[发明专利]航空发动机叶片堆焊修复冷却系统及冷却方法

说明书

本发明公开了一种航空发动机叶片堆焊修复冷却系统及冷却方法。系统主要由柔性流道焊接夹持冷却系统、随动式空气射流冷却系统以及自动冷却控制系统组成。柔性流道焊接夹持冷却系统的冷却液流道分别布置在独立的紫铜键中，可随紫铜键的移动实现散热的柔性调节，从而始终保持对被夹曲面合金的近距离冷却；随动式空气射流冷却系统安装在焊枪上，可随焊枪的移动等速移动，并且通过自动调节垂直射喷管与焊枪的距离以及侧吹冷却喷管的角度实现对流冷却；针对不同叶片的传热特性自动规划冷却工艺，通过自动冷却控制系统实现对压力、流速、喷管距离及角度的控制实现闭合回路的实时动态控制，从而实现焊接过程中的冷却调节，达到较好的焊接修复效果。

技术领域

本发明属于航空维修技术领域，特别是涉及一种航空发动机叶片堆焊修复冷却系统及冷却方法。

背景技术

航空发动机压气机叶片长期在高温和高压联合作用的复杂环境下工作，叶片经常发生各种不同程度的损伤。对具有修复价值的受损叶片进行修复具有广泛的市场需求，也为业界所认可。微束脉冲等离子弧焊(MPAW)在小电流下很好的电弧稳定性使其非常适合焊接超薄合金，是目前叶片焊接修复的主流手段。由于焊接时熔池温度较高，钛合金叶片很容易吸入N、H、O等杂质，影响焊接质量。采用惰性气体保护并不能达到完全隔离的效果，采用真空焊接环境成本较高，且某些自动焊枪的结构和运行方式不易实施。对于超薄钛合金的堆焊修复，为了达到更好的焊接质量，增加夹具冷却速度，可以有效降低焊接区在250℃以上停留的时间，减少杂质的吸入。此外，加快冷却速度还可以促进α-Ti的形成，有效提升焊接质量。而对于镍基合金，调节控制冷却速率可以控制合金中Nb的析出比例，影响焊接后的韧性和强度。因此，对于不同合金叶片，要求在焊接过程中能够调节和控制冷却速率。

此外，由于钛合金及镍基合金的导热系数都很低，熔池通过母材的传导向外界的换热效果较差，需要设计焊接流道使流体换热区距离熔池越近越好。其次，由于叶片都是具有弧度的自由曲面，在夹持时需要采用一种柔性夹持结构对叶片进行夹持，使夹持面与叶片具有良好的接触贴合度，有利于熔池的换热。因此需要一种具有柔性夹持且可以进行柔性散热调节的散热系统。

发明内容

为了解决上述问题本发明公开了一种航空发动机叶片堆焊修复冷却系统及冷却方法。系统主要由柔性流道焊接夹持冷却系统、随动式空气射流冷却系统以及自动冷却控制系统组成。柔性流道焊接夹持冷却系统的冷却液流道分别布置在独立的紫铜键中，可随紫铜键的移动实现散热的柔性调节，从而始终保持对被夹曲面合金的近距离冷却；随动式空气射流冷却系统安装在焊枪上，可随焊枪的移动等速移动，并且通过自动调节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实现对流冷却；针对不同叶片的传热特性自动规划冷却工艺，通过自动冷却控制系统实现对压力、流速、喷管距离及角度的控制实现闭合回路的实时动态控制，从而实现焊接过程中的冷却调节，达到良好的焊接修复效果。