单晶涡轮叶片气膜孔加工技术及其发展

对比分析了传统电火花、电液束及长脉冲激光加工在航空发动机单晶涡轮叶片气膜孔加工品质、加工精度或加工效率等方面的优势与不足,指出飞秒激光技术可为单晶叶片高品质气膜孔加工提供解决方案。为此,重点分析了飞秒激光"冷加工"特性及机理,并介绍了能量损伤阈值的基本理论及试验测定方法;同时,概述了飞秒激光烧蚀机理的数值计算模型及方法,提出结合双温度场模型的分子动力学方法是数值模拟的发展方向。     

涡轮叶片气膜孔制造及检测技术发展与展望

涡轮叶片作为航空发动机最核心的热端部件,在叶身加工气膜冷却孔是提高叶片承温能力的必然趋势。目前主流制孔工艺方法包括电火花加工（EDM）、电化学加工（ECM）与激光加工。其中,电火花制孔工艺最成熟,成本效率优势最为明显,广泛应用于多种型号叶片;电化学制孔可以满足“无重熔层、无微裂纹、无热影响区”的孔壁质量验收要求,但对异型孔加工能力不足限制其应用前景;长脉冲激光主要应用于静子件及燃机叶片的制孔,近些年随着超快激光技术的迅猛发展,孔壁加工精度及质量得到显著提升,使其在叶片转子件的制孔中也获得应用。此外,采用磨粒流、磁力研磨等气膜孔后处理工艺可消除孔口相贯线锐边,避免应力集中效应导致锐边起裂。目前,气膜孔检测技术的工程化应用滞后于加工技术,但对于叶片制孔质量控制与验收标准制定具有重要意义,亟需建立相关标准将先进测试表征方法应用于工程生产中,并长期助力智能制造技术发展。     

磁力研磨工艺提高叶片表面质量的试验研究

目的 提高航空发动机涡轮叶片的服役年限。方法 应用磁力研磨工艺提高涡轮叶片表面质量,包括降低叶片表面粗糙度、去除飞秒激光制孔过程中产生的棱边毛刺以及降低叶片表面残余应力,建立神经网络模型确定最佳工艺参数,在最佳工艺参数下对叶片进行研磨加工。使用JB-8E触针式表面粗糙度测量仪、超景深显微镜和X''Pert Powder残余应力测试分析系统,分别对叶片表面粗糙度、孔口形貌以及叶片表面残余应力进行分析。结果 叶片在最佳工艺参数下完成研磨加工,叶片表面粗糙度从3.08 μm下降到0.19 μm,叶片气膜孔棱边毛刺基本去除,且存在倒圆迹象,研磨后叶片晶格更加致密,受力状态从残余拉应力(324.7 MPa)转变为残余压应力(132.8 MPa)。结论 应用磁力研磨工艺可以有效降低叶片表面粗糙度,去除叶片气膜孔的棱边毛刺,对气膜孔的棱边进行倒圆加工,提高飞秒激光制气膜孔的表面质量,同时还可以将叶片的残余拉应力转化为残余压应力,使得叶片晶格排布更加紧密,在提高叶片强度和耐磨性的同时不会引入新的缺陷,增加叶片的服役寿命。     

单晶材料皮秒激光旋切制孔热过程影响研究

根据超短脉冲激光同材料作用的原理,材料通过光化学机制被去除,加工区域的瞬时温度将超过材料的气化温度值。通过热成像仪对皮秒激光旋切制孔过程中的加工区域进行实时观测,研究了皮秒激光打孔过程中的热过程,比较了同轴气体的存在对加工区域温度场的影响,指出在皮秒激光旋切制孔工艺中,并未观测到单晶材料加工区域的温度升高到气化、液化温度以上的情况,加工区域的温度仍保持在较低水平。因此从宏观上看,皮秒激光制孔工艺属于"冷加工"范畴。提出的通过热成像仪对制孔过程在线控制的方法,可为单晶材料超快激光打孔工艺参数的优化及过程控制提供参考。     

复杂空心定向涡轮叶片高强度型芯技术研究

针对复杂空心定向涡轮叶片精密铸造技术需求,在前期研究基础上,研究了陶瓷粉料级配技术、型芯成型工艺、型芯焙烧工艺、型芯低温强化工艺,制备出满足高推重比发动机空心涡轮叶片浇注要求的陶瓷型芯材料。该材料应用后,某型航空发动机高压涡轮定向空心无余量工作叶片合格率达60%以上,解决了航空发动机定向空心叶片精密铸造行业技术瓶颈。     

高压涡轮导向叶片气膜孔皮秒激光加工试验

针对高压涡轮导向叶片气膜孔加工问题,进行了皮秒激光加工DD5高压涡轮导向叶片的试验,采用正交试验法研究了激光功率、离焦量及单层进给量对叶片气膜孔加工的重熔层、锥度和加工效率的影响规律。结果表明：气膜孔的加工效率随着激光功率和单层进给量的增加呈上升趋势,孔由正锥形变为圆孔或微倒锥后再变为正锥形;皮秒激光处于负离焦状态时,气膜孔的重熔层更易控制,且孔更易接近圆孔或倒锥形;当加工参数为激光功率60 W、离焦量-0.2 mm、单层进给量0.03 mm时,加工的气膜孔呈现直圆孔,无重熔层、热影响区和微裂纹。     

单晶空心涡轮叶片精确控形技术的研究进展

针对航空发动机单晶空心涡轮叶片的精确控形技术,结合国内外相关工作的研究状况,从空心涡轮叶片复杂陶瓷型芯精密成形技术、单晶高温合金叶片近净形熔模精密铸造技术及叶片精铸过程尺寸精度控制方法等方面,对单晶空心涡轮叶片精确控形技术领域取得的研究成果进行了总结和分析。重点介绍单晶空心涡轮叶片精确控形技术领域内取得的研究成果,论述了我国单晶空心涡轮叶片精确控形技术的未来研究重点。     

航空发动机带热障涂层火焰筒异形孔制造又添全新加工手段

正前不久,中国科学院西安光学精密机械研究所召开了"商用航空发动机带热障涂层火焰筒超短脉冲激光精密制孔设备及全套加工工艺"评审会,来自中国航发商发、中航动力等4家单位共17名专家与代表参加了此次会议。经与会专家质询、讨论以及现场考察等环节,评审专家组认为基于机械臂的柔性火焰筒超短脉冲激光精密制孔设备及全套加工工艺实现了带热障涂层火焰筒异形孔的高品质加工,可用于商用发动机带涂层火焰筒异形气膜孔的加工。     

涡流阵列探头在高压涡轮叶片原位检测中的应用

针对某发动机高压涡轮叶片的结构与裂纹特点,特别是考虑了裂纹产生的特殊部位及叶片形状对涡流场耦合的影响,提出了高压涡轮叶片原位涡流阵列检测技术。为保证原位涡流检测的可靠性,设计了专用的涡流阵列探头,同时根据检查孔与叶片的空间位置关系制作了特殊工装,解决了高压涡轮叶片的原位检测难题。     

无余量精铸工艺及质量控制

航空发动机上涡轮的零件由难于机械加工的耐热合金制成,零件的尺寸要求精确且形状复杂,例如图1所示为涡轮转子叶片。要制造内腔带有冷却孔道的,形状复杂的叶片零件,通常采用无余量熔模精密铸造的方法。一、对无余量精铸件的精度要求无余量精密铸造并非不留一点加工余量,只是将余量控制在允许范围内,表1列举了斯贝发动机的几个典型精铸件的尺寸公差。二、无余量精铸工艺精铸件主要工作表面由加工到不加工,必     

气膜孔扩散结构分块成形加工中伺服轨迹修正算法优化

气膜冷却孔用于保证航空发动机涡轮叶片在高温、高压环境下工作。带有复合角出口扩散结构的气膜冷却孔具有更好的冷却性能。采用棒状方形截面电极的电火花分块成形加工扩散结构是一种气膜孔加工新方法,具有工具电极成本低、工作液易于更新和可连续加工的工艺优点。针对电火花分块成形加工中保持微小放电间隙时的工具电极三维空间伺服进给轨迹误差问题,提出了加工轨迹误差修正算法,并通过实验重点优化了算法参数。典型气膜冷却孔加工的结果验证了轨迹修正算法可提高精度的有效性。     

单晶高压涡轮外环块再结晶缺陷控制

分析了新型发动机燃烧室高压涡轮外环块铸件的结构、铸造工艺因素对单晶铸件再结晶缺陷的影响,设计了DD5和DD6两种二代单晶高温合金定向凝固单晶铸造的试验方法,研究了典型单晶铸件DD6单晶合金高压涡轮外环块的再结晶缺陷类型和形成机理。通过采取优化工序流程、优化产品结构、增加工艺补贴等措施,将该高压涡轮外环块的再结晶缺陷从95%降低到10%以下,极大提升了单晶铸件的单晶完整性及产品合格率,降低了研制成本,提高了该铸件高温力学性能及使用可靠性。     

燃气轮机涡轮叶片制造工艺现状及发展方向

航空发动机和燃气轮机,被誉为工业"皇冠上的明珠",其涡轮叶片的制造工艺是典型的高科技、高附加值技术.本文概括阐述了近年来铸造涡轮叶片材料和构型的发展现状及未来发展方向,结合现阶段产品介绍了涡轮叶片的制造工艺特点现状,归纳论述了涡轮叶片制造工艺难点,并对涡轮叶片新材料的发展和制造工艺革新进行了展望.     

攻克叶片制造难题 为航空发动机加动力

正我国在大飞机制造技术上与西方发达国家仍存在较大差距,重大瓶颈问题就是发动机的推力严重不足。为提高发动机推力,就需要发动机的涡轮叶片具有更高的承温能力。因此,国外大推力航空发动机全都采用单晶高温合金叶片。而在我国,由于单晶高温合金叶片制造技术的落后,大推力航空发动机只能采用定向柱晶叶片,从而导致发动机的动力、寿命与可靠性严重不足。显然,单晶高温合金叶片制造技术的突破将成为我国大飞机制造发展的关键。2007年,国内的航空航天技术也进入了新的发展阶段,国家宣布大飞机立项,迫切需要高温合金专业的研究人员。2009年6月,中国科学院金属研究所研究员周亦胄在中国科学院"百人计划"项目的支持下开始组建单晶高温合金制造技术实验室,瞄     

大型涡轮转子叶片熔模精铸特点

四级涡轮转子叶片是某型号燃汽轮机高压转子部件动力涡轮中零件尺寸最大、外形结构复杂、叶片各项性能要求极高（如叶片弯扭度、型面尺寸精度、表面粗糙度及铸件内部冶金质量等）的熔模精密铸件。其材料为国际镍公司研制的新型ＩＮ７３８高温镍基合金，化学成分复杂，力学性能要求高，所以精铸工艺难度大。通过四级涡轮转子叶片的试制，对大型叶片熔模精铸生产过程中的变形和疏松两大工艺难点及采取的工艺措施作了介绍。     

某型发动机涡轮工作叶片阻尼叶冠激光熔覆修复工艺

针对某型发动机涡轮叶片采用氩弧焊堆焊阻尼叶冠时存在焊后变形大、易产生应变时效裂纹的问题,讨论了激光熔覆主要工艺参数对熔覆层质量的影响,分析叶片熔覆工艺参数选择时应注意的内容,研究制订了合理的激光熔覆工艺参数,实现了叶片阻尼叶冠的修复。修复后的叶片通过金相观察、硬度测试、拉伸试验及工厂试车,均符合相关技术要求,应用情况良好。     

高压涡轮导向器FTA分析及维修方案设计

高压涡轮导向器是航空发动机重要零部件之一,由于工作环境恶劣,经常出现腐蚀、烧伤、变形、鼓包、裂纹、掉块等故障。本研究介绍高压涡轮导向器故障情况,采用故障树法逐层分析故障产生的原因,利用逻辑决断法确定外场维修工作,制定维修方案,提出采用激光焊接修复工艺代替传统的氩弧焊接工艺,解决高压导向器修复后再次开裂的难题,提出预防改进措施。本文对节约发动机维修成本、保证产品质量和修理周期、提高发动机工作可靠性、保障部队飞行安全等具有理论意义和工程实践价值。     

发动机低压涡轮导向叶片裂纹分析

低压涡轮导向叶片是发动机中重要热端部件之一,叶片在高温燃气环境下工作,服役条件十分恶劣。发动机工作结束后,发现低压涡轮导向叶片表面存有裂纹和基体缺失现象。通过外观检查、断口宏微观分析、材质分析、气膜孔检查及热模拟试验等手段,对低压涡轮导向叶片的裂纹性质及萌生原因进行分析研究。结果表明:故障低压涡轮导向叶片的裂纹性质为疲劳裂纹,叶片在工作过程中热障涂层脱落,导致叶片组织超温,使其抗疲劳性能下降并萌生疲劳裂纹。     

金属材料超快激光制孔研究进展

超快激光作为一种先进加工手段，因具有高柔性、高峰值功率密度、热影响小等特点可满足任意材料的精密加工，在航空航天、电子信息、新能源等领域的金属材料精密制孔中具有显著优势，故针对金属材料的超快激光冲击制孔、铣削制孔、螺旋制孔、环切制孔以及复合工艺制孔等工艺进行综述，总结了各制孔工艺的优势和面临的挑战。     

DD6单晶带气膜孔平板试件高周疲劳性能研究

利用电液束、激光、电火花三种不同制孔工艺制备了DD6镍基单晶高温合金气膜孔平板试验件,在980℃下对试件的高周疲劳性能进行了测试,并对疲劳极限与断口形貌进行了分析比较.结果表明:不同制孔工艺对试件的高周疲劳性能影响显著,电液束制孔工艺的疲劳极限较高速电火花制孔、毫秒激光制孔工艺提升约5.3％和7.1％.不同制孔工艺的试...