[發明專利]一種提高鈦合金零件焊接或增材修復區疲勞壽命的方法

有效

• 申請號: 202010981477.8
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112059449B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 宋文清;陳振林;李英;曲伸
• 申請（專利權）人: 中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司
• 主分類號: B23K28/02
• 分類號: B23K28/02;B23P6/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

本發明涉及航空發動機焊接修復技術領域，具體涉及一種提高鈦合金零件焊接或增材修復區疲勞壽命的方法。針對鈦合金葉盤、葉片損傷修復區微觀缺陷、組織狀態對力學性能特別是疲勞壽命產生影響的問題，以及航空發動機焊接及增材制造修復產品的高可靠性技術需求，本發明提出了一種提高鈦合金零件焊接或增材修復區疲勞壽命的工藝方法，在采用鎢極氬弧焊(TIG)、電子束熔絲沉積(EBDM)等焊接或增材制造修復工藝修復具有高疲勞壽命需求的零部件的過程中，利用壓力通電裝置對修復層進行逐點加壓和通電處理，獲得高疲勞壽命的修復區。本發明能夠在不改變原有修復區冶金特性及微觀織構的前提下，實現對修復區內部氣孔等缺陷進行擠壓和彌合作用，從而大幅提升焊接或增材制造修復區的疲勞壽命，滿足制造技術復雜、高成本、高可靠性零部件損傷修復需求及可靠性要求。

技術領域

本發明涉及航空發動機焊接修復技術領域，具體涉及一種提高鈦合金零件焊接或增材修復區疲勞壽命的方法。

背景技術

以焊接工藝為代表的修復技術，具有適用性強、冶金結合穩定和成本低廉等諸多優點，已廣泛應用于各類軍用、民用零部件的修理工業中。近年來，以增材制造工藝為代表的精密修復技術也逐漸應用和拓展，特別是在航空航天領域應用更為深入和廣泛。但是，對于需承受持久載荷、交變載荷及其疊加作用的航空發動機產品零件，如鈦合金葉盤、葉片等零部件來說，在應用中會承受由氣動力載荷引起的振動循環對葉盤的高周疲勞和啟動-運行-停機循環造成的低周疲勞，決定整體葉盤疲勞強度和壽命的是由動態應力響應造成葉盤局部高頻震動引起的疲勞破壞。因此，鈦合金葉盤、葉片等零件修復技術的可靠性，特別是提高修復區的疲勞壽命是決定整體葉盤修復可靠性的關鍵因素。通常采用焊接或增材制造形成的工藝修復區難以避免地存在內部氣孔等微小缺陷。

發明內容

針對鈦合金葉盤、葉片損傷修復區微觀缺陷、組織狀態對力學性能特別是疲勞壽命產生影響的問題，以及航空發動機焊接及增材制造修復產品的高可靠性技術需求，本發明提出了一種提高鈦合金零件焊接或增材修復區疲勞壽命的工藝方法，在采用鎢極氬弧焊(TIG)、電子束熔絲沉積(EBDM)等焊接或增材制造修復工藝修復具有高疲勞壽命需求的零部件的過程中，利用壓力通電裝置對修復層進行逐點加壓和通電處理，獲得高疲勞壽命的修復區。

本發明的提高鈦合金零件焊接或增材修復區疲勞壽命的方法包括以下步驟：

S1：采用適用于鈦合金零件修復的焊接工藝或增材制造工藝，向鈦合金零件需要修復的區域逐層沉積適配鈦合金的焊絲，單層沉積厚度1～1.5mm，根據需要修復區域的高度，沉積進行單層或多層。當沉積多層時，每沉積一層之后銑削去除0.2～0.3mm，繼續沉積下一層，沉積多層時沉積高度不大于3mm；形成高度不大于3mm的修復層。

S2：采用壓力通電裝置對步驟S1所述修復層進行處理：所述壓力通電裝置包括上電極、下電極、變壓器、電源和壓力裝置，所述上電極和下電極通過變壓器連接電源，電源能通過變壓器在上下電極、鈦合金零件和銅墊板形成的電路中加載較高的電流，所述壓力裝置分別連接上電極和下電極，能夠在上電極和下電極之間加載壓力。將在步驟S1中形成修復層的鈦合金零件放置在上下電極之間，修復層朝向上電極，鈦合金零件和下電極之間設置銅墊板，銅墊板與下電極接觸，銅墊板能在加壓過程中保護鈦合金零件避免放電燒傷和壓痕，如果需要修復的零件具有復雜曲面，則采用能和零件緊密貼合的仿形銅墊板。

上電極能夠在修復層表面移動，對修復層表面全部區域進行逐點的加壓通電處理，上電極優選采用圓頭電極。上電極對修復層施加電極壓力為9.0～10.0kN，通電的加載電流為6000～9000A，每個處理點加壓和通電維持時間為0.15～0.24s，相鄰的處理點之間搭接率為40～60％。

S3：銑削去除步驟S2所述修復層逐點加壓通電處理形成的壓痕區厚度，形成沉積處理層，。去除的壓痕區厚度一般約0.2～0.3mm，相對應的，形成的沉積處理層厚度約為0.7～2.8mm。