压气机叶片堆焊修复关键工艺参数研究

发布时间：2021-06-25 14:36

　　航空发动机叶片长期处于高温高压和复杂的应力条件下工作,会出现磨损、腐蚀、裂纹甚至断裂等损伤。叶片损伤不仅危害飞行安全,同时维修工作也增加了飞行器运行的维护成本和时间成本。微束等离子弧焊（MPAW）作为薄壁件焊接领域的重要手段,在航空发动机叶片维修领域应用广泛。利用微束等离子弧焊对叶片进行修复和再造可以节省时间成本和飞行器运维成本。在使用MPAW修复过程中对不同厚度、不同材料的叶片进行修复需要不同的输入功率,航空发动机的正常运行也对修复叶片有较高要求。因此,对压气机叶片堆焊修复的关键工艺参数研究具有重要意义。首先,根据能量守恒、质量守恒和传热方程分析等离子弧焊的热源分布特征,利用三维建模软件NX10.0进行三维数字建模,利用仿真分析软件COMSOL Multiphysics建立组合热源模型。对移动热源的仿真可以得到焊接过程中的温度场变化和传热规律,利用实验数据对热源模型的适用性进行了验证。其次,对MPAW的修复工艺过程进行研究,以焊接过程中热源移动速度为变量,在组合热源模型基础上进行仿真计算,得到不同参数下的仿真结果,结合工程经验数据,对结果进行横向对比分析,得到更优的参数选择。最后,根... 

【文章来源】：中国民航大学天津市

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

等离子弧焊示意图

中国民航大学硕士学位论文12这些影响温度场变化的因素中，在研究微束等离子弧焊的工艺参数时，其中焊接材料是可以固定的，材料的外形可以保持一致，因此在探究过程中可以将热源模型固定，使用单一变量法进行研究。对于求解多个热源对温度影响的问题，在焊接过程中，多个热源存在作用时，热源的耦合作用效果符合热源累积原理。即对于多个热源存在情况下，某一区域的温度等于每个热源独立在该区域产生温度的总和。其表达式为：1,niiiTTrt(2.2)式中，ir为第i个热源到计算区域的距离，it为第i个热源对计算区域的而作用时间。2.1.4焊接传热的分析方法在使用微束等离子弧焊修复叶片的过程中，等离子弧将热量集中在叶片的有一侧，快速将焊丝熔化同时在叶片上形成熔池，熔化的焊丝变成液态滴落到熔池上与堆焊区形成一体，随着热源移动或叶片移动，熔池降温冷却，新的区域被加热形成熔池并与滴落的焊丝熔合，同样的过程重复进行，形成连续的堆焊效果，叶片上增加一层堆焊层。堆焊的示意图如图2-1所示。图2-1叶片堆焊示意图如图2-1所示，上部是等离子弧焊喷嘴，喷嘴正下是发动机叶片，工作时等

中国民航大学硕士学位论文14K——导热系数；Q——热量来源；ueIZ——对流散热流速.2.2热源模型的分析和选择焊接热源模型是表示焊件在时间和空间中热输入分布的一种数学表达式，针对不同的焊接工况选择合适的焊接热源模型是焊接过程数值模拟的关键。通常认为用于模拟中的焊接热源模型热输入是不随时间变化的，即静态焊接热源模型。常见的静态焊接热源模型可根据焊缝特点和焊接熔深分为平面分布热源和体积分布热源。由于本论文针对等离子弧焊进行研究，其属于熔化焊的一种，因此下面就熔化焊热源模型进行介绍。2.2.1热源模型分析数值模拟在发展过程中提出了众多适用性不同的热源模型，大致可分为均匀分布模式和高斯分布模式两大类，各个大类下根据维度和种类又可以细分多种类型的热源模型。数值模拟时焊接热源的选择直接影响结果的准确性，因此需要根据热源特点和焊接的实际形态来决定热源的选择和利用，以及热源模型的组合使用。对于熔深较浅的电弧焊、能量束或者火花焊，平面热源模型适用性较好；对于使用激光、电子束进行深熔焊的可选择综合热源模型；对于薄壁件的修复，二维表面热源模型则具有较好的适用性。如图2-2为高斯热源和柱形热源的组合热源模型。图2-2高斯热源和柱形热源的组合模型PavelicV等[49]在1969年提出了平面高斯分布热源，并验证了其在超薄板焊

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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硕士论文
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本文编号：3249386