航空超薄压气机叶片堆焊修复关键参数研究

热源功率、送丝速度、冷却速率是影响超薄压气机叶片堆焊修复质量的关键参数。通过建立数学模型,计算了不同送丝速度下堆焊高度的数值解。根据合金热物性参数和前期钛合金试验结果,推导出Inconel718合金的热输入范围。针对超薄叶片修复特征,选择送丝速度为2.54 mm/s时进行传热建模,求解出不同热输入下焊缝截面的最高温度分布曲线,分析得到与之相匹配的热输入数值。在此基础上,结合流体传热理论,求解出不同冷却流速下的流体温度和夹具等温线的变化,并得到熔池及焊缝截面最高温度随时间的变化曲线。结果显示:在热输入为431 W、送丝速度为2.54 mm/s、流体流速为4.6 L/min时,焊缝可达到较好的热循环效果。研究方法及结果为压气机叶片堆焊修复工艺设计提供参考,具有较好的工程应用价值。     

低热输入高效成形电弧增材制造研究进展及展望

电弧增材制造作为金属增材制造技术的一个重要分支,以电弧为载能束采用逐层堆积的方式制造金属构件,因其制造成本低、成形效率高、材料利用率高等优势,在航空航天、国防领域具有广阔的应用前景。沉积层热输入与丝材熔化效率的解耦控制是推进电弧增材制造技术高效、高质量发展与应用必须解决的关键科学与技术难题。分析了热输入与成形效率强耦合的主要原因,重点阐述现有的高效成形方法、热积累控制方法、低热输入热源的研究进展与不足,指出了未来电弧增材制造低热输入高效成形的主要发展方向。     

单晶叶片激光修复研究进展

单晶叶片激光修复技术为航空领域节约了大量成本,该技术以增材制造工艺为基础,以期在单晶基底上通过定向凝固生长出理想的单晶结构。目前,主流的单晶叶片修复技术包括以下两类：定向能量沉积技术（Directed Energy Deposition,DED）、粉末床熔融技术（Powder Bed Fusion,PBF）。本文综述了两种主要修复技术的研究进展,总结了修复过程中工艺参数的影响及单晶生长的机理,阐明了单晶修复技术在航空领域的应用潜力。此外,本文还讨论了单晶叶片修复目前面临的主要挑战,并对其未来发展趋势进行展望。     

柔性再制造增材修复系统

失效零件再制造修复的特点是:待修复形状和位置的随机变化特性,修复件性能不均匀性,修复加工需控制成本。针对性地提出构建满足个性化修复需求的系统构建策略:增材制造系统用于修复,同时配用小热输入量的弧焊电源;构建了由机器人作为承载体、弧焊电源、开发的控制系统和辅助系统组成的柔性增材修复系统;详细介绍系统的设计原则、设备选用和系统集成;选择了库卡机器人,选用具有"冷金属过渡技术"(CMT Advanced)弧焊电源,研发了由工控机为硬件的控制系统。这套系统可以很好地完成修复工作,满足退役零件个性化的修复需求。     

激光增材制造过程中循环热输入对组织和性能的影响

激光增材制造(LAM)中逐层沉积形成独特的循环热输入,能对沉积材料产生原位热处理(IHT)效应,具有调整微观结构和提高材料力学性能的潜力。本文针对LAM中循环热输入现象进行了详细阐述,分析了工艺参数、沉积方向、层间延时、基板预热、激光重熔等对循环热输入的影响行为。不同的循环热输入能对晶粒取向、相组成、第二相析出等微观组织产生明显的影响,进而影响其力学性能。循环热输入产生的IHT效应,为改善材料性能和研发新材料提供了契机。因此本文提出了理解和建立成分-工艺-IHT效应-组织结构-力学性能之间关系的理论,进而为基于IHT效应的LAM专用新材料的研究和发展提供启示。     

基于逆向建模的铝合金薄壁件电弧增材再修复成形研究

基于结构光三维扫描尺寸采集技术、Geomagic软件数据处理与逆向重构技术、AMSlicerPro软件模型剖分切片与路径规划技术等,对铝合金ZL114A薄壁件的待修复区域进行逆向建模,通过焊丝ER4043电弧增材再修复试验完成薄壁样件的修复,利用无损探伤、显微硬度计、电子万能试验机及扫描电子显微镜等分析测试手段,对电弧增材再修复样件熔敷区域的性能与组织进行表征.结果表明:成形样件表面无开口缺陷,内部组织致密、无肉眼可见缺陷;修复区域顶部的显微硬度略高于底部,中间区域显微硬度稳定;平行于熔敷方向的试样力学性能均优于垂直于熔敷方向的试样,成形样件力学性能呈现一定的各向异性;修复区域组织Al-Si共晶呈细小条状分布于α固溶体中,并从底部指向顶部延伸,顶部Al-Si共晶分布更加弥散,对α基体的切割效应小,使得其性能比底部更优.     

脉冲频率和热输入对电弧增材制造TC4形貌和组织的影响

粗大β柱状晶导致的各项异性是电弧增材制造TC4合金面临的主要问题。为解决上述问题,采用不同的脉冲频率和热输入成形了多组试样,并结合有限元分析,重点研究了热输入和脉冲频率对成形TC4合金形貌和组织的影响。结果表明:随着脉冲频率增加,试样宽度先快速减小,随后略有增加,β晶粒由柱状晶转变为等轴晶,并且得到细化,但α相没有显著变化;提高热输入有利于获得等轴晶,但会增加试样的宽度,还会导致α相变得粗大。试样的宽度由熔池的尺寸决定,主要与平均热输入和峰值阶段输入的热量相关。提高脉冲频率能破碎树枝晶,降低温度梯度,有利于增加形核率,提高热输入也能降低温度梯度,因此能够获得等轴晶。α相形貌主要与相变时的冷却速度相关,降低热输入能增大冷却速度,细化α相。     

大型离心压缩机叶片热成形回弹研究

研究了大型离心压缩机叶片热成形工艺参数对回弹的影响。对叶片材料沉淀硬化不锈钢FV520B进行了高温力学性能实验,并建立了该材料高温下本构方程。利用所建立本构方程,对叶片热成形工艺进行了有限元建模仿真,探究了叶片加热温度、摩擦系数和保压时间对回弹的影响。发现叶片加热温度对回弹影响较大,在800～900℃温度区间回弹下降趋势明显,900～950℃区间下降趋势变缓,同时叶片厚度减薄加剧,说明900℃是合适的叶片加热温度;摩擦系数对回弹影响较小,较低和较高的摩擦系数都会减小回弹,但较大的摩擦系数会导致叶片减薄,影响表面质量,应尽可能将摩擦系数控制在0. 25以下;保压时间控制在100～150 s区间内较为合适。同时确定了回弹前后比对基准区域,并对回弹较明显区域进行了标识划分。最后将优化后的工艺参数应用于生产验证,结果表明除掉少数边缘区域外,叶片大部分区域回弹都控制在±1 mm内,模拟结果与试验结果在回弹发生区域基本符合。     

Finite element analysis of welding residual stress of aero engine blisk by controlling heat input

In order to improve aero engine performance, it is necessary to reduce the welding residual stress of aero engine blisk. In this paper, finite element method was employed to simulate electron beam welding process of blisk, in accordance with the deducing formula (p = kh) , the heat input is changed with the weld depth to control welding residual stress of blisk. The calculation results show that welding residual stress of blisk can be controlled effectively by reducing the heat input on the conditions of meeting the demand of weld penetration and guaranteeing the welding quality, a new theoretical method and some numerical data are provided for controlling welding residual stress of blisk.     

航空发射装置片簧失效分析

工厂在修理飞机时,发现航空发射装置片簧断裂。本文通过外观检查、断口形貌观察、组织及硬度检查等方法,对断裂的片簧进行了分析。结果显示,片簧失效模式为氢致延迟和机械疲劳复合断裂。结合片簧的表面处理及其使用过程,分析认为不正常的表面处理及飞行中的振动均为导致片簧失效的重要因素。     

Research on compressor utilizing hydrogen storage materials for application in heat treatment facilities

The design of hydrogen compressor utilizing hydrogen storage alloys for application in heat treatment facilities is presented. This compressor working between 0.02 and 3.3 MPa could be an alternative for a mechanical compressor. In laboratory experiments, a model of the hydride compressor was used (scale 1:13). The compressor model uses LaNi_4.8Sn_0.2 (45 kg) and LaNi_4.25Al_0.75 (3.5 kg) alloys closed in two separate containers equipped with heat exchangers. The alloys were being heated and cooled by oil flowing through the containers. It was noticed that penetration of hydrogen to the alloy bed situated in the lower part of the containers was not sufficient. The experiments have shown a high efficiency of heat exchangers mounted in the container with LaNi_4.8Sn_0.2 (finned tubes) and too small efficiency of heat exchangers mounted in the container with LaNi_4.25Al_0.75 (smooth tubes). The initial research of the stability of alloys subjected to many hydrogen absorption-desorption cycles (207 cycles) was carried out for 0.3–3.3 MPa pressure range (LaNi_4.8Sn_0.2 at 310–450 K) and 0.02–0.3 MPa (LaNi_4.25Al_0.75 at 315–410 K). The desorption isotherm for LaNi_4.8Sn_0.2 at 293 K was also determined.The experiments revealed that energy losses were too high to use the hydride compressor instead of a mechanical compressor in an industrial application. Reducing energy loss would be the most important point of further research.     

航空发动机压气机叶片损伤分析与监控对策

针对发动机在服役过程中,压气机叶片因外物打伤而产生裂纹、掉块等缺陷的问题,运用基于断口分析和能谱分析的失效分析方法,查明了导致发动机压气机叶片损伤的机理和根本原因,提出了集内窥检测和涡流检测于一体的监控对策.通过检测试验分析了叶片损伤图像和检测信号的典型特征,找出了缺陷的涡流信号显示与实际缺陷大小的对应关系,为准确可靠...     

铝合金薄板脉冲MIG焊低热输入工艺

利用数字化焊接电源在AA6061铝合金板上进行了单脉冲,双脉冲和梯形波三种脉冲熔化极焊接工艺的平板堆焊试验.分别通过改变基值时间、焊接速度两种方式来探讨焊接工艺参数对铝合金薄板脉冲MIG焊输入能量及显微组织的影响机理.结果表明,提高焊接速度和通过调节低能量脉冲群的脉冲个数与调节低能量脉冲群的脉冲基值时间来增大基值时间均可以降低热输入,且通过增大基值时间来降低热输入的方式能够细化焊缝组织中的晶粒尺寸,而增大焊接速度则可以提高焊接接头的硬度.     

压缩机叶片激光再制造成形闭环控制设计与实现

针对压缩机叶片激光再制造成形精度要求高、形状及形变控制难度大以及成形过程自动化、智能化水平低的工程实际情况,以边部非规则体积损伤压缩机薄壁叶片成形为目标,设计并实现了叶片激光再制造成形闭环控制系统,实现了形状及形变尺寸的闭环监测和激光功率的在线调节,开展了体积损伤薄壁叶片的激光再制造成形闭环控制. 试验结果表明, 叶片形状恢复充分,表层无裂纹,系统尺寸监测精度可达0.1 mm,系统参数反馈周期为0.5 s,采样频率为2 Hz.     

航空换热器封头成形工艺分析与模具设计

通过对航空换热器封头的结构进行分析,提出不同的成形方案,最终采用分割零件,补全型面,分别拉深成形,还介绍了分型面的选择和模具设计要点。实践证明:该模具解决了零件成形难的问题,满足零件成形精度的要求。     

关于焊接热输入公式的探讨

焊接热输入对焊接接头的力学性能有着相当大的影响。尽管在焊缝力学性能合格的范围内 ,焊接热输入的取值范围比较宽 ,但是对许多焊接构件 ,特别是重要的焊接构件 ,严格控制焊接热输入的输入 ,提高焊接接头的焊接质量是至关重要的。因此 ,研究焊接热输入公式 ,纠正焊接热输入和公式中尚存的个别欠缺 ,消除因焊接热输入公式而引起的误会或计算误差 ,对保证重要焊接构件的焊接质量和促进焊接科研工作的正常开展具有十分重要的意义。1　焊接热输入定义的改进焊接热输入的定义在不同的教科书上表述的方法是不同的 ,但其实质性的内容是相同的。即 …     

电磁热止裂与激光熔覆再制造研究

热作模具钢因承受较大的冲击力且反复加热和冷却,容易产生表面裂纹。本实验利用电磁热效应理论,采用脉冲放电使裂纹尖端钝化形成焊口而止裂。继而采用激光熔覆修复方法填平裂纹,最终达到热作模具钢止裂并修复的目的。