СПОСОБ ПАЙКИ СОПЛОВЫХ ЛОПАТОК С ОХЛАЖДАЮЩИМИ ОТВЕРСТИЯМИ ТУРБИНЫ ГТД И ЗАЩИТНАЯ ПАСТА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ЭТОМ СПОСОБЕ Российский патент 2013 года по МПК B23K1/08 B23K1/20 B23K35/36 

Изобретение относится к области пайки и может быть использовано при изготовлении и ремонте сопловых лопаток ГТД с дефлектором и охлаждающими отверстиями, расположенными как на пере лопатки, так и на торце бандажных полок, а также при пайке деталей, где требуется строгое ограничение растекания припоя в процессе пайки.

Известен способ пайки, при котором производят сборку деталей, нанесение припоя на паяемые поверхности, нанесение защитной пасты, ограничивающей растекание припоя по поверхности деталей, и нагрев до температуры проведения пайки (SU №941038, B23K 1/00, 1982 г.).

Известны также защитные пасты для ограничения растекания припоя в процессе пайки, состоящие, как правило, из связующей компоненты и наполнителя: SU №1449292, B23K 35/24, 1989 г. (состав - огнеупорная глина, динас, окись циркония, натрий метасиликат); SU №1076238, B23K 35/36, 1984 г. (состав - алюмосиликатное стекло и гидрированный порошок титана); SU №1060376, B23K 35/36, 1983 г. (состав - огнеупорная глина, жидкое стекло, динас, кремнийфтористый натрий).

Одним из способов повышения мощности ГТД является повышение температуры двигателя, которая может достигать значительных величин. Применяемые материалы для изготовления сопловых лопаток не всегда могут обеспечить сохранение эксплуатационных свойств в процессе работы двигателя при назначенном ресурсе. Для решения данной проблемы вводится воздушное охлаждение элементов конструкции лопаток, которое обеспечивается отверстиями, расположенными по всей поверхности пера лопатки и на торце бандажной полки. Для равномерного охлаждения пера лопатки внутрь ее вставляется дефлектор, который в процессе пайки с ребрами, расположенными внутри лопатки, образует каналы, по которым поступает воздух для охлаждения.

Эффективность охлаждения лопатки в значительной степени зависит от сохранения конструктивных размеров охлаждающих отверстий и каналов. Использование для пайки лопаток известных способов с применением известных защитных паст не обеспечивает качественных и стабильных результатов, так как из-за растекания припоя при пайке происходит частичное или полное заполнение им охлаждающих отверстий. Получение хороших результатов по ограничению растекания припоя при высокотемпературной пайке в вакууме с использованием известных технических решений затруднено в связи со спецификой вакуумной среды. Так, на деталях и узлах после пайки в вакууме наблюдаются случаи, когда расплавленный припой проходит под нанесенным слоем защитной пасты и запаивает охлаждающие отверстия. Следует также отметить, что при пайке турбинных лопаток со множеством охлаждающих отверстий, имеющих диаметр 0,5-0,8 мм, применение известных защитных паст на основе, например, окисей хрома, титана или алюминия приводит к тому, что, попадая в эти отверстия, пасты коксуются и в значительной степени перекрывают их. Восстановление необходимого диаметра охлаждающих отверстий возможно только механической обработкой, что при количестве отверстий порядка 300 единиц весьма трудоемко.

Техническим результатом предлагаемых изобретений является получение качественных паяных соединений деталей сопловых лопаток турбины ГТД высокотемпературной пайкой в вакууме за счет строгого ограничения растекания припоя и исключения перекрытия припоем охлаждающих отверстий, причем без увеличения трудоемкости.

Указанный технический результат достигается тем, что при пайке деталей сопловых лопаток с охлаждающими отверстиями турбины ГТД осуществляют нанесение порошкового припоя на паяемые поверхности, сборку лопаток, нанесение защитной пасты на поверхности лопаток, не подлежащие облуживанию припоем, и на внутренние поверхности охлаждающих отверстий, продувку сжатым воздухом упомянутых отверстий и высокотемпературную пайку в вакууме, при этом используют защитную пасту, обеспечивающую образование диффузионного защитного слоя на поверхностях охлаждающих отверстий и соответствующих поверхностях лопаток при температуре ниже, чем температура плавления припоя, и действующего в течение всего температурно-временного цикла пайки.

Используют защитную пасту следующего состава:

связующая компонента - 63 мас.% и наполнитель - остальное, причем связующая компонента включает, мас.%:

амилацетат - 69,

диэтилоксалат - 28,4,

коллоксилин - остальное,

а наполнитель включает, мас.%:

алюминиевый порошок АСД-4 - 95,

порошок молотого кремния - остальное.

Пример выполнения способа

После комплектования входящих в узел сопловых лопаток деталей на места пайки наносится порошковый высокотемпературный припой, который закрепляется акриловой смолой с растворителем. После сушки припоя производится сборка сопловых лопаток с дефлекторами и экранами. Подготовленный раствор защитной пасты мягкой кисточкой наносится на те поверхности деталей, которые не подлежат облуживанию припоем, включая внутренние поверхности охлаждающих отверстий. После этого указанные отверстия продуваются сухим сжатым воздухом для получения равномерного защитного слоя на поверхности охлаждающих отверстий. Диаметр выходного штуцера продувочного устройства берут в пределах 1,5-2,0 мм, а давление воздуха - до 1,5 атм.

Собранные лопатки загружают в вакуумную печь и осуществляют высокотемпературную пайку по следующему режиму: предварительная выдержка 15 мин при 1150°C; пайка при 1220°C с выдержкой 2-3 мин; охлаждение деталей в печи до температуры не более 200°C. При этом разрежение в печи (1-2)*10^-4 мм рт.ст.

Следует отметить, что защитный алюмосилицированный слой на соответствующих поверхностях лопатки, где была нанесена защитная паста, образуется при 950°C, при этом нанесенный слой пасты диффундирует в основной материал детали на глубину примерно 10-30 мкм, тем самым создавая защитный слой еще до начала плавления припоя (1170°C), и действие этого защитного слоя стабильно и высокоэффективно распространяется на весь температурно-временной цикл пайки. После окончания процесса пайки может производиться необходимый контроль паяных деталей.

Раствор защитной пасты готовится следующим образом.

Берут составные части связующей компоненты (мас.%): амилацетат - 69; диэтилоксалат - 28,4; коллоксилин - остальное, которые тщательно перемешивают до полного растворения коллоксилина, при этом вязкость полученного раствора должна быть в пределах 7-9 с по вискозиметру ВЗ-1, затем берут наполнитель, состоящий из (мас.%): алюминиевого порошка АСД-4 - 95; порошка молотого кремния - остальное, и тщательно перемешивают в течение 30-120 мин со связующей компонентой в пропорциях: связующая компонента - 63 мас.%, наполнитель - остальное.

Изобретение может быть использовано при изготовлении и ремонте сопловых лопаток ГТД с дефлектором и охлаждающими отверстиями, расположенными на пере лопатки и на торце бандажных полок. Защитная паста состоит из связующего компонента в количестве 63 мас.% и наполнителя - остальное. Связующий компонент содержит, мас.%: амилацетат - 69, диэтилоксалат - 28,4 и коллоксилин - остальное. Наполнитель содержит алюминиевый порошок АСД-4 - 95 мас.% и порошок молотого кремния - остальное. Перед пайкой на поверхности деталей лопатки, не подлежащие пайке, и на внутренние поверхности охлаждающих отверстий наносят защитную пасту упомянутого состава. Осуществляют продувку упомянутых отверстий сжатым воздухом для получения равномерного слоя пасты. Осуществляют высокотемпературную пайку в вакууме. Изобретение позволяет получить качественные паяные соединения сопловых лопаток с охлаждающими отверстиями турбины ГТД за счет строгого ограничения растекания припоя и исключения перекрытия припоем охлаждающих отверстий. 2 н.п. ф-лы, 1 пр.

1. Защитная паста для пайки сопловых лопаток с охлаждающими отверстиями турбины ГТД, состоящая из связующего компонента в количестве 63 мас.% и наполнителя - остальное, при этом связующий компонент содержит, мас.%: амилацетат - 69, диэтилоксалат - 28,4 и коллоксилин - остальное, а наполнитель содержит, мас.%: алюминиевый порошок АСД-4 - 95 и порошок молотого кремния - остальное.

2. Способ пайки сопловых лопаток с охлаждающими отверстиями турбины ГТД, включающий нанесение порошкового припоя на паяемые поверхности, сборку деталей лопатки и высокотемпературную пайку в вакууме, отличающийся тем, что перед пайкой на поверхности деталей лопатки, не подлежащие пайке, и на внутренние поверхности охлаждающих отверстий наносят защитную пасту по п.1, после чего осуществляют продувку упомянутых отверстий сжатым воздухом для получения равномерного слоя пасты.