一种航空发动机圆板沟槽表面重熔层的去除方法

技术领域

本发明属于圆板沟槽加工技术领域，具体涉及一种航空发动机圆板槽壁表面重熔层的去除方法。

背景技术

航空发动机中工作负荷最大，工作环境最恶劣的涡轮，在高温高压燃气的冲击下，叶片与发动机圆板焊接的强度，对发动机的质量有重要影响。焊接的结构件在产生重熔层后，由于金属表层质地变得不均匀会使得焊接强度下降，焊接点在长时间受交变应力载荷作用下易发生断裂而造成事故，因此发动机圆板沟槽在电火花加工后表面所产生的重熔层需要彻底去除，杜绝隐患。

圆板沟槽重熔层的去除方法一直是难题，目前叶片重熔层去除方法主要有化学腐蚀、磨粒流技术、机械加工去除及手工打磨。化学腐蚀在航空发动机零部件工艺中归属于限制工艺，会对零件材料产生污染和腐蚀等问题。圆板沟槽表面重熔层厚度大，手工打磨时难以确保所有部位去除厚度相同，均一性差，难以建立统一的标准进行量化控制，导致无法确保重熔层被完全去除。而且，在手工打磨时会产生大量的粉尘，会对工人的身体造成影响，易产生环境污染。机械加工去除效果较好，但在加工月牙沟槽状零件时，为了对圆板沟槽月牙尖角处去除重熔层，必须使用微细铣刀，而微细铣刀的使用必然会导致成本过高，效率过低，无法规模化应用。目前，效果最好的是磨粒流技术，但传统磁力研磨单纯的采用金属钢针磨粒对工件内表面进行抛光，硬度低和磨削力小，会有部分磁性磨粒粘附在工件的内壁，造成元素污染，影响圆板沟槽性能。

发明内容

本发明的目的是：提供一种无元素污染的方式去除圆板沟槽重熔层，以使零件去除重熔层后的性能不受影响；同时，兼具低成本、高效的优点。本发明的技术方案是：一种航空发动机圆板沟槽表面重熔层的去除方法，其特征在于，去除的步骤如下：

S1:准备金属基陶瓷磨粒；

S2:利用超声波测厚仪实时测量圆板沟槽表面减薄量，将金属基陶瓷磨粒装入圆板沟槽，进行磁力磨抛；

S3:随着圆板沟槽表面的粗糙度趋于光滑，会出现材料不再被去除和减薄的现象，此现象记为磨抛饱和，待磨抛饱和后，取出金属基陶瓷磨粒；

S4:取出金属基陶瓷磨粒后，用喷束工艺，处理重熔层；

S5:再通过金属基陶瓷磨粒进行二次磨抛，磨抛饱和后即得去除重熔层的圆板沟槽。

进一步的，所述步骤S1中金属基陶瓷磨粒的制取方法为：

S11：将喷涂设备的参数调节为：氧气流量900L/min，煤油流量26L/h，喷距380mm；

S12:将金属圆柱置于与喷枪垂直的位置，工件转速设定为240r/min，在未送粉条件下利用火焰对试样基体预热以提高涂层与基体结合力；

S13:送粉量设定为100g/min，启动送粉器，待氧化铝粉末稳定送出后，设定喷枪移动速度为20mm/s，移动喷枪制备涂层；

进一步的，所述S11中喷涂设备为德国GTV公司生产的K2型超音速火焰喷涂设备；

进一步的，所述S12中金属圆柱的尺寸为Φ0.1×2mm；

进一步的，所述S13中制备得到的氧化铝陶瓷涂层的厚度为200μm，硬度为1800HV；

进一步的，所述步骤S2中磁力磨抛的参数设置为：磁极圆盘厚度为12mm，磁场强度为0.32T，抛光液选用蒸馏水。

进一步的，所述步骤S4中喷束选用粒径为300目的金刚石颗粒，加工时喷嘴距工件表面距离为5cm，加工时喷嘴与工件表面交角：45°～90°，喷束压力范围0.5Mpa～1Mpa。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

1.本发明相比于化学腐蚀的方法，不会对环境产生污染，不会对工件材料产生腐蚀损伤；

2.本发明所述方法对重熔层去除干净、效率高、成本低；

3.本发明采用金属基陶瓷磨粒进行磨抛，不易对圆板沟槽产生元素污染，从而不会影响工件性能；

4.金属基陶瓷磨粒硬度高、可重复利用，适合规模化应用。

附图说明

图1是本发明中去除圆板沟槽重熔层的流程图；

图2是本发明中金属基陶瓷磨粒的制取流程图；

图3是本发明中圆板沟槽结构尺寸检测方案的示意图；

图4是本发明中实施例1对重熔层进行金相检测的金相图示例；

图5是本发明中实施例2对重熔层进行金相检测的金相图示例。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

航空发动机圆板沟槽形状如图3所示。按图所示槽口向下，圆板沟槽最大圆的最大口径记作Φmax，通过显微镜三点画圆测出；lmin和l′min为：以沟槽尖点为圆心做标准圆，标准圆半径为固定值，设定为1mm，标准圆与两条边交点为a、b(a′、b′)，左侧ab短弧长记为lmin，右侧a′b′短弧长记为l′min，通过显微镜弧长工具测出。测量Φmax，lmin，l′min三个尺寸，以检测重熔层的去除情况，当Φmax，lmin，l′min几乎不再变化时即为磨抛饱和。

实施例1

先准备金属基陶瓷磨粒，再利用超声波测厚仪实时测量圆板沟槽表面减薄量，每间隔一小时测一次尺寸，尺寸变化结果见表1；将金属基陶瓷磨粒装入圆板沟槽，进行磁力磨抛；随着圆板沟槽表面的粗糙度趋于光滑，会出现材料不再被去除和减薄的现象，此现象记为磨抛饱和；待磨抛饱和后，取出金属基陶瓷磨粒，得到利用金属基陶瓷磨粒去除重熔层的圆板沟槽；最后，利用金相显微镜，检测磨抛饱和工件的重熔层残留，金相检测结果如图4所示。

实施例2

按照实施例1加工到磨抛饱和点，再用喷束工艺处理剩余重熔层表面。接下来重复实施例1的实验过程，通过金属基陶瓷磨粒进行二次磨抛。在达到二次磨抛饱和后进行相应的金相检测，判断重熔层是否完全去除，尺寸变化结果见表2，金相检测结果如图5所示。

表1是圆板沟槽在进行实施例1加工从第2h起每隔1h测得尺寸结果。从表中发现时间8小时后，达到磨抛饱和时圆板沟槽去除量为0.056mm，而图4是实施例1磨抛饱和后的金相检测结果，可以明显的观察到在工件的边缘存在一层组织明显区别于工件组织，即为剩余重熔层，剩余重熔层厚度P1约为44μm。结合表1和图4可知，单纯采用金属基陶瓷磨粒加工到磨抛饱和后，并不能完整的去除沟槽表面的重熔层。

表2是圆板沟槽进行实施例2加工后的尺寸检测结果，对比表1和表2尺寸检测结果，实施例2的加工方案在去除重熔层的厚度明显优于实施例1的加工方案。从表2中得出，采用本发明的去除方法，重熔层去除量达到0.125mm左右，在零件重熔层去除的允许尺寸范围0.2mm之内。喷束以及第二轮金属基陶瓷磨粒磁力磨抛的重熔层去除量为L≈0.125mm-0.056mm0.069mm＞P1，所以，实施例2的加工方案可以将重熔层完全去除。图5是圆板沟槽经过实施例2方案加工后的检测结果，可以看到在圆板沟槽表面没有重熔层的残留，证明经过本发明所述方法加工后，表面重熔层已经被完全去除。

表1：圆板沟槽加工尺寸检测结果

表2：圆板沟槽方案二加工尺寸检测结果

借助扫描电子显微镜自带的X射线能谱仪(EDS)，分析在陶瓷磨粒和喷束过程是否对工件造成元素污染。表3为重熔层去除前和去除后圆板沟槽表面点能谱分析结果，从结果中可以发现，在加工前后未对加工表面造成其它的元素污染，仅有Fe元素的含量发生轻微的上升，但仍在正常测量误差范围内。

表3：点能谱分析结果(质量百分比/％)

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