)一步的，所述葉片缺陷自動檢測裝置包括相機(jī)、光學(xué)鏡頭和照明光源，所述相機(jī)通過所述光學(xué)鏡頭對所述渦輪發(fā)動機(jī)葉片進(jìn)行光學(xué)成像，所述照明光源為所述相機(jī)提供光學(xué)成像所需的照明光，所述相機(jī)與所述計算機(jī)電信連接。

進(jìn)一步的，所述渦輪發(fā)動機(jī)葉片自動化修復(fù)設(shè)備還包括平移臺，所述激光頭和所述打磨裝置均設(shè)置于所述平移臺中，所述平移臺帶動所述激光頭和打磨裝置在水平面內(nèi)移動，所述平移臺與所述計算機(jī)電信連接。

進(jìn)一步的，所述渦輪發(fā)動機(jī)葉片自動化修復(fù)設(shè)備還包括預(yù)熱裝置，所述預(yù)熱裝置為所述渦輪發(fā)動機(jī)葉片進(jìn)行預(yù)熱，所述預(yù)熱裝置與所述計算機(jī)電信連接。

進(jìn)一步的，所述預(yù)熱裝置包括預(yù)熱機(jī)、預(yù)熱線圈和紅外測溫儀，所述渦輪發(fā)動機(jī)葉片放置于所述預(yù)熱線圈中，所述預(yù)熱機(jī)控制所述預(yù)熱線圈的溫度為所述渦輪發(fā)動機(jī)葉片加熱，所述紅外測溫儀實時測量所述渦輪發(fā)動機(jī)葉片的溫度，所述預(yù)熱機(jī)和所述紅外測溫儀均與所述計算機(jī)電信連接。

本發(fā)明還提供一種上述渦輪發(fā)動機(jī)葉片自動化修復(fù)設(shè)備的修復(fù)方法，其包括：

步驟一：清洗所述渦輪發(fā)動機(jī)葉片的表面涂層與油污，去除其表面氧化層，并將其安置在所述安裝底座上的固定位置；

步驟二：通過所述葉片缺陷自動檢測裝置捕捉所述渦輪發(fā)動機(jī)葉片的圖像，并將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鲇嬎銠C(jī)上，通過所述計算機(jī)處理該圖像數(shù)據(jù)得到渦輪發(fā)動機(jī)葉片上缺陷的數(shù)量、大小、位置參數(shù)；