某型发动机叶轮气蚀修复技术

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1、某型发动机叶轮气蚀修复技术KepaIrInqIechnIqUesontneGavitationVaRetoranEnqIne．-r-I●、●‘●，‘、‘1‘‘'，·o—■秦毅曹蕾张建铭李俊辰／成都航利(集团)实业有限公司摘要：采用微弧等离子焊接方法．对某型发动机气蚀后的叶轮进行了修复技术研究。对微弧等离子焊后的焊缝结合强度、高温持久性能、焊缝微观组织及硬度进行了测试．并结合有限元分析结果对焊接产品在实际工作环境中的可靠性进行了论证；研究结果表明：采用微弧等离子焊接后，焊缝晶粒细小，显微组织致密：其结合强度及硬度接近或超过基体；焊接试样的高温持久性能达到相

2、关标准要求，经焊接修复后的叶轮能够满足服役环境的使用要求。关键词：微弧等离子焊；显微组织：结合强度：高温持久性能Keywords：micro—plasmaarcwelding；microstructure；bondingstrengthhightemperaturedurationendurance0引言发动机叶轮在工作时高速旋转，其周围的燃油介质在高速流动和压力变化条件下，易于在叶轮上与燃油接触表面(如叶片叶尖区域)的高速减压区形成空穴，空穴在高压区被压破并产生冲击压力，破坏叶片表面完整性。叶片经受这种冲击力的多次反复作用，其材料表面就会发生疲劳脱落，

3、使表面出现小凹坑，进而发展形成大片凹坑。在加力泵的壳体上有两个冷却油的射流孔，其孑L位处于叶轮型面的1／3处。从这两个射流孔射出的高压油液在此迅速减压，因此，气蚀故障有规律性地出现在叶轮的1／3处。这样的腐蚀坑直接影响叶轮的后续使用寿命，在发动机修理时中不得不更换新品。为了节约修理成本，有必要对出现气蚀的叶片进行修复。本文采用微弧等离子焊以材料TC6对叶轮进行焊接修复，并对其组织和性能进行考核，同时结合叶轮实际工况下有限元分析结果，对其可靠性进行评估。88I熙㈣勰1实验方法由于加力泵叶轮材料为TC6，因此实验以200mmX50mm×3mm的TC6板材为试

4、验材料，利用线切割沿长度方向将其一分为二，再采用微弧等离子焊机对其进行焊接。将焊接后的试样和原板材试样分别加工成标准拉伸试样和高温持久试样，试样图纸分别如图1、图2所示。室温拉伸试验和高温持久试验分别在拉伸试验机和持久试验机上进行，持久试验的温度为250℃，试验力为500MPa和700MPa。分别从基材和焊接接头处切取显微组织试样，试样经打磨、抛光和腐蚀后，在金相显微镜下进行显微组织观察，并利用显微硬度计测试基体和焊缝的显微硬度。2结果与分析2．1焊缝的微观组织及硬度图3所示为基材和焊接接头的显微组织，从图3a中可以看出试样原始组织较为细小、均匀，13(

5、相呈细小的片状均匀地分布在p相基体中，在仅相与G【相图1标准室温拉伸试样图2高温持久试样图纸以及仅相与D相交界处分布着脉状的第二相。图3b为焊缝热影响区的显微组织图，与试样原始组织相比，热影响区的显微组织变化不大，但cc相数量有所减少，这可能是由于o【相在焊接过程中发生回熔的缘故。焊缝区的显微组织如图3c所示，可以看出焊接后材料的显微组织致密，无明显冶金缺陷，焊缝质量良好。图4是焊接后材料的显微硬度分布结果，从中可知焊缝区材料的显微硬度仅为404HV0．1，较基体的433HV0．1下降了约7％。但整体来说，焊缝的热影响区硬度最高，硬度约为445HV0．1

6、，热效应区的宽度约为1．5mm。2．2室温拉伸性能试样的室温拉伸性能测试结果如表l所示，焊接后由于试样的热影响区和焊缝区的显微组织与基体相比变化不大，所以焊接试样的室温拉伸性能与母材相近，达到1098．8MPa。同时，焊接后试样的断面收缩率较高，塑性较好，这可能与焊接后焊缝区和热影响组织均匀、细小、致密有关。2．3高温持久性能为了考察焊接试样的持久性能，在加力泵叶轮极限工作温度250℃下，分别进行了250MPa、500MPa、700MPa的持久试验，焊接后试样的持久性能均超过了相关标准规定的300h。2_4有限元分析与论证为了确保修理方案的可靠性，采用有

7、限元法模拟实际工况下叶轮的应力水平及应力分布。叶轮的工作介质为RP一3航空煤油、工作温度为50～l80℃，进口油压为2～l2kgf／em2、出口压力70kgffcm2、额定转速270000r／min、密度P=4440kg／m3，弹性模量E=Il1GPa，泊松比u=0．34，在模拟过程中忽略温度场和进出I：1压力的影响，仅计算了在工作转速下叶轮的应力并考虑离心预应力的振动模态。其结果如图5所示。从有限元分析结果可知，在工作转速下叶轮的最大应力水平在70～80MPa之间，且分布在叶片与轮体的连接或过渡处，而在叶片的1／3处及叶尖的应力水平相对较低。结合试样的

8、室温拉伸试验结果和高温持久试验结果可知，在实际a)母材b)热影响区c)焊缝区图3