一种航空发动机扇形零件裂纹修复夹具及其方法与流程

1.本发明涉及零件裂纹修复技术领域，尤其是涉及一种航空发动机扇形零件裂纹修复方法及其专用焊接夹具。


背景技术：

2.航空发动机涡轮导向器安装有密封用的开口环组件，开口环由一组扇形零件组成，扇形零件与涡轮叶片的叶尖配合，通过控制配合间隙实现级间密封，因此，扇形零件的尺寸精度要求较高。
3.如图2所示，所述扇形零件在轴向为三层阶梯结构，相应的，在扇形零件的外弧面上具有两个对应的阶梯面；扇形零件轴向一端的内弧面上具有径向凸起，轴向另一端的外弧面上具有外翻槽。
4.在航空发动机工作过程中，由于交变应力等作用，扇形零件会出现裂纹故障，裂纹部位主要位于扇形零件的端头及孔边，常规的修理方法为更换新件。由于该零件换件修复工序较多，成本较高。而该零件壁厚较薄，自由状态焊接修复会导致较大的焊接变形，装机时会导致焊接部位再次开裂，严重影响飞行安全。因此需要提出一种新的精确可靠的扇形件修复方案。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种方便可靠的航空发动机涡轮导向器开口环扇形件裂纹焊接修复夹具和方法，通过专用焊接夹具减少扇形零件的焊接变形，保证扇形零件的焊接精度和焊接质量。
6.本发明的技术方案为：
7.所述一种航空发动机扇形零件裂纹修复夹具，包括型块和压板，均采用高温合金材料制成；
8.所述型块具有与扇形零件相同弧度的型面，且沿轴向方向，所述型块的内弧面上具有两个台阶面，分别与扇形零件外弧面上两个阶梯面对应；所述型块内弧面轴向一端具有挂耳，用于与扇形零件的外翻槽配合，所述型块内弧面轴向另一端两侧具有用于安装压板的安装孔以及与压板配合的斜面；
9.所述型块在轴向方向中部的两侧具有缺口，且在用于安装压板的一端中部具有缺口，所述缺口用于提供扇形零件裂纹修复的焊接位置；
10.所述压板安装在所述型块两侧；所述压板安装在所述型块内弧面轴向另一端两侧，所述压板具有与所述安装孔配合的连接孔，连接孔一侧具有与扇形零件内弧面上径向凸起配合的凹槽，连接孔另一侧为斜面，用于与所述型块上的斜面配合；
11.扇形零件轴向一端的内弧面径向凸起以及外弧面分别与压板上的凹槽和型块上的台阶面配合，扇形零件轴向另一端外翻槽与型块上的挂耳配合，再通过螺栓穿过压板腰型孔和型块安装孔，能够将扇形零件紧固夹持。
12.进一步的，所述压板上的连接孔采用腰型孔，在腰型孔长度方向一侧具有与扇形零件内弧面上径向凸起配合的凹槽，在腰型孔长度方向的另一侧为斜面，用于与所述型块上的斜面配合。
13.利用上述夹具对航空发动机扇形零件裂纹进行修复的方法，包括以下步骤：
14.步骤1：对航空发动机扇形零件进行无损检测，判断是否存在裂纹，若存在，则进一步判断裂纹区域是否已经焊接修复达到2次，若是，则该扇形零件报废处理，否则进行步骤2；
15.步骤2：根据无损检测所确定的裂纹位置，沿裂纹方向进行切割开槽，在完全去除裂纹的前提下，尽量少的去除材料；
16.步骤3：将扇形零件装夹在所述夹具上；
17.步骤4：将安装在夹具上的扇形零件放置于氩气环境，使用氩弧焊对裂纹开槽部位进行双面焊接；
18.步骤5：对安装在夹具上的焊接后的扇形零件按零件材料要求进行热处理；
19.步骤6：将热处理后的扇形零件安装在车床上进行加工，恢复焊接部位原始尺寸；
20.步骤7：对修复后的扇形零件进行无损检测，判断是否需要补充修复，若需要，则返回步骤2，且同时按照同一部位焊接修复不允许超过两次标准要求。
21.进一步的，步骤1和步骤7中采用着色法对扇形零件进行无损检测。
22.进一步的，步骤3中将扇形零件装夹在所述夹具上的过程为：
23.首先将扇形零件安装在型块上，保证型块的挂耳勾住扇形零件上的外翻槽，且保证扇形零件与型块弧面贴合；将压板压在扇形零件上，保证扇形零件的径向凸起位于压板的凹槽内；使用力矩扳手拧紧螺栓，在斜面配合的作用下，压板对扇形零件同时产生压力和拉力，在压紧扇形零件的同时，使扇形零件端面产生拉应力，在预加拉应力条件下进行焊接，减小焊接变形。
24.进一步的，步骤2中，使用1mm钢锯条沿裂纹方向进行切割开槽。
25.进一步的，步骤4中，使用钨极氩弧焊对裂纹开槽部位进行双面焊接。
26.有益效果
27.本发明提出的航空发动机扇形零件焊接修复夹具及其方法，具有操作简单、定位准确、焊接变形量小等特点，它克服了以往更换新件成本高，自由状态焊接变形量大等缺点。并且通过稍加改变，就可以用于其他同类型扇形零件的焊接修复。
28.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
29.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
30.图1修复方法流程图；
31.图2夹具装夹示意图；
32.图3夹具结构示意图；
33.图4夹具型块示意图；
34.图5夹具压板示意图。
35.图例说明：1、型块，2、压板，3、平垫圈，4、螺栓，5、螺母。
具体实施方式
36.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
37.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
38.如图1所示，本实施例是用于航空发动机涡轮导向器开口环扇形零件裂纹检测和焊接修复。
39.扇形零件修理开始前进行无损检测，确定裂纹位置，如不存在裂纹则不进行修复工序。
40.根据无损检测确定的裂纹位置，使用1mm钢锯条沿裂纹方向进行开槽，尽量少的去除材料，但应完全去除裂纹；
41.然后将扇形零件安装在夹具上，保证型面贴合，使用力矩扳手按规定值施加力矩，拧紧螺母，通过夹具对扇形零件端头裂纹部位施加一定的拉应力。
42.将安装在夹具上的扇形零件放置于氩气环境下，使用钨极氩弧焊对扇形零件开槽部位进行双面填缝焊接，焊接过程中应严格控制电流，进而控制热输入量，保证焊接质量，完全冷却前不能接触空气。
43.将安装在夹具上的焊接后的扇形零件按材料要求进行热处理，热处理应在焊接后尽快进行。
44.将热处理后的扇形零件使用车床进行加工，恢复焊接部位原始尺寸。
45.将加工后的扇形零件送去无损检测，如仍有裂纹且同一部位焊接未超过两次，则重复以上工序进行修复；如仍有裂纹且同一部位焊接已超过两次，则报废处理；如无裂纹则交付合格品。
46.其中焊接前无损探伤和修复后无损探伤工序采用着色法。
47.具体夹具结构如图2～图5所示，包括型块1和压板2，此外还包括平垫圈3、螺栓4、螺母5，型块1、压板2以及螺栓4、螺母5均采用高温合金材料制成。
48.所述型块具有与扇形零件相同弧度的型面，且沿轴向方向，所述型块的内弧面上具有两个台阶面，分别与扇形零件外弧面上两个阶梯面对应，用于配合定位；所述型块内弧面轴向一端具有挂耳，用于与扇形零件的外翻槽配合，所述型块内弧面轴向另一端两侧具有用于安装压板的安装孔以及与压板配合的斜面。
49.所述型块在轴向方向中部的两侧具有缺口，且在用于安装压板的一端中部具有缺口，所述缺口用于露出扇形零件的开槽部位，提供扇形零件裂纹修复的焊接位置，方便焊接。
50.所述压板安装在所述型块两侧；所述压板安装在所述型块内弧面轴向另一端两侧，所述压板具有与所述安装孔配合的腰型孔，在腰型孔长度方向一侧具有与扇形零件内弧面上径向凸起配合的凹槽，在腰型孔长度方向的另一侧为斜面，用于与所述型块上的斜面配合。
51.扇形零件轴向一端的内弧面径向凸起以及外弧面分别与压板上的凹槽和型块上的台阶面配合，扇形零件轴向另一端外翻槽与型块上的挂耳配合，再通过螺栓穿过压板腰型孔和型块安装孔，能够将扇形零件紧固夹持。
52.夹具使用时，通过力矩扳手施加压紧力，压板2沿着型块1的斜面滑动，对扇形零件同时施加压紧力和拉力，在压紧力的作用下，扇形零件型面完全贴合型块1，保证型面轮廓度，同时，在拉力作用下，开槽部位产生预加的拉应力，用来抵消焊接应力。在焊接后，扇形零件在装夹状态进行热处理，可有效减少焊接变形。
53.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。