[發明專利]用于摩擦焊接葉片到渦輪發動機轉子盤上的方法；相應的一體的葉片盤

有效

• 申請號: 201380062112.3
• 申請日: 2013-11-26
• 公開（公告）號: CN104822483A
• 公開（公告）日: 2015-08-05
• 發明（設計）人: 讓-巴普蒂斯特·默丁;馬克·杰克·瓦索特
• 申請（專利權）人: 斯奈克瑪
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23P6/00;B23P15/00;F01D5/30
• 代理公司: 中國商標專利事務所有限公司 11234
• 代理人: 宋義興;桑麗茹

本發明涉及摩擦焊接翼型到渦輪發動機，諸如飛機渦輪螺旋槳發動機或渦輪噴氣發動機的轉子盤上的方法。

用于渦輪發動機的單件葉盤(整體葉盤)是轉子盤，該轉子盤在它的外周邊具有環形排的基本上徑向的葉片，該葉片與盤一體地制造。這種類型的盤可以通過摩擦焊接翼型到盤上獲得，該盤在它的周邊具有突出的短柱，每個翼型的徑向內端焊接到盤的短柱上。

這種方法可以用于修復整體葉盤。當盤的至少一個葉片損壞和需要替換時，例如，通過機械加工移除它，這樣短柱材料(對應于已加工葉片的徑向內端部)保持在盤的周邊，用于焊接在新翼型上。

以申請人名字的現有專利申請EP-A1-0669183和EP-A1-1516690示例了關于該主題的現有技術狀態。

在修復整體葉盤的上述情況下，在盤的周邊保持的短柱具有在其主截面和其前緣之間(并且也在其主截面和其后緣之間)顯著變化的橫向尺度。在一個特別的實施例中，主截面的橫向尺度和短柱的前緣的橫向尺度之間的比率是19。摩擦焊接后，發現短柱的橫向尺度的這種巨大變化導致在翼型連接盤的區域的微觀結構中的異質性。而且，因為部件的形狀，也需要考慮熱的方面，因為每個單位面積的高焊接壓力在短柱的前緣和后緣處更大，因此導致受熱機械地影響的更大的區域(ZATM)。

為了糾正這些缺陷，已經提出了建議，特別地在申請EP-A1-0850718中，在盤的上述短柱的前緣和后緣上安裝楔塊，每個楔塊具有凹部，該凹部接收短柱的前緣或后緣和具有基本上與邊緣的形狀互補的形狀。

每個楔塊匹配它被安裝在其上的前緣或后緣的形狀，并且局部地增加短柱的橫向尺寸和強度，通過這種方式以減少甚或排除上述缺陷。楔塊用于使得焊接材料的橫向尺寸更均勻。

在現有技術中，如文獻EP-A1-0850718所示，楔塊通過固定到裝置的元件被保持在盤的周邊處的適當位置，該裝置用于通過螺母-和-螺栓類型的裝置保持盤。

然而，這種技術并不可靠，因為在楔塊和短柱的前緣和后緣之間的組件上可以存在間隙。而且，在摩擦焊接期間，楔塊可以受到高水平的振動和應力，這可以導致它們相對于盤移動。

本發明的特別的目的是提供對這些問題的一種簡單、高效和便宜的解決方案。

為此目的，本發明提供了一種摩擦焊接翼型到渦輪發動機的轉子盤上的方法，該盤在其外周邊具有突出的短柱或突出的接觸件，翼型將要被焊接在突出的短柱或突出的接觸件上，該方法包括下列步驟：在短柱的前緣和后緣上安裝楔塊，每個楔塊包括接收短柱的前緣或后緣的凹部，并且凹部的形狀基本上與該邊緣的形狀互補，該方法的特征在于：在摩擦焊接前，通過焊接將楔塊固定到短柱，并且在摩擦焊接操作期間，至少部分地消除楔塊和短柱之間的焊道在翼型和短柱之間連接區域周圍形成和將例如，通過機械加工被移除或排除的材料的焊縫中。

在摩擦焊接翼型到短柱之前，將楔塊焊接到短柱，也稱為“定位焊”(淺焊)是特別有利的，因為它能夠使楔塊相對于短柱保持固定和排除楔塊和短柱之間的任何間隙。舉例說明，通過激光焊、電弧焊(TIG，等離子體)、熔焊等可以焊接楔塊。楔塊和短柱之間的焊道有利地被消除到摩擦焊接期間所產生的材料的焊縫(也稱為“焊瘤”)中。因此，在連接翼型到短柱的區域的外側，發現(已經改變翼型后)楔塊的焊接期間熔化的區域(ZF)。因為隨后排除材料的焊縫，所以移除了熔化區域，因此在成品轉子盤中不會發現該熔化區域。以甚至更有利的方式，也可以至少部分地消除焊縫中受焊接楔塊操作熱影響的區域(ZAT)。該區域不同于部件的其余部分，特別地在于具有不同的微觀結構(不同尺寸的顆粒)和/或降低的硬度。該區域在楔塊的焊道附近盤的短柱中延伸。在熔化區域和熱影響的區域兩者都被消除到上述焊縫中的情況下，它們對成品轉子盤中材料的堅固性沒有影響。

通過線性或軌跡摩擦焊接，可以將翼型焊接到短柱。

在摩擦焊接之前，在每個楔塊和短柱的前緣或后緣之間形成焊道。該焊道優選地沿著楔塊中凹部的徑向地外周邊的邊緣連續地延伸。

楔塊的焊道優選地具有相對于盤的縱向軸線的深度或徑向尺度，其小于或等于摩擦焊接期間所消耗掉的材料的總厚度或徑向尺度的一半。該“總”厚度表示翼型和短柱兩者所消耗掉的材料的聯合厚度。焊接的穿透深度可以等于或小于短柱所消耗掉的材料的量。這可以確保在摩擦焊接后的焊縫中發現楔塊的焊接所熔化的至少部分的，并且有利地全部的區域。

楔塊可以由與短柱和/或翼型的材料相同的材料制造，或者具有相同的化學基礎(主要成分)。舉例說明，轉子盤可以由鈦基合金，諸如Ti17制造。