1、發(fā)動機焊接翻修工藝發(fā)動機焊接翻修工藝 l概述概述 l氣焊氣焊 翻修中常用氣焊排除和修復低碳鋼和有色金屬零件上翻修中常用氣焊排除和修復低碳鋼和有色金屬零件上 的裂紋、磨損等故障。對熱處理后強度為的裂紋、磨損等故障。對熱處理后強度為90-140公斤公斤 毫米毫米2的結構鋼件，焊修后要重新進行熱處理。的結構鋼件，焊修后要重新進行熱處理。 l手工電弧焊手工電弧焊 翻修中常用于結構鋼零件的局部焊修。翻修中常用于結構鋼零件的局部焊修。 發(fā)動機焊接翻修工藝發(fā)動機焊接翻修工藝 l氬弧焊（氬弧焊（GAS-SHIELDED TUNGSTEN ARC WELDING） 介紹介紹 氬弧焊是氣體保護電弧焊的一種，它和一

2、般手工電弧氬弧焊是氣體保護電弧焊的一種，它和一般手工電弧 焊的主要區(qū)別是用保護氣體（氬弧焊就是用氬氣）將焊的主要區(qū)別是用保護氣體（氬弧焊就是用氬氣）將 電弧、熔池與空氣隔開，杜絕空氣的有害作用，以獲電弧、熔池與空氣隔開，杜絕空氣的有害作用，以獲 得性能良好的焊縫。得性能良好的焊縫。 發(fā)動機焊接翻修工藝發(fā)動機焊接翻修工藝 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 要設備和工具包括氬弧焊機、氬氣瓶和氬弧焊槍。 發(fā)動機焊接翻修工藝發(fā)

3、動機焊接翻修工藝 鎢極氬弧焊應用 在惰性氣體的保護下，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焊。 在發(fā)動機翻修中，鎢極氬弧焊主要應用于鋁合金，鎂合金， 銅合金，鈦合金，高溫合金，不銹鋼等薄壁構件的焊接以及 零件的補焊。 發(fā)動機焊接翻修工藝發(fā)動機焊接翻修工藝 鎢極氬弧焊工藝特點：鎢極氬弧焊工藝特點： 在通風的場地施工操作時，應注意避免流動的空氣所引起的擾動，最 好采用擋風裝置。 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，同時氬氣提供形成電弧的 電離介質。氬氣流量的選擇取決于焊槍結構與尺寸、噴嘴到工

4、件的距 離、焊接速度、焊接電流以及接頭形勢等。 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)動機翻修手冊中，對每種 焊接修理所選用的焊材都會給出明確的說明，實際修理時應特別注意。 發(fā)動機焊接翻修工藝發(fā)動機焊接翻修工藝 l等離子弧焊 等離子弧焊是在鎢極氬弧焊的基礎 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，簡稱自由鎢弧。 等離子弧焊用的熱源是將自由鎢弧 壓縮強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

5、 集中，溫度更高。 發(fā)動機焊接翻修工藝發(fā)動機焊接翻修工藝 等離子弧焊主要應用于銅合金，鎳合金，鈦合金以及不銹鋼等。 等離子弧焊工藝特點： （1）由于等離子弧弧柱溫度高，能量密度大，因而對焊件加熱集中，熔 透能力強，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。 發(fā)動機焊接翻修工藝發(fā)動機焊接翻修工藝 （2）由于等離子弧呈圓柱形，擴散角小，挺直度好，所以焊接熔池 形狀和尺寸受弧長波動的影響小，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。 發(fā)動機焊

6、接翻修工藝發(fā)動機焊接翻修工藝 （3）由于等離子弧的壓縮效應及熱電離充分。所以電弧工作穩(wěn)定， 即使等離子弧在小電流焊時，仍能保證焊接過程非常穩(wěn)定，故可 以焊接超薄構件。 （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。同時噴嘴至工件距離可以變長，焊絲進入熔 池容易。 發(fā)動機焊接翻修工藝發(fā)動機焊接翻修工藝 （5）采用小孔焊接技術，能實現(xiàn)單面焊雙面成形焊接工藝。但）采用小孔焊接技術，能實現(xiàn)單面焊雙面成形焊接工藝。但 小孔焊接技術所能焊接的最大厚度受到一定限制，一般能穩(wěn)定焊小孔焊接技術所能焊接的最大厚度受到一定限制，一般能穩(wěn)定焊 接的厚度在接的厚度在38mm范圍，很少超過

7、范圍，很少超過13mm。 （6）等離子弧焊用的焊槍結構復雜，直徑較粗，操作過程的可）等離子弧焊用的焊槍結構復雜，直徑較粗，操作過程的可 達性和可見性較達性和可見性較TIG焊差。焊差。 （7）等離子弧焊設備）等離子弧焊設備(如電源、電氣控制線路和焊槍等如電源、電氣控制線路和焊槍等)較復雜，較復雜， 設備費用較高，焊接時對焊工的操作水平雖要求不很高，但要求設備費用較高，焊接時對焊工的操作水平雖要求不很高，但要求 且有更多的焊接設備方面的知識。且有更多的焊接設備方面的知識。 發(fā)動機焊接翻修工藝發(fā)動機焊接翻修工藝 l點焊和縫焊點焊和縫焊 1點焊 點焊是航空工業(yè)中用得最多的一種 焊接方法。 點焊時，把要

8、焊的兩個工件搭疊起 來置于上下兩個銅合金電極之間， 施加電極壓力將兩個工件壓緊，然 后合上開關，接通變壓器，由于工 件本身有電阻，電流通過時使兩焊 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。 發(fā)動機焊接翻修工藝發(fā)動機焊接翻修工藝 2縫焊縫焊 縫焊又稱滾焊，是點焊方法的發(fā)展，就其本質來說與點 焊基本相同。 發(fā)動機焊接翻修工藝發(fā)動機焊接翻修工藝 3特點特點 (1)點、縫焊多用搭接接頭，與氣焊、電孤焊使用的對接接頭相比點、縫焊多用搭接接頭，與氣焊、電孤焊使用的對接接頭相比 較，其焊口的尺寸精度可低些。較，其焊口的尺寸精度可低些。 (2)通電時間短，產(chǎn)生的熱量

9、有效地用于生成的焊核，損失的熱通電時間短，產(chǎn)生的熱量有效地用于生成的焊核，損失的熱 量相對地較少，且大部分散往電極。與其它焊接方法比較，熱影量相對地較少，且大部分散往電極。與其它焊接方法比較，熱影 響區(qū)很小，由殘余應力引起的零件變形也很小。響區(qū)很小，由殘余應力引起的零件變形也很小。 (3)電弧焊、氣焊、釬焊等方法，都需使用價格較高的消耗材料，電弧焊、氣焊、釬焊等方法，都需使用價格較高的消耗材料， 如焊條、氧氣和乙炔、釬料和焊劑等，而點、縫焊主要消耗電流，如焊條、氧氣和乙炔、釬料和焊劑等，而點、縫焊主要消耗電流， 所以生產(chǎn)成本低。所以生產(chǎn)成本低。 發(fā)動機焊接翻修工藝發(fā)動機焊接翻修工藝 (4)生產(chǎn)

10、率高。操作熟練時，一秒鐘內(nèi)可焊生產(chǎn)率高。操作熟練時，一秒鐘內(nèi)可焊45個焊點。個焊點。 (5)點、縫焊時，不產(chǎn)生煙塵和有害氣體，環(huán)境較衛(wèi)生，點、縫焊時，不產(chǎn)生煙塵和有害氣體，環(huán)境較衛(wèi)生， 勞動強度也較低。勞動強度也較低。 (6)點、縫焊操作簡易，較易實現(xiàn)焊接過程的自動化。點、縫焊操作簡易，較易實現(xiàn)焊接過程的自動化。 如果與鉚接相比更具有節(jié)省金屬、減輕結構重量、表如果與鉚接相比更具有節(jié)省金屬、減輕結構重量、表 面光滑、保證氣密性、縮短制造周期等優(yōu)點。面光滑、保證氣密性、縮短制造周期等優(yōu)點。 發(fā)動機焊接翻修工藝發(fā)動機焊接翻修工藝 缺點：缺點： 主要是焊接質量不夠穩(wěn)定； 缺乏可靠、有效的無損檢驗方法；

11、 設備復雜，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 功率、結構形狀的限制； 1.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。 發(fā)動機焊接翻修工藝發(fā)動機焊接翻修工藝 4點、縫焊在航空工業(yè)上的應用點、縫焊在航空工業(yè)上的應用 在發(fā)動機制造方面，由于噴氣式發(fā)動機的大部分構件在發(fā)動機制造方面，由于噴氣式發(fā)動機的大部分構件 是采用板材的沖是采用板材的沖焊結構。焊結構。 例如，火焰筒、燃燒室外套、燃油收集器、點火器、例如，火焰筒、燃燒室外套、燃油收集器、點火器、 加力燃燒室、噴口魚鱗片，整流支板等都用點、縫焊加力燃燒室、噴口魚鱗片，整流支板等都用點、

12、縫焊 結構，估計噴氣發(fā)動機上點、縫焊的工作量約占整個結構，估計噴氣發(fā)動機上點、縫焊的工作量約占整個 焊接工作量的焊接工作量的70。 發(fā)動機焊接翻修工藝發(fā)動機焊接翻修工藝 l釬焊釬焊 熱噴涂技術熱噴涂技術 l概述概述 國內(nèi)外航空涂層的應用與發(fā)展國內(nèi)外航空涂層的應用與發(fā)展 隨著航空發(fā)動機向高性能、高翻修壽命、高可靠性、低耗油率、隨著航空發(fā)動機向高性能、高翻修壽命、高可靠性、低耗油率、 低成本方向的進步和熱噴涂等表面工程技術的迅速發(fā)展，各種功低成本方向的進步和熱噴涂等表面工程技術的迅速發(fā)展，各種功 能涂層在航空領域的應用越來越廣泛和重要。美國能涂層在航空領域的應用越來越廣泛和重要。美國P&W公司自公

13、司自 20世紀世紀60年代以來，逐漸擴大了熱噴涂的應用范圍，諸如年代以來，逐漸擴大了熱噴涂的應用范圍，諸如JT3D、 JT8D、JT9D等發(fā)動機的關鍵零部件等發(fā)動機的關鍵零部件風扇葉片、壓氣機葉片、風扇葉片、壓氣機葉片、 燃油噴嘴組件、燃燒室、渦輪葉片、導向葉片、軸頸、軸承座和燃油噴嘴組件、燃燒室、渦輪葉片、導向葉片、軸頸、軸承座和 空氣封嚴圈等空氣封嚴圈等2800多個零件，用多個零件，用47種材料進行熱噴涂，使種材料進行熱噴涂，使JT3D 發(fā)動機的大修期從發(fā)動機的大修期從4000h提高到提高到16000h。 英國英國RR公司的斯貝公司的斯貝(SPEY)發(fā)動機上有發(fā)動機上有200多種零部件多種

14、零部件 采用了熱噴涂涂層；采用了熱噴涂涂層；RB211發(fā)動機燃燒室襯套采用鎳發(fā)動機燃燒室襯套采用鎳 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 用壽命從用壽命從1000h提高到提高到40005000h。加拿大太平洋航。加拿大太平洋航 空公司，采用一系列熱噴涂涂層后，使空公司，采用一系列熱噴涂涂層后，使JT3D發(fā)動機壽發(fā)動機壽 命從命從4000h提高到提高到24000h，而，而JT8D發(fā)動機壽命則從發(fā)動機壽命則從 4000h提高到提高到16000h。 lR-R、GE、P&W公司生產(chǎn)的每臺現(xiàn)代渦輪航空發(fā)動機中約公司生產(chǎn)的每臺現(xiàn)代渦輪航空發(fā)動機中約 有三

15、十種以上表面工程改性涂層，這些涂層在航空發(fā)動機的有三十種以上表面工程改性涂層，這些涂層在航空發(fā)動機的 每次大修時都將全部重新涂敷，以保證航發(fā)的性能和安全性。每次大修時都將全部重新涂敷，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、溫耐磨涂層，抗微震磨損涂層，防火涂層，潤滑涂層，高、 低溫封嚴涂層，尺寸修復涂層等。圖低溫封嚴涂層，尺寸修復涂層等。圖1標注出各種功能涂層標注出各種功能涂層 在航空渦輪發(fā)動機中的分布情況，它們的主要功能與應用于在航空渦輪發(fā)動機中的

16、分布情況，它們的主要功能與應用于 渦輪航空發(fā)動機的具體部位如下：渦輪航空發(fā)動機的具體部位如下： 熱噴涂技術熱噴涂技術 熱噴涂技術熱噴涂技術 圖2 航空渦輪發(fā)動機熱障涂層應用的分布 熱噴涂技術熱噴涂技術 高溫耐磨涂層，主要應用于航發(fā)的過渡段，可承受800以下的 高溫磨損； 低溫耐磨涂層，主要應用于航發(fā)的軸頸和4級封嚴環(huán)，在300以 下具有優(yōu)良的耐磨性能； 熱障涂層，主要應用于航發(fā)的高導葉片、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功能。 抗微震磨損涂層主要應用于航發(fā)的壓氣機葉片和靜子外環(huán)塊，既 有良好的耐磨性能，又具有優(yōu)異的抗抗疲勞性能； 封嚴涂層主要應用于航發(fā)的所有封嚴圈、盤

17、（與蜂窩或可刮削涂 層配合），具有動態(tài)密封作用，可提高發(fā)動機的功率和效率； 熱噴涂技術熱噴涂技術 低溫可刮削（封嚴）涂層主要應用于航發(fā)的壓氣機匣及所有的 封嚴環(huán)，具有低溫動態(tài)密封作用，可提高發(fā)動機的功率和效率； 高溫可刮削（封嚴）涂層主要應用于航發(fā)的高壓壓氣機匣和高 導外環(huán)，具有高溫動態(tài)密封作用，可提高發(fā)動機的功率和效率； 防火涂層主要應用于航發(fā)的高壓壓氣機匣； 潤滑涂層主要應用于航發(fā)的密封環(huán)和密封套，具有潤滑和密封 作用； 尺寸修復涂層主要應用于航發(fā)的磨損較嚴重零部件的尺寸恢復。 熱噴涂技術熱噴涂技術 l7.1抗高溫氧化與熱障涂層的制備工藝抗高溫氧化與熱障涂層的制備工藝 1.熱障涂層（熱障涂

18、層（TBC）的構造和功能）的構造和功能 熱障涂層的基本設計思想是利用陶瓷材料優(yōu)越的耐高熱障涂層的基本設計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 金屬基體相復合，以提高金屬結構件抵抗高溫腐蝕的金屬基體相復合，以提高金屬結構件抵抗高溫腐蝕的 能力，同時阻礙熱能從表面向基體的傳導。能力，同時阻礙熱能從表面向基體的傳導。 噴涂前的葉片 (經(jīng)清洗、去除殘余涂層、基材修補等) 噴涂后的葉片 經(jīng)5438h運行后， 檢修時的葉片原始形貌 熱噴涂技術熱噴涂技術 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

19、涂層間加一金屬粘結底層(過渡層)。為提高陶瓷 涂層的抗熱震性，TBC可設計成雙層系統(tǒng)、多層系統(tǒng)和梯度層 系統(tǒng)三種結構形式。 熱噴涂技術熱噴涂技術 2.熱障涂層（熱障涂層（TBC）的制備工藝技術）的制備工藝技術 采用陶瓷作為高溫合金表面的涂層，主要原因是葉片采用陶瓷作為高溫合金表面的涂層，主要原因是葉片 在工作時要承受不同的熱載荷和機械載荷。這種熱障在工作時要承受不同的熱載荷和機械載荷。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 高溫合金主要負責承擔機械載荷。高溫合金主要負責承擔機械載荷。 熱噴涂技術熱噴涂技術 目前國際上普遍采用的是：

20、 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） 1.電子束物理氣相沉積(EBPVD) （陶瓷面層+金屬過渡層）技 術。 等離子噴涂等離子噴涂 等離子噴涂(Plasma Spraying，簡稱PS)二十世紀五十年代 等離子噴涂設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)預處理的工件表面上形成涂層的方法。 等離子噴涂等離子噴涂 等離子噴涂具有如下工藝特性：等離子噴涂具有如下工藝特性： 1) 熱源溫度高（17000K），適

21、用于難熔材料的噴涂 2) 等離子射流速度大，可高達幾十至幾百米/秒，因此涂層與 基體具有較高結合強度，且涂層較為致密； 3) 噴涂過程中對基體熱影響較小，可以對已成型工件進行表 面噴涂； 4) 噴涂工藝規(guī)程穩(wěn)定，操作比較簡便，噴涂效率較高。 超音速火焰噴涂超音速火焰噴涂 超音速火焰噴涂(HVOF)和爆炸噴涂(D - GUN) 超音速火焰噴涂是應用火箭發(fā)動機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是大幅度提高了涂層的 結合強度、密度、硬度，同時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

22、速火 焰噴涂涂層內(nèi)部的殘余應力為壓應力，所以其涂層厚度基本不受限制，可達 到數(shù)毫米。 爆炸噴涂爆炸噴涂 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。 由于爆炸波的傳播速度高達由于爆炸波的傳播速度高達3000m/s, 其中心溫度可達其中心溫度可達 3450, 粉末粒子的飛行速度可達粉末粒子的飛行速度可達1200m/s，所以其噴，所以其噴 涂層涂層致密涂層涂層致密, 與基體的結合強度高。與基體的結合強度高。 爆炸噴涂爆炸噴涂 電子束物理氣相沉積(EB-PVD) 電子束物理氣相沉積(EB-PVD)

23、是以電子束作為熱源的一種蒸鍍方法，其蒸 發(fā)速率高，幾乎可以蒸發(fā)所有的物質，而且沉積得到的涂層與基體的結合 力非常好。電子束功率易于調節(jié)，束斑尺寸和位置易于控制，有利于精確 控制膜厚和均勻性。由于坩堝通常采用水冷，因此避免了高溫下蒸鍍材料 與坩堝發(fā)生化學反應，還避免了坩堝放氣污染膜層。 電子束物理氣相沉積法主要工藝過程為： 電子束通過磁場或電場聚焦在涂層的蒸發(fā)源錠子上，使材料 熔化，然后在真空的低氣壓環(huán)境中，蒸發(fā)源材料的氣相原子 通常以直線從熔池表面運動到基片表面并在基片表面沉積成 膜。 電子束物理氣相沉積(EB-PVD) 電子束物理氣相技術與等離子噴涂技術相比具有以下優(yōu)勢：電子束物理氣相技術與

24、等離子噴涂技術相比具有以下優(yōu)勢： (1)柱狀晶結構使EB-PVD涂層具有更高的應變?nèi)菹?，熱循環(huán)壽 命比等離子TBCs提高近8倍； (2)涂層更致密，抗氧化和熱腐蝕性能更好； (3)涂層的界面以化學結合為主，結合力顯著增強； (4)表面光潔度更高，有利于保持葉片的空氣動力學性能； (5)需要控制的涂層制備工藝參數(shù)較少，而且通過改變工藝參 數(shù)還可以控制陶瓷層的結構。 電子束物理氣相沉積(EB-PVD) 熱噴涂技術熱噴涂技術 7.2 高、低溫耐磨涂層的制備工藝高、低溫耐磨涂層的制備工藝 航空渦輪發(fā)動機中的耐磨損涂層基本分三類：航空渦輪發(fā)動機中的耐磨損涂層基本分三類： l高溫條件使用的高溫耐磨涂層，材料以NiCr合金為主； l低溫耐磨涂層，材料以WC/Co合金為主； A.抗微震磨損涂層，材料以CuNiIn和CuAl合金為主。 熱噴涂技術熱噴涂技術 l7.3 封嚴涂層制備工藝封嚴涂層制備工藝 l航空渦輪發(fā)動機中封嚴涂層對發(fā)動機的功率和效率航空渦輪發(fā)動機中封嚴涂層對發(fā)動機的功率和效率 有直接影響。封嚴涂層可分為非可刮削封嚴涂層，有直接影響。封嚴涂層可分為非可刮削封嚴涂層， 以及與其相配合的蜂窩壁齒或可刮削涂層。以及與其相配合的蜂窩壁齒或可刮削涂層。 熱噴涂技術熱噴涂技術 非可刮削封嚴