Способ ремонта лопаток турбины газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области ремонта, в частности к ремонту лопаток турбин газотурбинных двигателей химико-термическими методами, и может быть использовано в областях техники, где используются газотурбинные двигатели. Способ включает очистку пера и замка лопаток от эксплуатационных загрязнений, горячее изостатическое прессование лопаток с защищенными от окисления замками, удаление остатков рабочего защитного покрытия и продуктов высокотемпературного окисления и сульфидной коррозии в расплаве бифторида калия и выщелачиванием, термическую обработку в вакууме и нанесение защитного жаростойкого покрытия на наружную и внутреннюю поверхности пера. Изобретение позволяет снизить трудоемкость ремонта и повысить надежность отремонтированных изделий.

 

Изобретение относится к области ремонта, в частности к ремонту лопаток турбин газотурбинных двигателей химико-термическими методами, и может быть использовано в авиадвигателестроении, энергетике и других областях техники, где используются газотурбинные двигатели.

Известен способ ремонта лопаток турбины, включающий очистку поверхности лопатки от эксплуатационных загрязнений, термическую обработку в вакууме (см. авторское свидетельство СССР №1655749, кл. B23P 6/00, опубл. 15.06.91).

Недостаток известного способа - низкое качество отремонтированных деталей (лопаток) из-за сохранения пор на границах зерен и межфазных поверхностях.

Поры на границах зерен и межфазных поверхностях могут быть устранены только с помощью операции горячего изостатического прессования (ГИП).

В то же время известно, что проведение горячего изостатического прессования невозможно без защиты поверхности лопатки, которую осуществляют предварительным нанесением технологического защитного диффузионного покрытия.

После операции ГИП технологическое защитное покрытие необходимо удалять (например, травлением), так как оно не может быть использовано в качестве рабочего защитного диффузионного покрытия по следующим причинам. Температура процесса ГИП (1200-1250°С) существенно превышает технологическую температуру диффузионного отжига рабочего защитного покрытия (1000-1050°С), что приводит к необратимым структурным и фазовым изменениям покрытия.

Удаление защитного технологического покрытия приводит к потере геометрии лопаток как в сечении пера, так и по контактным плоскостям елки хвостовика.

Нанесение защитного технологического покрытия для проведения операции ГИП при ремонте и последующее его удаление повышают трудоемкость, стоимость и сроки ремонта, снижают качество ремонта (брак при ремонте) и эксплуатационную надежность отремонтированных деталей.

Технический результат - снижение трудоемкости ремонта и повышение надежности отремонтированных изделий.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе ремонта лопаток турбины газотурбинного двигателя, включающем очистку пера и замка лопаток от эксплуатационных загрязнений и термическую обработку в вакууме, согласно изобретению проводят горячее изостатическое прессование лопаток, очищенных от эксплуатационных загрязнений и с защищенными от окисления замками, после горячего изостатического прессования удаляют остатки рабочего защитного покрытия и продукты высокотемпературного окисления и сульфидной коррозии в расплаве бифторида калия и выщелачиванием, выполняют термическую обработку в вакууме и наносят защитное жаростойкое покрытие на наружную и внутреннюю поверхности пера.

Выполнение операции ГИП с остатками защитного рабочего покрытия и неудаленными высокотемпературными окислами и продуктами сульфидной коррозии позволяет обеспечить защиту пера от окисления при проведении операции ГИП и соответственно снизить трудоемкость способа из-за отсутствия дополнительной защиты пера лопатки при ГИП.

Снижение трудоемкости данного способа достигается также совмещением операции удаления остатков рабочего защитного покрытия с технологическим процессом очистки поверхности лопаток от продуктов сульфидной коррозии и высокотемпературных окислов, образовавшихся в процессе эксплуатации лопаток.

Удаление остатков рабочего защитного покрытия, а также высокотемпературных окислов и продуктов сульфидной коррозии проводят в два этапа: сначала в расплаве бифторида калия, а затем выщелачиванием. Эта последовательность операций позволяет более качественно подготовить внутреннюю и наружную поверхность пера лопатки под нанесение нового рабочего защитного покрытия с необходимой структурой фазовым составом.

Реализация способа осуществляется следующим образом.

На лопатках турбины газотурбинного двигателя, например турбины высокого давления авиационного двигателя, переданных в ремонт, защитное жаростойкое покрытие имеет эрозионный износ, однако сохранило запас работоспособности.

Лопатки подвергают очистке от эксплуатационных загрязнений (коксовых отложений, нагара и т.п.) при помощи известного метода, например разрыхлением загрязнений в горячем щелочном растворе с последующей виброабразивной обработкой.

Замки очищенных от эксплуатационных загрязнений лопаток защищают от окисления на операции ГИП, например, при помощи керамики. Для этого на замки лопаток наносят суспензию на основе термостойких порошков и кремнеорганического связующего, а затем производят сушку и спекание, получая защитную керамическую оболочку.

Защита замка лопатки керамикой является предпочтительной, хотя возможны и другие способы защиты замка при ГИП, например упаковывают замки лопаток в металлические приспособления, заполненные термостойкими порошковыми смесями.

Затем при помощи известных средств и методов проводят операцию ГИП.

После операций ГИП лопатки помещают в расплав бифторида калия, где осуществляют удаление остатков рабочего защитного покрытия на наружной поверхности пера и продуктов высокотемпературного окисления и сульфидного коррозионного повреждения на внутренней поверхности охлаждаемых каналов лопатки в течение от 30 мин до 1 часа. В данном конкретном примере реализации, в расплаве удаляют керамику, защищающую замок лопатки. В случае использования, например, металлических приспособлений, заполненных термостойкими порошковыми смесями, при защите замка лопатки, их удаляют обдувкой сжатым воздухом.

После обработки ремонтных лопаток в расплаве бифторида калия, на наружной поверхности пера сохраняется тонкий слой диффузионной зоны рабочего защитного покрытия толщиной около 5 мкм, а на внутренней поверхности охлаждаемого канала присутствуют высокотемпературные окислы Al₂O₃ пластинчатой морфологии, образовавшиеся в процессе операции ГИП, которые удаляют выщелачиванием, например методом гидротермического автоклавного выщелачивания в водном растворе щелочей КОН, NaOH или их смеси под давлением при температуре от 350°С до 450°С в течение от 1 часа до 2 часов.

Затем проводят термическую обработку лопаток в вакууме с использованием известных средств и методов (вакуумная печь СЭВ-5.5/11,5), что позволяет получить оптимальную микроструктуру жаропрочного сплава при регламентированной скорости охлаждения 45±10°С/мин.

Операцию ГИП и операцию термической обработки можно совместить при условии регламентированной скорости охлаждения садки ремонтных лопаток на операции ГИП. То есть после изотермической выдержки партии ремонтных лопаток в газостате, охлаждение необходимо выполнять со скоростью 45±10°С/мин.

После этого подготавливают поверхность лопаток под нанесение защитного жаростойкого покрытия методом гидроабразивной обработки (ГАО) и термовакуумной чистки (ТВЧ) и наносят защитное диффузионное покрытие методом двухстадийного порошкового хромоалитирования. При нанесении защитного диффузионного покрытия возможна защита замка лопатки металлическими колпачками.

Способ ремонта лопаток турбины газотурбинного двигателя, включающий очистку пера и замка лопаток от эксплуатационных загрязнений и термическую обработку в вакууме, отличающийся тем, что проводят горячее изостатическое прессование лопаток, очищенных от эксплуатационных загрязнений и с защищенными от окисления замками, после горячего изостатического прессования удаляют остатки рабочего защитного покрытия и продукты высокотемпературного окисления и сульфидной коррозии в расплаве бифторида калия и выщелачиванием, выполняют термическую обработку в вакууме и наносят защитное жаростойкое покрытие на наружную и внутреннюю поверхности пера.