高压涡轮叶片叶尖裂纹激光焊修复研究

在修理某发动机时,发现很多高压涡轮叶片叶尖出现超出使用技术条件规定的裂纹,导致大量叶片报废,分析认为裂纹的产生是"钉扎效应"的结果,而且是先腐蚀后开裂的。为修复这些高压涡轮叶片,缩短发动机修理周期、降低修理成本,采用高钨、锰含量的镍基超合金作为补焊材料,同时采用固体激光脉冲焊接的工艺方法对产生叶尖裂纹的高压涡轮叶片进行了修复。修复后的高压涡轮叶片经去除应力、热处理等工序步骤后,通过了热冲击试验、整机试车考核和装机使用,说明采用该种修理工艺修复的高压涡轮叶片可以满足装机使用要求。     

某型航空发动机涡轮叶片再制造

采用SEM和EDS分析高压涡轮叶片冷却孔间裂纹的失效机理,发现引起裂纹的主要原因是作用在叶片上的热机械疲劳应力和局部应力集中所致,针对K417铸造高温等轴晶材料熔焊产生晶界裂纹和晶界液化裂纹机理,开发了微弧等离子低应力焊接技术,控制了焊接缺陷的产生,实现了冷却孔裂纹的高压涡轮叶片的再制造.     

定向凝固涡轮叶片高温低周疲劳的破坏特点

针对几何形状完全相同但材料不同的两种涡轮叶片,采用相同的试验方法进行高温低周疲劳试验,普通铸造K403合金叶片和定向凝固DZ22B合金叶片却在不同的部位破坏,K403合金叶片在试验考核的榫齿部位断裂,而DZ22B合金叶片的榫齿在叶身根部断裂前均未出现裂纹.为了解释上述试验结果,展开了两类叶片试验条件应力场的有限元分析和...     

DZ125定向凝固高温合金长期时效后的显微组织和超高周疲劳行为

 选用950 ℃时效温度,对DZ125定向凝固高温合金进行了500、1 000、1 500 h的长期时效。利用超声疲劳试验机测试了合金的超高周疲劳性能。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和电子背散射衍射(EBSD)研究了合金的显微组织和超高周疲劳行为。结果表明:长期时效对DZ125合金的组织稍有影响,长期时效后合金的点阵错配度降低,随着时效时间的延长,γ'相聚集长大更加明显,未出现拓扑密排相(TCP)等有害相;长期时效对DZ125合金的超高周疲劳性能稍有影响,随着时效时间的延长,疲劳性能呈下降趋势,疲劳断口较平整,裂纹起源于试样的表面,在超高周疲劳后合金的晶粒发生了小幅度旋转。     

TB3-117型发动机Ⅱ级涡轮导向器的焊接修复

针对TB3-117型发动机Ⅱ级涡轮导向器在使用过程中出现的密集裂纹故障,重点研究微观组织状态对材料焊接性能的影响,解决液化裂纹和应变时效裂纹两个难点,完成了Ⅱ级涡轮导向器零件的密集裂纹修复工作。焊接修复的零件均已装机使用,且使用一个翻修周期后,故障率和故障情况与新零件的状况一致。     

TMF本构和寿命模型:从光棒到涡轮叶片

针对空心涡轮叶片，发展了考虑瞬态变温效应的热机械疲劳（TMF）本构模型和寿命预测方法。第一，以某涡轮叶片用定向凝固合金DZ125为对象，开展了光棒、缺口TMF试验，结合已有的高温疲劳试验数据，获得了相位、温度范围、应力集中等因素对TMF寿命影响规律；第二，利用材料微观组织分析手段，揭示了导致光棒和缺口TMF失效的疲劳裂纹萌生机理；第三，借助于Chaboche本构模型，进行了各向异性、变温、蠕变损伤修正，建立了考虑变温效应的循环-蠕变本构模型，实现了DZ125合金拉伸、等温循环、蠕变、疲劳-蠕变以及TMF应力应变响应的统一建模和预测；第四，发展了疲劳-蠕变-氧化损伤累积的TMF寿命模型，利用简单纯疲劳和蠕变基础数据获得了寿命模型参数，并进一步发展了名义应力法预测了缺口模拟件的TMF寿命；最后，以某涡轮叶片为对象，进行了模拟飞行载荷谱条件下的瞬态变形响应计算和叶片TMF寿命预测。     

铝锂合金的焊缝组织与开裂敏感性研究

采用横向变拘束试验,研究铝锂合金(A合金)和2024合金的焊接热裂纹敏感性;并对焊缝组织进行分析,探讨它对两种合金焊接开裂倾向的影响.结果表明,A合金焊缝组织为柱状枝晶,在焊缝与热影响区之间由于非均匀形核而形成精细等轴晶粒区域(EQZ),而2024合金焊缝为联生结晶的胞状枝晶组织.两种合金焊缝组织的差异造成A合金有更高的焊接热裂纹敏感性.     

TiAl/TiAl、TiAl/TC4真空电子束焊接头组织及缺陷分析

采用电子束焊接方法对航空航天用的新型结构材料TiAl合金的自体及与TC4的异体对接接头进行了焊接试验,并利用光学金相和元素能谱分析方法(EDS)对TiAl/TiAl及TiAl/TC4电子束焊接接头的组织结构和连接状况进行了研究.研究结果表明TiAl/TiAl的焊缝组织为铸态TiAl柱状晶组织,焊缝内部及熔合线热影响区附近有大量冷裂纹产生,接头强度恶化;过高的焊接速度及粗晶的TiAl母材是导致TiAl/TiAl接头中产生裂纹的主要原因;TiAl/TC4焊缝为近Ti3Al的支晶混合组织,因TiAl与TiAl相比具有较好的延塑性,从而使TiAl/TC4焊缝的抗裂性能提高,接头中未见有冷裂纹出现,这说明TiAl/TC4接头拥有比TiAl/TiAl接头更好的电子束焊接性.     

TB3-117型发动机Ⅲ、Ⅳ级涡轮导向器的焊接修复

对TB3-117型发动机Ⅲ、Ⅳ级涡轮导向器在使用过程中出现的密集裂纹故障进行了焊接修复研究。重点研究微观组织状态对材料焊接性能的影响,以此为基础,解决材料的脆化问题,完成了Ⅲ、Ⅳ级涡轮导向器零件的密集裂纹修复工作。焊接修复的零件均已装机使用,使用一个翻修周期之后,故障率和故障情况与新零件的状况一致。     

AИ25TЛК型发动机高压涡轮导向器外机匣的焊接修复

研究了焊接修复AИ25TЛК型发动机高压涡轮导向器外机匣在使用过程中出现的密集裂纹故障。重点研究微观组织状态对材料焊接性能的影响,以此为基础,解决应变时效裂纹的问题,完成了AИ25TЛК型发动机高压涡轮导向器外机匣的密集裂纹修复工作。焊接修复的零件均已装机使用,使用一个翻修周期后,其故障率和故障情况与新零件的状况一致。     

镍基高温合金DZ125激光再铸层化学研磨的实验研究

研究了镍基高温合金DZ125激光再铸层组织特征、电化学腐蚀行为,并分析了再铸层化学研磨的优化条件,测试了研磨后基体的热疲劳性能。研究发现,DZ125合金激光再铸层主要为枝晶结构,且强化相γ′相析出较少,激光再铸层的耐腐蚀性能明显弱于DZ125合金基体。化学研磨溶液保温在60℃以上、浓度在90%以上时,再铸层的化学研磨高效可靠,研磨后基体表面光滑,无明显腐蚀发生,且基体的热疲劳性能得到明显改善。     

钨极氩弧焊与激光熔覆修复的K403镍基高温合金导向器叶片组织与性能

K403镍基高温合金具有优异的室温和高温综合性能,广泛用于航空发动机涡轮叶片及导向器的制造。针对涡轮叶片长期服役于复杂工况产生的裂纹缺陷等问题,本工作先对钨极氩弧（tungsten inert gas,TIG）焊和激光熔覆两种工艺修复后的组织与拉伸性能展开对比分析,而后使用激光熔覆工艺修复叶片,并进行无损检测。利用OM、SEM观察微观组织、断口形貌,利用EDS进行相的成分分析。结果表明：TIG焊修复工艺在修复界面区附近易产生微裂纹缺陷,主要碳化物相和低熔点共晶组织引起;激光熔覆工艺修复区域的晶粒与组织更加均匀,微裂纹缺陷更易得到控制;激光熔覆工艺修复的试样综合力学性能明显高于TIG焊修复工艺的试样,且激光熔覆工艺具有较好的工艺稳定性,TIG焊修复工艺的室温拉伸强度为K403母材强度的69.22%,激光熔覆修复工艺室温抗拉强度达到了母材的87.44%,断口形貌显示修复区域的室温拉伸断口呈现出混合断裂特征,高温拉伸断口呈现出沿晶断裂的特征。修复区域的微裂纹、局部液相不足缺陷和碳化物是拉伸断裂的主要原因。激光熔覆修复工艺具有热源集中、热影响区小的优势,能够有效抑制修复区缺陷并细化微观组织,在...     

20kHz频率下DZ125定向凝固高温合金的超高周疲劳行为研究

采用超声疲劳试验技术,研究了DZ125定向凝固高温合金在频率20kHz、载荷比R=-1下的超高周疲劳失效行为.结果表明:DZ125合金在循环周次大于108下仍发生了疲劳断裂;扫描电镜观察表明,DZ125合金的超高周疲劳裂纹均起源于试样的表面,经疲劳断口定量计算,超高周疲劳的萌生寿命约占总寿命的97.3%;电子背散射衍射(EBSD)分析表明,在超声振动应力的作用下,DZ125合金晶体发生了旋转,外加应力幅越大,晶体旋转的角度会略微增大,疲劳变形区域也略微增大,接近疲劳瞬断区的变形层深度最低;超高周疲劳试验结果经频率修正后,S-N曲线与常规低频疲劳的S-N曲线能很好地衔接.     

定向凝固镍基高温合金上激光熔覆Inconel 738的裂纹敏感性研究

针对定向凝固镍基高温合金叶片的强化与修复需求,研究了在定向凝固镍基高温合金基体上激光熔覆Inconel 738的裂纹敏感性问题.在定向凝固镍基高温合金基体上激光熔覆Inconel 738合金对裂纹非常敏感,所产生的裂纹为热裂纹,由定向凝固基体晶界处引发并穿过界面向熔覆层发展;多层熔覆过程中熔覆层间也会产生热裂纹,热裂纹沿晶界纵向扩展.定向凝固高温合金基体晶界处的低熔共晶成为主要的裂纹源.严格控制激光熔覆过程中的热输入量可以显著降低裂纹敏感性.选择适当的熔覆工艺方法和参数可以在定向凝固镍基合金基体上形成良好冶金结合且无裂纹的基本保持定向凝固特性的熔覆层组织.     

AИ25TЛK型发动机高压涡轮导向器外机匣的焊接修复

研究了焊接修复AИ25TЛK型发动机高压涡轮导向器外机匣在使用过程中出现的密集裂纹故障。重点研究微观组织状态对材料焊接性能的影响,以此为基础,解决应变时效裂纹的问题,完成了AИ25TЛK型发动机高压涡轮导向器外机匣的密集裂纹修复工作。焊接修复的零件均已装机使用,使用一个翻修周期后．其故障率和故障情况与新零件的状况一致。     

DZ125合金钎焊接头窄钎缝区高温循环应力应变分析方法

针对钎焊接头窄钎缝区(大约150μm)在高温环境下的循环应力应变测量困难问题,提出一种基于反推法的新思想,依据以下两类数据进行计算和分析:第一类是采用有限元软件ABAQUS的用户材料子程序(UMAT)嵌入Chaboche热黏塑性本构模型计算得到的DZ125母材合金高温循环应力应变数据;第二类是经高温循环试验得到的钎焊接头的相应数据,最后经过数据处理和MATLAB软件编程获得窄钎缝区的应力应变.研究结果表明,钎焊接头在高温环境下的变形具有明显的不均匀性和局部性,并指出较之母材合金其钎缝区相对较“软”,而且它也是整个钎焊接头的薄弱环节,应给予足够的重视.推而广之,反推法的提出为研究普通焊接接头窄焊缝的力学行为提供了一条新的途径.      

定向合金DZ125热/机械疲劳寿命预测模型评估

分别用微裂纹扩展模型、Manson-Coffin方程和拉伸迟滞能模型对DZ125定向凝固铸造镍基高温合金的热/机械疲劳寿命进行预测。预测结果发现:三种模型都能较好对DZ125合金的热/机械疲劳寿命进行预测(分散带为2倍左右)。通过分散带和标准差的定量比较发现:对于同相位、-135°相位和同相位带保持时间的热/机械疲劳,拉伸迟滞能寿命预测模型的预测结果比微裂纹扩展模型和Manson-Coffin方程的预测结果好;而对于反相位热/机械疲劳,微裂纹扩展模型的预测结果比拉伸迟滞能寿命预测模型和Manson-Coffin方程的预测结果好。      

新型阻燃Ti40合金TIG焊焊接性能研究

研究新型阻燃钛合金Ti40合金的TIG(tungest inert gas)焊焊接性能,采用金相、SEM等方法分析Ti40合金焊缝及热影响区的组织变化.结果表明,Ti40合金钨极氩弧焊焊缝室温、高温拉伸性能良好,冲击性能较低.焊接之后的热处理制度对组织有一定的改善.经500℃×100h热暴露后,晶界粗化,为连续α相.     

激光焊接螺栓组件焊缝开裂失效分析

GH6159合金/GH4169合金激光焊接螺栓组件,在试验后发现螺栓顶端焊缝处存在裂纹。为分析螺栓组件裂纹产生原因,对裂纹螺栓进行断口和金相分析,确定裂纹的性质为过载断裂,裂纹从焊合区和未焊合区的界线起始,沿焊接深度方向扩展。为分析裂纹产生规律,采用金相法测量焊接深度,发现裂纹处焊接深度大多比非裂纹处焊接深度小,且焊接深度不满足设计要求。对螺栓组件使用情况和强度进行分析确定,弹簧片优先受力,使得焊接结构承受较大载荷,焊接薄弱处因焊接有效承载面积小而过载破坏,是开裂的主要原因。提出了结构和焊接优化措施,在试车过程中螺栓组件开裂问题未复现,说明采取的优化措施有效。     

P460NL1钢焊接热裂纹初探

采用纵向可调拘束试验对最新研制的多元微量合金高强钢Ｐ４６０ＮＬ１的焊接热裂性能进行了试验研究，理论分析和试验结果都表明，该钢种产生热裂纹的倾向很小。