本發(fā)明屬于航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣維修的，具體涉及一種多物理場耦合維修航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣的方法。

背景技術(shù)：

1、機(jī)匣，其材料主要為鈦合金，被稱為航空發(fā)動機(jī)的“骨骼”，是航空發(fā)動機(jī)的主要承力零件。同時(shí)機(jī)匣能夠?yàn)槿紵?、渦輪等航空發(fā)動機(jī)的核心部件提供安全、穩(wěn)定的工作空間，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作環(huán)境惡劣。機(jī)匣零件的狀態(tài)對于航空發(fā)動機(jī)的使用壽命和安全穩(wěn)定性具有重大影響。在使用壽命周期內(nèi)，機(jī)匣材料因基體損傷，焊縫裂紋故障等廢棄、更換新較多，這增加了飛行器運(yùn)行成本。為了減少航空發(fā)動機(jī)因維修失效更換新機(jī)匣的數(shù)量，節(jié)約運(yùn)行成本，對機(jī)匣進(jìn)行維修具有十分重要的工程實(shí)際意義。其中電子束焊接因高焊接速度、焊縫成分穩(wěn)定、焊接厚度范圍大、材料適用范圍廣、熱影響區(qū)小、低焊接變形等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣維修領(lǐng)域。

2、但是電子束焊接伴隨著高焊接能量和高焊接速度的同時(shí)，也會使電子束焊維修后產(chǎn)生的焊縫具有較大的殘余應(yīng)力，因此電子束焊接前后需要進(jìn)行處理以降低焊接修復(fù)過程中出現(xiàn)的殘余應(yīng)力過高等不利因素。目前機(jī)匣修復(fù)存在的焊縫的處理方式主要為時(shí)效熱處理，其主要存在以下缺點(diǎn)：

3、1、存在耗能高，時(shí)效長，能量利用率較低，對于環(huán)境污染較大；

4、2、受機(jī)匣形狀、尺寸限制較大；

5、3、熱處理為整體式處理，在時(shí)效熱處理過程中，因機(jī)匣復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，容易受熱不均，使零件內(nèi)部存在溫度梯度，導(dǎo)致出現(xiàn)焊縫晶體結(jié)構(gòu)不完整、引入殘余應(yīng)力，導(dǎo)致強(qiáng)度、硬度、韌性等機(jī)械性能降低；

6、4、在時(shí)效處理過程中易氧化。若采用真空焊后熱處理，則可避免氧化，但操作復(fù)雜，對設(shè)備要求高、處理成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，提供一種多物理場耦合維修航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣的方法，以解決傳統(tǒng)的焊縫后處理存在成本高、時(shí)效長、限制條件多的問題。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

3、一種多物理場耦合維修航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣的方法，其包括以下步驟：

4、s1、對機(jī)匣進(jìn)行探傷處理，確定機(jī)匣裂紋缺陷位置；

5、s2、對機(jī)匣裂紋缺陷位置進(jìn)行打磨處理；

6、s3、采用超聲波清洗完成打磨處理后的機(jī)匣裂紋缺陷位置所在區(qū)域；

7、s4、將機(jī)匣固定在電磁耦合裝置內(nèi)，設(shè)置電磁耦合參數(shù)，并對機(jī)匣裂紋缺陷位置進(jìn)行局部電磁耦合處理；

8、s5、從電磁耦合裝置中取出機(jī)匣，對機(jī)匣裂紋缺陷位置進(jìn)行電子束焊接修復(fù)；

9、s6、對修復(fù)后的機(jī)匣進(jìn)行探傷處理，若機(jī)匣存在裂紋缺陷，則返回執(zhí)行s2，若機(jī)匣不存在裂紋缺陷，則執(zhí)行s7；

10、s7、對機(jī)匣焊縫進(jìn)行外觀檢測；

11、s8、將機(jī)匣固定在電磁耦合裝置內(nèi)，設(shè)置電磁耦合參數(shù)，對機(jī)匣焊接修復(fù)處進(jìn)行電磁耦合處理。

12、進(jìn)一步地，所述s1和s6中的機(jī)匣探傷處理為熒光探傷、超聲波檢測或者x射線檢測。

13、進(jìn)一步地，所述s2中對機(jī)匣裂紋缺陷進(jìn)行打磨，并將缺陷位置打磨為u字形，并消除缺陷位置的毛刺。

14、進(jìn)一步地，所述s4具體包括：

15、采用夾具將機(jī)匣固定于工作臺上，將帶有機(jī)匣的夾具放入多匝勵(lì)磁線圈組成的工作腔內(nèi)，并采用電極與機(jī)匣接觸；

16、設(shè)置電磁耦合參數(shù)，啟動電磁耦合裝置，向機(jī)匣施加電場和磁場。

17、進(jìn)一步地，電磁耦合參數(shù)包括：電壓、磁場強(qiáng)度、電脈沖頻率、磁脈沖時(shí)間、電脈沖個(gè)數(shù)、電脈沖組數(shù)、磁脈沖個(gè)數(shù)和磁脈沖組數(shù)。

18、進(jìn)一步地，電磁耦合參數(shù)具體為：

19、電壓u滿足0＜u≤35v，磁場強(qiáng)度b滿足0＜b≤1t；

20、電脈沖頻率為50hz、每組電脈沖個(gè)數(shù)為20次、電脈沖組數(shù)為15組；脈沖電場每組脈沖間隔1s；

21、單個(gè)磁脈沖作用時(shí)間為0.1s，磁脈沖間隔8s、磁脈沖個(gè)數(shù)為20次、磁脈沖組數(shù)為1組。

22、進(jìn)一步地，所述s7中對機(jī)匣焊縫進(jìn)行外觀檢測，包括焊縫的顏色、外形和表面質(zhì)量檢測。

23、進(jìn)一步地，所述s8中設(shè)置電磁耦合參數(shù)，包括：

24、電壓u滿足0＜u≤35v，磁場強(qiáng)度b滿足0＜b≤1t；

25、電脈沖頻率為50hz、每組電脈沖個(gè)數(shù)為20次、電脈沖組數(shù)為15組，脈沖電場每組脈沖間隔1s；

26、單個(gè)磁脈沖作用時(shí)間為0.1s，磁脈沖間隔8s、磁脈沖個(gè)數(shù)為20次、磁脈沖組數(shù)為1組。

27、本發(fā)明提供的多物理耦合場維修航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣的方法，具有以下有益效果：

28、1、本發(fā)明采用電磁耦合技術(shù)對機(jī)匣修復(fù)后的焊縫進(jìn)行處理，其殘余應(yīng)力調(diào)控效果顯著。

29、2、本發(fā)明電磁耦合設(shè)備操作便捷，工作環(huán)境要求低，僅需將修復(fù)后的機(jī)匣置于多匝勵(lì)磁線圈工作腔內(nèi)，使用夾具將機(jī)匣固定，后將電極與機(jī)匣焊縫處嚴(yán)密接觸，待處理結(jié)束后將機(jī)匣取出，整個(gè)處理過程無需在真空等環(huán)境中進(jìn)行，大大降低了處理成本。

30、3、本發(fā)明電磁耦合處理高效、清潔、成本低，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，整個(gè)處理過程僅需2-4min，且以電為主要能源驅(qū)動，處理過程無污染、成本低。

31、4、本發(fā)明電磁耦合處理不會對機(jī)匣產(chǎn)生負(fù)面影響，其在處理過程前后，機(jī)匣溫度幾乎不變，不會造成明顯的熱效應(yīng)，不會引入新的殘余應(yīng)力等負(fù)面影響。

32、5、本發(fā)明采用電磁耦合技術(shù)，其原理是利用是脈沖電流通過金屬時(shí)產(chǎn)生的電致塑性效應(yīng)，以及脈沖磁場對金屬材料產(chǎn)生的磁致塑性，在其兩者的耦合作用下修復(fù)晶體中存在的缺陷、調(diào)控殘余應(yīng)力、提升疲勞極限和疲勞壽命。用電磁耦合處理代替熱時(shí)效處理，在保證電子束焊縫質(zhì)量的前提下，能夠降低殘余應(yīng)力幅值，均化殘余應(yīng)力，增加焊縫疲勞壽命和疲勞強(qiáng)度，從而提高修復(fù)后機(jī)匣的服役壽命和整體性能。電磁耦合處理時(shí)間短，整個(gè)處理過程僅需2-4min。同時(shí)能夠?qū)娇諜C(jī)匣的電子束焊縫進(jìn)行局部處理，僅對修復(fù)位置進(jìn)行電磁耦合處理，不會對其它位置帶來不利影響，同時(shí)相對于熱時(shí)效整體化處理方式，能夠極大提高能量利用率，電磁耦合處理技術(shù)能降低航空機(jī)匣維修的時(shí)間成本、經(jīng)濟(jì)成本。

33、6、本發(fā)明第一次電磁耦合旨在調(diào)控待焊接區(qū)域的應(yīng)力水平，均化應(yīng)力，改變應(yīng)力狀態(tài)(往壓應(yīng)力方向改變)。因?yàn)榇附訁^(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力大小直接影響電子束焊接修復(fù)后的焊縫質(zhì)量。因電子束焊接能量密度高，焊接區(qū)域溫升以及冷卻速度不同，內(nèi)部存在較大的溫度梯度。這會導(dǎo)致焊縫處于拉應(yīng)力狀態(tài)，降低焊縫的疲勞性能以及力學(xué)性能。第二次電磁耦合處理旨在對焊縫進(jìn)行處理。降低焊縫拉應(yīng)力水平，改變應(yīng)力狀態(tài)(往壓應(yīng)力方向改變)，修復(fù)焊縫中存在的微觀缺陷，提升焊縫的疲勞極限和力學(xué)性能，從而提升修復(fù)效果。

技術(shù)特征：

1.一種多物理場耦合維修航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多物理場耦合維修航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣的方法，其特征在于：所述s1和s6中的機(jī)匣探傷處理為熒光探傷、超聲波檢測或者x射線檢測。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多物理場耦合維修航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣的方法，其特征在于：所述s2中對機(jī)匣裂紋缺陷進(jìn)行打磨，并將缺陷位置打磨為u字形，并消除缺陷位置的毛刺。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多物理場耦合維修航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣的方法，其特征在于，所述s4具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多物理場耦合維修航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣的方法，其特征在于：電磁耦合參數(shù)包括：電壓、磁場強(qiáng)度、電脈沖頻率、磁脈沖時(shí)間、電脈沖個(gè)數(shù)、電脈沖組數(shù)、磁脈沖個(gè)數(shù)和磁脈沖組數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多物理場耦合維修航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣的方法，其特征在于，電磁耦合參數(shù)具體為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多物理場耦合維修航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣的方法，其特征在于，所述s7中對機(jī)匣焊縫進(jìn)行外觀檢測，包括焊縫的顏色、外形和表面質(zhì)量檢測。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多物理場耦合維修航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣的方法，其特征在于，所述s8中設(shè)置電磁耦合參數(shù)，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種多物理場耦合維修航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣的方法，包括確定機(jī)匣裂紋缺陷位置；對機(jī)匣裂紋缺陷位置進(jìn)行打磨處理；采用超聲波清洗完成打磨處理后的機(jī)匣裂紋缺陷位置所在區(qū)域；對機(jī)匣裂紋缺陷位置進(jìn)行局部電磁耦合處理；對機(jī)匣裂紋缺陷位置進(jìn)行電子束焊接修復(fù)；對修復(fù)后的機(jī)匣進(jìn)行探傷處理；對機(jī)匣焊接修復(fù)處進(jìn)行電磁耦合處理。本發(fā)明采用電磁耦合技術(shù)對機(jī)匣修復(fù)后的焊縫進(jìn)行處理，焊縫殘余應(yīng)力調(diào)控效果顯著，且本發(fā)明整個(gè)電磁耦合能場處理過程無需在真空等復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行，電磁耦合處理高效、清潔、成本低。

技術(shù)研發(fā)人員：黃坤蘭,姜明,曾波,王淵,張世遠(yuǎn),王杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2