Способ ремонта лопатки турбины

 

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться при ремонте сопловых и рабочих лопаток авиационных, корабельных и энергетических газотурбинных двигателей. С поверхности лопатки удаляют поврежденные участки путем формирования цилиндрического отверстия, ось которого отстоит от кромки пера лопатки на величину, составляющую 0,35-0,45 диаметра отверстия. Методом диффузионной пайки поврежденные участки лопатки заделывают вставкой, выполненной из того же сплава, что и лопатка. Заделку цилиндрического отверстия можно осуществлять одновременно с термовакуумной обработкой лопатки. Вставка может быть выполнена диаметром 10-20 мм. Заделку цилиндрического отверстия вставкой можно осуществлять с зазором по диаметру ≤0,12 мм. Для ремонта полых лопаток на вставке можно производить выемку материала, соответствующую внутренней полости лопатки в месте отверстия. Данным способом может осуществляться ремонт лопатки, выполненной из сплавов на основе никеля. Реализация способа позволит увеличить ресурс работы лопаток в 1,5-2 раза и сократить расход материалов при ремонте. 5 з.п.ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться при ремонте сопловых и рабочих лопаток авиационных, корабельных и энергетических газотурбинных двигателей.

Известен способ ремонта лопаток турбин со следующей последовательностью операций: ремонтируемые участки лопатки турбины срезают механически с прямолинейным резом, изготавливают новую пластину большей толщины по сравнению с размерами лопатки в зоне сварки, в новой пластине выполняют канавку с длиной и шириной, несколько большими по сравнению с размерами лопатки в зоне сварки; лопатку прижимают в углубление канавки, а свободные области засыпают сварочным флюсом, зону соединения нагревают до температуры сварки и выполняют соединение. После сварки приваренную пластину строжкой и полировкой доводят до заданных размеров. Новая пластина должна быть в 0,5-5 раз толще по сравнению с лопаткой в зоне сварки [1].

Недостатком этого способа является невозможность его использования для большинства рабочих и сопловых лопаток турбин из-за того, что они изготавливаются из несвариваемых никелевых жаропрочных сплавов методом литья. Кроме того, прямоугольный вырез поперек кромки лопаток может провоцировать появление новых трещин в процессе эксплуатации отремонтированных лопаток.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ ремонта лопатки турбины, согласно которому производят удаление поверхностного слоя лопатки, заварку поврежденных участков лопатки и последующую механическую обработку, причем механическую обработку лопатки производят путем его зачистки, заварку поврежденных участков осуществляют с припуском, величину которого выбирают из условия обеспечения после зачистки лопатки, на 10-30% превышающей толщину лопатки в этой зоне, после чего на поверхность лопатки плазменным напылением наносят слой металла, производят изотермическую калибровку лопатки и термообработку. [2] Недостатком данного способа является то, что он пригоден для лопаток из свариваемых сплавов, но неосуществим на лопатках из литых никелевых жаропрочных сплавов из-за того, что сплавы эти являются несвариваемыми.

Технической задачей изобретения является разработка способа ремонта лопаток турбин, выполненных из сплавов на основе никеля, обеспечивающего жаропрочность и термостойкость соединений никелевых жаропрочных сплавов.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предлагаемый способ ремонта лопаток турбины, включающий обработку поверхности лопатки, удаление поврежденных участков поверхности, заделку поврежденных участков лопатки и механическую обработку лопатки, отличающийся тем, что удаление поврежденных участков поверхности лопатки производят путем формирования цилиндрического отверстия, ось которого отстоит от кромки пера лопатки на величину, составляющую 0,35-0,45 диаметра отверстия, заделку цилиндрического отверстия производят вставкой, выполненной из того же сплава, что и лопатка, с соединением вставки с лопаткой методом диффузионной пайки, а перед механической обработкой осуществляют термовакуумную обработку.

Заделку цилиндрического отверстия осуществляют одновременно с термовакуумной обработкой лопатки.

Вставку выполняют диаметром 10-20 мм. Заделку цилиндрического отверстия вставкой осуществляют с зазором по диаметру ≤0,12 мм.

Для ремонта полых лопаток на вставке производят выемку материала, соответствующую внутренней полости лопатки в месте отверстия. Осуществляют ремонт лопатки выполненной из сплавов на основе никеля.

Авторами установлено, что технический результат достигается совокупностью признаков изобретения, при этом формирование цилиндрического отверстия в месте повреждения лопатки, заделка его вставкой из материала лопатки обеспечивает стабильность зазоров и возможность совмещения диффузионной пайки с термообработкой основного материала для создания регламентированной структуры этого материала и упрочнения соединений.

Ремонтируемое место на кромке лопатки, чаще всего трещина, удаляется сверловкой и (или) фрезеровкой с образованием в лопатке отверстия диаметром от 10 до 20 мм. Ось отверстия должна находиться от кромки лопатки на величину 0,35-0,45 от диаметра отверстия, при этом внутренняя поверхность отверстия выходит на кромку лопатки. В это отверстие помещают вставку из того же материала, что и материал лопатки. Вставка представляет собой цилиндр, имеющий зазор с отверстием в лопатке не более 0,12 мм по диаметру. Для определенных лопаток можно регламентировать размер вставок, что удобно при ремонте в условиях серийного производства, например, отверстия для ремонта лопаток определенной ступени принять равным 16 мм. Это упрощает изготовление вставок и отверстий, уменьшает необходимое количество инструмента.

Соединение вставки с лопаткой из сплава ЖС6К осуществляют диффузионной пайкой припоем на никелевой основе. Для каждого никелевого сплава подбирается соответствующий припой, например, для пайки сплава ЖС6К - припой ВПр47. Пайку проводят по режиму термовакуумной обработки сплава, восстанавливающей регламентированную структуру основного материала лопатки. Затем с помощью механической обработки запаянной вставки восстанавливают профиль лопатки.

Для ремонта полых лопаток на вставке производят выемку материала, например, электроискровой обработкой. Размеры этой выемки должны соответствовать размерам внутренней полости лопатки в ремонтируемом месте, таким образом, чтобы внутренние поверхности пустотелой лопатки были со вставкой заподлицо.

Ремонту с обязательной сквозной разделкой по предлагаемому изобретению подлежат лопатки с трещинами различного происхождения, в том числе и от глубоких забоин. Оценка имеющихся повреждений на лопатках многих серийных двигателей показывает, что диаметр разделки 20 мм достаточен для ремонта допустимых повреждений лопаток. Диаметр менее 10 мм отверстий и вставок неудобен для изготовления в массовом производстве литых вставок и изготовления отверстий в литых никелевых жаропрочных сплавах.

Примеры конкретного осуществления.

На сопловой неохлаждаемой лопатке из сплава ЖС6К в местах расположения трещин на входной и выходной кромке были выполнены два отверстия диаметром 16 мм. Оси этих отверстий отстояли от кромки лопатки на величину 6,4-6,5 мм. Из цилиндрических отливок сплава ЖС6К были выточены вставки-цилиндры диаметром 16^-0,03 мм и высотой 10 мм. Зазор между отверстиями в лопатке и вставками составлял 0,06-0,07 мм. Пайка вставок с лопаткой производилась по режиму - температура пайки 1200^oС, выдержка при этой температуре 4 часа.

На чертеже представлена фотография лопатки после пайки.

Затем фрезеровкой и механической обработкой лопатку обрабатывали до нужных размеров.

Образцы для определения прочности соединений изготавливали следующим образом: в литых пластинах из сплава ЖС6К были выполнены отверстия диаметром 10, 16 и 20 мм. Цилиндрические вставки со шлифованной наружной поверхностью вытачивали из цилиндрических отливок этого же сплава. Величина зазоров между вставками и стенками отверстий по диаметру указана в табл.1. Пайка припоем ВПр47 производилась при температуре 1200^oC с выдержкой 4 часа. Образцы для определения прочности вытачивались таким образом, чтобы паяные швы одинаково отстояли от середины образца и ось вставки пересекала ось образца под прямым углом. Результаты испытаний представлены в таблице 1.

Разрушение соединений при испытаниях происходило по шву с местными вырывами основного материала, значения прочности соединений близки к свойствам сплава ЖС6К. Прочность сплава ЖС6К при 1000^oС составляет 50-57 кгс/мм². Соединения, выполненные по прототипу, не удалось довести до стадии окончательного изготовления образцов из-за того, что произошло их разрушение по трещинам от сварки.

Кроме того, на термоусталость были испытаны образцы неохлаждаемых лопаток, на входной кромке которых впаивались вставки и, в том числе, изготавливалась вставка по технологии, представленной в прототипе. Лопатки испытывались нагревом кромки с заделанными вставками в месте заделки по режиму: нагрев до 900^oС за 2 минуты с последующим охлаждением сжатым воздухом до 20^oС. После 10 циклов лопатки осматривались, при появлении трещин на кромке образцов испытания прекращались. По результатам испытаний, представленных в таблице 2, видно, что предложенный нами способ ремонта имеет многократное преимущество перед прототипом.

Применение предложенного способа ремонта лопатки позволит увеличить ресурс работы лопаток в 1,5-2 раза, сократит расход материалов при ремонте.

Литература 1. Патент РФ 2121419 2. Патент ФРГ 4225443й

Формула изобретения

1. Способ ремонта лопатки турбины, включающий обработку поверхности лопатки, удаление поврежденных участков поверхности, заделку поврежденных участков лопатки и механическую обработку лопатки, отличающийся тем, что удаление поврежденных участков поверхности лопатки производят путем формирования цилиндрического отверстия, ось которого отстоит от кромки пера лопатки на величину, составляющую 0,35-0,45 диаметра отверстия, заделку цилиндрического отверстия производят вставкой, выполненной из того же сплава, что и лопатка, с соединением вставки с лопаткой методом диффузионной пайки, а перед механической обработкой осуществляют термовакуумную обработку.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заделку цилиндрического отверстия осуществляют одновременно с термовакуумной обработкой лопатки.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что вставку выполняют диаметром 10-20 мм.

4. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что заделку цилиндрического отверстия вставкой осуществляют с зазором по диаметру составляет ≤0,12 мм.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для ремонта полых лопаток на вставке производят выемку материала, соответствующую внутренней полости лопатки в месте отверстия.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют ремонт лопатки выполненной из сплавов на основе никеля.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2