Способ изготовления пористого листового материала из металлических сеток

 

Изобретение относится к технологии получения пористого листового материала, используемого при изготовлении изделий, работающих в условиях высоких температур, давлений и скоростей потока рабочей среды, преимущественно для изготовления лопаток газовых турбин. Предложен способ изготовления пористого листового материала из металлических сеток, включающий приготовление набора сеток, предварительную их обработку путем химической очистки, нанесения на поверхность сеток припоя и холодной прокатки, сборку обработанных сеток в пакет, вакуумирование, нагрев до температуры образования расплавленного припоя, горячую прокатку и охлаждение. Перед сборкой пакета на поверхности одной из сеток на расстоянии друг от друга закрепляют полоски из непроницаемого материала, а при сборке пакета помещают ее между другими сетками. Полоски из непроницаемого материала приваривают конденсаторной сваркой. Предпочтительно сетку с полосками из непроницаемого материала помещают в середину пакета, а в качестве непроницаемого материала используют нержавеющую сталь или сплавы на основе никеля. Техническим результатом изобретения является повышение интенсивности охлаждения оболочки обтекаемого тела и предотвращение его разрушения. 3 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к технологии получения пористого листового материала из металлических сеток, используемого при изготовлении изделий, преимущественно лопаток газовых турбин, работающих в условиях высоких температур, давлений и скоростей потока рабочей среды.

Работа изделий в экстремальных условиях требует надежного охлаждения их наружных поверхностей от перегрева. При использовании таких изделий, как лопатки газовых турбин, их передние кромки испытывают максимальные высокотемпературные нагрузки и при недостаточном охлаждении они могут разрушиться. Для повышения степени охлаждения этих кромок предложено, например, в патенте США 4314442 изготавливать их из сетчатого материала, обеспечивающего проникновение охлаждающего агента на наружную поверхность этих кромок.

Известен способ изготовления пористого листового материала из металлических сеток, который может быть использован для производства из него лопаток газовых турбин (патент России 2089306, кл. В21В 1/38). Он включает в себя следующие операции. Приготовляют набор сеток-карточек, выполненных из нержавеющей стали, путем вырезки их из рулона в различных направлениях. Каждую сетку подвергают химической очистке - травлению, электролитическому нанесению на поверхность их проволок в качестве припоя меди и серебра и холодной прокатке при относительном обжатии каждой сетки не менее 0,2. Далее собирают сетки-карточки в пакет с чередованием направлений, его вакуумируют, нагревают до температуры 1370К с образованием жидкого припоя и подвергают горячей прокатке при скорости деформации не менее 5•10^-1 с^-1 и относительном обжатии сеток не менее 0,1. Пакет охлаждают, вскрывают и освобождают готовый лист. Изготовленный известным способом лист обладает заданной пористостью, расчетной толщиной и высокими механическими свойствами.

Однако при изготовлении из него проницаемых оболочек лопаток газовой турбины или любого обтекаемого тела, работающего в экстремальных условиях, затруднена их теплозащита ввиду того, что малое гидросопротивление пористого листа вызывает при эксплуатации проникновение горячего газа во внутреннюю полость оболочки и, как следствие этого, приводит к возникновению в изделии термических перенапряжений и возможному его разрушению.

Задача изобретения - создание такой технологии получения пористого листа из металлических сеток, при изготовлении из которого проницаемой оболочки любого обтекаемого тела, например лопатки газовой турбины, обеспечивалось бы создание потока охлаждающего газа, способствующего надежному охлаждению изделия.

Задача решена за счет того, что после изготовления набора сеток, их химической очистки, нанесения припоя и холодной прокатки перед сборкой на поверхности одной из сеток на расстоянии друг от друга закрепляют пластины из непроницаемого материала, а при сборке пакета помещают ее между другими сетками, далее пакет вакуумируют, нагревают до температуры образования расплавленного припоя, подвергают горячей прокатке и охлаждению.

Полоски из непроницаемого материала приваривают конденсаторной сваркой.

Сетку с полосками помещают в середину пакета.

В качестве непроницаемого материала используют нержавеющую сталь или сплавы на основе никеля.

Технический результат - повышение интенсивности охлаждения оболочки обтекаемого тела и предотвращение возможного его разрушения.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

Из рулона вырезают сетки-карточки в различных направлениях. Каждую сетку подвергают химической очистке для удаления оксидных слоев с поверхности проволок, электролитическому нанесению припоя на их поверхность и холодной прокатке, увеличивающей площадь контакта проволок в перекрытиях. Далее на одной из обработанных сеток закрепляют, например, конденсаторной сваркой полоски из непроницаемого материала заданных размеров и на заданном расстоянии друг от друга. В качестве таких полосок используют пластины из материала изделия, например нержавеющей стали или сплава на основе никеля. Размеры этих полосок и расстояния между ними выбирают исходя из требований к конструкции изделия. Сетку с полосками помещают между другими сетками, оптимально в их середину, поскольку такое ее расположение обеспечивает листовому материалу достаточно высокие межслойные прочность и пластичность, необходимые для изготовления из него изделий обтекаемой формы. В собранном пакете создают разрежение 1-5•10^-1 мм рт. ст., нагревают до температуры расплавления припоя и подвергают горячей прокатке при относительном обжатии пакета более 0,1. При меньшем обжатии не происходит образования достаточного контакта для соединения проволок. После охлаждения извлекают пористый материал в виде листа с чередующимися проницаемыми и непроницаемыми участками.

Ниже приведен пример осуществления предложенного способа.

Необходимо было изготовить проницаемую оболочку лопатки газовой турбины, содержащей полоски из непроницаемого материала. В качестве исходного материала сетчатого рулона и металлических пластин использовали нержавеющую сталь марки 12Х18Н10Т. Из рулона сетки с квадратными ячейками вырезали семь сеток-карточек продольно, поперек или под углом к оси. Каждую сетку подвергали химической очистке в растворе HNO₃, H₂SO₄, KF, промывали водой и после сушки электролитическим методом наносили на поверхность проволок сначала слой меди толщиной 2-4 мм, а затем - слой серебра той же толщины в качестве припоя. Далее каждую сетку подвергали холодной прокатке при относительном обжатии 0,2. Предварительно были изготовлены в качестве полос из непроницаемого материала пластины из нержавеющей стали шириной, равной радиусу кривизны передней кромки лопатки, и толщиной, равной диаметру проволок сетки. На одной из обработанных сеток закрепляли конденсаторной сваркой полоски на расстоянии между собой, заранее рассчитанном в соответствии с конструкцией оболочки лопатки, например 65 мм, в количестве трех штук. При сборке в пакет сетку с полосками располагали в его середине. Полученный пакет помещали в конверт, отделив сетки друг от друга обкладками из жаростойкой стали для предотвращения их сварки с конвертом, и создавали в нем разрежение 5•10^-1 мм рт. ст. Конверт нагревали до температуры 1350К и подвергали горячей прокатке со степенью обжатия сеток, равной 0,2. После охлаждения из конверта извлекали пористый лист, который подвергали раскрою таким образом, чтобы непроницаемый участок проходил по линии гиба входной кромки оболочки лопатки.

При изготовлении из полученного пористого листа оболочки лопатки газовой турбины разрушения и расслоения проницаемого материала после гибки не наблюдалось. При испытаниях в экстремальных условиях перегрева ее передней кромки не обнаруживалось.

Формула изобретения

1. Способ изготовления пористого листового материала из металлических сеток, включающий приготовление набора сеток, предварительную их обработку путем химической очистки, нанесения на поверхность сеток припоя и холодной прокатки, сборку обработанных сеток в пакет, его вакуумирование, нагрев до температуры образования расплавленного припоя, горячую прокатку, охлаждение, отличающийся тем, что перед сборкой пакета на поверхности одной из сеток на расстоянии друг от друга закрепляют полоски из непроницаемого материала, а при сборке пакета помещают ее между другими сетками.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полоски из непроницаемого материала приваривают конденсаторной сваркой.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что сетку с полосками из непроницаемого материала помещают в середину пакета.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве непроницаемого материала используют нержавеющую сталь или сплавы на основе никеля.