一种实现单晶或定向晶合金叶片内流道复形的修复方法技术

本发明专利技术公开一种实现单晶或定向晶合金叶片内流道复形的修复方法，包括：步骤S100：修复前对叶片失效及缺陷进行判断分析；步骤S200：切除叶片失效或缺陷部分并对叶片进行打磨和清洗处理；步骤S300：将预先制造处理好的用于保证叶片内流道结构高精度复形的复形模安装并固定在待修复叶片腔体内，复形模是指外表面可通过后续叶片材料熔体凝固形成叶片内腔流道的型芯模；步骤S400：将待修复部分预热到材料熔点按开尔文计的75％以上，采用金属熔体填充的方式实现叶片修复部分外延控向生长；步骤S500：完成金属熔覆后去掉复形模，对叶片进行后续加工处理。修复后的叶片满足单晶或定向晶叶片的使用要求，最大程度地延长了叶片服役寿命，具有重大理论及现实意义。

A method to repair the internal flow path of single crystal or directional crystal alloy blades

The invention discloses a repair method for realizing the inner runner complex of single crystal or directional crystal alloy blade, including step S100: to judge and analyze the failure and defect of the blade before repair; step S200: excision the blade failure or defect part and grinding and cleaning the blade; step S300: the treatment will be prefabricated in advance. The compound die is installed and fixed in the vane cavity to guarantee the high precision compound of the inner runner structure of the blade. The compound die is the mold core of the outer surface which can solidify through the subsequent blade material melt to form the inner cavity of the blade. Step S400: preheat the repair part to the material melting point more than 75% of the Kelvin meter, and use gold. In the form of melt filling, the blade repair partially epitaxial growth was achieved; step S500: after the metal cladding was completed, the compound die was removed and the blade was processed for subsequent processing. The repaired blades satisfy the requirements of single crystal or directional crystal blades, and extend the service life of the blades to the greatest extent. This has great theoretical and practical significance.

【技术实现步骤摘要】
一种实现单晶或定向晶合金叶片内流道复形的修复方法
本专利技术涉及航空零部件修复领域，且特别涉及一种实现单晶或定向晶合金叶片内流道结构高精度复形的外延修复方法。
技术介绍
作为现代工业“皇冠上的明珠”，航空发动机的技术水平是衡量一个国家综合科技水平、工业基础实力以及综合国力的重要标志，现代航空工业的发展和航空发动机技术的进步息息相关，航空发动机的性能指标直接决定了飞机的性能。叶片作为航空发动机以及地面燃气轮机的重要组成部件，其服役温度的高低、服役寿命的长短等综合性能严重制约了航空发动机技术的进步。与此同时，由于航空发动机或地面燃气轮机工作环境极其恶劣，叶片在高温、高压以及复杂循环应力载荷的环境下长期工作容易产生磨损、腐蚀、裂纹、材料缺失等缺陷，但单晶或定向晶叶片制作困难，造价高昂，每片单价高达数万美元。通过修复技术的发展尽可能的恢复甚至部分超过叶片原有性能从而延长叶片使用寿命，既可以大大降低航空发动机的维护费用，又大大节约了珍贵的叶片原材料，具有重大的经济和社会效益。叶片常用的合金材料如镍基高温合金为面心立方晶体结构，在修复过程中具有外延生长(即一定条件下，微观组织可以沿着基体晶向继续生长)的特性，这为通过电弧增材制造等工艺实现失效叶片的修复提供了技术前提。单晶或定向晶叶片修复过程中，微观组织随着熔池的凝固外延生长，但当单晶或定向晶结构生长到一定高度时，等轴晶组织容易出现并破坏单晶或定向晶组织的生长。由于常见的镍基高温合金叶片材料缺少晶界强化元素，晶界尤其是垂直于叶片主应力轴方向的晶界一旦产生，在应力作用下晶界处极易导致裂纹萌发并扩展，严重威胁叶片的服役安全。因此，单晶或定向晶叶片修复的关键是如何通过工艺控制，精准调节修复温度场，在不产生裂纹、等轴晶等缺陷的前提下实现单晶或定向晶结构的接续外延生长。电弧修复在传统零部件修复中有着广泛而重要的应用。利用电弧修复单晶或定向晶合金叶片，相对激光、电子束等工艺，设备简单，修复件尺寸限制小，修复综合成本较低，通过电弧增材制造工艺实现单晶或定向晶叶片的自动修复具有重要应用价值。
技术实现思路
本专利技术提出一种实现单晶或定向晶合金叶片内流道复形的修复方法，通过预制叶片修复专用复形模以及对修复温度场合理控制，辅以后续加工处理，能够在保证修复区域具有和基体相同单晶或定向晶结构的同时，实现单晶或定向晶合金叶片内流道结构的高精度复形。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种实现单晶或定向晶合金叶片内流道复形的修复方法，包括下列步骤：步骤S100：修复前对叶片失效及缺陷进行判断分析；步骤S200：切除叶片失效或缺陷部分并对叶片进行打磨和清洗处理；步骤S300：将预先制造处理好的用于保证叶片内流道结构高精度复形的复形模安装并固定在待修复叶片腔体内；步骤S400：采用金属熔体填充的方式实现叶片修复部分外延控向生长；步骤S500：完成金属熔覆后去掉复形模，对叶片进行后续加工处理，实现叶片修复。进一步的，步骤S300中，复形模安装间隙小于0.3mm，外侧至少1点采用定位器进行定位。进一步的，步骤S400中待修复区域生长尺寸不小于1mm且生长部位可固定复形模后，去除定位器。进一步的，切除叶片失效或缺陷部分时切割线远离失效或缺陷部分至少1.5mm。进一步的，修复前对待修复叶片进行预热，其预热温度不低于叶片材料熔点的82％。进一步的，步骤S400中以激光、电子束、电弧或火焰为热源加热金属粉材或丝材，以金属熔体填充的方式实现叶片修复部分的外延控向生长。进一步的，采用电弧为热源加热金属粉材或丝材，以金属熔体填充的方式实现叶片修复部分的外延控向生长；在电弧修复单晶或定向晶合金叶片过程中，电弧电压、电流、材料送给速度、叶片运动速度根据叶片待修复处形状尺寸实时动态调整。所述的实时动态调整，是在修复过程中根据修复局部叶片叶面法向材料当量厚度来线性调整材料和热供应量满足局部材料熔覆的需要。优选以下方案中的一种，单独调整焊炬与叶片的相对移动速度，或同比例调整电流和填充材料送给速度，或在同比例调整电流和材料送给速度的同时辅以同向调整不超过20％范围的电弧电压。进一步的，修复过程在惰性气体保护氛围下进行，惰性气体选自单一氩气、氦气、氮气或其中任意二者或三者的组合。进一步的，叶片修复后尺寸精度不低于0.5mm，表面粗糙度Ra不大于30um。进一步的，单晶或定向晶叶片修复及后处理后无裂纹缺陷，晶向偏离度不超过7°，杂晶率不超过6％。进一步的，以开放或压缩电弧为热源加热金属粉材或丝材，以金属熔体填充的方式实现叶片修复部分的外延控向生长。进一步的，以等离子(或微束等离子)电弧为热源加热金属粉材或丝材，以金属熔体填充的方式实现叶片修复部分的外延控向生长。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提出了一种实现单晶或定向晶叶片内流道结构高精度复形的外延修复方法，在电弧修复过程中，通过预先制造并安装固定修复专用复形模，并经过叶片修复部分外延控向生长辅以后续加工处理，在获得修复区域和基体相同单晶或定向晶结构的同时，实现叶片修复过程中内流道结构的高精度复形，使得修复后的叶片满足叶片服役要求，在恢复甚至部分超过叶片原有性能的基础上延长了叶片服役寿命。复形模：复形模是指外表面可通过后续叶片材料熔体凝固形成叶片内腔流道的型芯模，单晶或定向晶合金叶片修复专用复形模制备采用现有单晶或定向合金叶片铸造型芯制造技术及工艺，其外在形貌尺寸和叶片内部空腔形貌尺寸相一致，便于实现叶片内部流道结构的高精度复形。根据叶片失效的具体情况确定失效叶片切割方案，切割后将复形模置于待修复叶片内部空腔并安装固定，待修复区域生长高度不小于1mm时去除复形模固定及定位装置，修复完成后，去除复形模，进行后续处理。具体实施过程包括：叶片修复前采用现有叶片铸造用型芯制备技术制备适用于叶片修复所需的复形模，分析失效叶片失效特征，切除叶片失效部位(如裂纹、杂晶、磨损、腐蚀、掉块)，切面垂直于叶片主应力轴方向。切除过程中，保证切面沿叶片主应力轴方向距离失效部位的最短距离不小于1.5mm。失效部位切除后，须对切面进行打磨清洗(采用砂纸打磨，砂纸牌号从低到高依次为400、600、800、1000、1200、1500、2000、2500、3000，打磨后用水冲洗干净，然后利用超声波清洗机酒精清洗10分钟以上，最后用电吹风机吹干待修复表面)。将预先制造好的复形模放置于待修复叶片内部空腔中，对复形模的预先处理既要保证复形模放置过程便于实施，又要保证复形模放置于叶片空腔后其露出的尺寸匹配叶片修复的要求，露出部位尺寸偏差在±0.1mm之内，复形模露出尺寸过大或过小都严重影响修复后叶片主应力轴方向的尺寸精度。同时，叶片内壁和复形模表面的间隔要控制在0.3mm以内，以最大程度的保证内流道结构的高精度复形。复形模在叶片空腔内部安放好后，通过专用定位器至少从一处对复形模进行固定，防止修复过程中复形模位置变化。待修复区域金属生长高度不小于1mm足以固定复形模后，去除定位器进行后续修复。修复完成后，通过振动破碎复形模，使得复形模材料从叶片底部去除，然后进行后续处理。2温度场控制：修复过程通过对待修复区域温度场(包括温度梯度的大小、方向)的精准控制，创造适合镍基合金液态金属单晶或定向晶的生长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现单晶或定向晶合金叶片内流道复形的修复方法，其特征在于：包括下列步骤：步骤S100：修复前对叶片失效及缺陷进行判断分析；步骤S200：切除叶片失效或缺陷部分并对叶片进行打磨和清洗处理；步骤S300：将预先制造处理好的用于保证叶片内流道结构高精度复形的复形模安装并固定在待修复叶片腔体内，复形模是指外表面能够通过后续叶片材料熔体凝固形成叶片内腔流道的型芯模；步骤S400：将待修复部分预热到材料熔点按开尔文计的75％以上，采用金属熔体填充的方式实现叶片修复部分外延控向生长；步骤S500：完成金属熔覆后去掉复形模，对叶片进行后续加工处理，实现叶片修复。

【技术特征摘要】
1.一种实现单晶或定向晶合金叶片内流道复形的修复方法，其特征在于：包括下列步骤：步骤S100：修复前对叶片失效及缺陷进行判断分析；步骤S200：切除叶片失效或缺陷部分并对叶片进行打磨和清洗处理；步骤S300：将预先制造处理好的用于保证叶片内流道结构高精度复形的复形模安装并固定在待修复叶片腔体内，复形模是指外表面能够通过后续叶片材料熔体凝固形成叶片内腔流道的型芯模；步骤S400：将待修复部分预热到材料熔点按开尔文计的75％以上，采用金属熔体填充的方式实现叶片修复部分外延控向生长；步骤S500：完成金属熔覆后去掉复形模，对叶片进行后续加工处理，实现叶片修复。2.根据权利要求1所述的实现单晶或定向晶合金叶片内流道复形的修复方法，其特征在于：步骤S300中，复形模插入到待修复叶片内流道的开口部位，通过复形模插入部分与修复叶片内流道接触形成复形模安装固定，复形模安装间隙小于0.3mm，同时，外侧至少1点采用定位器进行定位以实现复形模在待修复叶片开口区域的稳定固定。3.根据权利要求2所述的实现单晶或定向晶合金叶片内流道复形的修复方法，其特征在于：步骤S400中待修复区域生长尺寸不小于1mm且生长部位可固定复形模后，去除定位器。4.根据权利要求1所述的实现单晶或定向晶合金叶片内流道复形的修复方法，其特征在于：切除叶片失效或缺陷部分时切割线远离失效或缺陷部分至少1.5mm。5.根据权利要求1所述的实现单晶或定向晶合金叶片内流道复形的修复方法，其特征在于：修复前对待修复叶片进行预热，其预热温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏，杨冠军，娄正计，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61