СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ СЕКТОРОВ РАЗРЕЗНОГО КОЛЬЦА СОПЛОВОГО АППАРАТА Российский патент 1996 года по МПК B23P6/00 

Изобретение относится к способам восстановления изношенных поверхностей детали ГТД, работающих в парах трения.

Известен способ напыления газотермических покрытий на основе никеля, включающий подготовку деталей под напыление, газотермическое напыление покрытия на основе никеля [1]
Однако данный способ не позволяет получать покрытия толщиной более 0,5 мм из-за низкой прочности сцепления.

Известен способ лазерного оплавления газотермических покрытий, включающий в себя подготовку деталей под напыление, газотермическое напыление и последующее оплавление поверхности сфокусированным лазерным лучом [2]
Недостатком данного способа является то, что при оплавлении поверхности сфокусированным лазерным лучом единичная лазерная дорожка очень узкая, это приводит к необходимости переплавлять поверхность в несколько проходов с перекрытием дорожек, что снижает производительность и приводит к шероховатости поверхности и трудоемкой механической обработке.

Наиболее близким из известных к предложенному по достигаемому результату является способ оплавления газотермических покрытий сканирующим лазерным лучом, включающий подготовку детали под газотермическое напыление, газотермическое напыление износостойкого покрытия и последующее его оплавление сканирующим лазерным излучением [3]
Целью описываемого изобретения является повышение притираемости и износостойкости пары с восстановленной поверхностью путем лазерного оплавления кромок деталей с газотермическим покрытием на основе никеля.

Поставленная цель достигается тем, что в способе восстановления секторов разрезного кольца соплового аппарата, включающем подготовку поверхности детали под газотермическое напыление, газотермическое напыление на основе никеля толщиной 0,5.2,5 мм и последующее оплавление сфокусированным лазерным лучом в среде инертного газа в соответствии с изобретением лазерному оплавлению подвергают кромки детали, при этом мощность луча составляет 2.3,5 кВт, скорость движения детали 500.70 мм/мин, амплитуда сканирования 3,8.8,0 мм, диаметр сфокусированного луча 0,5.2,5 мм, причем сканирующий луч располагают таким образом, чтобы ось его симметрии на поверхности детали была параллельна ее кромке отстояла от нее на расстоянии равном не более 0,2 величины амплитуды сканирующего луча.

Оплавление кромки детали с газотермическим покрытием на основе никеля сфокусированным сканирующим лазерным лучом с регламентируемыми мощностью луча, скоростью движения детали, амплитудой сканирования, диаметром луча и расположением оси симметрии сканирующего луча определяют "существенные признаки" описываемого изобретения.

При эксплуатации деталей поверхность разрезного кольца изнашивается на величину 0,5.2,5 мм. Восстановление изношенных поверхностей по способу прототипа не используют, так как полностью переплавленная поверхность плохо притирается и приводит к износу.

Для получения притираемых и износостойких покрытий необходимо нанести газотермическое покрытие на основе никеля толщиной 0,5.2,5 мм и повысить его прочность сцепления без изменения свойств в местах притирания.

Способ осуществляют следующим образом.

Изношенную поверхность детали пескоструят, обезжиривают бензином или ацетоном, напыляют газопламенным, плазменным или детонационным способом покрытие на основе никеля толщиной 0,5.2,5 мм в зависимости от величины износа. Кромки детали оплавляют сфокусированным сканирующим лазерным лучом мощностью 2.3,5 кВт, движение детали осуществляют на 2-х координатном столе с ЧПУ со скоростью 500.700 мм/мин, сканирование лазерного луча производят оптическим сканатором с амплитудой 3,0.8,0 мм, причем луч фокусируют фокусирующей линзой на поверхность детали диаметром 0,5.2,5 мм и сканируют таким образом, чтобы ось симметрии сканирующего луча была параллельна ее кромке и отстояла от нее на расстоянии, равном не более 0,2 величины амплитуды сканирования.

При оплавлении кромок деталей с газотермическим покрытием на основе никеля прочности сцепления покрытия достаточно для эксплуатации восстановленной детали, при этом на рабочей поверхности сохраняется газотермическое покрытие, которое лучше притирается, чем литая поверхность и имеет высокую износостойкость в паре трения. Осуществление лазерного оплавления газотермического покрытия лазерным лучом мощностью менее 2 кВт приводит к непроплавлению покрытия, что приводит к его отслоению. Оплавление газотермического покрытия лазерным лучом мощностью более 3,5 кВт приводит к перегреву и разупрочнению детали, изготовленной из никелевого дисперснотвердеющего сплава и ее деформации.

Осуществление движения детали со скоростью менее 500 мм/мин приводит к появлению волнистости, повышению шероховатости, перегреву детали. Осуществление движения детали со скоростью более 700 мм/мин приводит к перегреву и отслоению газотермического покрытия.

Сканирование лазерного луча с амплитудой менее 3,0 мм приводит к неравномерному оплавлению кромки из-за неровностей газотермического покрытия на ней. Сканирование лазерного луча с амплитудой более 8,0 мм приводит к изменению свойств рабочей поверхности и снижению притираемости в оплавленных местах рабочей поверхности.

Фокусирование лазерного луча менее 0,5 мм не достигается, что связано с оптическими свойствами фокусирующих линз. Оплавление поверхности лазерным лучом, диаметром более 2,5 мм приводит к непроплавлению газотермического покрытия и его отслоению.

Осуществление сканирования лазерного луча таким образом, чтобы ось его симметрии располагалась не на поверхности детали приводит к снижению КПД лазера и большой потере энергии, а непараллельность кромке приводит к неравномерности ее оплавления. Осуществление сканирования лазерного луча таким образом, чтобы ось его симметрии на поверхности детали отстояла от кромки на расстоянии более 0,2 величины амплитуды сканирующего луча приводит к оплавлению кромки, а способствует оплавлению рабочей поверхности детали, что снижает притираемость и износостойкость.

П р и м е р реализации способа.

При эксплуатации ГТД пара трения лопатка разрезное кольцо изнашивается, в результате чего увеличивается гарантированный зазор между лопаткой и кольцом на величину 0,5.2,5 мм, что приводит к снижению тяги двигателя.

При ремонте двигателя на изношенную поверхность разрезного кольца наносят газотермическое покрытие на основе никеля величиной 0,5.2,5 мм и оплавляют лазерным излучением его кромки.

Восстановление изношенной поверхности осуществляют следующим образом:
пескоструйную обработку осуществляют на специальной установке.

Перед напылением деталь протирают бензином или ацетоном.

Газопламенное напыление покрытия на основе никеля осуществляют на установке УГМ-1 проволокой ЭИ-435.

Режимы газопламенного напыления:
скорость подачи проволоки 1,2 1,5 мм/мин
давление кислорода 3,5 4б5 кГс/см
расход кислорода 24.28 л/мин
давление ацетилена 1,0 + 0,1 кГс/см
расход ацетилена 12.18 л/мин
давление воздуха 4.5 кГс/см
угол атаки 90 + 10
дистанция металлизации 100 + 10
Лазерную обработку осуществляют на лазерном технологическом комплексе, включающем 5-ти киловатный СО₂ лазер с ЧПУ "Микролид-20".

Режимы лазерной обработки:
мощность луча 2,100 квт
скорость движения детали 600 мм/мин
амплитуда сканирования 5 мм
расстояние от оси сканирования до кромки детали 1,0 мм
Оплавление кромки не имеет трещин и отслоений.

После лазерного оплавления проводят механическую обработку восстановленной поверхности под нужный номер для установления гарантированного зазора между лопаткой и восстановленной поверхностью кольца. После сборки двигателя в момент его запуска в результате высоких рабочих температур и центробежных сил лопатки увеличиваются в размере, что приводит к касанию их поверхности кольца и притиранию с более мягким газотермическим покрытием.

Проведенные испытания на технологическом двигателе показали, что восстановленная пара трения изнашивалась меньше, чем новая.

Восстановленные кольца установлены на двигатель Д-30.

Предлагаемый способ по сравнению с известным обеспечивает восстановление пары трение лопатка-разрезное кольцо, имеющего износ на величину 0,5.2,5 мм и повышение ее износостойкости.

Использование: изобретение относится к способам восстановления изношенных поверхностей деталей ГТД, работающих в парах трения скольжения и может быть использовано в гражданской и авиационной промышленности. Сущность изобретения: способ восстановления секторов разрезного кольца соплового аппарата заключается в подготовке поверхности детали под газотермическое напыление, газотермическое напыление покрытия на основе никеля толщиной 0,5...2,5 мм и последующее оплавление сфокусированным сканирующим лазерным лучом в среде инертного газа. Лазерному оплавлению подвергают кромки детали, при этом мощность луча составляет 2. ..3,5 кВт, скорость движения детали 500...700 мм/мин, амплитуда сканирования 3. ..8,0 мм, диаметр сфокусированного луча 0,5. . . 2,5 мм, причем сканирующий луч располагают таким образом, чтобы ось его симметрии на поверхности детали была параллельна ее кромке и отстояла от нее на расстоянии равном не более 0,2 величины амплитуды сканирующего луча. Проведение ремонта деталей согласно указанной технологии позволяет восстанавливать детали, ранее не ремонтируемые, что существенно повышает их ресурс.

Способ восстановления секторов разрезного кольца соплового аппарата, включающий подготовку поверхности под газотермическое напыление, газотермическое напыление покрытия и последующее оплавление сфокусированным сканирующим лазерным лучом в среде инертного газа, отличающийся тем, что покрытие на основе никеля напыляют толщиной 0,5 2,5 мм, лазерному оплавлению подвергают кромки детали, при этом мощность луча составляет 2 3,5 кВт, скорость движения детали 500 700 мм/мин, амплитуда сканирования 3 8,0 мм, диаметр сфокусированного луча 0,5 2,5 мм, причем сканирующий луч располагают так, чтобы ось его симметрии на поверхности детали была параллельна ее кромке и отстояла от нее на расстояние не более 0,2 величины амплитуды сканирующего луча.