Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов Российский патент 2018 года по МПК B23P6/00 B23K9/04 C23C26/00 

Описание патента на изобретение RU2667110C1

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.

Похожие патенты RU2667110C1

название год авторы номер документа
Способ нанесения износостойкого покрытия на бандажную полку лопатки турбомашин из никелевых сплавов 2016
  • Абраимов Николай Васильевич
  • Гейкин Валерий Александрович
  • Козлов Сергей Николаевич
  • Лукина Валентина Васильевна
  • Орехова Варвара Владимировна
  • Ромашов Антон Сергеевич
  • Сивцова Марина Васильевна
  • Юдин Борис Петрович
RU2641210C1
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ БАНДАЖНЫХ ПОЛОК ЛОПАТОК ТУРБОМАШИН ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ 2014
  • Абраимов Николай Васильевич
  • Гейкин Валерий Александрович
  • Чекалова Елена Анатольевна
  • Ивлев Николай Иванович
  • Перевоин Сергей Александрович
RU2586191C1
Способ восстановления бандажных полок лопаток компрессора газотурбинных двигателей (ГТД) 2016
  • Абраимов Николай Васильевич
  • Гейкин Валерий Александрович
  • Горшков Владимир Сергеевич
  • Лукина Валентина Васильевна
  • Орехова Варвара Владимировна
  • Перевоин Сергей Александрович
  • Чекалова Елена Анатольевна
RU2627558C1
СПОСОБ НАПЛАВКИ ЖАРОПРОЧНЫХ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СПЛАВОВ 2004
  • Столяров И.И.
RU2257285C1
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОГО НАПЛАВОЧНОГО ПОКРЫТИЯ НА ПЕРЕ ЛОПАТКИ ТУРБОМАШИНЫ 2009
  • Смыслов Анатолий Михайлович
  • Смыслова Марина Константиновна
  • Мингажев Аскар Джамилевич
  • Новиков Антон Владимирович
  • Селиванов Константин Сергеевич
  • Павлинич Сергей Петрович
RU2420610C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАПЛАВЛЕННОГО ПОКРЫТИЯ НА ПЕРЕ ЛОПАТКИ ТУРБОМАШИНЫ 2009
  • Смыслов Анатолий Михайлович
  • Смыслова Марина Константиновна
  • Мингажев Аскар Джамилевич
  • Новиков Антон Владимирович
  • Селиванов Константин Сергеевич
  • Павлинич Сергей Петрович
RU2434973C2
ЛИТЕЙНЫЙ ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ 1994
  • Копылов А.Г.
  • Дубровский В.А.
  • Батуев В.Н.
RU2081931C1
СПОСОБ РЕМОНТА ОХЛАЖДАЕМОЙ ЛОПАТКИ ИЗ ЖАРОПРОЧНОГО СУПЕРСПЛАВА ТУРБИНЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2018
  • Фурсенко Евгений Николаевич
  • Котельников Альберт Викторович
  • Курчев Алексей Игоревич
  • Иванов Артем Михайлович
RU2686499C1
Способ ремонта гребешков лабиринтных уплотнений дисков газотурбинного двигателя 2022
  • Котельников Альберт Викторович
  • Фурсенко Евгений Николаевич
  • Наймушин Александр Сергеевич
RU2786555C1
Способ восстановления хорды профиля пера лопатки из жаропрочного никелевого сплава 2022
  • Фурсенко Евгений Николаевич
  • Иванов Артем Михайлович
  • Котельников Альберт Викторович
  • Старков Дмитрий Александрович
RU2791745C1

Реферат патента 2018 года Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов

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.

Формула изобретения RU 2 667 110 C1

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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2667110C1

US 20080028605 A1, 07.02.2008
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОГО НАПЛАВОЧНОГО ПОКРЫТИЯ НА ПЕРЕ ЛОПАТКИ ТУРБОМАШИНЫ 2009
  • Смыслов Анатолий Михайлович
  • Смыслова Марина Константиновна
  • Мингажев Аскар Джамилевич
  • Новиков Антон Владимирович
  • Селиванов Константин Сергеевич
  • Павлинич Сергей Петрович
RU2420610C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАПЛАВЛЕННОГО ПОКРЫТИЯ НА ПЕРЕ ЛОПАТКИ ТУРБОМАШИНЫ 2009
  • Смыслов Анатолий Михайлович
  • Смыслова Марина Константиновна
  • Мингажев Аскар Джамилевич
  • Новиков Антон Владимирович
  • Селиванов Константин Сергеевич
  • Павлинич Сергей Петрович
RU2434973C2
EP 1880787 A1, 23.01.2008
BR 200521041 B1, 08.12.2015.

RU 2 667 110 C1

Авторы

Абраимов Николай Васильевич

Козлов Сергей Николаевич

Лукина Валентина Васильевна

Орехова Варвара Владимировна

Фаюк Олег Викторович

Юдин Борис Петрович

Яковлев Максим Григорьевич

Даты

2018-09-14Публикация

2017-08-31Подача