用于修補(bǔ)葉片的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文所述的系統(tǒng)及方法大體上涉及葉片修補(bǔ)。更具體而言，本系統(tǒng)及方法涉及一種感應(yīng)加熱線圈，其構(gòu)造成在焊接操作期間保持可見性的同時(shí)向葉片的平臺(tái)削減面區(qū)域提供均勻的局部加熱。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)利用軸流式壓縮機(jī)吸入和壓縮空氣，使壓縮空氣與燃料混合，燃燒混合物，且經(jīng)由對(duì)壓縮機(jī)供能的軸流式渦輪區(qū)段排出燃燒產(chǎn)物。發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪區(qū)段包括一個(gè)或更多個(gè)盤，各個(gè)盤均包括從其外周突出的多個(gè)葉片。熱排出氣體沖擊葉片，引起(多個(gè))盤旋轉(zhuǎn)。(多個(gè))旋轉(zhuǎn)盤附接到軸上，軸也驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。壓縮機(jī)也由旋轉(zhuǎn)盤制成，各個(gè)盤均具有從其外周突出的多個(gè)葉片。盤在軸由渦輪旋轉(zhuǎn)時(shí)在軸上快速轉(zhuǎn)動(dòng)，且彎曲葉片以與電風(fēng)扇有些相同的方式吸入和壓縮空氣。
[0003]盤上的渦輪葉片處于由燃料的燃燒所得的熱排出氣體中，且以很高速度旋轉(zhuǎn)。因此，葉片在氧化和腐蝕環(huán)境中操作，且經(jīng)歷高操作應(yīng)力。為了在這些惡劣條件下幸存，渦輪葉片由超級(jí)合金制成，這是提供抗氧化性、耐腐蝕性和強(qiáng)度的元素的昂貴混合物。這些超級(jí)合金通過各種機(jī)構(gòu)沿優(yōu)選方向進(jìn)一步被加強(qiáng)，該機(jī)構(gòu)包括使渦輪葉片作為定向顆?；蛏踔磷鳛閱尉L。
[0004]用于渦輪葉片的超級(jí)合金包括鎳基超級(jí)合金、鐵基超級(jí)合金和鈷基超級(jí)合金。這些超級(jí)合金可由沉淀機(jī)制來進(jìn)一步加強(qiáng)。例如，包括Ni3Al的ga_a’ ( γ ')相通過適合的溶液和時(shí)效處理來沉淀在合金的FCC晶體結(jié)構(gòu)的γ基質(zhì)中?？刂痞谩?，這些鑄造的新零件的尺寸和分布兩者是公知的。渦輪葉片包括延伸到熱氣流中的翼型件部分、將葉片附接到渦輪盤上的燕尾部分、以及將翼型件部分與燕尾部分分離的平臺(tái)部分。柄部分在平臺(tái)部分與燕尾部分的中間。渦輪葉片還設(shè)有環(huán)境涂層和/或熱障涂層，以進(jìn)一步改善渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的熱、腐蝕、氧化環(huán)境中的其存活能力。
[0005]然而，渦輪葉片由于在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中操作而經(jīng)歷破壞。該破壞可為機(jī)械性質(zhì)和冶金性質(zhì)兩者。渦輪葉片制造昂貴，以致于從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)期望只要可能就修補(bǔ)葉片，而非替換它們。在許多情形中，葉片可通過除去任何剩余的保護(hù)涂層，隨后焊接受損的機(jī)械區(qū)域且再加工焊補(bǔ)區(qū)域以恢復(fù)按需要的尺寸，隨后再次施加保護(hù)涂層來修補(bǔ)。
[0006]感應(yīng)加熱和焊接已經(jīng)用于修補(bǔ)葉片，但此方法在嘗試修補(bǔ)渦輪葉片的平臺(tái)和削減面區(qū)域時(shí)不令人滿意。之前已知的感應(yīng)加熱線圈在平臺(tái)和削減面區(qū)域中不提供均勻的局部溫度輪廓。由平臺(tái)和削減面區(qū)域經(jīng)歷的非均勻溫度可引起修補(bǔ)處開裂和失效。此外，之前已知的感應(yīng)線圈在焊接期間妨礙焊接技術(shù)人員的視線。在焊接技術(shù)人員看不到需要修補(bǔ)的整個(gè)區(qū)域時(shí)，由于焊接可能不當(dāng)定位或以不以正確的量或厚度施加，故可產(chǎn)生較差的焊接質(zhì)量。
[0007]所需的是一種系統(tǒng)及方法，其在超級(jí)合金渦輪葉片的焊補(bǔ)期間允許平臺(tái)和削減面區(qū)域中的均勻的局部溫度輪廓，同時(shí)對(duì)于焊接技術(shù)人員保持焊接區(qū)域的可見性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在本發(fā)明的一個(gè)方面中，一種用于修補(bǔ)葉片的系統(tǒng)包括構(gòu)造成用于加熱葉片的平臺(tái)和削減面的感應(yīng)加熱線圈。感應(yīng)加熱線圈在平臺(tái)下方延伸，且鄰近削減面，以向葉片的平臺(tái)和削減面兩者提供大致均勻的局部加熱。感應(yīng)加熱線圈構(gòu)造成以便平臺(tái)可在焊接或修補(bǔ)操作期間可見。
[0009]在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，一種用于修補(bǔ)葉片的方法包括以下步驟:提供具有翼型件、平臺(tái)和削減面的葉片，以及提供用于支承葉片的夾具。夾具包括感應(yīng)加熱線圈，其構(gòu)造成用于加熱葉片的平臺(tái)和削減面。感應(yīng)加熱線圈在平臺(tái)下方延伸，且鄰近削減面，以向葉片的平臺(tái)和削減面兩者提供大致均勻的局部加熱。感應(yīng)加熱線圈構(gòu)造成以便在焊接操作期間可看到平臺(tái)。該方法還包括以下步驟:在惰性氣氛中加熱平臺(tái)和削減面，以及在惰性氣氛中焊接平臺(tái)或削減面的受損區(qū)域。
[0010]在本發(fā)明的又一個(gè)方面中，提供了一種用于修補(bǔ)葉片的方法。該葉片具有翼型件、平臺(tái)和削減面。該方法包括提供用于支承葉片的夾具的步驟。夾具包括感應(yīng)加熱線圈，其構(gòu)造成用于加熱葉片的平臺(tái)和削減面。感應(yīng)加熱線圈在平臺(tái)下方延伸，且鄰近削減面，以向葉片的平臺(tái)和削減面兩者提供大致均勻的局部加熱。感應(yīng)加熱線圈構(gòu)造成以便平臺(tái)在修補(bǔ)操作期間可見。該方法還包括以下步驟:加熱平臺(tái)和削減面，以及修補(bǔ)平臺(tái)或削減面的受損區(qū)域。
[0011]本發(fā)明的第一技術(shù)方案是一種用于修補(bǔ)葉片的系統(tǒng)，系統(tǒng)包括:構(gòu)造成加熱葉片的平臺(tái)和削減面的感應(yīng)加熱線圈；以及其中感應(yīng)加熱線圈在平臺(tái)下方延伸，且鄰近削減面來將大致均勻的局部加熱提供至葉片的平臺(tái)和削減面兩者，且其中感應(yīng)加熱線圈構(gòu)造成以便平臺(tái)在修補(bǔ)操作期間可見。
[0012]本發(fā)明的第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，感應(yīng)加熱線圈還包括:多個(gè)通量集中器，通量集中器構(gòu)造成將來自感應(yīng)加熱線圈的磁通量聚焦于葉片中。
[0013]本發(fā)明的第三技術(shù)方案是在第二技術(shù)方案中，第一通量集中器定位于在平臺(tái)下方延伸的感應(yīng)加熱線圈的一部分上，且第一通量集中器構(gòu)造成將磁通量聚焦于平臺(tái)中。
[0014]本發(fā)明的第四技術(shù)方案是在第三技術(shù)方案中，第二通量集中器和第三通量集中器定位在鄰近削減面的感應(yīng)加熱線圈的一部分上，且第二通量集中器和第三通量集中器兩者都構(gòu)造成將磁通量聚焦于削減面中。
[0015]本發(fā)明的第五技術(shù)方案是在第四技術(shù)方案中，第二通量集中器定位在葉片的前緣附近，且第三通量集中器定位在葉片的后緣附近。
[0016]本發(fā)明的第六技術(shù)方案是在第五技術(shù)方案中，第二通量集中器和第三通量集中器定位在削減面的高度的大約50%處。
[0017]本發(fā)明的第七技術(shù)方案是一種用于修補(bǔ)葉片的方法，方法包括:提供具有翼型件、平臺(tái)和削減面的葉片；提供用于支承葉片的夾具，夾具還包括:構(gòu)造用于加熱所述葉片的所述平臺(tái)和削減面的感應(yīng)加熱線圈，其中所述感應(yīng)加熱線圈在所述平臺(tái)下方延伸，且鄰近所述削減面來向所述葉片的所述平臺(tái)和削減面兩者提供大致均勻的局部加熱，且其中感應(yīng)加熱線圈構(gòu)造成以便平臺(tái)在焊接操作期間可見；在惰性氣氛中加熱平臺(tái)和削減面；以及在惰性氣氛中焊接平臺(tái)或削減面的受損區(qū)域。
[0018]本發(fā)明的第八技術(shù)方案是在第七技術(shù)方案中，感應(yīng)加熱線圈還包括:多個(gè)通量集中器，通量集中器構(gòu)造成將來自感應(yīng)加熱線圈的磁通量聚焦到葉片中；以及其中第一通量集中器定位于在平臺(tái)下方延伸的感應(yīng)加熱線圈的一部分上，且第一通量集中器構(gòu)造成將磁通量聚焦于平臺(tái)中，第二通量集中器和第三通量集中器定位在鄰近削減面的感應(yīng)加熱線圈的一部分上，且第二通量集中器和第三通量集中器兩者都構(gòu)造成將磁通量聚焦于削減面中。
[0019]本發(fā)明的第九技術(shù)方案是在第八技術(shù)方案中，第二通量集中器定位在葉片的前緣附近，且第三通量集中器位于葉片的后緣附近。
[0020]本發(fā)明的第十技術(shù)方案是在第九技術(shù)方案中，第二通量集中器和第三通量集中器位于削減面的高度的大約50%處。
[0021 ] 本發(fā)明的第十一技術(shù)方案是在第七技術(shù)方案中，加熱步驟在焊接步驟之前和焊接步驟期間執(zhí)行。
[0022]本發(fā)明的第十二技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，加熱步驟還包括:將平臺(tái)和削減面加熱至大約1，650° F到大約1，750° F之間。
[0023]本發(fā)明的第十三技術(shù)方案是一種用于修補(bǔ)葉片的方法，葉片具有翼型件、平臺(tái)和削減面，方法包括:提供用于支承葉片的夾具，夾具還包括構(gòu)造用于加熱葉片的平臺(tái)和削減面的感應(yīng)加熱線圈，其中感應(yīng)加熱線圈在平臺(tái)下方延伸，且鄰近削減面來將大致均勻的局部加熱提供至葉片的平臺(tái)和削減面兩者，且其中感應(yīng)加熱線圈構(gòu)造成以便平臺(tái)在修補(bǔ)操作期間可見；加熱平臺(tái)和削減面；以及修補(bǔ)平臺(tái)或削減面的受損區(qū)域。
[0024]本發(fā)明的第十四技術(shù)方案是在第十三技術(shù)方案中，加熱步驟還包括:在惰性氣氛中加熱平臺(tái)和削減面。
[0025]本發(fā)明的第十五技術(shù)方案是在第十四技術(shù)方案中，修補(bǔ)步驟還包括:在惰性氣氛中焊接葉片。
[0026]本發(fā)明的第十六技術(shù)方案是在第十三技術(shù)方案中，感應(yīng)加熱線圈還包括:多個(gè)通量集中器，通量集中器構(gòu)造成將來自感應(yīng)加熱線圈的磁通量聚焦到葉片中；以及其中第一通量集中器定位于在平臺(tái)下方延伸的感應(yīng)加熱線圈的一部分上，且第一通量集中器構(gòu)造成將磁通量聚焦于平臺(tái)中，第二通量集中器和第三通量集中器定位在鄰近削減面的感應(yīng)加熱線圈的一部分上，且第二通量集中器和第三通量集中器兩者都構(gòu)造成將磁通量聚焦于削減面中。