涡喷-6 航改燃气轮机的叶片修理(2)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】目前不仅是叶片、喷嘴和燃烧室,压气机叶片、壳体甚至涡轮盘也开始使用高温镍合金。与钴合金相比,镍合金能在高温环境下长时间工作,特别是动叶的
目前不仅是叶片、喷嘴和燃烧室,压气机叶片、壳体甚至涡轮盘也开始使用高温镍合金。与钴合金相比,镍合金能在高温环境下长时间工作,特别是动叶的工作环境能展现出优异的性能。与铁合金相比,其优点是具有良好的耐腐蚀性、耐热疲劳性能,金属组织结构稳定,适应高温的工作环境。
2.3 叶片的修复
对叶片进行清洗、故检等工作之后,进行相应的焊接工艺试验,之后根据根据修理工艺,并使叶片基体材料损伤最小、彻底清除裂纹的原则,同时根据裂纹的具体情况,用机械打磨和着色渗透检测清除裂纹,采用钨极氩弧焊对裂纹进行焊接修复。
施焊时,被施焊修理的叶片要尽量处于水平位置。根据叶片实际的损伤程度,叶片裂痕较长较深且具有维修价值的,应由进气边向出气边方向进行施焊;对于裂痕和腐蚀较轻的叶片直接对打磨坡口进行施焊修复;在叶片的边缘处出现的裂痕,应采用单面焊双面成型。在叶片修复过程中,保证施焊速度、氩气流量稳定。焊缝处与周边呈自然过渡,焊缝与周围叶片表面高度应保持在1mm 以内。对完成修复叶片进行着色渗透和X 光检测叶片。
3 叶片热处理
热处理工艺选择:涡喷6 动叶片材质为GH2132,属于铁基高温合金。由于该叶片为成品件修理,没有余量。常规热处理的方法:980~1000℃条件下1—2h,油冷,700~720℃,12—16h,空冷。若以常规的方法进行热处理,叶片变形量非常大,无法达到叶片的精度要求,严重会导致叶片直接报废。为此,只能对热处理的条件进行加以改进。
经过摸索和相关技术的分析,叶片修复后首先采用980±10℃条件下1—2h,空冷,705±10℃条件下16h 后空冷,650±10℃条件下16h 空冷。
但是由于设计图对叶片硬度的要求,叶片硬度不能小于250HB(布氏硬度),而提高叶片的硬度则必须采取淬火油冷或水冷,迅速冷却来增强叶片硬度,但油冷或水冷则会给叶片带来严重的变形,导致叶片无法使用。
针对上述问题,对热处理工艺进行重新的制定,通过对试验件进行的热处理实验,对叶片采用980±10℃真空条件下1—2h后,采取注入液氮或氩气的方法使叶片迅速冷却来达到提高叶片硬度的目的,热处理后的硬度指标见表1。
这样,既解决了淬火的变形,又达到了叶片设计的硬度,同时也节约了能源,满足了所需的机械性能。
4 结束语
多年的实践表明,叶片修理是一项复杂且精细的工作,随着叶片修理工艺和检测机制的完善,叶片的维修工作已经受到业界足够的重视。如果一个体系成熟的航空发动机叶片维修技术能够在业内得到认可,那么将会在很大程度上有效提高发动机、燃气轮机工作的稳定性。当然,对于如何选择修理工艺与检测技术,也要考虑到叶片维修的难易程度,所以,工艺难度大、稀有合金材料制造的叶片,只能采用复杂的工艺和维修技术。
目前,随着欧美国家对我们技术核心的封锁和制约,不受制于他人,我国航空发动机和燃气轮机产业已经开始自主研发的道路,同时也将采用更为完善的工艺和稳定的材料来制造,我国未来的发动机、燃气轮机产业还将迎来大的发展。相信经过长期的坚持和不懈的努力,发动机叶片的精确检测方法与先进的工艺修理技术也将会有非常广阔的前景。
[1] 潘辉,孙计生,刘效方.涡轮发动机叶片钎焊修复研究[J].材料科学与工艺,1999(增刊1):209-212.
[2] 孙护国,霍武军.航空发动机涡轮叶片修理技术[J].航空工程与维修,2001(6):12-14.
[3] 熊勇,陈昌达,李巍,等.涡轮叶片裂纹分析[C]//中国航空学会第七届动力年会论文摘要集,2010.
[4] 尹爱东.黎明公司技术中心攻克技术难关[N].中国航空报,2003.
[5] 朱榕川.某型低压涡轮动叶冷效试验研究[D].成都:电子科技大学,2009.
0 前言涡喷-6 是沈阳黎明发动机公司(410 厂)在前苏联的Pд-9Б喷气式发动机基础上仿制并发展形成的一个国产发动机型号。是新中国成立后的首台超音速航空发动机,该发动机结构属于轴流式单转子带加力燃烧室的涡轮喷气发动机。该型号发动机是中国产量最大的航空发动机,主要应用在强-5 系列和歼-6 系列国产战机,近年仍有一定数量在服役。自20 世纪80 年代以来,“涡喷-6 型发动机”普遍应用于民用航改机的改造,研发出了该型号的航改燃气轮机,开始在全国投入运行。WP6G1 型功率4100kW,热效率19.0%,压比6.76,涡轮前温度737℃,排气温度412℃,并取得了不错的效果。1 叶片修理前处理及故障检测1.1 清洗由于叶片在长时间的高温环境下工作,叶片表面在高温燃烧后产生了氧化腐蚀的热蚀层和沉积物,从而使发动机的运行效率降低,这些严重的问题会导致叶片性能的退化和叶片的强度降低,同时也不利于叶片表面损伤的检测。因此,在对其检测和进行修理前,必须要进行叶片表面清理。叶片表面的清理工作是一个比较复杂的环节。很长时间内,很多国内外的叶片维修企业都在探索一种高效又环保的叶片清理方法。波音公司率先推行的一种无害清洗方法,用碱性清洗液代替氯氟烃清洗剂,德国MTU 公司研制了一种不损伤叶片的清洁技术,后来被通用、空客等厂商广泛的应用,这种方法在很大程度上降低了叶片的清理难度,而且不污染环境。由于目前的“涡喷-6 型发动机”系“航改燃气轮机”,主要应用于民用方面,结合实际的情况,采用航空煤油、二硫化钼等对叶片表面进行清理,清理后的叶片表面效果整洁如新,达到叶片修理工艺的要求 叶片的检测清理叶片后,使用无损探测仪检测叶片的内部结构,通过检测根据叶片的损伤、热蚀、裂纹、掉块等缺陷,从而具体编制修理叶片的工艺。对于叶片的不同位置,检测也不相同。比如,叶身部分的烧蚀程度和产生的形变;叶顶部分的磨损和掉块状况;叶根部和榫槽是否有裂纹和腐蚀,重点部位都要进行着重检查。目视检查是目前最普遍、最简单的检查方法,对表面有明显损伤、变形、裂痕的叶片通过目视检查来发现,淘汰无法修复的叶片。但此方法检查的误差较大,具有不确定性。所以,对叶片表面目视无法检查到的细微裂纹采用无损探伤检测,而荧光、磁粉等检测方法也开始用于叶片的无损检测中,目前世界上较为领先的检测方法是CT(X 射线)和超声波。结合实际的修理情况,CT(X 射线)是适用于检测叶片内部裂纹的最佳方法,一般可以探测到0.005~0.01mm 等级的细微裂纹。检测时,通过叶片X 光的照片和叶片横扫的图像,对其叶片内部进行分析,确定叶片的裂纹的准确信息。而叶片的三维图像,可以进一步检测整个叶片的缺陷。2 叶片修复2.1 修理方法经过检验后,叶片表面的细小裂纹、硬伤磕碰在允许修理的范围内,对其进行修补。而目前,应用最广泛的就是焊接修理。而涡喷6 动叶片是由GH2132 高温合金制成,所以采用氩弧焊对叶片缺陷处进行补焊修理。氩弧焊在工业领域是一种较为常用的焊接方法,在焊接过程中它使用氩气来做保护,又称氩气保护焊。其主要的特点是把电弧、熔池用氩气与空气隔绝,防止焊区氧化,获得良好的焊接性能与效果。表1 叶片经不同热处理方式的检测硬度平均值?氩弧焊的特征:(1)氩气为惰性气体,不溶于液态金属,属于优良的焊保气体。(2)起弧稳定,外溅少。(3)焊接表面良好,机械性能较强。(4)在一定条件下可进行各种形式的焊接。(5)焊接速度快,热量集中,电流密度大,熔敷率高。(6)可以焊接1mm 以下的金属及薄板 补焊材料选择根据叶片材料组成及其化学性能,在补焊材料选材中要充分考虑补焊材质与基体材质要有良好的相容性,故采用GH113 高温合金焊丝进行施焊。GH113 高温合金材料,又称做GH1131,它是一种耐高温、高性能的铁基合金,含镍量约为28%。该合金具有良好的热加工性能和焊接、冷成型工艺性能。广泛应用于制造在800~1150℃下工作的航天运载火箭发动机和在700℃下长期工作的燃气轮机高温部件。该合金主要用作发动机高温部件。在航空航天领域,已经成为制造发动机和燃气轮机部件的主要原材料。目前不仅是叶片、喷嘴和燃烧室,压气机叶片、壳体甚至涡轮盘也开始使用高温镍合金。与钴合金相比,镍合金能在高温环境下长时间工作,特别是动叶的工作环境能展现出优异的性能。与铁合金相比,其优点是具有良好的耐腐蚀性、耐热疲劳性能,金属组织结构稳定,适应高温的工作环?叶片的修复对叶片进行清洗、故检等工作之后,进行相应的焊接工艺试验,之后根据根据修理工艺,并使叶片基体材料损伤最小、彻底清除裂纹的原则,同时根据裂纹的具体情况,用机械打磨和着色渗透检测清除裂纹,采用钨极氩弧焊对裂纹进行焊接修复。施焊时,被施焊修理的叶片要尽量处于水平位置。根据叶片实际的损伤程度,叶片裂痕较长较深且具有维修价值的,应由进气边向出气边方向进行施焊;对于裂痕和腐蚀较轻的叶片直接对打磨坡口进行施焊修复;在叶片的边缘处出现的裂痕,应采用单面焊双面成型。在叶片修复过程中,保证施焊速度、氩气流量稳定。焊缝处与周边呈自然过渡,焊缝与周围叶片表面高度应保持在1mm 以内。对完成修复叶片进行着色渗透和X 光检测叶片。3 叶片热处理热处理工艺选择:涡喷6 动叶片材质为GH2132,属于铁基高温合金。由于该叶片为成品件修理,没有余量。常规热处理的方法:980~1000℃条件下1—2h,油冷,700~720℃,12—16h,空冷。若以常规的方法进行热处理,叶片变形量非常大,无法达到叶片的精度要求,严重会导致叶片直接报废。为此,只能对热处理的条件进行加以改进。经过摸索和相关技术的分析,叶片修复后首先采用980±10℃条件下1—2h,空冷,705±10℃条件下16h 后空冷,650±10℃条件下16h 空冷。但是由于设计图对叶片硬度的要求,叶片硬度不能小于250HB(布氏硬度),而提高叶片的硬度则必须采取淬火油冷或水冷,迅速冷却来增强叶片硬度,但油冷或水冷则会给叶片带来严重的变形,导致叶片无法使用。针对上述问题,对热处理工艺进行重新的制定,通过对试验件进行的热处理实验,对叶片采用980±10℃真空条件下1—2h后,采取注入液氮或氩气的方法使叶片迅速冷却来达到提高叶片硬度的目的,热处理后的硬度指标见表1。这样,既解决了淬火的变形,又达到了叶片设计的硬度,同时也节约了能源,满足了所需的机械性能。4 结束语多年的实践表明,叶片修理是一项复杂且精细的工作,随着叶片修理工艺和检测机制的完善,叶片的维修工作已经受到业界足够的重视。如果一个体系成熟的航空发动机叶片维修技术能够在业内得到认可,那么将会在很大程度上有效提高发动机、燃气轮机工作的稳定性。当然,对于如何选择修理工艺与检测技术,也要考虑到叶片维修的难易程度,所以,工艺难度大、稀有合金材料制造的叶片,只能采用复杂的工艺和维修技术。目前,随着欧美国家对我们技术核心的封锁和制约,不受制于他人,我国航空发动机和燃气轮机产业已经开始自主研发的道路,同时也将采用更为完善的工艺和稳定的材料来制造,我国未来的发动机、燃气轮机产业还将迎来大的发展。相信经过长期的坚持和不懈的努力,发动机叶片的精确检测方法与先进的工艺修理技术也将会有非常广阔的前景。参考文献[1] 潘辉,孙计生,刘效方.涡轮发动机叶片钎焊修复研究[J].材料科学与工艺,1999(增刊1):209-212.[2] 孙护国,霍武军.航空发动机涡轮叶片修理技术[J].航空工程与维修,2001(6):12-14.[3] 熊勇,陈昌达,李巍,等.涡轮叶片裂纹分析[C]//中国航空学会第七届动力年会论文摘要集,2010.[4] 尹爱东.黎明公司技术中心攻克技术难关[N].中国航空报,2003.[5] 朱榕川.某型低压涡轮动叶冷效试验研究[D].成都:电子科技大学,2009.
文章来源:《金属热处理》 网址: http://www.jsrclzzs.cn/qikandaodu/2021/0128/329.html
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