[发明专利]一种航空发动机叶片损伤的修复方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接技术，具体为一种航空发动机叶片损伤的修复方法，该方法涉及低热输入、等离子焊接、精确焊接成形及无飞溅洁净焊接技术。

背景技术

目前我国航空工业已经初步具备了制造大飞机的能力，但是在装备的维护保障方面，特别是在大推力航空发动机叶片的修复与再利用方面，近二十年来没有取得大的突破。国内民航使用的客机，由于国内技术原因，其受损的关键热端部件——叶片，基本上都是国外送修，维修成本高，维护周期长，已成为制约我国民航和航空制造业发展的瓶颈。

从焊接工艺角度考虑，叶片待修复表面是复杂的薄壁曲面，且其壁厚和尺寸不断变化，修复难度极大。由于TIG焊能量密度较低，非常不利于溶滴过渡，造成焊缝不平整、成形精度低等问题，因此TIG焊不合适叶片的修复要求。而激光焊具有功率密度大、能量集中的特点，在叶片修复中有很多成功应用，但激光修复易产生过热，送粉量难以精确控制，设备投入也比较大。电子束修复叶片尖端时，要求在一个很小的截面上沿叶片轴线方向堆焊，补足叶片高度。在这种情形下，电子束焊能量集中所带来的熔深过大，相当于更多的能量用于加热母材，使叶片原始组织过热，易造成叶片报废。

为了满足航空发动机叶片焊接修复适航要求，除要保证被修复部分的精确成形外，还应保证其它部分叶片表面质量，要求叶片焊接修复过程无飞溅。传统的减少飞溅的焊接方法主要有常规方法、电流波形法、电源频特法、瞬时旁路法等。常规方法大致有采用混合保护气体的方法，优化焊机输出直流电感设计的方法，采用电子电抗器调节电源动态特性的方法。这些方法虽然对降低焊接飞溅有一定的效果，但是都没有直接对液桥后期电流进行控制，所以对焊接飞溅的控制收效甚微。电流波形法根据短路过渡电弧对电流波形的需要，采用2组设计好的电流波形，分别控制短路和电弧期间的状态，限制短路电流上升速度及短路峰值电流，降低正常短路的飞溅次数和飞溅率。电源频特法是在短路和电弧状态，分别切换2条不同的电源外特性，控制短路状态和电弧状态。每条外特性有不同的斜率段组成复合外特性。这种方法的弧长自调性能比波形控制方法好，飞溅比常规方法小。瞬时旁路法是在焊接回路中串联控制器件，当液桥收缩到足够细时，关断器件，使液桥在很小的电流下过渡，减小液桥热量，避免飞溅发生。但是上述方法都未从根本上解决焊接飞溅大的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是，提供一种航空发动机叶片损伤的修复方法，该修复方法采用低热输入、等离子精确焊接成形及无飞溅洁净焊接技术，配以高精度的焊接电源和焊接机器人，可实现航空发动机叶片的精确成形修复，具有焊接精确，洁净无飞溅，效率高，成本较低，适于工业化实施等特点。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种航空发动机叶片损伤的修复方法，该修复方法采用如下设备组合系统和修复工艺：

所述设备组合系统包括ABB机器人及其附带的程控系统、焊接电源、等离子发生器、送丝机和等离子焊枪；所述机器人与程控系统通过控制线缆连接；机器人程控系统与焊接电源采用总线通信；等离子发生器与焊接电源通过控制线缆连接；送丝机安装在机器人上，并通过控制线缆与等离子发生器4连接；送丝机的送丝轮和等离子焊枪均安装在机器人的末端；

所述修复工艺是：

1）依据待修复叶片表面尺寸形状特征进行分段处理

根据航空发动机叶片待修复表面轮廓尺寸及形状进行焊接修复路径规划；编制待修复航空发动机叶片表面焊接机器人控制程序，在控制程序中将修复过程分成若干子过程；

2）设定各段脉冲等离子热输入参数

根据分段后航空发动机叶片各段尺寸，通过焊缝宽度与电流关系公式设定各段对应脉冲等离子热输入参数，包括焊接电流和脉冲频率；采用高频脉冲对低频调制方法使高频电弧呈纯电阻特性，实现小电流等离子热输入的精确控制；

3）设定脉动送丝控制参数

根据航空发动机叶片待修复表面各段所需要堆焊金属体积及所设定的各段电流，计算各段所需送丝速度；采用脉动送丝和脉冲电流相匹配的方式，设定脉动送丝频率与脉冲电流频率相等；根据各段所需送丝速度，设定单电流脉冲周期内焊丝送进速度及所占时间和焊丝回抽速度及所占时间，通过“一脉一滴”方式进行熔滴过渡和尺寸的控制，在电流脉冲期间焊丝高速送进，并将熔滴强行“按入”熔池完成短路过渡，然后在电流基值期间控制焊丝高速回抽，实现等离子无飞溅焊接修复过程。

4）分段等离子焊接修复