一种涡轮导向叶片裂纹的原位钎焊修复方法

技术领域

本发明涉及航空发动机叶片修复技术领域，具体涉及一种涡轮导向叶片裂纹的原位钎焊修复方法。

背景技术

航空发动机是经典力学中逼近极限的工程机械，被誉为现代机械制造业“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国力重要标志。涡轮叶片是航空发动机的重要组成部分，将热能转化为机械能，为飞机的飞行提供动力。涡轮叶片在服役过程中长期处于高温、高压及应力载荷条件下，极易产生裂纹、烧蚀、掉块等缺陷，导致叶片报废，无法继续使用。由于涡轮叶片制造工艺复杂，且通常采用高温合金制备而成，成本高昂。通过对服役后的报废叶片进行修复，可以延长涡轮叶片的服役时间，减少新件更换数量，节约航空发动机制造成本，具有重要的经济效益。

现有的涡轮导向叶片修复方法有两种：一种是采用光电复合修复方法，即通过机械打磨方法去除裂纹，然后采用微弧沉积填充材料，最后进行激光重熔处理完成叶片修复。由于涡轮导向叶片为三联叶片，叶片之间存在焊枪不可抵达区域，无法采用微弧沉积填充焊料，即存在不可修复区域是光电复合修复方法的局限性。另一种方法是机械打磨+真空钎焊修复方法，即通过机械打磨方法去除裂纹，然后在打磨处涂覆钎料进行真空钎焊修复。此方法的缺点在于：由于每件叶片在服役后的裂纹形态各不相同，采用机械打磨方法打磨效率低、难度高、对操作人员的技能水平要求较高，容易出现氧化物打磨不彻底的情况，导致气孔、未钎透等缺陷；此外，采用机械打磨方法会扩大裂纹间隙，对于缘板处的贯穿性裂纹打磨后裂纹间隙可达0.5mm以上，严重降低了钎焊接合强度，甚至出现钎料流失、未钎透等缺陷。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种涡轮导向叶片裂纹的原位钎焊修复方法；具体技术方案如下：

一种涡轮导向叶片裂纹的原位钎焊修复方法，包括如下步骤：

步骤一：涂层及裂纹氧化物去除

采用氟离子清洗方法去除涡轮导向叶片的涂层及裂纹内氧化物，将待清洗叶片放入氟离子清洗设备中，在高温下，通过HF气体与涂层与裂纹内氧化物发生化学反应，生成金属氟化物气体和水蒸气，再间歇性的通入流动的氩气，带走氟化物气体和氧气，从而达到去除涂层及氧化物的目的；

步骤二：预置混合合金粉末

对于间隙大于0.1mm的裂纹，先用涂覆器在裂纹间隙内填满混合合金粉末；混合合金粉末按照镍基高温合金粉末与镍基钎料比例为7:3进行混合，充分搅拌，使粉末混合均匀；

步骤三：预置钎料

将镍基钎料与粘结剂按照重量比10:1的比例混合，调制成膏状，用涂覆器将膏状钎料沿裂纹形态涂覆于待焊处，再在膏状钎料外侧刷涂一层止焊剂，最后将涂覆好的涡轮导向叶片放到烘干箱烘干；

步骤四：真空钎焊

将烘干后的涡轮导向叶片下缘板一侧朝下置于真空炉内进行真空钎焊；

步骤五：焊后清理及打磨

采用压缩空气去除叶片表面的止焊剂，使用打磨器去除修复位置的多余钎料，使修复位置与叶片基体平滑过渡；

步骤六：焊后X光检验

分别按照叶片上缘板朝下进气边朝外、上缘板朝下排气边朝外、下缘板朝下进气边朝外、下缘板朝下排气边朝外4种方式将涡轮导向叶片放置于X光检验专用工装上，通过锁紧螺钉及挡板固定涡轮导向叶片，按HB20160-2014标准进行X光检验，记录检验结果，对检验不合格零件缺陷位置进行标记；

步骤七：焊后荧光检验

按HB/Z 61-1992标准进行荧光检验，记录检验结果，对检验不合格零件缺陷位置进行标记，将X光和荧光检验不合格零件重复步骤二至步骤八。

所述的一种涡轮导向叶片裂纹的原位钎焊修复方法，其优选方案为，步骤一中，氟离子清洗的工艺参数为：保温温度为930℃-1050℃，保温时间为120min-240min，HF气体流量为0.5L/min-1L/min，H

所述的一种涡轮导向叶片裂纹的原位钎焊修复方法，其优选方案为，步骤三中，烘干温度为150℃-200℃，保温时间1.5h-2h。

所述的一种涡轮导向叶片裂纹的原位钎焊修复方法，其优选方案为，步骤三中，对于缘板处的贯穿性裂纹，钎料置于流道面一侧。

所述的一种涡轮导向叶片裂纹的原位钎焊修复方法，其优选方案为，步骤四中，真空钎焊的钎焊升温速率为8℃/min-12℃/min，钎焊温度为1110℃-1150℃，保温时间为15min-25min，保温结束后随炉冷却至80℃以下出炉，钎焊过程中真空压力不大于1×10

所述的一种涡轮导向叶片裂纹的原位钎焊修复方法，其优选方案为，步骤六中，当叶片上缘板朝下进气边朝外时采用由排气定位座、上缘板定位块c、铅板和挡板组成的X光检验专用工装，上缘板定位块c设置在排气定位座的定位面上，铅板设置在上缘板定位块c上，通过螺钉锁紧挡板固定涡轮导向叶片，上缘板与排气定位座贴合面靠紧；

当下缘板朝下进气边朝外时采用由排气定位座、下缘板定位块b、铅板和挡板组成的X光检验专用工装，下缘板定位块b设置在排气定位座的定位面上，铅板设置在下缘板定位块b上，通过螺钉锁紧挡板固定涡轮导向叶片，下缘板与排气定位座贴合面靠紧；

当下缘板朝下排气边朝外时采用由进气定位座、下缘板定位块a、铅板和挡板组成的X光检验专用工装，下缘板定位块a设置在进气定位座的定位面上，铅板设置在下缘板定位块a上，通过螺钉锁紧挡板固定涡轮导向叶片，下缘板与进气定位座贴合面靠紧；

当上缘板朝下排气边朝外时采用由进气定位座、上缘板定位块a、上缘板定位块b、铅板和挡板组成的X光检验专用工装，上缘板定位块b设置在进气定位座上的定位面上，上缘板定位块a与上缘板定位块b垂直设置，铅板设置在上缘板定位块b上，通过螺钉锁紧挡板固定涡轮导向叶片，上缘板与排气定位座贴合面靠紧。

所述的一种涡轮导向叶片裂纹的原位钎焊修复方法，其优选方案为，所述进气定位座、排气边定位均呈L型，内型面为定位面和贴合面；

所述上缘板定位块a、上缘板定位块b、上缘板定位块c、下缘板定位块a、下缘板定位块b的定位型面均与涡轮导向叶片上缘板或下缘板型面对应。

与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

本发明通过采用了裂纹原位真空钎焊修复方法，此方法不受裂纹位置限制，不存在光电复合修复方法的修复不可达区域；

采用氟离子清洗方法去除涂层可避免因吹砂过程砂粒进入裂纹间隙无法去除导致焊接夹渣缺陷的产生；

采用氟离子清洗方法去除裂纹内氧化物可避免因氧化物打磨不彻底或打磨后裂纹间隙增大导致的未钎透、钎料流失等缺陷的产生，同时间隙减小可提高钎焊结合强度；

本发明设计X光检验专用工装，从4个方向对修复件进行X光检验，避免因结构遮挡影响检验结果判断。

附图说明

图1为涡轮导向叶片下缘板朝下排气边朝外摆放在X检验工装上的结构主视图；

图2为涡轮导向叶片下缘板朝下排气边朝外摆放在X检验工装上的结构侧视图；

图3为涡轮导向叶片下缘板朝下进气边朝外摆放在X检验工装上的结构示意图；

图4为涡轮导向叶片上缘板朝下排气边朝外摆放在X检验工装上的结构示意图；

图5为涡轮导向叶片上缘板朝下进气边朝外摆放在X检验工装上的结构示意图。

图中：1.下缘板；2.上缘板；3.进气定位座；4.下缘板定位块a；5.挡板；6.螺钉；7.铅板；8.排气边；9.进气边；10.排气定位座；11.下缘板定位块b；12.上缘板定位块a；13.上缘板定位块b；14.上缘板定位块c。

具体实施方式

下面结合图1-图5对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围不受附图所限。

一种涡轮导向叶片裂纹的原位钎焊修复方法，包括如下步骤：

步骤一：涂层及裂纹氧化物去除

采用氟离子清洗方法去除涡轮导向叶片的涂层及裂纹内氧化物，将待清洗叶片放入氟离子清洗设备中，进行氟离子清洗；保温温度为950℃，保温时间为120min，HF气体流量为0.5L/min，H

步骤二：预置混合合金粉末

将镍基高温合金粉末与镍基钎料比例为7:3进行混合，充分搅拌，使粉末混合均匀；用涂覆器在裂纹间隙内填满混合合金粉末；

步骤三：预置钎料

将镍基钎料与粘结剂按照重量比10:1的比例混合，调制成膏状，用涂覆器将膏状钎料沿裂纹形态涂覆于待焊处，再在膏状钎料外侧刷涂一层止焊剂。将涂覆好的叶片放到烘干箱烘干。烘干温度为150℃，保温时间1.5小时。

步骤四：真空钎焊

将烘干后的涡轮导向叶片下缘板1一侧朝下置于真空炉内进行真空钎焊；钎焊升温速率为8℃/min：钎焊温度为1110℃，保温时间为15min，保温结束后随炉冷却至80℃以下出炉，钎焊过程中真空压力不大于1×10

步骤五：焊后清理及打磨

采用压缩空气去除叶片表面的止焊剂，使用打磨器去除修复位置的多余钎料，使修复位置与叶片基体平滑过渡。

步骤六：焊后X光检验

分别按照图1-图5中叶片下缘板朝下排气边朝外、下缘板朝下进气边朝外、上缘板朝下排气边朝外、上缘板朝下进气边朝外，四种方式将涡轮导向叶片放置于X光检验专用工装上，通过锁紧螺钉6及挡板5固定涡轮导向叶片，按HB20160-2014标准进行X光检验，记录检验结果，对检验不合格零件缺陷位置进行标记。

当叶片上缘板2朝下进气边9朝外时采用由排气定位座10、上缘板定位块c14、铅板7和挡板5组成的X光检验专用工装，上缘板定位块c14设置在排气定位座10的定位面上，铅板7设置在上缘板定位块c14上，通过螺钉6锁紧挡板5固定涡轮导向叶片，上缘板2与排气定位座10贴合面靠紧；

当下缘板1朝下进气边9朝外时采用由排气定位座10、下缘板定位块b11、铅板7和挡板5组成的X光检验专用工装，下缘板定位块b11设置在排气定位座10的定位面上，铅板7设置在下缘板定位块b11上，通过螺钉6锁紧挡板5固定涡轮导向叶片，下缘板1与排气定位座10贴合面靠紧；

当下缘板1朝下排气边8朝外时采用由进气定位座3、下缘板定位块a4、铅板7和挡板5组成的X光检验专用工装，下缘板定位块a4设置在进气定位座3的定位面上，铅板7设置在下缘板定位块a4上，通过螺钉6锁紧挡板5固定涡轮导向叶片，下缘板1与进气定位座3贴合面靠紧；

当上缘板2朝下排气边8朝外时采用由进气定位座3、上缘板定位块a12、上缘板定位块b13、铅板7和挡板5组成的X光检验专用工装，上缘板定位块b13设置在进气定位座3上的定位面上，上缘板定位块a12与上缘板定位块b13垂直设置，铅板7设置在上缘板定位块b13上，通过螺钉6锁紧挡板5固定涡轮导向叶片，上缘板2与进气定位座3贴合面靠紧。

所述进气定位座3、排气定位座10均呈L型，内型面为定位面和贴合面；

所述上缘板定位块a12、上缘板定位块b13、上缘板定位块c14、下缘板定位块a4、下缘板定位块b11的定位型面均与涡轮导向叶片上缘板2或下缘板1型面对应。

步骤七：焊后荧光检验

按HB/Z 61-1992标准进行荧光检验，记录检验结果，对检验不合格零件缺陷位置进行标记。将X光和荧光检验不合格零件重复步骤二至步骤八。

按上述工艺步骤及参数进行涡轮导向叶片裂纹修复，修复后的叶片进行X光及荧光检验无缺陷，可以交付使用。

实施例2：

一种涡轮导向叶片裂纹的原位钎焊修复方法，包括如下步骤：

步骤一：涂层及裂纹氧化物去除

采用氟离子清洗方法去除涡轮导向叶片的涂层及裂纹内氧化物，将待清洗叶片放入氟离子清洗设备中，进行氟离子清洗；保温温度为1000℃，保温时间为180min，HF气体流量为0.8L/min，H

步骤二：预置混合合金粉末

将镍基高温合金粉末与镍基钎料比例为7:3进行混合，充分搅拌，使粉末混合均匀；用涂覆器在裂纹间隙内填满混合合金粉末。

步骤三：预置钎料

将镍基钎料与粘结剂按照重量比10:1的比例混合，调制成膏状，用涂覆器将膏状钎料沿裂纹形态涂覆于待焊处，再在膏状钎料外侧刷涂一层止焊剂。将涂覆好的叶片放到烘干箱烘干。烘干温度为150℃，保温时间2小时。

步骤四：真空钎焊

将烘干后的涡轮导向叶片下缘板一侧朝下置于真空炉内进行真空钎焊；钎焊升温速率为10℃/min：钎焊温度为1150℃，保温时间为20min，保温结束后随炉冷却至80℃以下出炉，钎焊过程中真空压力不大于1×10

步骤五：焊后清理及打磨

采用压缩空气去除叶片表面的止焊剂，使用打磨器去除修复位置的多余钎料，使修复位置与叶片基体平滑过渡。

步骤六：焊后X光检验

分别按照图1-图5中叶片下缘板朝下排气边朝外、下缘板朝下进气边朝外、上缘板朝下排气边朝外、上缘板朝下进气边朝外，四种方式将涡轮导向叶片放置于X光检验专用工装上，通过锁紧螺钉及挡板固定涡轮导向叶片，按HB20160-2014标准进行X光检验，记录检验结果，对检验不合格零件缺陷位置进行标记。

当叶片上缘板2朝下进气边9朝外时采用由排气定位座10、上缘板定位块c14、铅板7和挡板5组成的X光检验专用工装，上缘板定位块c14设置在排气定位座10的定位面上，铅板7设置在上缘板定位块c14上，通过螺钉6锁紧挡板5固定涡轮导向叶片，上缘板2与排气定位座10贴合面靠紧；

当下缘板1朝下进气边9朝外时采用由排气定位座10、下缘板定位块b11、铅板7和挡板5组成的X光检验专用工装，下缘板定位块b11设置在排气定位座10的定位面上，铅板7设置在下缘板定位块b11上，通过螺钉6锁紧挡板5固定涡轮导向叶片，下缘板1与排气定位座10贴合面靠紧；

当下缘板1朝下排气边8朝外时采用由进气定位座3、下缘板定位块a4、铅板7和挡板5组成的X光检验专用工装，下缘板定位块a4设置在进气定位座3的定位面上，铅板7设置在下缘板定位块a4上，通过螺钉6锁紧挡板5固定涡轮导向叶片，下缘板1与进气定位座3贴合面靠紧；

当上缘板2朝下排气边8朝外时采用由进气定位座3、上缘板定位块a12、上缘板定位块b13、铅板7和挡板5组成的X光检验专用工装，上缘板定位块b13设置在进气定位座3上的定位面上，上缘板定位块a12与上缘板定位块b13垂直设置，铅板7设置在上缘板定位块b13上，通过螺钉6锁紧挡板5固定涡轮导向叶片，上缘板2与进气定位座3贴合面靠紧。

所述进气定位座3、排气定位座10均呈L型，内型面为定位面和贴合面；

所述上缘板定位块a12、上缘板定位块b13、上缘板定位块c14、下缘板定位块a4、下缘板定位块b11的定位型面均与涡轮导向叶片上缘板2或下缘板1型面对应。

步骤七：焊后荧光检验

按HB/Z 61-1992标准进行荧光检验，记录检验结果，对检验不合格零件缺陷位置进行标记。将X光和荧光检验不合格零件重复步骤二至步骤八。

按上述工艺步骤及参数进行涡轮导向叶片裂纹修复，修复后的叶片进行X光及荧光检验无缺陷，可以交付使用。

实施例3：

一种涡轮导向叶片裂纹的原位钎焊修复方法，包括如下步骤：

步骤一：涂层及裂纹氧化物去除

采用氟离子清洗方法去除涡轮导向叶片的涂层及裂纹内氧化物，将待清洗叶片放入氟离子清洗设备中，进行氟离子清洗；保温温度为1050℃，保温时间为240min，HF气体流量为1L/min，H

步骤二：预置混合合金粉末

将镍基高温合金粉末与镍基钎料比例为7:3进行混合，充分搅拌，使粉末混合均匀；用涂覆器在裂纹间隙内填满混合合金粉末。

步骤三：预置钎料

将镍基钎料与粘结剂按照重量比10:1的比例混合，调制成膏状，用涂覆器将膏状钎料沿裂纹形态涂覆于待焊处，再在膏状钎料外侧刷涂一层止焊剂。将涂覆好的叶片放到烘干箱烘干。烘干温度为200℃，保温时间2小时。

步骤四：真空钎焊

将烘干后的涡轮导向叶片下缘板一侧朝下置于真空炉内进行真空钎焊；钎焊升温速率为12℃/min：钎焊温度为1150℃，保温时间为25min，保温结束后随炉冷却至80℃以下出炉，钎焊过程中真空压力不大于1×10

步骤五：焊后清理及打磨

采用压缩空气去除叶片表面的止焊剂，使用打磨器去除修复位置的多余钎料，使修复位置与叶片基体平滑过渡。

步骤六：焊后X光检验

分别按照图1-图5中叶片下缘板朝下排气边朝外、下缘板朝下进气边朝外、上缘板朝下排气边朝外、上缘板朝下进气边朝外，四种方式将涡轮导向叶片放置于X光检验专用工装上，通过锁紧螺钉及挡板固定涡轮导向叶片，按HB20160-2014标准进行X光检验，记录检验结果，对检验不合格零件缺陷位置进行标记。

当叶片上缘板2朝下进气边9朝外时采用由排气定位座10、上缘板定位块c14、铅板7和挡板5组成的X光检验专用工装，上缘板定位块c14设置在排气定位座10的定位面上，铅板7设置在上缘板定位块c14上，通过螺钉6锁紧挡板5固定涡轮导向叶片，上缘板2与排气定位座10贴合面靠紧；

当下缘板1朝下进气边9朝外时采用由排气定位座10、下缘板定位块b11、铅板7和挡板5组成的X光检验专用工装，下缘板定位块b11设置在排气定位座10的定位面上，铅板7设置在下缘板定位块b11上，通过螺钉6锁紧挡板5固定涡轮导向叶片，下缘板1与排气定位座10贴合面靠紧；

当下缘板1朝下排气边8朝外时采用由进气定位座3、下缘板定位块a4、铅板7和挡板5组成的X光检验专用工装，下缘板定位块a4设置在进气定位座3的定位面上，铅板7设置在下缘板定位块a4上，通过螺钉6锁紧挡板5固定涡轮导向叶片，下缘板1与进气定位座3贴合面靠紧；

当上缘板2朝下排气边8朝外时采用由进气定位座3、上缘板定位块a12、上缘板定位块b13、铅板7和挡板5组成的X光检验专用工装，上缘板定位块b13设置在进气定位座3上的定位面上，上缘板定位块a12与上缘板定位块b13垂直设置，铅板7设置在上缘板定位块b13上，通过螺钉6锁紧挡板5固定涡轮导向叶片，上缘板2与进气定位座3贴合面靠紧。

所述进气定位座3、排气定位座10均呈L型，内型面为定位面和贴合面；

所述上缘板定位块a12、上缘板定位块b13、上缘板定位块c14、下缘板定位块a4、下缘板定位块b11的定位型面均与涡轮导向叶片上缘板2或下缘板1型面对应。

步骤七：焊后荧光检验

按HB/Z 61-1992标准进行荧光检验，记录检验结果，对检验不合格零件缺陷位置进行标记。将X光和荧光检验不合格零件重复步骤二至步骤八。

按上述工艺步骤及参数进行涡轮导向叶片裂纹修复，修复后的叶片进行X光及荧光检验无缺陷，可以交付使用。