大推力航空发动机热端部件损伤修复技术综述

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1、2008年制造工程分会发动机先进制造技术学术会议大推力航空发动机热端部件损伤修复技术综述张胜、侯金保、李晓红(北京航空制造工程研究所102室，北京100024)【摘要】本文针对具体的航空发动机热端部件裂纹、磨损等典型损伤，介绍了氟活化连接、活化扩散愈合、利宝地粉末冶金、涡轮叶片叶尖磨损的精密焊接修复等典型的修复方法和国内外技术发展现状。【关键词】热锻部件损伤修复1前言大飞机是代表一个国家竞争力的制高点，发展大飞机，是国家综合实力的体现。我国经济的高速发展和庞大的市场需求使发展具有自主知识产权的大飞机成为国

2、内共识。目前我国航空工业已经初步具备了制造大飞机的能力，但是在装备维护保障方面，特别是在大推力航空发动机热端部件的修复与再利用方面，近二十年来没有取得大的突破，国内民航使用的大型客机，其受损的关键热端部件完全送到国外修理，增加了使用维护成本，延长了维护周期。因此在我国发展大飞机时，如何正确处理设计、制造、使用和维护之间的关系，在提高性能和可靠性的同时，降低使用、维护成本，是摆在我国航空工业者面前的一项现实而紧迫的课题。航空发动机热端部件通常包括高压压气机、燃烧室、涡轮及尾喷管等。由于工作环境非常恶劣，热端

3、部件在使用过程中往往因局部损伤而过早报废。这些报废的部件，除损伤处外，其它部位的组织性能仍满足工作要求，具有修复利用的工程价值，因此，通过焊接及相关配套修复技术对损伤热端部件进行修复和再利用，使其重新满足发动机的使用要求，对于提高航空发动机的维护保障能力，降低运行成本，具有积极的推动作用。2国外技术发展现状西方主要发达国家早已认识到热端部件修复技术在保证航空发动机正常运行、延长航空发动机使用寿命方面的重要意义和巨大的技术经济效益，并在热端部件的损伤机理、损伤容限、可修理性评估、修复工艺方法的选择和研究、部

4、件修复后的质量评定和使用可靠性评定等方面进行了大量系统的基础性研究。上个世纪70年代末荷兰的ELBAR开展了一项为期五年的欧共体合作研究计划，对叶片的修复焊接技术和表面防护技术进行了系统的基础研究。同期，美国、加拿大、英国、法国、瑞典在军用和民用喷气发动机的叶片等热端部件的修复、强化技术研究中也均投入了巨额的资金，取得了一批新的修复技术，从而保证了叶片及热端部件的寿命与可靠性。俄罗斯在航空发动机叶片和其它热端部件的修复技术方面也进行了大量系统的基础研究，取得了许多研究成果，开发了诸如真空电弧钎焊技术焊接发

5、动机叶片耐磨镶片等成熟的发动机热端部件修复技术，并取得了非2008年制造I程分台发动机先进制造技术学术会议常好的技术和经济效益[1～3]。航空发动机损伤热端部件的基本修复过程包括修复前的检验与分析、分解、清理、损伤确认、复原热处理、损伤部位的处理、焊接、焊后型面尺寸的恢复、焊后质量检验、重新施加涂层等。限于篇幅，本文只对航空发动机热端部件的典型损伤修复技术的发展现状作简单的介绍。2．1裂纹裂纹是发动机热端部件长期工作后失效的主要损伤形式之一，其修复方法主要包括熔焊修复和钎焊修复两大类。熔焊工艺柔性好，但是

6、熔焊修复易导致在热端部件的焊缝及热影响区出现新的裂纹，且变形较大。钎焊修复整体加热，零件变形小，但采用钎焊方法修复热端部件裂纹，必须首先解决裂纹清理问题，因为裂纹内存在氧化膜，液态钎料无法润湿、铺展。裂纹清理目前主要采用氟碳清理和机械打磨两种方法。针对不同裂纹清理方法和结构特点，国外发展了相应的修复技术并得到工程应用。氟活化连接(FluorActivatedBonding，缩写为FAB)是综合了氟碳清理工艺和大间隙钎焊技术的新型修复技术。它首先通过氟碳清理工艺使裂纹内非常稳定的A1203及Tl、№、zr等

7、类似的氧化物还原，表面留下薄层的纯铬和纯镍，然后通过大间隙钎焊技术使裂纹愈合，如图i所示。由于它采用了与基体材料成分匹配的特殊钎料，经扩散处理后可使钎焊处保持与基体相同的组织和机械性能。这种工艺可在同一零件上重复应用很多次，还可以用于修复受腐蚀或有龟裂的部位。该技术现在己被一些主要的航空发动机制造公司批准用于修复各种导向器叶片，获得极好的效果，并得到了荷兰航空局、美国联邦航空局和民用航空局的认可。其综合质量保证规范(AQAP一4)还得到北大西洋公约组织军队的认可[4]。糍孽驾撼a清洗前b清洗月c钎焊后d修

8、磨后圈l采用氟活化连接技术修复的RB2Il高压涡轮叶片活化扩散愈合(ActivatedDiffusionHealing，缩写为ADH)是美国GE公司为维修航空发动机零件而开发的一种热端部件修复方法。其原理及工艺特点是：借助低熔点焊接合金把高温合金粉末“注入”裂纹中，通过液相烧结使焊接合金同时向高温合金粉末和基体金属中扩散，从而使裂纹得到愈合。ADH法主要2008《制造I程丹会发动机先进制造技术学术☆议由清理、裂纹填充、钎焊及焊