Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов



Владельцы патента RU 2667110:

Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО НПЦ газотурбостроения "Салют") (RU)

Изобретение относится к области сварки и наплавки и может быть использовано при ремонте изношенных или поврежденных бандажных полок лопаток турбомашин, выполненных из жаропрочных никелевых сплавов. Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов включает удаление с бандажной полки покрытия с поврежденным слоем, наплавку на бандажную полку до заданных размеров жаропрочного никелевого сплава и механическую обработку наплавленного участка, последующее проведение отжига лопатки и нанесение износостойкого покрытия на наплавленный участок бандажной полки. Наплавку бандажной полки осуществляют жаропрочным никелевым сплавом с более высоким температурным коэффициентом линейного расширения, чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток. В качестве износостойкого покрытия используют износостойкий материал на карбидной основе с кобальтовым связующим с более низким температурным коэффициентом линейного расширения, чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток. В частных случаях осуществления изобретения наплавку бандажной полки осуществляют жаропрочным никелевым сплавом ЖС32 с температурным коэффициентом линейного расширения 17,6⋅10-6 K-1 в интервале температур от 800 до 900°С с характеристиками жаропрочности не ниже, чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток турбомашин, представляющего собой жаропрочный никелевый сплав ЖС26 с температурным коэффициентом линейного расширения 15,2⋅10-6 К-1 в упомянутом интервале температур. В качестве износостойкого материала на карбидной основе с кобальтовым связующим используют СМ-64, ХТН-61, ХТН-62 с коэффициентом линейного расширения αt=(7,2-7,8)⋅10-6 K-1. Удаление с бандажной полки лопатки покрытия с поврежденным слоем осуществляют алмазным шлифованием. Отжиг лопатки осуществляют в среде нейтрального газа или в вакууме 10-3-10-4 мм рт.ст. при температуре не выше 1050°С. Обеспечивается повышение надежности, ресурса лопаток турбин, работоспособности бандажной полки лопатки при высокой температуре нагрева 1000-1060°C и качество наплавленных участков, при этом достигается высокая точность восстановления геометрических размеров и формы бандажных полок и обеспечивается высокое качество ремонта. 4 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области сварки и наплавки и может быть использовано при работе изношенных или поврежденных бандажных полок лопаток турбомашин, выполненных из жаропрочных никелевых сплавов.

В процессе эксплуатации газотурбинных двигателей в турбинах, укомплектованных роторными лопатками с верхними бандажными полками, характерными повреждениями являются износ и разгары контактных и трактовых поверхностей, трещины, сколы покрытия, сопровождающиеся высокотемпературным окислением и постепенным разрушением износостойкого покрытия, а также прилегающему к нему основному материалу лопаток и потерей работоспособности лопаток турбины. Высокие контактные напряжения в антивибрационных бандажных полках связаны с необходимостью гашения колебаний лопаток, возникающих при работе двигателя. Таким образом, для увеличения ресурса лопаток турбины необходимо восстановить геометрические размеры лопаток наплавкой жаропрочного материала с последующим восстановлением износостойкого покрытия. Восстановить геометрические размеры лопаток увеличением толщины износостойкого материала не представляется возможным из-за его низких механических свойств.

Известен способ наплавки при восстановлении изношенных лопаток турбомашин, включающий наплавление на лопатки полос из легированных металлов, механическую обработку с обеспечением заданных геометрических размеров лопаток, последующую термическую обработку и нанесение защитного покрытия (RU 2434973, 2011, С23С 26/00).

Недостатком известного способа является невозможность его применения для восстановления бандажных полок лопаток.

Известен способ восстановления геометрических размеров бандажной полки непосредственно наплавкой износостойкого материала - сплавом ВЖЛ-2 (RU 2179915, 2002, В23Р 6/00). Недостатком данного способа является низкая жаропрочность наплавляемого материала, работоспособность которого ограничена температурой 900°С, что приводит к преждевременному разрушению восстановленных бандажных полок лопаток, работающих в двигателях с температурой до 1000°С.

Известен взятый за прототип способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов, включающий удаление с бандажной полки покрытия с поврежденным слоем, наплавку на бандажную полку до заданных размеров жаропрочного никелевого сплава и механическую обработку наплавленного участка, затем отжиг лопатки и нанесение износостойкого покрытия на наплавленный участок бандажной полки, (US 20080028605, 2008, В23Р 6/00). Недостатком данного способа является невысокая надежность и низкий ресурс работы лопаток из-за высоких напряжений в материале лопатки, полученных при наплавке бандажной полки.

Технической проблемой предлагаемого изобретения является отслоение наплавленного участка и износостойкого покрытия от основы бандажной полки в процессе длительной эксплуатации из-за высоких напряжений, полученных при их наплавке.

Техническая проблема устраняется достижением технического результата, заключающегося в снижении остаточных напряжений в восстанавливаемой бандажной полке при наплавке материала. Вследствие этого повышается надежность и ресурс лопаток турбин, работоспособность бандажной полки лопатки при высокой температуре нагрева 1000-1060°С и качество наплавленных участков.

Техническая проблема устраняется тем, что способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов, включает удаление с бандажной полки покрытия с поврежденным слоем, наплавку на бандажную полку до заданных размеров жаропрочного никелевого сплава и механическую обработку наплавленного участка, последующее проведение отжига лопатки и нанесение износостойкого покрытия на наплавленный участок бандажной полки. Наплавку бандажной полки осуществляют жаропрочным никелевым сплавом с более высоким температурным коэффициентом линейного расширения (далее - ТКЛР), чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток, а в качестве износостойкого покрытия используют износостойкий материал на карбидной основе с кобальтовым связующим с более низким температурным коэффициентом линейного расширения, чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток.

Техническая проблема устраняется также тем, что наплавку бандажной полки осуществляют жаропрочным никелевым сплавом ЖС32 с температурным коэффициентом линейного расширения 17,6⋅10-6 K-1 в интервале температур от 800 до 900°С с характеристиками жаропрочности не ниже, чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток турбомашин, представляющего собой жаропрочный никелевый сплав ЖС26 с температурным коэффициентом линейного расширения - 15,2⋅10-6 K-1 в упомянутом интервале температур. При этом в качестве износостойкого материала на карбидной основе с кобальтовым связующим используют СМ-64, ХТН-61, ХТН-62 с коэффициентом линейного расширения αt=(7,2-7,8)⋅10-6 К-1.

Техническая проблема устраняется также тем, что удаление с бандажной полки лопатки покрытия с поврежденным слоем осуществляют алмазным шлифованием, а отжиг лопатки осуществляют в среде нейтрального газа или в вакууме 10-3-10-4 мм рт.ст. при температуре не выше 1050°С.

Например, при выполнении материала основы лопатки из жаропрочного никелевого сплава ЖС26 с ТКЛР - 15,2⋅10-6 K-1 в интервале температур от 800 до 900°С, наплавку бандажной полки осуществляют материалом ЖС32 с ТКЛР 17,6⋅10-6 K-1 в интервале температур от 800 до 900°С, с характеристиками жаропрочности - не ниже, чем у материала основы лопатки. В температурном интервале 800-900°С величина температурного коэффициента линейного расширения αt⋅10-6, K-1 составляет для сплавов, соответственно: ЖС26 - 15,2; ЖС32 - 17,6; ЭИ435 - 20,5. Таким образом, предъявляемым требованиям к материалам для наплавки удовлетворяют сплавы ЖС32 и ЭИ435.

При этом в качестве покрытия используют износостойкий материал на карбидной основе с кобальтовым связующим, например, СМ - 64, ХТН - 61, ХТН - 62 и др. с αt=(7,2-7,8)⋅10-6 K-1.

Способ осуществляется следующим образом.

С основы бандажной полки лопатки, выполненной из жаропрочного никелевого сплава, удаляют покрытие с поврежденным слоем, в который могут переходить трещины из износостойкого покрытия. Эта операция выполняется, например, алмазным шлифованием. После этого ремонтируемый участок бандажной полки очищают от пыли и обезжиривают. Осуществляют контроль величины наплавляемого материала до заданного размера бандажной полки. Для снятия остаточных напряжений после наплавки производят отжиг лопатки в вакууме (10-3…10-4 мм рт.ст.) при температуре не выше 1050°С. Указанная температура обусловлена необходимостью избежать нежелательных изменений тонкой структуры упрочняющей γ'-фазы материала лопатки и ухудшения его механических свойств. Степень разрежения в вакуумной камере, где производится отжиг, определяют такой, чтобы не допустить образования оксидной пленки на поверхности замков лопаток, которые не содержат защитных покрытий.

После термообработки лопатки с наплавкой сплава до восстановления геометрических размеров бандажной полки осуществляют механическую обработку наплавленного участка, при котором удаляют избыток наплавленного материала для восстановления заданных геометрических размеров и формы бандажной полки. Указанная обработка может производиться, например, алмазным шлифованием. Выбор наплавляемого материала на поврежденный участок осуществляют следующим образом. Если материал основы бандажной полки лопатки, например, выполнен в виде жаропрочного никелевого сплава ЖС26 с αt=15,2⋅10-6 К-1 в температурном интервале 800-900°С, то используют наплавляемый сплав, например, ЖС32 с высокими характеристиками жаропрочности - не ниже, чем у материала основы лопатки, с температурным коэффициентом линейного расширения (αt=17,6⋅10-6 K-1 в интервале температур 800-900°С) - большим, чем у материала основы. Это обусловлено упрочнением и уменьшением напряженного состояния бандажной полки при последующем нанесении на нее износостойкого покрытия, что обеспечивает почти двукратное уменьшение остаточных напряжений в системе «износостойкий твердосплавный материал - (Со + карбиды) - наплавка, восстанавливающая размеры лопатки - основа». После проведения механической обработки бандажной полки на нее наплавляют износостойкое покрытие.

Наплавляемый износостойкий материал на карбидной основе с кобальтовым связующим имеет более низкий температурный коэффициент линейного расширения (для температурного интервала 800-900°С у твердосплавных материалов ХТН61, ХТН62, СМ64 системы [Со + карбиды] величина αt=(7,2-7,8)⋅10-6 K-1), чем сплав лопатки, например, ЖС26 или ЖС6У, и наплавки, восстанавливающей размеры, например, сплавы ЖС32 или ЭИ435. При таком сочетании в системе после ремонта в износостойкой наплавке почти в два раза снижаются остаточные сжимающие напряжения и происходит разгрузка материала основы, что благоприятствует повышению долговечности лопатки. Так, например, при восстановлении размеров наплавкой сплава ЖС26 максимальные значения остаточных сжимающих напряжений в поверхностном слое отремонтированной бандажной полки составляют 111,92 кг/мм2, а при восстановлении размеров полки сплавами ЖС32 или ЭИ435, напряжения уменьшаются, соответственно, до 53,83 кг/мм2 и 51,04 кг/мм2.

В заключение при необходимости может повториться контроль качества отремонтированных участков, например, капиллярный ЛЮМ-контроль и восстановление поврежденного жаростойкого защитного покрытия на участках, прилегающих к бандажной полке, например, шликерным методом путем алюмосилицирования.

Применение жаропрочного никелевого сплава с температурным коэффициентом линейного расширения большим, чем у основного материала для восстановления размеров полки, обеспечивает почти двукратное уменьшение остаточных напряжений в системе «износостойкий твердосплавный материал - (Со + карбиды) - наплавка, восстанавливающая размеры лопатки - основа».

Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин обеспечивает повышение надежности и ресурса работы лопаток, при этом достигается высокая точность восстановления геометрических размеров и формы бандажных полок, а также обеспечивается и высокое качество ремонта.

1. Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов, включающий удаление с бандажной полки покрытия с поврежденным слоем, наплавку на бандажную полку до заданных размеров жаропрочного никелевого сплава и механическую обработку наплавленного участка, последующее проведение отжига лопатки и нанесение износостойкого покрытия на наплавленный участок бандажной полки, отличающийся тем, что наплавку бандажной полки осуществляют жаропрочным никелевым сплавом с более высоким температурным коэффициентом линейного расширения, чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток, а в качестве износостойкого покрытия используют износостойкий материал на карбидной основе с кобальтовым связующим с более низким температурным коэффициентом линейного расширения, чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наплавку бандажной полки осуществляют жаропрочным никелевым сплавом ЖС32 с температурным коэффициентом линейного расширения 17,6⋅10-6 K-1 в интервале температур от 800 до 900°С с характеристиками жаропрочности не ниже, чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток турбомашин, представляющего собой жаропрочный никелевый сплав ЖС26 с температурным коэффициентом линейного расширения 15,2⋅10-6 К-1 в упомянутом интервале температур.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве износостойкого материала на карбидной основе с кобальтовым связующим используют СМ-64, ХТН-61, ХТН-62 с коэффициентом линейного расширения αt=(7,2-7,8)⋅10-6 K-1.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удаление с бандажной полки лопатки покрытия с поврежденным слоем осуществляют алмазным шлифованием.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отжиг лопатки осуществляют в среде нейтрального газа или в вакууме 10-3-10-4 мм рт.ст. при температуре не выше 1050°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению оксидного покрытия на заготовках из деформируемых титановых сплавов, используемых для производства листов способом горячей прокатки многослойных пакетов.

Настоящее изобретение относится к металлургии, а именно к способам упрочняющей обработки окончательно изготовленных стальных деталей машин и инструментов без изменения их первоначальных размеров и структуры.

Изобретение относится к нанесению антифрикционных покрытий из порошковых материалов посредством их лазерного спекания на металлической поверхности. Способ формирования антифрикционного покрытия на поверхности стального изделия включает нанесение слоя порошковой композиции на поверхность стального изделия, содержащей следующие компоненты, мас.

Изобретение может быть использовано для получения жаростойких покрытий при изготовлении деталей энергетических и химических установок. Составляют пакет с симметричным размещением между двумя алюминиевыми пластинами толщиной 1,5-2 мм пластины из низкоуглеродистой стали толщиной не менее 3 мм.

Изобретение может быть использовано при изготовлении жаростойких деталей энергетических и химических установок. Алюминиевую пластину размещают между пластинами из низкоуглеродистой стали.

Способ может быть использован при изготовлении жаростойких деталей энергетических и химических установок. Между биметаллическими пластинами, состоящими из слоя легированной стали и слоя низкоуглеродистой стали, с зазором размещают алюминиевую пластину толщиной 1-1,5 мм.

Изобретение может быть использовано при изготовлении жаростойких деталей энергетических и химических установок. Алюминиевую пластину размещают между пластинами из низкоуглеродистой стали.

Изобретение относится к способу обработки поверхности оптического элемента, а также к обработке поверхности оптического покрытия, сформированного на поверхности оптической подложки, формированию поверхностного барьерного покрытия на гигроскопичном кристаллическом материале, к оптическому элементу и гигроскопичной подложке.

Изобретение относится к технологии создания селективных мембран, функционирующих за счет избирательной диффузии водорода сквозь тонкую пленку палладия или его сплава, и может быть использовано в устройствах глубокой очистки водорода от сопутствующих примесей, сепарации водорода из водородсодержащих примесей, например в микрореакторах.

Изобретение относится к технологии получения покрытий на металлах с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано при изготовлении деталей энергетических и химических установок, обладающих повышенной жаростойкостью.

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению. Способ изготовления ножа 1 соломоизмельчителя включает создание стальной заготовки с режущей кромкой и нанесение упрочняющего покрытия из износостойкого сплава на ее тыльную сторону.

Изобретение может быть использовано при восстановлении и изготовлении плужных отвалов различного назначения со сложнопрофильным износом. Полости изношенной части заполняют эпоксидным компаундом.
Способ может быть использован при изготовлении, восстановлении и/или упрочнении деталей машин, в частности лемеха плуга. Стальные отходы в виде ножовочных полотен, или напильников, или надфилей, или сверл используют в качестве присадочного материала для электроконтактной приварки с получением покрытия на поверхности детали.

Предложенная группа изобретений относится к системам, способам и устройствам для восстановления участка поврежденной сетки просеивающего экрана. Устройство для восстановления поврежденных рассеивающих экранов содержит вставку, содержащую боковые стенки, расположенные перпендикулярно к торцевым стенкам в плоскостях, перпендикулярных к верхней части, образующей пустотелый блок, имеющий внутреннюю часть, по меньшей мере два направляющих выступа проходят наружу от наружных поверхностей боковых стенок и по меньшей мере один выступ проходит наружу от внешней поверхности боковых стенок между по меньшей мере двумя направляющими выступами вдоль боковых стенок и сетку, покрывающую верхнюю часть между боковыми стенками и торцевыми стенками.

Изобретение относится к автомобильной отрасли машиностроения, а именно к способам восстановления неразборных шаровых соединений, преимущественно в элементах подвески автомобиля (рычаги, рулевые тяги, наконечники).

Изобретение относится к автомобильной отрасли машиностроения. Малогабаритное устройство для восстановления полимерных вкладышей шаровых соединений содержит станину П-образной формы, внутри которой расположены мембранный пневмоцилиндр с возвратной пружиной, пневмодроссель, блоки управления пневмоаппаратурой и нагревом.

Изобретение относится к оборудованию для восстановления шаровых соединений путем заливки вкладыша непосредственно в ремонтируемом узле. Устройство содержит станину в виде рамы из направляющих, соединенных шпильками между упорным и концевым фланцами; промежуточный фланец, причем упорный фланец предназначен для установки в него ремонтируемого узла, концевой и промежуточный фланцы – для крепления пневмоцилиндра; элементы крепления ремонтируемого узла; подвижную каретку, свободно перемещающуюся по пазам направляющих станины; цилиндрический тигель с загрузочным отверстием и распределительной алюминиевой втулкой, на которую крепится хомутовый нагреватель, причем с одной стороны в тигель крепится форсунка, с другой входит плунжер, для скольжения которого в тигель со стороны пневмоцилиндра впрессована направляющая втулка; блок управления.

Изобретение относится к области электрофизической и электрохимической обработки, в частности к электроэрозионному легированию, и может быть использовано для ремонта деталей машин.

Изобретение относится к способу ремонта продольного шва трубы, нанесенного методом лазерной сварки. Осуществляют обнаружение дефекта методом ультразвукового контроля путем сканирования вдоль линии шва с использованием ультразвуковых преобразователей до обнаружения дефекта.

Изобретение относится к глубокому бурению, в частности к ремонту и восстановлению насосно-компрессорных труб нефтяного сортамента. Технический результат - повышение технологичности и качества ремонта, а также существенное уменьшение доли насосно-компрессорных труб (НКТ), отправляемой в металлолом.

Изобретение может быть использовано для изготовления вращательного изделия, например, рабочего колеса, путем сварки с холодным переносом металла. Вращательное изделие содержит круговой элемент и размещенные на нем лопатки, ограничивающие по меньшей мере один внутренний проход для потока.

Изобретение относится к области сварки и наплавки и может быть использовано при ремонте изношенных или поврежденных бандажных полок лопаток турбомашин, выполненных из жаропрочных никелевых сплавов. Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов включает удаление с бандажной полки покрытия с поврежденным слоем, наплавку на бандажную полку до заданных размеров жаропрочного никелевого сплава и механическую обработку наплавленного участка, последующее проведение отжига лопатки и нанесение износостойкого покрытия на наплавленный участок бандажной полки. Наплавку бандажной полки осуществляют жаропрочным никелевым сплавом с более высоким температурным коэффициентом линейного расширения, чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток. В качестве износостойкого покрытия используют износостойкий материал на карбидной основе с кобальтовым связующим с более низким температурным коэффициентом линейного расширения, чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток. В частных случаях осуществления изобретения наплавку бандажной полки осуществляют жаропрочным никелевым сплавом ЖС32 с температурным коэффициентом линейного расширения 17,6⋅10-6 K-1 в интервале температур от 800 до 900°С с характеристиками жаропрочности не ниже, чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток турбомашин, представляющего собой жаропрочный никелевый сплав ЖС26 с температурным коэффициентом линейного расширения 15,2⋅10-6 К-1 в упомянутом интервале температур. В качестве износостойкого материала на карбидной основе с кобальтовым связующим используют СМ-64, ХТН-61, ХТН-62 с коэффициентом линейного расширения αt⋅10-6 K-1. Удаление с бандажной полки лопатки покрытия с поврежденным слоем осуществляют алмазным шлифованием. Отжиг лопатки осуществляют в среде нейтрального газа или в вакууме 10-3-10-4 мм рт.ст. при температуре не выше 1050°С. Обеспечивается повышение надежности, ресурса лопаток турбин, работоспособности бандажной полки лопатки при высокой температуре нагрева 1000-1060°C и качество наплавленных участков, при этом достигается высокая точность восстановления геометрических размеров и формы бандажных полок и обеспечивается высокое качество ремонта. 4 з.п. ф-лы.

Наверх