航空发动机典型修理工艺

喷涂前的叶片 (经清洗、去除残余涂层、基材修补等)
喷涂后的叶片
热喷涂技术
• 为改善涂层和基体的物理相容性和基体的抗高温氧化性能，常
在基体和陶瓷涂层间加一金属粘结底层(过渡层)。为提高陶瓷
涂层的抗热震性，TBC可设计成双层系统、多层系统和梯度层 系统三种结构形式。
热喷涂技术
• 2.热障涂层（TBC）的制备工艺技术 • 采用陶瓷作为高温合金表面的涂层，主要原因是叶片
每次大修时都将全部重新涂敷，以保证航发的性能和安全性。 其按功能分类有：热障涂层，抗高温氧化腐蚀涂层，高、低 温耐磨涂层，抗微震磨损涂层，防火涂层，润滑涂层，高、 低温封严涂层，尺寸修复涂层等。图1标注出各种功能涂层
在航空涡轮发动机中的分布情况，它们的主要功能与应用于
涡轮航空发动机的具体部位如下：
热喷涂技术
焊的主要区别是用保护气体（氩弧焊就是用氩气）将 电弧、熔池与空气隔开，杜绝空气的有害作用，以获 得性能良好的焊缝。
氩弧焊（GAS-SHIELDED TUNGSTEN ARC WELDING）
发动机焊接翻修工艺
• 根据焊丝在焊接过程中的作用范围不同，氩弧焊可分为熔
• 熔化极氩弧焊的焊丝既是焊料又是电极，用于厚度大于2mm的
发动机焊接翻修工艺


概述 气焊
的裂纹、磨损等故障。对热处理后强度为90-140公斤 ／毫米2的结构钢件，焊修后要重新进行热处理。
• 翻修中常用气焊排除和修复低碳钢和有色金属零件上
手工电弧焊

• 翻修中常用于结构钢零件的局部焊修。
发动机焊接翻修工艺

• 介绍 • 氩弧焊是气体保护电弧焊的一种，它和一般手工电弧
超音速火焰喷涂
• •
超音速火焰喷涂(HVOF)和爆炸喷涂(D - GUN) 超音速火焰喷涂是应用火箭发动机的原理获得温度较低（3400K），但速度 却很高的喷涂燃流。超音速火焰喷涂最为突出的贡献是大幅度提高了涂层的 结合强度、密度、硬度，同时降低了涂层中的氧化物含量，使涂层更加纯净。 因此，超音速火焰喷涂涂层具有卓著的耐磨和抗腐蚀性能。此外，超音速火
热喷涂技术
图2 航空涡轮发动机热障涂层应用的分布
热喷涂技术 • • •
高温耐磨涂层，主要应用于航发的过渡段，可承受800℃以下的
高温磨损；
低温耐磨涂层，主要应用于航发的轴颈和4级封严环，在300℃以 下具有优良的耐磨性能； 热障涂层，主要应用于航发的高导叶片、火焰筒、过渡段、隔热 屏等部位，兼有抗高温氧化和阻止热传导功能。
技术。
等离子喷涂
• 等离子喷涂(Plasma Spraying，简称PS)二十世纪五十年代 • 等离子喷涂设备及工艺是采用等离子弧发生器(喷枪)将通入喷
嘴内的气体(常用Ar、N2和H2等气体)加热和电离，形成高温高
速等离子射流，熔化和雾化金属或非金属物料，并使其以高速 喷射到经预处理的工件表面上形成涂层的方法。
薄板和中厚板。 • 非熔化极氩弧焊焊丝仅作为焊料，主要用于薄板。氩弧焊的主 要设备和工具包括氩弧焊机、氩气瓶和氩弧焊枪。
化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊。
发动机焊接翻修工艺
• 钨极氩弧焊应用
•
• 在惰性气体的保护下，利用钨电极与工件之间产生的电弧热
熔化母材和填充焊处的焊接方法称钨极惰性气体保护焊。 在发动机翻修中，钨极氩弧焊主要应用于铝合金，镁合金， 铜合金，钛合金，高温合金，不锈钢等薄壁构件的焊接以及 零件的补焊。
面光滑、保证气密性、缩短制造周期等优点。
发动机焊接翻修工艺
• 缺点：
1. 主要是焊接质量不够稳定；
2. 缺乏可靠、有效的无损检验方法；
3. 设备复杂，维修困难；
4. 要求有大功率电源；可焊工件的厚度、尺寸与形状受到
焊机功率、结构形状的限制；
5. 接头型式为搭接，不仅使接头重量增加，而且产生附加
弯矩，使接头受力特性恶化。
离、焊接速度、焊接电流以及接头形势等。
• 焊接材料：氩弧焊的焊接材料或填充材料的成分要与母材（基材）一
致，形状为圆形截面的丝材（焊丝）。在发动机翻修手册中，对每种 焊接修理所选用的焊材都会给出明确的说明，实际修理时应特别注意。
发动机焊接翻修工艺

等离子弧焊
等离子弧焊是在钨极氩弧焊的基础 上发展起来的一种焊接方法。钨极 氩弧焊使用的热源是常压状态下的 自由电弧，简称自由钨弧。 等离子弧焊用的热源是将自由钨弧 压缩强化之后而获得电离度更高的 电弧等离子体，称等离了弧，又称 压缩电弧。两者在物理本质上没有 区别，仅是弧柱中电离程度上的不 同。经压缩的电弧其能量密度更为 集中，温度更高。
件接触处加热到熔化温度，形成透
镜状的熔化核心，断电后，在压力 的作用下凝固成焊点。
发动机焊接翻修工艺
• 2．缝焊 • 缝焊又称滚焊，是点焊方法的发展，就其本质来说与点
焊基本相同。
发动机焊接翻修工艺 • • •
3．特点
(1)点、缝焊多用搭接接头，与气焊、电孤焊使用的对接接头相比
较，其焊口的尺寸精度可低些。 (2)通电时间短，产生的热量有效地用于生成的焊核，损失的热 量相对地较少，且大部分散往电极。与其它焊接方法比较，热影 响区很小，由残余应力引起的零件变形也很小。
•
•
抗微震磨损涂层主要应用于航发的压气机叶片和静子外环块，既 有良好的耐磨性能，又具有优异的抗抗疲劳性能； 封严涂层主要应用于航发的所有封严圈、盘（与蜂窝或可刮削涂
层配合），具有动态密封作用，可提高发动机的功率和效率；
热喷涂技术 • • • • •
低温可刮削（封严）涂层主要应用于航发的压气机匣及所有的
发动机焊接翻修工艺
• 4．点、缝焊在航空工业上的应用 • 在发动机制造方面，由于喷气式发动机的大部分构件
是采用板材的冲——焊结构。
• 例如，火焰筒、燃烧室外套、燃油收集器、点火器、
加力燃烧室、喷口鱼鳞片，整流支板等都用点、缝焊 结构，估计喷气发动机上点、缝焊的工作量约占整个 焊接工作量的70％。
发动机焊接翻修工艺
•
(3)电弧焊、气焊、钎焊等方法，都需使用价格较高的消耗材料，
如焊条、氧气和乙炔、钎料和焊剂等，而点、缝焊主要消耗电流， 所以生产成本低。
发动机焊接翻修工艺
• (4)生产率高。操作熟练时，一秒钟内可焊4～5个焊点。 • (5)点、缝焊时，不产生烟尘和有害气体，环境较卫生，
劳动强度也较低。
• (6)点、缝焊操作简易，较易实现焊接过程的自动化。 • 如果与铆接相比更具有节省金属、减轻结构重量、表
发动机焊接翻修工艺 •
（5）采用小孔焊接技术，能实现单面焊双面成形焊接工艺。但
小孔焊接技术所能焊接的最大厚度受到一定限制，一般能稳定焊
接的厚度在3~8mm范围，很少超过13mm。
• •
（6）等离子弧焊用的焊枪结构复杂，直径较粗，操作过程的可 达性和可见性较TIG焊差。 （7）等离子弧焊设备(如电源、电气控制线路和焊枪等)较复杂，
设备费用较高，焊接时对焊工的操作水平虽要求不很高，但要求
且有更多的焊接设备方面的知识。
发动机焊接翻修工艺

•
• •
点焊和缝焊 1．点焊
点焊是航空工业中用得最多的一种 焊接方法。 点焊时，把要焊的两个工件搭叠起 来臵于上下两个铜合金电极之间， 施加电极压力将两个工件压紧，然 后合上开关，接通变压器，由于工 件本身有电阻，电流通过时使两焊

钎焊
热喷涂技术

概述
国内外航空涂层的应用与发展
随着航空发动机向高性能、高翻修寿命、高可靠性、低耗油率、 低成本方向的进步和热喷涂等表面工程技术的迅速发展，各种功
• •
能涂层在航空领域的应用越来越广泛和重要。美国 P&W公司自
20世纪60年代以来，逐渐扩大了热喷涂的应用范围，诸如 JT3D、 JT8D、JT9D等发动机的关键零部件—风扇叶片、压气机叶片、
热喷涂技术

• 1.热障涂层（TBC）的构造和功能 • 热障涂层的基本设计思想是利用陶瓷材料优越的耐高
温、耐腐蚀、耐磨损和绝热等性能使其以涂层形式和 金属基体相复合，以提高金属结构件抵抗高温腐蚀的 能力，同时阻碍热能从表面向基体的传导。
7.1抗高温氧化与热障涂层的制备工艺
经5438h运行后， 检修时的叶片原始形貌
发动机焊接翻修工艺 •
（2）由于等离子弧呈圆柱形，扩散角小，挺直度好，所以焊接熔池 形状和尺寸受弧长波动的影响小，因而容易获得均匀的焊缝成形， 而TIG焊随着弧长的增加，其熔宽增大，而熔深减小。
发动机焊接翻修工艺 • •
（3）由于等离子弧的压缩效应及热电离充分。所以电弧工作稳定， 即使等离子弧在小电流焊时，仍能保证焊接过程非常稳定，故可 以焊接超薄构件。 （4）由于钨极内缩到喷嘴孔道里，可以避免钨极与工件接触，消 除了焊缝夹钨缺陷。同时喷嘴至工件距离可以变长，焊丝进入熔 池容易。
封严环，具有低温动态密封作用，可提高发动机的功率和效率；
高温可刮削（封严）涂层主要应用于航发的高压压气机匣和高 导外环，具有高温动态密封作用，可提高发动机的功率和效率； 防火涂层主要应用于航发的高压压气机匣； 润滑涂层主要应用于航发的密封环和密封套，具有润滑和密封
作用；
尺寸修复涂层主要应用于航发的磨损较严重零部件的尺寸恢复。
焰喷涂涂层内部的残余应力为压应力，所以其涂层厚度基本不受限制，可达
到数毫米。
爆炸喷涂 • 爆炸喷涂是利用氧和可燃性气体的混合气，经点火后在喷枪中
爆炸, 利用脉冲式气体爆炸的能量, 将被喷涂的粉末材料加热、
加速轰击到工件表面而形成涂层。
爆炸喷涂
• 由于爆炸波的传播速度高达3000m/s, 其中心温度可达
发动机焊接翻修工艺 •
钨极氩弧焊工艺特点：
• 在通风的场地施工操作时，应注意避免流动的空气所引起的扰动，最