CN112475820A - 一种燃机空心叶片动叶叶顶加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃机空心叶片动叶片叶顶加工技术领域，具体公开了一种燃机空心叶片动叶叶顶加工方法，包括以下步骤:铸造空心动叶片；在所述空心动叶片的叶顶设置有用于安装盖板的凸台；通过钎焊将盖板焊接在凸台上，其中钎焊焊接间隙为0.05～0.2mm；在盖板上加工冷却孔；完成加工。本发明通过采用钎焊的方式实现盖板与叶顶的连接，相比现有技术采用一体成型铸造，将有效的提高产品的合格率，降低生产加工成本。
Description
技术领域
本发明涉及燃机空心叶片动叶叶顶加工技术领域，特别涉及一种燃机空心叶片动叶叶顶加工方法。
背景技术
高温透平叶片是航空发动机和重型燃气轮机的核心部件之一，工作环境恶劣，承受着高温高速燃气的冲击。高温透平叶片一般采用精密铸造的方式制造，制造难度大，尤其是带有复杂内部冷却结构的空心叶片，制造的合格率很低，导致制造成本大幅提高。
对于透平空心动叶片，叶顶处一般会布置冷却孔，以实现叶顶处的冷却，但由于冷却孔孔径小，通过铸造的方法生产叶顶时容易在气膜孔处发生型芯断裂，导致叶片铸造不合格。经过统计，在某透平叶片的实际生产中，99％的断芯问题出现在叶顶冷却孔处，即使是增加冷却孔的直径，仍无法有效解决叶顶断芯问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种燃机空心叶片动叶叶顶加工方法，有效防止叶顶断芯的发生，提高叶片制造的合格率，有效保证燃气轮机动叶片的安全运行。
本发明解决技术问题所采用的解决方案是：
一种燃机空心叶片动叶叶顶加工方法，包括以下步骤:
铸造空心动叶片；在所述空心动叶片的叶顶设置有用于安装盖板的凸台；所述钎焊点的剪切强度大于270Mpa；
通过钎焊将盖板焊接在凸台上，其中钎焊焊接间隙为0.05～0.2mm；
在盖板上加工冷却孔；
完成加工。
本发明空心叶片叶顶不是一次铸造成形的，而是采用钎焊的方式，将盖板安装在凸台处，其中，凸台所形成的轮廓形状与盖板的外轮廓形状相同，盖板安装在凸台上，并与凸台之间形成钎焊焊接间隙，钎料通过填充此间隙实现叶顶与盖板的连接；然后通过在盖板上加工冷却孔，完成加工；相比现有技术采用一体铸造成型，本发明将不用在叶片型芯上制作用于铸造冷却孔的结构，进而避免出现现有技术中铸造叶顶冷却孔结构断裂使得铸造的冷却孔不符合要求的问题。
在一些可能的实施方式中，所述铸造空心动叶片具体是指对其叶顶、叶身及叶根采用铸造的方法制造。
本发明中在铸造空心动叶片时，与现有技术相比，本发明中盖板与其他部件不采用一起铸造的方式；这样做的目的是为了使得在进行铸造空心叶片动叶时，由于不用考虑盖板的位置，以及盖板上冷却孔的铸造，这将使得用于加工内部冷气通道的模具制作得更加宽和厚，进而有效的防止型芯断芯的发生，提高叶片制造的合格率。
在一些可能的实施方式中，所述盖板采用镍基高温合金制成，厚度为1～3mm；在进行钎焊时，保护气体为氩气。
在一些可能的实施方式中，所述在盖板上加工冷却孔具体是指采用电火花加工的方式在盖板上加工冷却孔。
在一些可能的实施方式中，还包括在空心动叶片铸造完成后，对空心动叶片进行热处理、打磨处理。
在一些可能的实施方式中，还包括在冷却孔加工完毕后，进行涂层喷涂，所述涂层为TBC涂层。
TBC涂层具有良好的抗氧化性、抗腐蚀性、断裂韧性、长期的组织稳定性能和机械加工性能。
在一些可能的实施方式中，所述通过钎焊将盖板焊接在凸台上具体包括以下步骤：
将钎剂在加热熔化后，使其流入钎焊焊接间隙，并与母材表面氧化物发生物理化学作用，去除氧化膜，清洁母材表面；
随着加热温度的提高，钎料开始熔化并润湿、铺展，同时排除钎剂残渣；
在熔化的钎料作用下，小部分母材溶解于钎料，同时钎料扩散进入母材中；
钎料填满间隙并保温、冷却、凝固形成钎焊接头；所述保温时间至少为15min。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明通过采用钎焊的方式实现盖板与叶片顶部的连接，进而有效的避免了在进行空心动叶片铸造时，还要对盖板和盖板上的冷却孔一体铸造；将整体铸造将会在型芯上设置用于铸造冷却孔的结构，由于冷却孔的直径小，使得采用一体铸造时将极易造成铸造冷却孔的结构出现断裂，进而造成冷却孔的加工不符合要求，叶片制造不符合要求的情况出现；相比现有技术有效的提高了叶片制造的合格率。
附图说明
图1为本发明中动叶片的结构示意图；
图2为图1中A-A的剖面结构示意图；
其中：1、前缘；2、压力面；3、尾缘；4、吸力面；5、叶顶；6、盖板；7、间隙；8凸台。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
本发明通过下述技术方案实现，如图1所示，
一种燃机空心叶片动叶叶顶5加工方法，包括以下步骤:
铸造空心动叶片；在所述空心动叶片的叶顶5设置有用于安装盖板6的凸台；
叶顶5设置有盖板6安装槽，凸台设置在安装槽内用于安装盖板6；
通过钎焊将盖板6焊接在凸台上，其中钎焊焊接间隙为0.05～0.2mm；
在盖板6上加工冷却孔；
完成加工。
本发明采用将盖板6与空心动叶片不一同进行铸造，而是采用钎焊的方式，使得盖板6安装叶身的顶部，其中，凸台所形成的轮廓形状与盖板6的外轮廓形状相同，盖板6安装在凸台上，并与凸台之间形成钎焊焊接间隙，钎料通过此间隙实现叶顶5与盖板6的连接；然后通过在盖板6上加工冷却孔，完成加工；相比现有技术采用一体铸造成型，本发明将有效的避免型芯出现断裂，导致叶片铸造不合格。
使用钎焊的方式焊接盖板6，使得在进行铸造空心叶片动叶时，由于不用考虑盖板6的位置，以及盖板6上冷却孔的铸造，这将使得用于加工内部冷气通道的型芯制作得更加宽和厚，且不需要在型芯上制作用于铸造冷却孔的结构，进而有效的防止型芯上铸造冷却孔结构的断裂，提高叶片制造的合格率。
在一些可能的实施方式中，所述铸造空心动叶片具体是指对其叶顶5、叶身及叶根采用铸造的方法制造；其中叶身包括前缘1、压力面2、尾缘3和吸力面4。
本发明中在铸造空心动叶片时，与现有技术相比，不进行盖板6的与其他部件的一同铸造；
这样做的目的是使得在进行铸造空心叶片动叶时，由于不用考虑盖板6的位置，以及盖板6上冷却孔的铸造，这将使得用于加工内部冷气通道的模具制作得更加宽和厚，进而有效的防止型芯断芯的发生，提高叶片制造的合格率。
在一些可能的实施方式中，所述盖板6采用镍基高温合金制成，厚度为1～3mm；在进行钎焊时，保护气体为氩气。
在一些可能的实施方式中，所述在盖板6上加工冷却孔具体是指采用电火花加工的方式在盖板6上加工冷却孔。采用电火花加工冷却孔是非常现有的技术，这里不再详述如何采用电火花加工方式实现冷却孔的加工。
在一些可能的实施方式中，还包括在空心动叶片铸造完成后，对空心动叶片进行热处理、打磨处理。
优选的，热处理包括热等静压处理和固溶处理。
在一些可能的实施方式中，还包括在冷却孔加工完毕后，进行涂层喷涂，所述涂层为TBC涂层。
TBC涂层具有良好的抗氧化性、抗腐蚀性、断裂韧性、长期的组织稳定性能和机械加工性能。
在一些可能的实施方式中，所述通过钎焊将盖板6焊接在凸台上具体包括以下步骤：
将钎剂在加热熔化后，使其流入钎焊焊接间隙，并与母材表面氧化物发生物理化学作用，去除氧化膜，清洁母材表面；
随着加热温度的提高，钎料开始熔化并润湿、铺展，同时排除钎剂残渣；
在熔化的钎料作用下，小部分母材溶解于钎料，同时钎料扩散进入母材中；
钎料填满间隙并保温一定时间后，冷却、凝固形成钎焊接头；所述保温时间至少为15min。
对此，如表1、表2、表3所示，
其中表1为间隙0.05mm的剪切试板不同区域的显微硬度；
表2为间隙0.10mm的剪切试板不同区域的显微硬度；
表3为上述两种间隙的钎焊剪切强度；
进行了不同钎焊间隙以及不同保温时间的剪切强度试验，并对搭接接头部位进行渗透探伤(PT)、射线探伤(RT)检查在进行大量的试验后，渗透探伤检查结果表明，试样无明显缺陷，合格；试件经RT检查(检验标准：ASME第V卷验收标准：ASME第IV卷)，未发现存在超标缺陷，符合标准要求，合格。
进行了钎焊结构试验，采用圆形盖板6方式进行钎焊结构试验，采用不同间隙分别进行了不同保温时间试验，最后进行渗透探伤(PT)、射线探伤(RT)检查。
试验结果表明，除盖板6本体铸造疏松缺陷导致的不合格外，其余试样均合格，说明钎焊适用于燃机空心动叶片叶顶5制造工艺。
表1
表2
表3
从上述试验中发现，当焊接间隙小于0.05mm时，焊接间隙太小，由于接触表面不均匀，钎料流入困难，在钎缝内形成夹渣和未钎透，导致接头强度下降；当焊接间隙大于0.2mm时，则毛细作用减弱，钎料不能填满间隙，会使接头的致密性变坏，焊接强度将急剧下降由间隙0.2mm时的279Mpa下降到0.25mm时的133Mpa，进而使得剪切强度不符合要求。只有确保合理的接头间隙，才能使毛细作用顺利进行并使得钎焊后的剪切强度符合产品的需求，经试验后得出，当间隙在0.05-0.2mm时，剪切强度大于270Mpa，从而使得所制造的动叶片符合要求。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本申请中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (8)
1.一种燃机空心叶片动叶叶顶加工方法，其特征在于：包括以下步骤:
铸造空心动叶片；在所述空心动叶片的叶顶设置有用于安装盖板的凸台；
通过钎焊将盖板焊接在凸台上，其中钎焊焊接间隙为0.05～0.2mm；
在盖板上加工冷却孔；
完成加工。
2.根据权利要求1所述的一种燃机空心叶片动叶叶顶加工方法，其特征在于：所述铸造空心动叶片具体是指对其叶顶、叶身及叶根采用铸造的方法制造。
3.根据权利要求1所述的一种燃机空心叶片动叶叶顶加工方法，其特征在于：所述盖板采用镍基高温合金制成，厚度为1～3mm；在进行钎焊时，保护气体为氩气。
4.根据权利要求1所述的一种燃机空心叶片动叶叶顶加工方法，其特征在于：所述在盖板上加工冷却孔具体是指采用电火花加工的方式在盖板上加工冷却孔。
5.根据权利要求1所述的一种燃机空心叶片动叶叶顶加工方法，其特征在于：还包括在空心动叶片铸造完成后，对空心动叶片进行热处理、打磨处理。
6.根据权利要求1所述的一种燃机空心叶片动叶叶顶加工方法，其特征在于：还包括在冷却孔加工完毕后，进行涂层喷涂，所述涂层为TBC涂层。
7.根据权利要求1所述的一种燃机空心叶片动叶叶顶加工方法，其特征在于：所述通过钎焊将盖板焊接在凸台上具体包括以下步骤：
将钎剂在加热熔化后，使其流入钎焊焊接间隙，并与母材表面氧化物发生物理化学作用，去除氧化膜，清洁母材表面；
随着加热温度的提高，钎料开始熔化并润湿、铺展，同时排除钎剂残渣；
在熔化的钎料作用下，小部分母材溶解于钎料，同时钎料扩散进入母材中；
钎料填满间隙并保温、冷却、凝固形成钎焊接头；所述保温时间至少为15min。
8.根据权利要求1所述的一种燃机空心叶片动叶叶顶加工方法，其特征在于：所述冷气孔的孔径为1～3mm。
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