[发明专利]航空发动机叶片堆焊修复冷却系统及冷却方法

权利要求书

1.一种航空发动机叶片堆焊修复冷却系统的冷却方法，用于航空发动机压气机钛合金和镍基合金叶片堆焊修复过程的冷却调节，

所述航空发动机叶片堆焊修复冷却系统主要包括：柔性流道夹持冷却系统、随动式空气射流冷却系统以及自动冷却控制系统，所述的柔性流道夹持冷却系统包括夹具台(1)，夹具台上安装有夹持装置固定梁(2)和滑动导轨(29)，滑动导轨端部设有锁紧手柄(3)，焊接夹持机构安装在滑动导轨(29)上，焊接夹持机构包括对称设置的两个夹持件安装座，夹持件安装座可沿滑动导轨移动，夹持件安装座上分别固定安装有对称设置的由多个独立的带有冷却流道的散热紫铜键(32、33、34、35)组成的柔性夹持结构(36)，散热紫铜键内部设有冷却流道(39)，散热紫铜键与夹持件安装座之间设置有压紧弹簧，散热紫铜键间的冷却流道采用串联连接；所述的随动式空气射流冷却系统主要由安装在焊枪架(51)上的垂直射流冷却喷管(48)、侧吹冷却喷管(47)、气保护罩(42)、气保护喷嘴(43)、进气管(49、50)组成；自动冷却控制系统包括冷却液输入管路(18、4)、冷却液输出管路(17、5)、冷却液循环泵站(6、6-1)、冷却液热交换池(10)、温度传感器(26)、控制管线(7、7-1、11、13)和智能控制器(12)，温度传感器实时检测焊件温度，发送给智能控制器，智能控制器控制冷却液温度、流速及压力，通过对称的冷却液输入管路(18、4)和冷却液输出管路(17、5)给散热紫铜键输送循环的变温的冷却液，调整紫铜键的散热速率；柔性流道夹持冷却系统的带有冷却流道的散热紫铜键(32、33、34、35)成对称分布，其柔性流道夹持冷却系统对称设置有两个冷却循环回路；柔性流道夹持冷却系统中各散热紫铜键之间的冷却液管路接口(37、38)采用柔性弯管(22)串联连接，配合压紧弹簧(20、21、20-1、21-1)实现柔性贴合目标修复薄板(25)，达到散热均匀和柔性可调节的目的；散热紫铜键具有可伸缩的冷却液流入导管(23、28)和可伸缩的冷却液流出导管(19、31)，冷却液流入导管(23、28)与冷却液流出导管(19、31)材质为紫铜，冷却液流入导管(23、28)与冷却液输入管路(18、4)之间以及冷却液流出导管(19、31)与冷却液输出管路(17、5)之间安装有滑动密封，冷却液流入导管(23、28)和冷却液流出导管(19、31)可以随散热紫铜键移动而伸缩，并保持密封属性；

所述方法包括以下步骤：

(1)焊接进行前，将叶片型号输入智能控制器；

(2)智能控制器根据叶片型号规划适合的冷却工艺，包括是否采用水冷和气冷、采用水冷时流道的冷却参数以及采用对流冷却时垂直射流冷却喷管(48)与焊枪的距离、侧吹冷却喷管(47)的角度参数；

若待修复叶片为钛合金叶片，智能控制器采用柔性流道冷却与随动射流冷却相结合的复合冷却方式，并根据叶片的型号对应的热源半径参数自动调整垂直射流冷却喷管与焊枪的距离，以及侧吹冷却喷管的角度，同时，根据叶片型号数据输出柔性流道冷却液的冷却参数指令，控制流道内的冷却液流速和温度，开始进行焊接；

当待修复叶片为镍基合金叶片时，智能控制器仅启用柔性流道焊接冷却系统，根据叶片型号数据输出柔性流道冷却液的冷却参数指令，控制柔性流道内的冷却液流速和温度，开始进行焊接；

(3)焊接过程中温度传感器(26)实时检测焊件温度，发送给智能控制器；

(4)智能控制器控制冷却液温度、流速和压力，同时控制垂直射流冷却喷管(48)与焊枪的水平距离、喷射压力以及侧吹冷却喷管(47)的喷射角度；

对于钛合金叶片，如果熔池温度高于相变温度以上的某个设定范围，则加快流速并降低冷却液的入口温度，使流道内湍流换热增强，同时加快随动冷却系统空气的流速；

对于镍基合金叶片，可根据工艺需求增加或降低流速及冷却液温度从而形成散热速率的闭环控制，进而控制Nb的析出比例；

(5)通过冷却液输入管路(18、4)和冷却液输出管路(17、5)给散热紫铜键输送循环的变温的冷却液，进而调整散热紫铜键的散热速率；通过调整垂直射流冷却喷管(48)、侧吹冷却喷管(47)角度，调整气体对流冷却效率；通过调整垂直射流冷却喷管(48)与焊枪的水平距离以适应不同叶片的熔池半径。