способ ремонта поверхностных дефектов пера лопаток турбины гтд

Формула изобретения

1. Способ ремонта поверхностных дефектов пера лопаток турбины ГТД, включающий зачистку ремонтируемого участка, нанесение на него микроплазменным напылением порошкового материала, состоящего из припоя и наполнителя из жаростойкого материала с последующей высокотемпературной пайкой и механообработкой, отличающийся тем, что при пайке часть пера лопатки в виде поперечной полосы, захватывающей ремонтируемый участок, прогревают сканирующим электронным лучом до температуры солидуса припоя и выравнивают эту температуру по толщине лопатки, после чего производят нагрев ремонтируемого участка на 100-120°С выше температуры ликвидуса припоя и поддерживают указанную температуру импульсами в течение 1 мин, при этом используют порошковый материал, содержащий 70% наполнителя на никелевой основе и 30% высокотемпературного припоя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поддержание температуры ремонтируемого участка импульсами проводят при периодическом нагреве до температуры на 100-120°С выше Т° ликвидуса припоя в течение 5-7 с и снижении температуры нагрева до 1000°С с выдержкой 10-15 с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ремонта деталей, в частности к способам ремонта деталей из высоколегированных жаропрочных сталей и сплавов, и может найти применение в авиационной и судостроительной промышленности, а также в энергетическом машиностроении.

Известен способ ремонта поверхностных дефектов деталей газотурбинных двигателей (ГТД) - патент RU 2240214 С1, 20.11.2004, включающий очистку ремонтируемой поверхности изделий, нанесение на нее наполнителя в виде пасты на основе металлического порошка с органическим связующим, высокотемпературную вакуумную пайку с последующей гомогенизацией изделия с композиционным наплавочным покрытием и окончательную механическую обработку изделий. До нанесения наполнителя в виде пасты на ремонтируемую поверхность наносят гибкий наполнитель из никелевой сетки со спеченным слоем гранул, выполненных из жаропрочного никелевого сплава. После нанесения наполнителя в виде пасты производят спекание наполнителей с изделием в вакууме и последующее нанесение на слой наполнителей жаропрочного припоя на никелевой основе. Гранулы, спекаемые с никелевой сеткой, располагают в один слой, они являются однородными по размеру. Наполнитель в виде пасты состоит из порошка жаропрочного никелевого сплава, имеющего размер частиц в 2,5-3 раза меньше, чем размер гранул, спеченных с никелевой сеткой. Высокотемпературную вакуумную пайку осуществляют по режиму термовакуумной обработки основного материала с возможным проведением ее одновременно с гомогенизацией композиционного наплавочного покрытия.

Данный способ не позволяет устранять эксплуатационные дефекты на ремонтируемых поверхностях типа раковин, забоин, локальных износов трущихся поверхностей, которые в процессе пайки могут располагаться в вертикальном и потолочном положениях, а также не обеспечивает получения стабильных паяных соединений со сплошностью 1,5%.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ ремонта поверхностных дефектов пера лопаток турбины ГТД, раскрытый в патенте RU 2310551 С2, 10.06.2007, включающий зачистку ремонтируемого участка, нанесение на нее расплавленного порошка, состоящего из припоя и наполнителя жаростойкого материала с последующей высокотемпературной пайкой и механообработкой.

Способ предусматривает использование при наплавке порошкового материала, состоящего из 20% припоя и 80% наполнителя. Однако при этом в зоне наплавки были обнаружены горячие трещины, обусловленные химическим составом наплавляемого материала.

Задачей заявляемого способа является повышение качества восстановления лопаток и в соответствии с этим повышение эксплуатационных свойств лопатки после ее восстановления.

Техническим результатом, обеспеченным решением указанной задачи, является получение прочности соединения в зоне ремонтируемого участка, приближенного к прочности сварного соединения.

Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что в способе ремонта поверхностных дефектов пера лопаток турбины ГТД, включающем зачистку ремонтируемого участка, нанесение на него микроплазменным напылением порошкового материала, состоящего из припоя и наполнителя из жаростойкого материала с последующей высокотемпературной пайкой и механообработкой, в отличие от прототипа при пайке часть пера лопатки в виде поперечной полосы, захватывающей ремонтируемый участок, прогревают сканирующим электронным лучом до температуры солидуса припоя и выравнивают эту температуру по толщине лопатки, после чего производят нагрев ремонтируемого участка на 100-120°С выше температуры ликвидуса припоя и поддерживают указанную температуру импульсами в течение 1 мин, при этом используют порошковый материал, содержащий 70% наполнителя на никелевой основе и 30% высокотемпературного припоя.

Кроме того, поддержание температуры ремонтируемого участка импульсами проводят при периодическом нагреве до температуры на 100-120°С выше Т° ликвидуса припоя в течение 5-7 секунд и снижении температуры нагрева до 1000°С с выдержкой 10-15 секунд.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена лопатка турбины ГТД. На пере лопатки обозначены:

- ремонтируемый участок площадью S₁ шириной h,

- площадь S₂ пера лопатки с нанесенным напылением порошком,

- прогреваемая часть лопатки в виде поперечной полосы шириной H.

Пример осуществления способа

Ремонтировали рабочие лопатки турбины 1-й и 2-й ступени, имеющие поверхностные эксплуатационные дефекты, а также дефекты от снятия реплик при металлографических исследованиях структуры сплава ЭП539.

Механическим путем разделывали дефектное место с образованием ремонтируемого участка площадью S₁. Разделанные дефекты на ремонтируемых участках лопаток контролировали методом капиллярной дефектоскопии, затем лопатки обезжиривали и ремонтируемый участок заполняли расплавленным порошковым материалом, состоящим из 30% припоя ВПр50 и 70% наполнителя ЭП539, путем напыления с применением аргонно-микроплазменной установки. Площадь S₂ пера лопатки с нанесенным напылением порошком превышала площадь ремонтируемого дефектного участка S₁.

Нагрев ремонтируемых лопаток осуществляли в вакууме сканирующим электронным лучом. Вначале ремонтируемый дефектный участок с частью пера лопатки нагревали до температуры солидуса припоя широкой полосой, ширина которой Н в четыре раза превышает ширину ремонтируемого участка h. Это позволяет значительно уменьшить термические напряжения в пере лопатки за счет свободной деформации пера по его длине. Такая особенность прогрева продиктована еще и теплофизическими характеристиками сплава ЭП539, относящегося к жаропрочным никелевым сплавам, температура полного растворения упрочняющей фазы которых составляет около 1113°С. Поэтому температура нагреваемой поверхности лопатки не должна превышать 1080°С. Выравнивали температуру по толщине лопатки с разницей, не превышающей 10°С.

Затем растр сканирующего луча настраивали с превышением в 2,5 раза площадь ремонтируемого дефектного места, которое в течение 60 секунд нагревали выше температуры ликвидуса припоя на 100-120°С. При этом нагрев производили импульсно при максимально допустимой мощности в течение 5-7 сек, после чего выдерживали 10-15 сек со снижением температуры до 1000°С за счет снижения мощности сканирующего луча на 40%.

Импульсный нагрев производили для повышения прочности паяного соединения, чтобы в зоне контакта материала лопатки с наносимым материалом она соответствовала когезионной. Это достигалось следующим образом: при первом импульсном нагреве продолжительностью 5-7 сек нанесенный материал начинал расплавляться, а материал самой лопатки нагрелся, при этом образовывалась металлическая связь. Посредством последующего снижения мощности электронного луча на 40% и выдержке 10-15 секунд обеспечивали кристаллизацию ранее нанесенного расплавленного материала и возможность регулировки температурного поля нагрева нужной интенсивности. Повторным нагревом обеспечивали дальнейшее расплавление нанесенного материала и увеличивали тем самым диффузионную зону между нанесенным и нагреваемым материалом лопатки. В зоне соединения образуется новый сплав, по своим характеристикам близкий к наплавке аргонодуговой сваркой. Прочность такого паяного соединения приближается к прочности сварного соединения.

Контроль качества ремонта производили визуально и с использованием лупы 4-х кратного увеличения. Проводили механическую обработку лопатки до получения заданных конструктивных размеров. Восстановленные дефектные места лопатки после механической обработки подвергали рентгеноконтролю и капиллярной дефектоскопии. Лопатки были признаны пригодными для дальнейшей эксплуатации в составе изделия.

Таким образом, предложенный способ ремонта поверхностных дефектов рабочих лопаток ГТД обеспечивает полное восстановление конструктивных размеров деталей и позволяет получить значительный экономический эффект при ремонте деталей и увеличивать их ресурс.