Schweißreparatur und Remanufacturing-Technologie für Turbinenschaufeln und Lüfter-/Verdichterschaufeln von Flugzeugmotoren

Flugzeugtriebwerkschaufeln befinden sich über einen langen Zeitraum in einer komplexen und strengen Arbeitsumgebung und sind anfällig für verschiedene Arten von Schadensdefekten. Der Ersatz der Schaufeln ist teuer, und Forschungen zu Reparatur- und Remanufacturing-Technologien bieten enorme wirtschaftliche Vorteile. Flugzeugtriebwerkschaufeln werden hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt: Turbinenschaufeln und Lüfter-/Verdichterschaufeln. Turbinenschaufeln verwenden normalerweise nickelbasierte Hochtemperaturlegierungen, während Lüfter-/Verdichterschaufeln hauptsächlich Titanlegierungen verwenden, manchmal auch nickelbasierte Hochtemperaturlegierungen. Die Unterschiede in den Materialien und Arbeitsumgebungen von Turbinenschaufeln und Lüfter-/Verdichterschaufeln führen zu unterschiedlichen häufigen Schadenstypen, was wiederum zu verschiedenen Reparaturmethoden und Leistungsindikatoren führt, die nach der Reparatur erreicht werden müssen. In diesem Artikel werden die Reparaturmethoden und Schlüsseltechnologien analysiert und diskutiert, die derzeit für die beiden Arten von häufigen Schadensdefekten an Flugzeugtriebwerkschaufeln verwendet werden, mit dem Ziel, eine theoretische Grundlage für hochwertige Reparaturen und Remanufacturing von Flugzeugtriebwerkschaufeln bereitzustellen.

In Flugzeugtriebwerken sind Turbinen- und Lüfter-/Verdichter-Rotorblätter langfristig harten Umgebungen wie Zentrifugalkräften, thermischem Spannungszustand und Korrosion ausgesetzt und haben äußerst hohe Leistungsanforderungen. Sie werden als eine der wichtigsten Kernkomponenten im Flugzeugtriebwerksbau aufgeführt, und deren Fertigung macht mehr als 30 % der Gesamtarbeit des Triebwerksbaus aus [1, 3]. In einer harten und komplexen Arbeitsumgebung über einen langen Zeitraum neigen Rotorblätter zu Fehlern wie Rissen, Spitzenverschleiß und Bruchschäden. –die Kosten für die Reparatur der Blätter entsprechen nur 20 % der Kosten für die Herstellung des gesamten Blattes. Daher trägt die Forschung zu Reparaturtechnologien von Flugzeugtriebwerksblättern zur Verlängerung der Lebensdauer der Blätter bei, senkt Produktionskosten und bietet enorme wirtschaftliche Vorteile.

Die Reparatur und Wiederverwertung von Turbinenschaufeln von Flugzeugmotoren umfasst hauptsächlich die folgenden vier Schritte [4]: Vorbehandlung der Schaufel (einschließlich Reinigung der Schaufel [5], dreidimensionale Inspektion und geometrische Rekonstruktion [6, –7] usw.); Materialauftrag (einschließlich der Verwendung fortschrittlicher Schweiß- und Verbindungstechnologien zur Füllung und Aufstockung fehlender Materialien [8, –10], Wärmebehandlung zur Leistungsrestauration [11, –13] usw.); Schaufelüberholung (einschließlich Bearbeitungsverfahren wie Schleifen und Polieren [14]); Nachbehandlung nach der Reparatur (einschließlich Oberflächenbeschichtung [15] –16] und Stärkungsbehandlung [17], usw.), wie in Abbildung 1 gezeigt. Davon abhängig ist die Materialaufbringung der Schlüssel, um die mechanischen Eigenschaften der Schaufel nach der Reparatur zu gewährleisten. Die Hauptbestandteile und Materialien von Flugtriebwerksblättern sind in Abbildung 2 dargestellt. Für verschiedene Materialien und unterschiedliche Defekttypen ist die entsprechende Reparaturmethodenforschung die Grundlage für die Durchführung einer hohen Qualität bei der Reparatur und Remanufaktur beschädigter Blätter. In diesem Artikel werden Nickelbasis-Hochtemperaturlegierungs-Turbinenschaufeln und Titanlegierungs-Fans-/Verdichterschaufeln als Objekte betrachtet, es wird über die Reparaturmethoden und Schlüsseltechnologien diskutiert und analysiert, die zurzeit für verschiedene Arten von Schäden an Flugtriebwerksblättern verwendet werden, und deren Vor- und Nachteile erklärt.

1. Reparaturmethode für Turbinenschaufeln aus nickelbasierenden Hochtemperaturlegierungen

Nickelbasierte Hochtemperaturlegierungs-Turbolades arbeiten lange Zeit in einer Umgebung von Hochtemperatur-Brenngas und komplexem Spannungszustand, und die Lades weisen oft Defekte wie Ermüdungs- und Thermokriechrisse, kleine Flächenschäden (Spitzenverschleiß und Korrosionsschäden) sowie Ermüdungsbrüche auf. Da die Sicherheit der Reparatur von Ermüdungsbrüchen bei Turbolades relativ gering ist, werden sie normalerweise direkt ersetzt, nachdem ein Ermüdungsbruch aufgetreten ist, ohne dass eine Schweißreparatur durchgeführt wird. Die beiden häufigen Arten von Defekten und Reparaturen von Turbolades sind in Abbildung 3 [4] dargestellt. Im Folgenden werden die Reparaturmethoden für diese beiden Arten von Defekten bei nickelbasierten Hochtemperaturlegierungs-Turbolades vorgestellt.

1.1 Reparatur von Rissen in nickelbasierten Superallegierungs-Turbolades

Löt- und Festphasenschweßverfahren werden allgemein zur Reparatur von Turbinenblatt-Rissdefekten verwendet, darunter insbesondere: Vakuum-Löten, transientes Flüssigkeitsphasendiffusionsschweißen, aktivierte Diffusionsschweißung und pulvermetallurgische Wiederherstellungsreparatursmethoden.

Shan et al. [18] verwendeten die Strahl-Rohrbraze-Methode, um Risse in ChS88 nickelbasierten Turbinenschaufeln mit Ni-Cr-B-Si- und Ni-Cr-Zr-Brazefüllmetallen zu reparieren. Die Ergebnisse zeigten, dass im Vergleich zum Ni-Cr-B-Si-Brazefüllmetall das Zr im Ni-Cr-Zr-Brazefüllmetall sich nicht leicht diffundiert, das Substrat nicht erheblich korrodiert wird und die Zähigkeit des Schweißnahtbereichs höher ist. Die Verwendung von Ni-Cr-Zr-Brazefüllmetall ermöglicht die Reparatur von Rissen in ChS88 nickelbasierten Turbinenschaufeln. Ojo et al. [19] untersuchten die Auswirkungen der Spaltsbreite und Prozessparameter auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften von durch Diffusionsbrazing hergestellten Anschlussstellen von Inconel718 nickelbasierten Legierungen. Mit zunehmender Spaltsbreite ist das Auftreten harter und brüchiger Phasen wie Ni3Al-basierter Intermetallverbindungen und nikelführender und chromführender Boride der Hauptgrund für den Rückgang von Festigkeit und Zähigkeit der Verbindung.

Die transiente Flüssigkeitsphasen-Diffusionsverbindung wird unter isothermen Bedingungen fest und gehört zur Kristallisation unter Gleichgewichtsbedingungen, was förderlich ist für die Homogenisierung von Zusammensetzung und Struktur [20]. Pouranvari [21] untersuchte die transiente Flüssigkeitsphasen-Diffusionsverbindung des Inconel718 nickelbasierten Hochtemperaturlegierungsstoffs und fand heraus, dass der Cr-Gehalt im Füllmaterial und das Zerfallsintervall der Matrix die wesentlichen Faktoren sind, die die Stärke der isothermal gefestigten Zone beeinflussen. Lin et al. [22] untersuchten den Einfluss der Prozessparameter der transienten Flüssigkeitsphasen-Diffusionsverbindung auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften von GH99 nickelbasierten Hochtemperaturlegierungsanbindungen. Die Ergebnisse zeigten, dass mit dem Anstieg der Verbindungstemperatur oder der Verlängerung der Zeit die Anzahl der Ni- und Cr-reichen Boride in der Niederschlagszone abnahm und die Korngröße der Niederschlagszone kleiner wurde. Die Ziehscherfestigkeit bei Raumtemperatur und Hochtemperatur stieg mit der Verlängerung der Haltezeit. Derzeit wurde die transiente Flüssigkeitsphasen-Diffusionsverbindung erfolgreich zur Reparatur kleiner Risse in Niederbelastungsgebieten und zur Wiederherstellung der Spitzenbeschädigung von unkrönchten Schaufeln eingesetzt [23]. –24]. Obwohl die transient-flüssige Phasendiffusionsschweißung erfolgreich auf eine Vielzahl von Materialien angewendet wurde, ist sie auf die Reparatur kleiner Risse (etwa 250 μ m) beschränkt.

Wenn die Rissbreite größer als 0,5 mm ist und die Kapillarkraft nicht ausreicht, um den Riss zu füllen, kann die Schaufelreparatur durch aktivierte Diffusionsschweißung [24] erreicht werden. Su et al. [25] verwendeten die Methode der aktivierten Diffusionslötung, um die In738 nickelbasierte Hochtemperaturlegierungschaufel mit DF4B-Lötmaterial zu reparieren und erhielten einen hochfesten, oxideresistenten Lötverbindung. Die γ′ die im Gelenk ausgebildete Phase hat einen verstärkenden Effekt, und die Zugfestigkeit erreicht 85 % des Muttermaterials. Das Gelenk bricht an der Position des Cr-reichen Borids. Hawk et al. [26] verwendeten ebenfalls aktiviertes Diffusionslöten, um den breiten Riss einer René 108 nickelbasierten Hochtemperaturlegierungsblatt zu reparieren. Pulvermetallurgie-Remanufaktur, als neu entwickelte Methode zur Wiederherstellung fortgeschrittener Materialoberflächen, wird weitgehend bei der Reparatur von Hochtemperaturlegierungsblättern eingesetzt. Sie kann die dreidimensionale nahezu isotrope Stärke großer Lückenfehler (mehr als 5 mm), wie Risse, Ablation, Verschleiß und Löcher in Blättern [27], wiederherstellen und rekonstruieren. Liburdi, ein kanadisches Unternehmen, entwickelte die LPM-Methode (Liburdi Pulvermetallurgie), um nickelbasierte Legierungsblätter mit hohen Al- und Ti-Gehalten, die eine schlechte Schweißbarkeit aufweisen, zu reparieren. Der Prozess ist in Abbildung 4 dargestellt [28]. In den letzten Jahren ermöglicht die darauf basierende vertikale Schichtpulvermetallurgiemethode eine einstufige Lotreparatur von Fehlern bis zu 25 mm Breite [29].

1.2 Reparatur  von Oberflächenbeschädigungen von nikelbasierten Hochtemperaturlegierungs-Turbinenschaufeln

Wenn es zu kleinteiligen Kratzern und Korrosionsschäden auf der Oberfläche von nikelbasierten Hochtemperaturlegierungsblättern kommt, kann die beschädigte Stelle normalerweise durch Maschinenbearbeitung entfernt und gefräst werden und anschließend mit einer geeigneten Schweißmethode aufgefüllt und repariert werden. Die aktuellen Forschungen konzentrieren sich hauptsächlich auf Laser-Schmelzablagerung und Argon-Bogenweldung zur Reparatur.

Kim et al. [30] von der University of Delaware in den Vereinigten Staaten führten Laser-Schichtauftragung und manuelles Schweißreparieren an Rene80-Nickelbasislegierungsblättern mit hohen Al- und Ti-Gehalten durch und verglichen die Werkstücke, die einer Schweißnachbehandlung unterzogen wurden, mit denen, die einer Schweißnachbehandlung und einem heißen isostatischen Pressen (HIP) unterzogen wurden, und stellten fest, dass HIP effektiv kleine poröse Mängel reduzieren kann. Liu et al. [31] von der Huazhong University of Science and Technology verwendeten Laser-Schichtauftragungstechnologie, um Gruben- und Lochdefekte in 718-Nickelbasislegierungsturbinekomponenten zu reparieren, und untersuchten die Auswirkungen der Laserleistungsdichte, der Laserscanngeschwindigkeit und der Auftragsform auf den Reparaturprozess, wie in Abbildung 5 gezeigt.

Bezüglich des Argonbogenschweißreparats haben Qu Sheng et al. [32] von der China Aviation Development Shenyang Liming Aero Engine (Group) Co., Ltd. die Wolfram-Argonbogenschweißmethode zur Behebung von Verschleiß- und Rissproblemen an den Spitzen der DZ125-Hochtemperaturlegierungs-Turbinenschaufeln verwendet. Die Ergebnisse zeigen, dass nach der Reparatur mit traditionellen kobaltbasierten Schweißmaterialien in der Wärmebeeinflussungszone thermische Risse auftreten und die Härte des Schweißnahtbereichs verringert wird. Durch die Verwendung des neu entwickelten MGS-1 nickelbasierten Schweißmaterials, kombiniert mit geeigneten Schweiß- und Wärmebehandlungsverfahren, können Risse in der Wärmebeeinflussungszone effektiv vermieden werden, und die Zugfestigkeit bei 1000 ° C erreicht 90 % des Basismaterials. Song Wenqing et al. [33] führten eine Studie über den Reparatur-Schweißprozess von Gusseinschlüssen bei Turbinenleitblättern aus dem Hochtemperaturlegierungs-K4104 durch. Die Ergebnisse zeigten, dass die Verwendung von HGH3113- und HGH3533-Schweißdraht als Füllmetall einen ausgezeichneten Schweißvorgang, gute Duktilität und starke Risswiderstandskraft aufweist, während bei der Verwendung von K4104-Schweißdraht mit erhöhtem Zr-Gehalt eine schlechte Flüssigkeitsbeweglichkeit des Metalls, eine unzureichende Formung der Schweißoberfläche sowie Risse und Nichtverschmelzungsmängel auftreten. Es lässt sich sehen, dass in dem Blattreparaturprozess die Auswahl der Füllmaterialien eine entscheidende Rolle spielt.

Die aktuelle Forschung zur Reparatur von nickelbasierten Turbinenschaufeln hat gezeigt, dass nickelbasierte Hochtemperaturlegierungen Festlöststärkungselemente wie Cr, Mo, Al und Spurenelemente wie P, S und B enthalten, die sie während des Reparaturprozesses anfälliger für Rissbildung machen. Nach dem Schweißen neigen sie zu struktureller Segregation und zur Bildung spröder Laves-Phasenfehler. Daher erfordert die nachfolgende Forschung zur Reparatur von nickelbasierten Hochtemperaturlegierungen die Regelung der Struktur und mechanischen Eigenschaften solcher Fehler.

2 Reparaturmethode für Titanlegierungslüfter-/Kompressorschaufeln

Während des Betriebs werden Titanlegierungs-Luftschrauben-/Verdichterblätter hauptsächlich der Zentrifugalkraft, aerodynamischen Kräften und Schwingungslasten ausgesetzt. Während der Nutzung treten oft Oberflächenbeschädigungen (Risse, Verschleiß an der Blattspitze usw.), lokale Bruchdefekte von Titanlegierungsblättern und großflächige Schäden (Ermüdungsbruch, großflächige Beschädigung und Korrosion usw.) auf, was einen Austausch der gesamten Blätter erfordert. Verschiedene Defekttypen und gängige Reparaturmethoden sind in Abbildung 6 dargestellt. Im Folgenden wird der Forschungsstand zur Reparatur dieser drei Arten von Defekten vorgestellt.

2.1 Reparatur von Oberflächenbeschädigungen von Titanlegierungsblättern

Während des Betriebs haben Titanlegierungsblätter oft Defekte wie Oberflächenrisse, kleine Flächenkratzer und Blattverschleiß. Die Reparatur solcher Defekte ähnelt der von nikelbasierten Turbinenblättern. Durch Bearbeitung wird der defekte Bereich entfernt und mit Laserschmelzdeposition oder Argonbogenschweißen wird aufgefüllt und repariert.

Im Bereich der Laserschmelzablagerung führte Zhao Zhuang et al. [34] an der Northwestern Polytechnical University eine Laserreparaturstudie an kleingebauten Oberflächenfehlern (Oberflächendurchmesser 2 mm, halbkugelförmige Fehler mit einer Tiefe von 0,5 mm) von TC17-Titanlegierungsschmiedeteilen durch. Die Ergebnisse zeigten, dass β säulenförmige Kristalle in der Laseraufschichtzone epitaktisch von der Grenzfläche her wuchsen und die Kornränder unscharf wurden. Die ursprünglich nadelartigen α schienen und sekundären α phasen in der wärmeeinflussbereich gewachsen und vergröbert. Im Vergleich zu den geschmiedeten Proben zeigten die durch Laserreparatur hergestellten Proben die Merkmale hoher Stärke und geringer Plastizität. Die Zugfestigkeit erhöhte sich von 1077,7 MPa auf 1146,6 MPa und die Dehnung verringerte sich von 17,4 % auf 11,7 %. Pan Bo et al. [35] verwendeten eine coaxiale Pulverschütttechnologie für Laserklebungen, um kreisförmige vordefinierte Defekte des ZTC4-Titanlegierungs mehrfach zu reparieren. Die Ergebnisse zeigten, dass der Mikrostrukturänderungsprozess vom Muttermaterial zum reparierten Bereich lamellar war. α phase und intergranular β phase - Ich weiß. korbweave-Struktur - Ich weiß. martensit - Ich weiß. Widmanstätten-Struktur. Die Härte des Wärmebeeinflussungsgebiets stieg leicht mit zunehmender Anzahl der Reparaturen, während sich die Härte des Muttermaterials und der Auftragschicht kaum änderte.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Reparaturzone und der Wärmebeeinflussungsraum vor der Wärmebehandlung aus ultrafeinen nadelförmigen Bestandteilen bestehen α phase verteilt in der β phasenmatrix und das Basiswerkstoffgebiet ist eine feine Korbstruktur. Nach der Wärmebehandlung ist die Mikrostruktur jedes Gebiets schuppenförmig primär α phase + β phasenumwandlungsstruktur, und die Länge der primären α phase im Reparaturgebiet ist deutlich größer als in den anderen Gebieten. Das Hochzyklusermüdungslimit des reparierten Teils beträgt 490 MPa, was höher liegt als das Ermüdungslimit des Basiswerkstoffs. Der maximale Rückgang beträgt etwa 7,1 %. Manuelle Argonbogenweldung wird auch häufig zur Reparatur von Klingenoberflächenrissen und Spitzenverschleiß verwendet. Ein Nachteil ist dabei die große Wärmeenergieeinsparnis, wobei bei großen Reparaturen große thermische Spannungen und Verformungen auftreten können [37].

Aktuelle Forschungen zeigen, dass unabhängig davon, ob Laser-Schmelzdeposition oder Argonbogenschweißen für die Reparatur verwendet wird, das Reparaturgebiet die Merkmale hoher Stärke und geringer Duktilität aufweist, und die Ermüdungsleistung der Schaufel nach der Reparatur leicht abnimmt. Der nächste Forschungsschritt sollte sich darauf konzentrieren, wie man die Legierungszusammensetzung kontrollieren, die Schweißprozessparameter anpassen und die Verfahrenskontrollmethoden optimieren kann, um die Mikrostruktur des Reparaturgebiets zu regulieren, Stärke und Duktilität im Reparaturgebiet abzugleichen und seine hervorragenden Ermüdungseigenschaften sicherzustellen.

2.2 Reparatur lokaler Schäden an Titanlegierungsblättern

Es gibt keinen wesentlichen Unterschied zwischen der Reparatur von Schadensstellen an Titanlegierungsrotorblättern und der additiven Fertigungstechnologie für dreidimensionale massive Teile aus Titanlegierung hinsichtlich des Prozesses. Die Reparatur kann als ein Prozess der sekundären depositionsorientierten additiven Fertigung auf dem Bruchbereich und der lokalen Oberfläche angesehen werden, wobei die beschädigten Teile als Matrix dienen, wie in Abbildung 7 gezeigt. Je nach unterschiedlichen Wärmquellen wird dies hauptsächlich in laserbasierte additive Reparatur und bogenbasierte additive Reparatur unterteilt. Es ist bemerkenswert, dass in den letzten Jahren das deutsche Kooperationsforschungszentrum 871 die bogenbasierte additive Reparaturtechnologie zu einem Forschungsschwerpunkt für die Reparatur von Titanlegierungsintegralblättern gemacht hat [38] und die Reparaturleistung durch Zugabe von Kernaushilfen und andere Mittel verbessert hat [39].

Im Bereich der lasergestützten additiven Reparatur haben Gong Xinyong et al. [40] TC11-Legierungspulver verwendet, um den Laserschmelzdepositionsreparaturprozess von TC11-Titanlegierungen zu untersuchen. Nach der Reparatur zeigt der Depositionsbereich  die dünnwandige Probe und die Schmelzübergangszone am Interface zeigten typische charakteristische Eigenschaften der Widmanstätten-Struktur, und die Struktur des Wärmebeeinflussungsgebiets im Matrixmaterial überging von der Widmanstätten-Struktur zur Zweizustandsstruktur. Die Zugfestigkeit des Ablagerungsgebiets betrug etwa 1200 MPa, was höher war als bei der Übergangszone am Interface und dem Matrixmaterial, während die Plastizität leicht geringer war als beim Matrixmaterial. Die Zugproben brachen alle innerhalb des Matrixmaterials. Schließlich wurde die tatsächliche Turbinenschaufel durch die punktweise Schmelzablagerungsmethode repariert, bestand die Übergeschwindigkeitstestbewertung und ermöglichte die Installationsanwendung. Bian Hongyou et al. [41] verwendeten TA15-Pulver, um die Laserschichtaufbau-Reparatur des TC17-Titanlegierungs zu untersuchen und die Auswirkungen unterschiedlicher Temperaturbehandlungen bei verschiedenen Annealing-Temperaturen (610 ℃ , 630 ℃ und 650 ℃ ) auf seine Mikrostruktur und Eigenschaften. Die Ergebnisse zeigten, dass die Zugfestigkeit des deponierten TA15/TC17-Klebmetalls, der durch Laserdeposition repariert wurde, 1029 MPa erreichen kann, aber die Duktilität ist relativ niedrig, nur 4,3 %, was 90,2 % und 61,4 % der Werte von TC17-Schmiedeteilen entspricht. Nach thermischer Behandlung bei verschiedenen Temperaturen werden Zugfestigkeit und Duktilität erheblich verbessert. Wenn die Rückglühtemperatur bei 650 ℃ °C liegt, beträgt die höchste Zugfestigkeit 1102 MPa, was 98,4 % der Werte von TC17-Schmiedeteilen entspricht, und die Dehngrenze beträgt 13,5 %, was im Vergleich zum deponierten Zustand deutlich verbessert ist.

Im Bereich der Bogenadditiven Reparatur führten Liu et al. [42] eine Reparaturstudie an einem simulierten TC4-Titanlegierungsblatt mit fehlendem Teil durch. Es wurde eine gemischte Kornmorphologie aus äquiaxen Kristallen und säulenförmigen Kristallen im deponierten Schicht erhalten, mit einer maximalen Zugfestigkeit von 991 MPa und einer Dehnung von 10 %. Zhuo et al. [43] verwendeten TC11-Schweißdraht, um eine Bogenadditive Reparaturstudie an einer TC17-Titanlegierung durchzuführen und die mikrostrukturelle Entwicklung der deponierten Schicht und der Wärmebeeinflussungszone zu analysieren. Die Zugfestigkeit betrug unter unerhitzten Bedingungen 1015,9 MPa und die Dehnung 14,8 %, wobei gute gesamteigenschaften erzielt wurden. Chen et al. [44] untersuchten die Auswirkungen unterschiedlicher Annealing-Temperaturen auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von TC11/TC17-Titanlegierung-Reparaturproben. Die Ergebnisse zeigten, dass höhere Annealing-Temperaturen förderlich für die Verbesserung der Dehnung der reparierten Proben waren.

Die Forschung zur Verwendung der metallischen Additiven Fertigungstechnologie zur Reparatur lokaler Schadensdefekte in Titanlegierungsflügeln befindet sich gerade in den Kinderschuhen. Die reparierten Flügel müssen nicht nur auf die mechanischen Eigenschaften der deponierten Schicht achten, sondern auch die Bewertung der mechanischen Eigenschaften am Schnittstellenbereich der reparierten Flügel ist von gleicher Bedeutung.

3 Titanlegierungsflügel mit großflächigen Schäden, Flügelersetzung und -reparatur

Um die Struktur des Kompressorrotors zu vereinfachen und das Gewicht zu reduzieren, verwenden moderne Flugzeugtriebwerke oft eine integrierte Blattscheibenstruktur. Dabei handelt es sich um eine Einheit, die Arbeitsblätter und Blattscheiben zu einer geschlossenen Struktur verbindet, wobei Keil- und Zapfenverbindungen eliminiert werden. Während das Ziel der Gewichtsreduktion erreicht wird, kann es auch das Verschleiß- und aerodynamische Verlustproblem der Keil- und Zapfenverbindungen in der konventionellen Struktur vermeiden. Die Reparatur von Oberflächenbeschädigungen und lokalen Schäden an der integrierten Kompressorschaufelscheibe ähnelt der oben genannten Methode zur Reparatur getrennter Schaufeln. Bei der Reparatur von Brüchen oder fehlenden Stücken an der integrierten Blattscheibe wird aufgrund ihrer einzigartigen Bearbeitungsmethode und Vorteile häufig lineare Reibschweißung eingesetzt. Das Verfahren ist in Abbildung 8 [45] dargestellt.

Mateo et al. [46] verwendeten lineares Reibschweißen, um die Reparatur des Ti-6246-Titanlegierungs zu simulieren. Die Ergebnisse zeigten, dass der gleiche Schaden bis zu drei Mal repariert wurde und eine schmalere Wärmebeeinflussungszone sowie eine feinere Schweißkornstruktur aufwies. Die Zugfestigkeit verringerte sich von 1048 MPa auf 1013 MPa mit zunehmender Anzahl der Reparaturen. Beide, Zug- und Ermüdungsschwingproben, brachen jedoch im Basiswerkstoffbereich außerhalb der Schweisszone.

Ma et al. [47] untersuchten die Auswirkungen verschiedener Temperaturbehandlungen (530 ° C + 4h Luftekühlung, 610 ° C + 4h Luftekühlung, 670 ° C + 4h Luftekühlung) auf ​​ die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von TC17-Titanlegierungslinienreibschweißverbindungen. Die Ergebnisse zeigen, dass mit steigender Temperatur der Wärmebehandlung der Recrystallisationsgrad von α phase und β phase erheblich zunimmt. Das Bruchverhalten der Zug- und Schlagbiegeproben änderte sich von sprödem zu zähem Bruch. Nach der Wärmebehandlung bei 670 ° C, das Ziehproben riss im Basismaterial. Die Zugfestigkeit betrug 1262MPa, aber die Dehnung entsprach nur 81.1% des Basismaterials.

Derzeit zeigt nationale und internationale Forschung, dass die Lineare-Friction-Welding-Reparaturtechnologie die Funktion der Selbstreinigung von Oxiden aufweist, die effektiv Oxide auf der Verbindungsfläche entfernen kann, ohne metallurgische Mängel durch Schmelzen zu verursachen. Gleichzeitig ermöglicht sie die Verbindung von heterogenen Materialien, um doppelte Legierungen/dualleistungsintegrale Blattkreise zu erhalten, und kann die schnelle Reparatur von Brüchen oder fehlenden Stücken an integralen Blattkreisen aus unterschiedlichen Materialien [38] durchführen. Es gibt jedoch immer noch viele Probleme, die bei der Verwendung der Linearen-Friction-Welding-Technologie zur Reparatur integraler Blattkreise gelöst werden müssen, wie zum Beispiel große Restspannungen in den Verbindungen und Schwierigkeiten bei der Kontrolle der Qualität der heterogenen Materialverbindungen. Gleichzeitig muss das Lineare-Friction-Welding-Verfahren für neue Materialien weiter erforscht werden.

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