本發(fā)明屬于航空發(fā)動機及燃氣輪機葉片激光焊接修復。

背景技術：

1、目前在航空領域的渦輪葉片多為定向凝固鎳基高溫合金，其具有優(yōu)異的抗蠕變性能和抗壓抗屈服強度性能，在高溫環(huán)境下仍具有良好的力學性能和耐蝕耐疲勞性能。渦輪運行過程中的高溫環(huán)境會導致渦輪葉片和噴嘴的腐蝕、氧化以及熱疲勞和機械疲勞，由于渦輪葉片的更換成本高，有效的修復可以降低發(fā)動機的全壽命周期成本，因此，各種渦輪葉片的修復程序已經被開發(fā)出來。激光焊接渦輪葉片葉冠部位可增加堆焊層的強度，減少成本，實現更可靠的連接。

2、為了防止渦輪葉片焊接過程中的金屬熔池與活潑元素接觸而被氧化，且渦輪葉片結構為復雜多型面，因此需要專用的焊接保護氣噴嘴來加入焊接保護氣。在激光焊接葉片過程中，金屬熔滴受到惰性氣體(焊接保護介質)的保護，可以有效減少焊縫缺陷，例如：熔融金屬的氧化、金屬蒸汽的污染以及熔滴飛濺。惰性保護氣體的輸送方式不當或保護氣體流穩(wěn)定性不足，極易使焊縫發(fā)生氧化，將顯著降低焊接質量和性能。所以，激光焊接葉片過程中，對復雜多型面的柔性保護裝置設計是實現高效高質焊接的技術難點。

3、目前的焊接保護裝置可以分為密閉式保護、旁軸側吹和同軸吹氣三種保護方式。密閉式保護在焊接過程中為工件的焊接提供一個密閉的環(huán)境，抑制了其氧化，但葉片的結構復雜，密閉環(huán)境下激光焊接操作難度大，且難以監(jiān)控焊接過程，不能達到廣泛的應用。旁軸側吹保護方式結構簡單、易于安裝，較為靈活，但由于保護氣體輸出方向的固定性，導致在變方向加工時焊縫成形質量一致性不高，對渦輪葉片的多型面更加難以適用。同軸吹起保護由于葉片焊接過程中需要采用送絲的方式填充金屬，對熔融金屬難以起到良好的焊接保護效果。

4、綜上所述，密閉式保護方式具有良好的焊接保護效果，但目前由于葉片的多型面結構以及送絲填充金屬空間受到限制，還無法做到對葉片的高效焊接修復。

技術實現思路

1、本發(fā)明要解決現有渦輪葉片激光焊接修復過程中的保護無法同時實現操作簡單、監(jiān)控焊接過程、抑制熔融金屬的氧化、金屬蒸汽的污染和熔滴飛濺，以及不規(guī)則多型面激光焊接保護質量的問題，進而提供一種變氣流保護的氣體噴嘴裝置及利用其進行絲材精密激光焊接修復渦輪葉片的方法。

2、一種變氣流保護的氣體噴嘴裝置，它由兩個弧形柱狀外殼、保護氣流網及密封蓋組成；

3、所述的弧形柱狀外殼內壁沿周向依次設置三個凹槽，三個凹槽上端面和內側面為敞口結構，弧形柱狀外殼上端表面設置密封蓋，弧形柱狀外殼內壁表面設置保護氣流網，且弧形柱狀外殼內壁、密封蓋與保護氣流網形成第一腔室、第二腔室及第三腔室；所述的保護氣流網與第一腔室、第二腔室及第三腔室對應位置陣列設置多個氣體出口；

4、所述的第一腔室、第二腔室及第三腔室底部設置氣體入口，內部縱向平行設置多個氣體流道分隔板；

5、所述的兩個弧形柱狀外殼結構相同，且兩個弧形柱狀外殼對稱設置。

6、本發(fā)明的有益效果是：

7、本發(fā)明利用不同腔室形成不同流速的層流，基于第一腔室及第三腔室的保護氣輸入流量相同，第一腔室與第二腔室的保護氣輸入流量比為(0.9～1.2):1，且第二腔室所對應的扇形角大于第一腔室及第三腔室，進而導致第二腔室的體積大于第一腔室及第三腔室，因此形成兩側高速的保護氣輸出，內部穩(wěn)定緩慢的保護氣輸出，兩側氣流為保護層，內部氣流對激光焊接過程中熔融金屬保護，防止氧化，形成類密閉保護方式，為葉冠多型面激光送絲焊接修復提供保護方法，具體優(yōu)勢如下：

8、1、本發(fā)明裝置可實現激光焊接修復葉片多型面部位過程中保護氣全覆蓋，分腔室結構并通過不同輸出流量的氣體形成內部氣壓低、兩側氣壓高的氣罩，同時配合整流罩精準控制保護氣的保護區(qū)域，有效抑制激光焊接過程中熔融金屬的氧化。

9、2、本發(fā)明裝置不干涉焊接過程，相較旁軸保護范圍更大，雙側保護氣噴嘴之間留有足夠空間，方便激光焊接過程中的擺動，焊絲可有效送達。針對激光熔絲焊接精密修復的葉片，實現類密閉保護，這種方式能夠減少堆焊層熔融金屬的氧化、減少焊接過程中的飛濺、減少焊縫的氣孔等，同時不影響送絲裝置和激光頭操作空間。

10、3、本發(fā)明裝置保護效果好，激光焊接保護氣體噴嘴各部分之間緊密連接，密封性好，不漏氣，保護氣通過進氣口流入腔體，從保護氣體出孔流出，達到整體保護的效果，獲得成形質量良好的堆焊層。

11、4、本發(fā)明裝置易安裝、拆卸，適應性高，操作便捷，可監(jiān)控焊接過程，在修復葉片兩側安裝，同時適用于其他多型面焊接時保護，適配度高。

12、說明書附圖

13、圖1為本發(fā)明變氣流保護的氣體噴嘴裝置的整體結構示意圖；

14、圖2為本發(fā)明變氣流保護的氣體噴嘴裝置的主視圖；

15、圖3為本發(fā)明變氣流保護的氣體噴嘴裝置的腔室內部圖；

16、圖4為本發(fā)明變氣流保護的氣體噴嘴裝置的保護氣流網與腔室的位置關系圖；

17、圖5為實施例一變氣流保護的氣體噴嘴裝置的腔室之間角度示意圖；

18、圖6為本發(fā)明變氣流保護的氣體噴嘴裝置的定位裝置結構示意圖；

19、圖7為對比實驗旁軸保護下激光送絲焊接的dz125合金葉片堆焊層表面和截面形貌；

20、圖8為實施例一變氣流類密閉保護下激光送絲焊接的dz125合金葉片堆焊層表面和截面形貌；

21、其中，1-弧形柱狀外殼；2-整流罩；3-保護氣流網；4-定位裝置；5-待修復渦輪葉片；6-送絲導電嘴及焊絲；7-軟管；8-密封蓋；9-氣體入口；10-第一腔室；11-第二腔室；12-第三腔室；13-氣體流道分隔板。

技術特征：

1.一種變氣流保護的氣體噴嘴裝置，其特征在于它由兩個弧形柱狀外殼(1)、保護氣流網(3)及密封蓋(8)組成；

2.根據權利要求1所述的一種變氣流保護的氣體噴嘴裝置，其特征在于所述的弧形柱狀外殼(1)的扇形角為140°～155°。

3.根據權利要求1所述的一種變氣流保護的氣體噴嘴裝置，其特征在于所述的第一腔室(10)與第三腔室(12)結構相同。

4.根據權利要求3所述的一種變氣流保護的氣體噴嘴裝置，其特征在于所述的第一腔室(10)及第三腔室(12)的扇形角均為25°～35°；所述的第二腔室(11)的扇形角為40°～60°。

5.根據權利要求4所述的一種變氣流保護的氣體噴嘴裝置，其特征在于所述的第二腔室(11)設置于弧形柱狀外殼(1)中部，第一腔室(10)及第三腔室(12)對稱設置于第二腔室(11)兩側。

6.根據權利要求1所述的一種變氣流保護的氣體噴嘴裝置，其特征在于所述的多個氣體出口的直徑均為2mm～4mm。

7.根據權利要求1所述的一種變氣流保護的氣體噴嘴裝置，其特征在于所述的兩個弧形柱狀外殼(1)設置于定位裝置(4)上；所述的氣體入口(9)與軟管(7)連接。

8.根據權利要求1所述的一種變氣流保護的氣體噴嘴裝置，其特征在于所述的密封蓋(8)上設置整流罩(2)。

9.利用權利要求1所述的一種變氣流保護的氣體噴嘴裝置進行絲材精密激光焊接修復渦輪葉片的方法，其特征在于它是按以下步驟進行的：

10.根據權利要求9所述的一種變氣流保護的氣體噴嘴裝置進行絲材精密激光焊接修復渦輪葉片的方法，其特征在于步驟二中所述的變氣流保護的氣體噴嘴裝置與激光頭同軸。

技術總結
一種變氣流保護的氣體噴嘴裝置及利用其進行絲材精密激光焊接修復渦輪葉片的方法，本發(fā)明屬于航空發(fā)動機及燃氣輪機葉片激光焊接修復技術領域。解決現有渦輪葉片激光焊接修復過程中的保護無法同時實現操作簡單、監(jiān)控焊接過程、抑制熔融金屬的氧化、金屬蒸汽的污染和熔滴飛濺，以及不規(guī)則多型面激光焊接保護質量的問題。裝置由兩個弧形柱狀外殼、保護氣流網及密封蓋組成，形成第一腔室、第二腔室及第三腔室，保護氣流網上設置多個氣體出口；方法：一、裝夾及設定；二、在葉片裝夾兩側對稱固定；三、在保護氣罩下進行絲材精密激光焊接修復。本發(fā)明用于變氣流保護的氣體噴嘴裝置及利用其進行絲材精密激光焊接修復渦輪葉片。

技術研發(fā)人員：雷正龍,王晨,楊爍,宋文清,李旭東,胡澤鍇
受保護的技術使用者：哈爾濱工業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19