一种损伤涡轮叶片修复后气膜孔的修复方法

摘要

本发明公开一种损伤涡轮叶片修复后气膜孔的修复方法，利用超快激光旋切逐层扫描方式去除多余涂层，该方法利用同轴相机进行定位和监控，调节单层加工时间、单层加工厚度、加工功率及百分比等参数加工，过程容易控制，不产生涂层的脱落、分层及出现涂层裂纹和基体裂纹等问题，也不会对基体产生热影响区；修复精度高、过程可控、加工质量好，对基体无影响等。

说明书

技术领域

本发明属于激光制孔技术领域，涉及一种损伤涡轮叶片修复后气膜孔的修复方法。

背景技术

目前，航空发动机涡轮叶片损伤后，需要对原涂层进行去除，然后将损伤部位进行熔覆修复和加工，再对涡轮叶片进行涂层，完成涡轮叶片的修复。但是重新涂层可能将气膜孔部分堵塞，造成涡轮叶片无法满足使用要求。传统的做法是利用外力将气膜孔进行适当的扩孔，有可能造成涂层的脱落、分层，出现涂层裂纹和基体裂纹，同时也不利于孔径的控制。

发明内容

针对以上问题，本发明目的在于提供一种损伤涡轮叶片修复后气膜孔的修复方法，利用超快激光旋切逐层扫描方式去除多余涂层，过程容易控制，不产生涂层的脱落、分层及出现涂层裂纹和基体裂纹等问题，也不会对基体产生热影响区。

为达到上述目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种损伤涡轮叶片修复后气膜孔的修复方法，包括以下步骤：

步骤(1)、标定同轴相机显示图像上超快激光制孔的中心十字；

步骤(2)、测量超快激光焦点与同轴相机焦点的Z轴距离

首先打开激光快门调节Z轴坐标，查看试板上激光亮度，记录激光最亮时Z轴坐标1；关闭激光快门再调节Z轴坐标，查看同轴相机显示图像清晰的清晰度，记录图像最清晰时Z轴坐标2，Z轴坐标1与坐标2的差值即为超快激光焦点与同轴相机焦点的Z轴距离；

步骤(3)、将激光头移动至涡轮叶片上待修复气膜孔的加工范围内；

步骤(4)、调节同轴相机显示图像中心十字标尺与待修复气膜孔的中心位置重合；

调节机床坐标，以及同轴相机显示图像的圆的半径，使圆与待修复气膜孔的边缘重合；

步骤(5)、调节机床Z轴坐标至同轴相机显示图像最清晰，通过Z轴距离补偿确定激光束的焦点位置；

步骤(6)、利用超快激光对气膜孔进行修复

采用旋切逐层扫描制孔方式，进行圆环旋切修孔，进行多余涂层的去除，进而将孔加工为满足要求的气膜孔；

步骤(7)、利用同轴相机实时监控超快激光的穿透情况，当光束将要消失时，关闭激光快门，完成孔的修复。

进一步，步骤(1)预先在试板上利用超快激光打一个孔，调整图像上以十字中心为圆心的圆的半径，以及圆的位置，将圆与孔的边缘重合，完成超快激光制孔的中心十字的标定。

进一步，步骤(2)中同轴相机焦点与激光焦点在Z轴上的距离固定不变，待修复气膜孔的修复时，调节激光头机床坐标均通过观察同轴相机完成。

进一步，步骤(3)中通过观察同轴相机的显示图像，将激光头移动至将待修复气膜孔的加工范围内。

进一步，步骤(6)中进行多余涂层的去除时，超快激光功率为20W～40W，功率输出百分比60～80％。

进一步，步骤(6)中采用逐层扫描方式加工，加工尺寸为多余涂层厚度，分层加工至多余涂层全部去除。

本发明的损伤涡轮叶片修复后气膜孔的修复方法，利用超快激光旋切逐层扫描方式去除多余涂层，该方法利用同轴相机进行定位和监控，调节单层加工时间、加工厚度、加工功率及百分比等参数加工，过程容易控制，不产生涂层的脱落、分层及出现涂层裂纹和基体裂纹等问题，也不会对基体产生热影响区；修复精度高、过程可控、加工质量好，对基体无影响等。

附图说明

图1涡轮叶片损伤修复后气膜孔的修复示意图

图中：1.激光头；2.同轴相机；3.涡轮叶片；4.待修复气膜孔；5.多余涂层；6.满足要求的气膜孔。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，本文所描述的实施例仅仅为本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护范围。

参考图1所示，本发明损伤涡轮叶片修复后气膜孔的修复方法，具体步骤如下：

步骤(1)、标定同轴相机2显示图像上超快激光制孔的中心十字

预先在试板上利用超快激光打一个孔，调整图像上以十字中心为圆心的圆的半径，以及圆的位置，将圆与孔的边缘重合，完成超快激光制孔的中心十字的标定；

步骤(2)、测量超快激光焦点与同轴相机2焦点的Z轴距离

首先打开激光快门调节Z轴坐标，查看试板上激光亮度，记录激光最亮时Z轴坐标1；关闭激光快门再调节Z轴坐标，查看同轴相机2显示图像清晰的清晰度，记录图像最清晰时Z轴坐标2，Z轴坐标1与坐标2的差值即为超快激光焦点与同轴相机2焦点的Z轴距离；

步骤(3)、将激光头1移动至涡轮叶片3上待修复气膜孔4的加工范围内；

步骤(4)、调节同轴相机2显示图像中心十字标尺与待修复气膜孔4的中心位置重合

调节机床坐标，以及同轴相机2显示图像的圆的半径，使圆与待修复气膜孔4的边缘重合；

步骤(5)、调节机床Z轴坐标至同轴相机2显示图像最清晰，通过Z轴距离补偿确定激光束的焦点位置；

步骤(6)、利用超快激光对气膜孔进行修复

采用旋切逐层扫描制孔方式，进行圆环旋切修孔，进行多余涂层5的去除，进而将孔加工为满足要求的气膜孔6；

步骤(7)、利用同轴相机2实时监控超快激光的穿透情况，当光束将要消失时，关闭激光快门，完成孔的修复。

步骤(1)中同轴相机2显示图像上的十字中心为圆的中心圆点，用来定位超快激光制孔的位置，利用激光预制孔标定十字中心及圆，提高激光制孔的位置精度。

步骤(2)，同轴相机2焦点与激光焦点在Z轴上的距离固定不变，待修复气膜孔4的修复时，调节激光头1机床坐标均可通过观察同轴相机2完成。

步骤(3)，通过观察同轴相机2的显示图像，快速将激光头1移动至将待修复气膜孔4附近，提高效率。

步骤(4)，涡轮叶片3是损伤涡轮叶片被清理后重新涂覆的热障涂层新叶片，涡轮叶片3的气膜孔部分被二次涂覆的热障涂层堵塞，同轴相机2显示图像中心十字标尺与待修复气膜孔4的中心位置重合，可以准确定位激光头1，激光头1发出的激光中心与待修复气膜孔4的中心重合。

步骤(6)，进行多余涂层5的去除时，超快激光功率为20W～40W(功率输出百分比60～80％)，采用逐层扫描方式加工，加工尺寸为涂层5厚度，分层加工至多余涂层全部去除，使待修复气膜孔4达到要求尺寸。

步骤(7)，为了防止涡轮叶片气膜孔过度加工，损伤叶片腔体对壁，需要控制超快激光加工功率及加工时间，功率依靠参数设置，在实际加工中，加工深度与单层加工时间非线性变化，步骤6需要实时监控超快激光加工涂层穿透，利用同轴相机2观察，提高加工准确度，防止损伤叶片腔体对壁。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方案进行修改或者等同替换，而这些并未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在本发明的权利要求保护范围之内。