[發明專利]變形高溫合金及不銹鋼壓氣機轉子葉片葉尖修復方法及工裝

有效

• 申請號: 202010912864.6
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN111962069B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 張學軍;孫兵兵;趙海生;秦仁耀;張強
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

1.變形高溫合金及不銹鋼壓氣機轉子葉片葉尖修復方法，其特征在于：所述修復方法利用激光選區熔化或電子束選區熔化來對變形高溫合金及不銹鋼壓氣機轉子葉片葉尖進行修復；通過激光選區熔化設備或電子束選區熔化設備在葉片的葉尖表面進行逐層鋪粉并利用激光或電子束掃描成形；包含以下步驟：

步驟一、工裝設計與葉片裝夾：所述工裝安裝于激光選區熔化設備或電子束選區熔化設備安裝基板上，裝夾并輔助定位葉片，對葉片位置進行校準；并輔助激光選區熔化或電子束選區熔化對葉片葉尖修復；所述工裝包括上基板（1）、支撐板（2）、下基板（3）、鎖緊塊（4）和螺栓（5）；

所述的上基板（1）長、寬與下基板（3）的長、寬相同，在葉片安裝位置設置有與葉片葉尖同尺寸形貌的通孔；

所述的支撐板（2）是工裝的側面基板，用于支撐和固定上基板（1）和下基板（3），形狀為長方形，支撐板厚度為5~30mm，長度小于上基板的寬度，高度根據葉片尺寸而定；

所述的下基板（3）長、寬與激光選區熔化或電子束選區熔化設備成形艙橫截面長、寬等同，同時在下基板設有與鎖緊塊（4）和螺栓（5）固定配合用的螺紋孔；

所述的鎖緊塊（4）為對稱的對開結構，用于夾緊和固定葉片的夾持工具，內部形狀及尺寸與壓氣機葉片榫頭外形及尺寸一致，外輪廓的長、寬、高均比葉片榫頭的長、寬、高多10~25mm，并在多出部分中間設有與螺栓（5）配合的螺栓孔；

所述的螺栓（5）與下基板（3）和鎖緊塊（4）配合夾緊葉片榫頭和固定葉片；

步驟二、表面磨平：將葉片固定在工裝上，將葉片與工裝頂部磨削齊平；表面磨平采用以下任一方式：

a、將葉片及工裝裝夾好后再磨削；

b、先分別磨削葉片和工裝后再裝夾，使磨削后的葉片及工裝的頂部處于同一平面；

步驟三、三維掃描：將保持裝夾狀態的葉片與工裝整體進行三維掃描，獲得完整的點云數據，并測量確定葉片、工裝間的相對位置；

步驟四、逆向建模：利用點云數據進行幾何重構，進行逆向建模，獲得葉片連同工裝的三維數字模型，在葉片頂部待修復的葉尖處，建立待修復部分的三維模型；

步驟五、打印空間定位：完成葉片及工裝的三維數字模型在激光選區熔化或電子束選區熔化工藝的模型處理軟件中的打印空間定位，將葉片葉尖待修復部分的三維模型設定為打印零件；

步驟六、修復材料選擇及工藝參數設定：

材料：激光選區熔化使用粒度范圍10-80um的高溫合金及不銹鋼粉末；電子束選區熔化使用粒度范圍40-150um的高溫合金及不銹鋼粉末；

工藝參數：激光選區熔化鋪粉層厚20-90um，電子束選區熔化鋪粉層厚40-200um，在葉尖修復打印的主體部分采用的參數：激光功率150-350W，激光掃描速度600-1700mm/s，掃描線間距0.08-0.16mm；在葉尖電子束選區熔化修復打印的主體部分采用的參數：電子束預熱溫度700-1000℃，電子束束流10-40mA，聚焦電流12-100mA，掃描速度5-50m/s，填充間距0.2-1.5mm；

步驟七、位置校準：測量位置校準圖形實際位置與軟件打印空間中的位置偏差，將偏差補償回軟件打印空間中，調整葉片葉尖修復部分三維模型的位置；

步驟八、打印修復成形：將數據導入激光選區熔化或電子束選區熔化設備，將葉片連同工裝安裝好，操作設備完成調平、鋪粉、打印，將葉片葉尖待修復部分打印在葉片頂部，對葉片葉尖進行修復；

步驟九、后處理：對修復區域進行銑削、磨削、打磨、拋光或噴砂，使其表面質量達到葉片修復要求。

2.根據權利要求1所述的變形高溫合金及不銹鋼壓氣機轉子葉片葉尖修復方法，其特征在于：所述修復方法還包括對葉片葉尖修復部分進行檢測的步驟：使用工業CT、X射線照相、滲透檢測、成形過程監控、超聲檢測無損檢測方法檢測葉片葉尖修復部分是否存在缺陷。

3.根據權利要求1所述的變形高溫合金及不銹鋼壓氣機轉子葉片葉尖修復方法，其特征在于：步驟三中通過測量葉片與工裝、工裝各部分之間的距離及角度數據來確定葉片、工裝的相對位置。