[发明专利]一种用于修复单晶或定向晶合金叶片的系统

说明书

本发明公开一种用于修复单晶或定向晶合金叶片的系统，该系统包括焊炬及其配套装置、叶片运动装置、修复材料送给装置、热控制装置、保护舱装置以及用于修复路径规划的系统；保护舱装置内部的底部设置有叶片运动装置，上部对应叶片运动装置设置有焊炬及其配套装置的焊炬，焊炬旁侧设置修复材料送给装置；叶片运动装置上设有受热控制装置控制的感应加热线圈。本发明系统各装置之间通过协同配合，实现待修复叶片自动化及高效化修复，并且修复及后续加工处理后的叶片满足叶片服役要求，服役寿命得到延长。

技术领域

本发明涉及叶片修复装备领域，且特别涉及一种用于修复单晶或定向晶合金叶片的系统。

背景技术

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，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。

常见的叶片合金材料如镍基高温合金为面心立方结构，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，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，在不产生裂纹等缺陷的前提下实现单晶或定向晶结构的接续外延生长，这对修复装备提出了较高的要求。

叶片修复技术的发展离不开修复专用装备技术的进步，修复装备的自动化、智能化以及装置间配合程度的高低严重影响着修复的效率和修复的质量。电弧修复在传统叶片修复中有着广泛而重要的应用，电弧修复相对激光、电子束等工艺，设备简单，修复件尺寸限制小，修复效率高、修复综合成本低，开发集成一套专用于单晶或定向晶合金叶片电弧修复的系统，通过电弧增材制造工艺实现单晶或定向晶叶片的自动化修复具有重要的应用价值。

发明内容

发明提出一种用于修复单晶或定向晶合金叶片的系统，该系统通过内部各装置协同配合，可实现对单晶或定向晶合金叶片的自动化、智能化及高效化修复。修复区域与叶片基体具有相同的单晶或定向晶结构，最大程度的恢复甚至部分超过叶片原有性能，保证修复及后续加工处理后的叶片满足叶片服役要求，延长叶片服役寿命。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于修复单晶或定向晶合金叶片的系统，该系统包括焊炬及其配套装置、叶片运动装置、修复材料送给装置、热控制装置、保护舱装置以及用于修复路径规划的系统；

保护舱装置内部的底部设置有叶片运动装置，上部对应叶片运动装置设置有焊炬及其配套装置的焊炬，焊炬旁侧设置修复材料送给装置；叶片运动装置上设有受热控制装置控制的感应加热线圈；

焊炬及其配套装置用于产生修复用电弧，作为修复送给材料熔化的热源；

叶片运动装置用于根据修复路径规划的系统规划的修复路径，通过数字控制自动化实现待修复叶片的运动，满足修复路径的要求；

修复材料送给装置用于叶片修复过程中填充材料的送给；

热控制装置用于修复过程中修复温度场的控制，创造适合相应晶体结构生长的条件；