航空發(fā)動(dòng)機(jī)典型修理工藝演示文稿

航空發(fā)動(dòng)機(jī)典型修理工藝演示文稿當(dāng)前第1頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)（優(yōu)選）航空發(fā)動(dòng)機(jī)典型修理工藝當(dāng)前第2頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)焊接翻修工藝根據(jù)焊絲在焊接過程中的作用范圍不同，氬弧焊可分為熔化極氬弧焊和非熔化極氬弧焊。熔化極氬弧焊的焊絲既是焊料又是電極，用于厚度大于2mm的薄板和中厚板。非熔化極氬弧焊焊絲僅作為焊料，主要用于薄板。氬弧焊的主要設(shè)備和工具包括氬弧焊機(jī)、氬氣瓶和氬弧焊槍。當(dāng)前第3頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)焊接翻修工藝鎢極氬弧焊應(yīng)用在惰性氣體的保護(hù)下，利用鎢電極與工件之間產(chǎn)生的電弧熱熔化母材和填充焊處的焊接方法稱鎢極惰性氣體保護(hù)焊。在發(fā)動(dòng)機(jī)翻修中，鎢極氬弧焊主要應(yīng)用于鋁合金，鎂合金，銅合金，鈦合金，高溫合金，不銹鋼等薄壁構(gòu)件的焊接以及零件的補(bǔ)焊。當(dāng)前第4頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)焊接翻修工藝鎢極氬弧焊工藝特點(diǎn)：在通風(fēng)的場(chǎng)地施工操作時(shí)，應(yīng)注意避免流動(dòng)的空氣所引起的擾動(dòng)，最好采用擋風(fēng)裝置。氬氣的作用：在焊接過程中，氬氣將焊接熔池和處于高溫狀態(tài)下的焊縫與空氣隔絕，有效的避免了焊縫的氧化，同時(shí)氬氣提供形成電弧的電離介質(zhì)。氬氣流量的選擇取決于焊槍結(jié)構(gòu)與尺寸、噴嘴到工件的距離、焊接速度、焊接電流以及接頭形勢(shì)等。焊接材料：氬弧焊的焊接材料或填充材料的成分要與母材（基材）一致，形狀為圓形截面的絲材（焊絲）。在發(fā)動(dòng)機(jī)翻修手冊(cè)中，對(duì)每種焊接修理所選用的焊材都會(huì)給出明確的說明，實(shí)際修理時(shí)應(yīng)特別注意。當(dāng)前第5頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)焊接翻修工藝等離子弧焊等離子弧焊是在鎢極氬弧焊的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種焊接方法。鎢極氬弧焊使用的熱源是常壓狀態(tài)下的自由電弧，簡(jiǎn)稱自由鎢弧。等離子弧焊用的熱源是將自由鎢弧壓縮強(qiáng)化之后而獲得電離度更高的電弧等離子體，稱等離了弧，又稱壓縮電弧。兩者在物理本質(zhì)上沒有區(qū)別，僅是弧柱中電離程度上的不同。經(jīng)壓縮的電弧其能量密度更為集中，溫度更高。當(dāng)前第6頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)焊接翻修工藝等離子弧焊主要應(yīng)用于銅合金，鎳合金，鈦合金以及不銹鋼等。等離子弧焊工藝特點(diǎn)：（1）由于等離子弧弧柱溫度高，能量密度大，因而對(duì)焊件加熱集中，熔透能力強(qiáng)，在同樣熔深下其焊接速度比TIG焊高，故可提高焊接生產(chǎn)率。此外，等離子弧對(duì)焊件的熱輸入較小，焊縫截面形狀較窄，深寬比大，呈“酒杯”狀。熱影響區(qū)窄，其焊接變形也小。當(dāng)前第7頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)焊接翻修工藝（2）由于等離子弧呈圓柱形，擴(kuò)散角小，挺直度好，所以焊接熔池形狀和尺寸受弧長波動(dòng)的影響小，因而容易獲得均勻的焊縫成形，而TIG焊隨著弧長的增加，其熔寬增大，而熔深減小。當(dāng)前第8頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)焊接翻修工藝（3）由于等離子弧的壓縮效應(yīng)及熱電離充分。所以電弧工作穩(wěn)定，即使等離子弧在小電流焊時(shí)，仍能保證焊接過程非常穩(wěn)定，故可以焊接超薄構(gòu)件。（4）由于鎢極內(nèi)縮到噴嘴孔道里，可以避免鎢極與工件接觸，消除了焊縫夾鎢缺陷。同時(shí)噴嘴至工件距離可以變長，焊絲進(jìn)入熔池容易。當(dāng)前第9頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)焊接翻修工藝（5）采用小孔焊接技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形焊接工藝。但小孔焊接技術(shù)所能焊接的最大厚度受到一定限制，一般能穩(wěn)定焊接的厚度在3~8mm范圍，很少超過13mm。（6）等離子弧焊用的焊槍結(jié)構(gòu)復(fù)雜，直徑較粗，操作過程的可達(dá)性和可見性較TIG焊差。（7）等離子弧焊設(shè)備(如電源、電氣控制線路和焊槍等)較復(fù)雜，設(shè)備費(fèi)用較高，焊接時(shí)對(duì)焊工的操作水平雖要求不很高，但要求且有更多的焊接設(shè)備方面的知識(shí)。當(dāng)前第10頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)焊接翻修工藝點(diǎn)焊和縫焊1．點(diǎn)焊點(diǎn)焊是航空工業(yè)中用得最多的一種焊接方法。點(diǎn)焊時(shí)，把要焊的兩個(gè)工件搭疊起來置于上下兩個(gè)銅合金電極之間，施加電極壓力將兩個(gè)工件壓緊，然后合上開關(guān)，接通變壓器，由于工件本身有電阻，電流通過時(shí)使兩焊件接觸處加熱到熔化溫度，形成透鏡狀的熔化核心，斷電后，在壓力的作用下凝固成焊點(diǎn)。當(dāng)前第11頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)焊接翻修工藝2．縫焊縫焊又稱滾焊，是點(diǎn)焊方法的發(fā)展，就其本質(zhì)來說與點(diǎn)焊基本相同。當(dāng)前第12頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)焊接翻修工藝3．特點(diǎn)(1)點(diǎn)、縫焊多用搭接接頭，與氣焊、電孤焊使用的對(duì)接接頭相比較，其焊口的尺寸精度可低些。

(2)通電時(shí)間短，產(chǎn)生的熱量有效地用于生成的焊核，損失的熱量相對(duì)地較少，且大部分散往電極。與其它焊接方法比較，熱影響區(qū)很小，由殘余應(yīng)力引起的零件變形也很小。

(3)電弧焊、氣焊、釬焊等方法，都需使用價(jià)格較高的消耗材料，如焊條、氧氣和乙炔、釬料和焊劑等，而點(diǎn)、縫焊主要消耗電流，所以生產(chǎn)成本低。當(dāng)前第13頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)焊接翻修工藝(4)生產(chǎn)率高。操作熟練時(shí)，一秒鐘內(nèi)可焊4～5個(gè)焊點(diǎn)。(5)點(diǎn)、縫焊時(shí)，不產(chǎn)生煙塵和有害氣體，環(huán)境較衛(wèi)生，勞動(dòng)強(qiáng)度也較低。(6)點(diǎn)、縫焊操作簡(jiǎn)易，較易實(shí)現(xiàn)焊接過程的自動(dòng)化。如果與鉚接相比更具有節(jié)省金屬、減輕結(jié)構(gòu)重量、表面光滑、保證氣密性、縮短制造周期等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前第14頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)焊接翻修工藝缺點(diǎn)：主要是焊接質(zhì)量不夠穩(wěn)定；缺乏可靠、有效的無損檢驗(yàn)方法；設(shè)備復(fù)雜，維修困難；要求有大功率電源；可焊工件的厚度、尺寸與形狀受到焊機(jī)功率、結(jié)構(gòu)形狀的限制；接頭型式為搭接，不僅使接頭重量增加，而且產(chǎn)生附加彎矩，使接頭受力特性惡化。當(dāng)前第15頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)焊接翻修工藝4．點(diǎn)、縫焊在航空工業(yè)上的應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)制造方面，由于噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的大部分構(gòu)件是采用板材的沖——焊結(jié)構(gòu)。例如，火焰筒、燃燒室外套、燃油收集器、點(diǎn)火器、加力燃燒室、噴口魚鱗片，整流支板等都用點(diǎn)、縫焊結(jié)構(gòu)，估計(jì)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上點(diǎn)、縫焊的工作量約占整個(gè)焊接工作量的70％。當(dāng)前第16頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)焊接翻修工藝釬焊當(dāng)前第17頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)熱噴涂技術(shù)概述國內(nèi)外航空涂層的應(yīng)用與發(fā)展隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)向高性能、高翻修壽命、高可靠性、低耗油率、低成本方向的進(jìn)步和熱噴涂等表面工程技術(shù)的迅速發(fā)展，各種功能涂層在航空領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛和重要。美國P&W公司自20世紀(jì)60年代以來，逐漸擴(kuò)大了熱噴涂的應(yīng)用范圍，諸如JT3D、JT8D、JT9D等發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零部件—風(fēng)扇葉片、壓氣機(jī)葉片、燃油噴嘴組件、燃燒室、渦輪葉片、導(dǎo)向葉片、軸頸、軸承座和空氣封嚴(yán)圈等2800多個(gè)零件，用47種材料進(jìn)行熱噴涂，使JT3D發(fā)動(dòng)機(jī)的大修期從4000h提高到16000h。當(dāng)前第18頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)當(dāng)前第19頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)英國RR公司的斯貝(SPEY)發(fā)動(dòng)機(jī)上有200多種零部件采用了熱噴涂涂層；RB211發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室襯套采用鎳鉻鋁及氧化鎂／氧化鋯熱障涂層后，二次大修間的使用壽命從1000h提高到4000～5000h。加拿大太平洋航空公司，采用一系列熱噴涂涂層后，使JT3D發(fā)動(dòng)機(jī)壽命從4000h提高到24000h，而JT8D發(fā)動(dòng)機(jī)壽命則從4000h提高到16000h。當(dāng)前第20頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)R-R、GE、P&W公司生產(chǎn)的每臺(tái)現(xiàn)代渦輪航空發(fā)動(dòng)機(jī)中約有三十種以上表面工程改性涂層，這些涂層在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的每次大修時(shí)都將全部重新涂敷，以保證航發(fā)的性能和安全性。其按功能分類有：熱障涂層，抗高溫氧化腐蝕涂層，高、低溫耐磨涂層，抗微震磨損涂層，防火涂層，潤滑涂層，高、低溫封嚴(yán)涂層，尺寸修復(fù)涂層等。圖1標(biāo)注出各種功能涂層在航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的分布情況，它們的主要功能與應(yīng)用于渦輪航空發(fā)動(dòng)機(jī)的具體部位如下：當(dāng)前第21頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)熱噴涂技術(shù)當(dāng)前第22頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)熱噴涂技術(shù)圖2航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)熱障涂層應(yīng)用的分布當(dāng)前第23頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)熱噴涂技術(shù)高溫耐磨涂層，主要應(yīng)用于航發(fā)的過渡段，可承受800℃以下的高溫磨損；低溫耐磨涂層，主要應(yīng)用于航發(fā)的軸頸和4級(jí)封嚴(yán)環(huán)，在300℃以下具有優(yōu)良的耐磨性能；熱障涂層，主要應(yīng)用于航發(fā)的高導(dǎo)葉片、火焰筒、過渡段、隔熱屏等部位，兼有抗高溫氧化和阻止熱傳導(dǎo)功能。抗微震磨損涂層主要應(yīng)用于航發(fā)的壓氣機(jī)葉片和靜子外環(huán)塊，既有良好的耐磨性能，又具有優(yōu)異的抗抗疲勞性能；封嚴(yán)涂層主要應(yīng)用于航發(fā)的所有封嚴(yán)圈、盤（與蜂窩或可刮削涂層配合），具有動(dòng)態(tài)密封作用，可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和效率；當(dāng)前第24頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)熱噴涂技術(shù)低溫可刮削（封嚴(yán)）涂層主要應(yīng)用于航發(fā)的壓氣機(jī)匣及所有的封嚴(yán)環(huán)，具有低溫動(dòng)態(tài)密封作用，可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和效率；高溫可刮削（封嚴(yán)）涂層主要應(yīng)用于航發(fā)的高壓壓氣機(jī)匣和高導(dǎo)外環(huán)，具有高溫動(dòng)態(tài)密封作用，可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和效率；防火涂層主要應(yīng)用于航發(fā)的高壓壓氣機(jī)匣；潤滑涂層主要應(yīng)用于航發(fā)的密封環(huán)和密封套，具有潤滑和密封作用；尺寸修復(fù)涂層主要應(yīng)用于航發(fā)的磨損較嚴(yán)重零部件的尺寸恢復(fù)。當(dāng)前第25頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)熱噴涂技術(shù)7.1抗高溫氧化與熱障涂層的制備工藝1.熱障涂層（TBC）的構(gòu)造和功能熱障涂層的基本設(shè)計(jì)思想是利用陶瓷材料優(yōu)越的耐高溫、耐腐蝕、耐磨損和絕熱等性能使其以涂層形式和金屬基體相復(fù)合，以提高金屬結(jié)構(gòu)件抵抗高溫腐蝕的能力，同時(shí)阻礙熱能從表面向基體的傳導(dǎo)。當(dāng)前第26頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)當(dāng)前第27頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)噴涂前的葉片(經(jīng)清洗、去除殘余涂層、基材修補(bǔ)等)噴涂后的葉片經(jīng)5438h運(yùn)行后，檢修時(shí)的葉片原始形貌當(dāng)前第28頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)熱噴涂技術(shù)為改善涂層和基體的物理相容性和基體的抗高溫氧化性能，常在基體和陶瓷涂層間加一金屬粘結(jié)底層(過渡層)。為提高陶瓷涂層的抗熱震性，TBC可設(shè)計(jì)成雙層系統(tǒng)、多層系統(tǒng)和梯度層系統(tǒng)三種結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)前第29頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)熱噴涂技術(shù)2.熱障涂層（TBC）的制備工藝技術(shù)采用陶瓷作為高溫合金表面的涂層，主要原因是葉片在工作時(shí)要承受不同的熱載荷和機(jī)械載荷。這種熱障涂層系統(tǒng)中的陶瓷涂層用來抵抗高溫，而基體的鎳基高溫合金主要負(fù)責(zé)承擔(dān)機(jī)械載荷。當(dāng)前第30頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)熱噴涂技術(shù)目前國際上普遍采用的是：等離子噴涂（陶瓷面層+金屬過渡層）、超音速火焰噴涂（金屬過渡層）、爆炸噴涂（金屬過渡層）電子束物理氣相沉積(EB—PVD)（陶瓷面層+金屬過渡層）技術(shù)。當(dāng)前第31頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)等離子噴涂等離子噴涂(PlasmaSpraying，簡(jiǎn)稱PS)二十世紀(jì)五十年代等離子噴涂設(shè)備及工藝是采用等離子弧發(fā)生器(噴槍)將通入噴嘴內(nèi)的氣體(常用Ar、N2和H2等氣體)加熱和電離，形成高溫高速等離子射流，熔化和霧化金屬或非金屬物料，并使其以高速噴射到經(jīng)預(yù)處理的工件表面上形成涂層的方法。當(dāng)前第32頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)等離子噴涂等離子噴涂具有如下工藝特性：1)熱源溫度高（17000K），適用于難熔材料的噴涂2)等離子射流速度大，可高達(dá)幾十至幾百米/秒，因此涂層與基體具有較高結(jié)合強(qiáng)度，且涂層較為致密；3)噴涂過程中對(duì)基體熱影響較小，可以對(duì)已成型工件進(jìn)行表面噴涂；4)噴涂工藝規(guī)程穩(wěn)定，操作比較簡(jiǎn)便，噴涂效率較高。當(dāng)前第33頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)超音速火焰噴涂超音速火焰噴涂(HVOF)和爆炸噴涂(D-GUN)超音速火焰噴涂是應(yīng)用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的原理獲得溫度較低（3400K），但速度卻很高的噴涂燃流。超音速火焰噴涂最為突出的貢獻(xiàn)是大幅度提高了涂層的結(jié)合強(qiáng)度、密度、硬度，同時(shí)降低了涂層中的氧化物含量，使涂層更加純凈。因此，超音速火焰噴涂涂層具有卓著的耐磨和抗腐蝕性能。此外，超音速火焰噴涂涂層內(nèi)部的殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力，所以其涂層厚度基本不受限制，可達(dá)到數(shù)毫米。當(dāng)前第34頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)爆炸噴涂爆炸噴涂是利用氧和可燃性氣體的混合氣，經(jīng)點(diǎn)火后在噴槍中爆炸,利用脈沖式氣體爆炸的能量,將被噴涂的粉末材料加熱、加速轟擊到工件表面而形成涂層。當(dāng)前第35頁\共有39頁\編于星期一\14點(diǎn)由于爆炸波的傳播速度高達(dá)3000m/s,其中心溫度可達(dá)3450℃,粉末粒子的飛行速度可達(dá)1200m/s，所以其噴涂層涂層致密,與基體的結(jié)合強(qiáng)度高。爆炸噴涂當(dāng)前第36頁\共