[发明专利]变形高温合金及不锈钢压气机转子叶片叶尖修复方法及工装

说明书

本发明属于航空发动机维修技术领域，涉及一种变形高温合金及不锈钢压气机转子叶片叶尖修复方法及工装。该方法采用激光选区熔化或电子束选区熔化工艺完成修复，其借助工装使叶片可置于激光选区熔化或电子束选区熔化设备成形区域并在叶尖处进行成形，通过三维扫描获取数据进行逆向建模得到需要修复成形的模型及相关位置信息，并设计相应的工装与叶片装夹，其结构和形式不限，工装可以用来完成叶片装夹，辅助定位及位置校准；定位校准后进行打印修复成形，最后完成后处理及检测；良好地控制了叶片修复的定位精度，且具有热输入小、晶粒细小力学性能好、变形小、表面粗糙度好、尺寸精度高、近净成形无需机加、成形快速高效等优点。

技术领域

本发明属于航空发动机维修技术领域，涉及发动机关键零部件的修复，具体涉及一种变形高温合金及不锈钢压气机转子叶片叶尖修复方法及工装。

背景技术

变形高温合金及不锈钢压气机转子叶片工作环境高温高压，其叶尖部分极易受损，需要进行大量的叶尖修复工作。传统的修复方法是采用激光焊等焊接工艺在叶片顶部堆焊，然后进行机加工、打磨去除多余材料，完成修复。这种方法存在焊接变形大、热输入大影响叶片组织性能、表面粗糙度差、尺寸精度差、机加难度大、效率低、成本高等诸多问题。因此迫切需要一种新的叶片叶尖修复方法，解决这些问题。激光选区熔化(SLM)和电子束选区熔化(EBM)是新型增材制造工艺，具有热输入小、晶粒细小力学性能好、变形小、表面粗糙度好、尺寸精度高、近净成形无需机加、成形快速高效等优点，将激光选区熔化(SLM)和电子束选区熔化(EBM)应用于叶片叶尖修复将解决传统修复方法的各种问题。然而激光选区熔化(SLM)和电子束选区熔化(EBM)是用来直接制造零件的工艺，此前并无用于零件修复的方法，要利用其进行叶片叶尖修复需要克服诸多难题：零件的装夹定位难、零件对设备工艺过程有干涉、修复部分无三维数模、零件打印时激光、电子束难以准确定位于修复区域、打印材料与母材结合等。

发明内容

本发明的目的是：提供一种变形高温合金及不锈钢压气机转子叶片叶尖修复方法及修复工装，实现将激光选区熔化(SLM)和电子束选区熔化(EBM)用于零件修复的技术突破，发挥出选区熔化尺寸精度高、变形小、表面粗糙度好、速度快等优势，良好地控制叶片修复的定位精度，并提升修复工作的效率和质量，实现批量修复。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一方面，提供一种变形高温合金及不锈钢压气机转子叶片叶尖修复方法，所述修复方法利用激光选区熔化或电子束选区熔化来对变形高温合金及不锈钢压气机转子叶片叶尖进行修复；通过激光选区熔化设备或电子束选区熔化设备在叶片的叶尖表面进行逐层铺粉并利用激光或电子束扫描成形；包含以下步骤：

步骤一、工装设计与叶片装夹：所述工装安装于激光选区熔化设备或电子束选区熔化设备安装基板上，装夹并辅助定位叶片，对叶片位置进行校准；并辅助激光选区熔化或电子束选区熔化对叶片叶尖修复；

步骤二、表面磨平：将叶片固定在工装上，将叶片与工装顶部磨削齐平；

步骤三、三维扫描：将保持装夹状态的叶片与工装整体进行三维扫描，获得完整的点云数据，并测量确定叶片、工装间的相对位置；

步骤四、逆向建模：利用点云数据进行几何重构，进行逆向建模，获得叶片连同工装的三维数字模型，在叶片顶部待修复的叶尖处，建立待修复部分的三维模型；

步骤五、打印空间定位：完成叶片及工装的三维数字模型在激光选区熔化或电子束选区熔化工艺的模型处理软件中的打印空间定位，将叶片叶尖待修复部分的三维模型设定为打印零件；

步骤六、修复材料选择及工艺参数设定：

材料：激光选区熔化使用粒度范围10-80um的高温合金及不锈钢粉末；电子束选区熔化使用粒度范围40-150um的高温合金及不锈钢粉末；