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电子科技大学成都学院本科毕业设计论文

(3)填焊材料及物化性能：

填料镍基高温（IMR-03）的物化性能：

表3-5 填料镍基高温（IMR-03）的物化性能 状态 粉体态 物化性能 熔点：1351～1418℃，摇比：4.571g/cm3，松比：5.676g/cm3，流动性：56sec，光吸收系数：45% 熔点：1359～1426℃，HV320，膨胀系数：14.21×10-8/℃，拉伸强度σb25℃，7000MPa，断面收缩率Ψ25℃，21.8%， Ψ900℃，23.6% 填料镍基高温合金（IMR-03）的名义成分：

表3-6 填料镍基高温合金（IMR-03）的名义成分 CR 18～25 W 6～8 Ti 1～3 Al 1～3 Mo 6～8 微量元素 ≯0.5 Ni 余量 凝固态 (4)激光补焊材料热疲劳性能：

为检验IMR-03粉末材料的抗热疲劳性能，用IMR-04粉末作为对比，进行了热疲劳试验。将对应粉末的补焊区抛光，金相检查无裂纹后用热疲劳试验机进行试验。

实验条件为：20℃±5℃（5sec） 900℃±10℃（55sec） 每5个循环，取下试样用10倍放大镜观察，记录裂纹的发生情况，结果如下：

表3-7 裂纹的发生情况统计表

补焊材料 出现裂纹次数 IMR-04 12次 IMR-03 30次 结果显示，IMR-03的抗热疲劳破损的能力要高于IMR-04。 (5)叶片裂纹补焊：

1.工艺过程：上色显像_____写下裂纹状态_____磨裂纹_____上色检验确定裂

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第3章 涡轮工作叶片裂纹故障

纹消除_____叶尖的清洗，加热_____电火花制造保护层_____激光填充盖板下部位_____叶尖防止氧化涂层_____打磨整理_____超声波撞击焊区_____荧光探伤检测_____倘若不达标，返回修修理。倘若达标_____组织稳化处理喷防氧化涂层。

2.主要工艺过程控制：

a．清洗裂纹：先对需修复的叶片尖进行上色，显现裂纹，而后针对一要让基材损伤最小二要方便激光焊还要还能根除裂纹的标准，依据裂纹属单裂纹、密集裂纹、拐裂纹、坎裂纹、亦或是非过裂纹等实际情形，用机械式打磨+上色跟踪的方法除去裂纹。如下图3-20展现了叶片叶背单条裂纹及其位置打磨具体开口情形。图3-21展现了叶盆多条裂纹及其位置打磨开口情形。

图 3-20 叶背单条裂纹及对应开口情况

图 2-21 叶盆多条裂纹及对应开口情况

b．补焊区保护层预置：

用超声波清洗浸入有机溶剂中的叶片叶尖大约40分钟。因修复区属于很不规范的三维空间，欲有效免除激光直接照射到基材，进而出现裂纹，利用IMR-03材

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质通过微弧式火花在整块补焊区提前制作大约150μm的涂层，可能要完全护住激光达到的作用区。

采取固态脉冲激光加工机于氩气各方位保护下利用He可见光导向按优化路径展开激光显微焊。填焊时要杜绝焊料堵塞气孔，补焊区需留出足够打磨的余量。

e．焊后打磨：

激光幅射结束后，对补焊区展开随形打磨要使用机械方法。 f．超声冲击：

对激光补焊区展开去应力处理在超声冲击下进行。 g．无损检测： 对经过打磨的叶片展开荧光探伤检测。 h．焊后热处理：

对叶片展开恢复性热处置，一次大修叶片热处理规则为：

在1100℃温度下进行2小时的真空热处理，在1230℃温度下真空处理二次大修叶片10小时。

i．喷涂抗氧化涂层：

对整个叶片喷涂抗氧化涂层需在热处理后进行，用以提高高温耐腐蚀性能。 (6)激光补焊金相组织：

经过金相组织检查，机体材料和补焊区属于冶金联结，界面无缺陷、无裂纹，补焊区组织是微小的胞枝晶组织。见图3-22、图3-23。

图3-22 IMR-03补焊组织

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第3章 涡轮工作叶片裂纹故障

图3-23 IMR-03+NiCiAlY补焊组织

(7)热冲击试验及解剖分析：

荧光检查叶片补焊区在热冲击实验后都没有裂纹存在。

对通过400小时热冲击处理的叶片进行了分解，制作成金相试样后利用草酸电解让叶背激光补焊区和叶盆全部浮现（图3-24）。

图3-24 叶片激光补焊区

通过检测叶盆补焊区无裂纹。利用电镜对叶背的激光补焊区剖析时发现补焊区两侧边沿耳处均存在长约0.5mm的小裂纹（见图3-25）。

图3-25 叶背补焊区宏观形状（圆弧内区域）

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补焊区属于正常的组织，无裂纹，基体界面和补焊区联结很好（见图3-26）。

图3-26 补焊区组织

3.5排故措施与效果

经过对第二次翻修的高压涡轮叶片叶尖裂纹形态的剖析，裂纹的出现和扩展过程，采用裂纹激光显焊填料与修护层框架，最后进行热处理，让叶片得以修复，结果很满意。经探讨、钻研和检验显示：

(1)环境和热应力复合作用使大修高压涡轮叶片叶尖部裂纹得以形成和发展，材料表面组织的衰变与腐蚀坑是内在的裂纹根源。增强叶尖的抗氧化腐蚀本领能降低叶尖裂纹形成的频率。

(2)为使裂纹原位跟踪彻底清除可采取着色显示和显微打磨复合工艺方式。 (3)为实现三维立体不规则空间的显微补焊，形成与基体相容，空间界面冶金结合和高质量的补焊区可选用和基体材料热膨胀系数差不多的Ni基合金为填料并采取微弧火花预置填料和固定激光脉冲优化路道路积分焊工艺方式等。

(4)为进一步提高补焊区的抗热疲劳性能可采取组织稳化真空热加工处置和

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