Способ восстановления пера лопатки газотурбинного двигателя Российский патент 2024 года по МПК B23P6/00 F01D5/12 

Область техники.

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано при ремонте охлаждаемых рабочих лопаток турбины газотурбинного двигателя при восстановлении хорды профиля пера лопатки. 

Уровень техники.

В уровне техники раскрыты различные способы восстановления края пера лопатки турбины, однако данные технологические операции не позволяют обеспечить 100% восстановление лопатки турбины, что приводит её к преждевременной негодности.

Из уровня техники известен способ восстановления хорды профиля пера лопатки из жаропрочного никелевого сплава (патент RU2791745), включающий подготовку поверхностей лопатки путем удаления поврежденного основного материала и его загрязнения, с последующим восстановлением, контроль, отличающийся тем, что осуществляют подготовку поверхностей входной и выходной кромок пера, в качестве основного материала лопатки используют жаропрочный никелевый сплав ЖС6-К с содержанием упрочняющей γ' фазы 54%, восстановление хорды профиля пера лопатки в зоне входной и выходной кромок осуществляют наплавкой покрытия лазерным излучением в среде защитного газа с одновременной подачей порошкового присадочного материала в зону входной и выходной кромок пера лопатки, порошковым присадочным материалом является жаропрочный сплав на кобальтовой основе системы Cr 30%, W 4,5%, Ni 1,2%, Si 2,5%, В≤0,1%, С 1,1%, F≤2%, фракцией 40÷80 мкм, при наплавке применяют импульсный режим, в котором каждый импульс лазерного излучения выполнен с амплитудной модуляцией формы импульса мощности лазерного излучения, при этом каждый модулированный импульс лазерного излучения состоит из переднего фронта импульса с плотностью мощности для осуществления наплавки и заднего фронта импульса с плотностью мощности, меньшей плотности мощности переднего фронта импульса на 25÷30%, для сопутствующего подогрева зоны наплавки до температуры, меньшей температуры плавления жаропрочного никелевого сплава лопатки на 300-350°С, исключающей трещинообразование наплавленного слоя, затем проводят механическую обработку на полировальной бабке наплавленных поверхностей лопатки до размеров, заданных чертежом, после этого проводят восстановление теплозащитного покрытия на восстановленных входной и выходной кромках пера лопатки шликерным алитированием путем нанесения на поверхности входной и выходной кромок пера лопатки алюминиевой краски, далее осуществляют сушку при 100-200°С и высокотемпературный диффузионный отжиг.

Данный способ не позволяет проводить наплавку на тонкий край пера лопатки, что приводит к оплавлению (прогару) края лопатки газотурбинного двигателя.

Раскрытие сущности изобретения.

Задача изобретения заключается в восстановлении края пера лопатки газотурбинного двигателя.

Технический результат изобретения заключается в предотвращении оплавления края пера лопатки газотурбинного двигателя.

Устройство подачи лазерного излучения содержит модуль подачи порошка, цилиндрический корпус, снабжённый продольным каналом и выходным отверстием. Устройство подачи лазерного излучения предназначено для формирования лазерного потока на рабочий объект для нанесения на его поверхность покрытия. Корпус устройства подачи лазерного излучения снабжён коаксиальным соплом для подачи и фокусировки порошкового материала и отверстием для лазерного излучения, обеспечивающим возможность наплавки покрытия под различным углом.

Сущность способа заключается в том, что при помощи устройства подачи лазерного излучения по периметру области восстановления пера лопатки газотурбинного двигателя формируют сферические наплавления из металлического или металлокерамического порошка. Лазерное излучение подают короткими импульсами 0.1-0.2 секунды, мощностью 100 - 600 Вт. Из сферических наплавлений образуют платформу, далее на поверхность платформы наплавляют металлический или металлокерамический порошок.

Заранее созданная платформа из сферических наплавлений (шарообразных капель) позволяет при последующей наплавке предотвратить прогар тонкого края лопатки за счет увеличения объёма материала, на который производится наплавка. Таким образом, повреждённая часть пера лопатки газотурбинного двигателя восстанавливается до прежних технических и функциональных характеристик.

При включении лазерного излучения происходит нарастание его мощности, что может отрицательно повлиять на процесс наплавки, так как край пера лопатки газотурбинного двигателя может оплавиться, что затруднит его дальнейшее восстановление. Поэтому лазерное излучение регулируется до рабочей мощности 100 - 600 Вт и подаётся короткими импульсами 0.1-0.2 секунды, так как при заданной мощности лазерного излучения материал наплавляется без повреждения пера лопатки газотурбинного двигателя.

Платформа из сферических наплавлений формируется с целью предотвращения прогара и оплавление пера лопатки газотурбинного двигателя при сплошном наплавлении малого объема материала на его край. Платформа формируется из металла или металлокерамики. После наплавки края пера на платформу, платформа частично оплавляется и остается частью пера.

В частном варианте выполнения способа, проводится обработка края пера лопатки газотурбинного двигателя до необходимых параметров, посредством фрезеровочных и шлифовальных операций.

В частном варианте выполнения способа, металлический порошок состоит из алюминия или никеля или железа.

Осуществление изобретения.

Пример №1

В область восстановления пера лопатки газотурбинного двигателя подают алюминиевый порошок. Настраивают устройство для лазерного излучения на режим работы мощностью 100 Вт и подают в область восстановления пера лопатки газотурбинного двигателя короткими импульсами 0,1 секунда. Таким образом, из алюминиевого порошка на пере лопатки газотурбинного двигателя последовательно формируют рядом расположенные сферические наплавления. В результате из сферических наплавлений образуется платформа. Далее на поверхность платформы подают алюминиевый порошок и наплавляют его лазерным излучением. Фрезеруют и шлифуют край восстановленной части пера лопатки газотурбинного двигателя до заданных технических и функциональных характеристик.

Пример №2

В область восстановления пера лопатки газотурбинного двигателя подают никелевый порошок. Настраивают устройство для лазерного излучения на режим работы мощностью 300 Вт и подают в область восстановления пера лопатки газотурбинного двигателя короткими импульсами 0,1 секунда. Таким образом, из никелевого порошка на пере лопатки газотурбинного двигателя последовательно формируют рядом расположенные сферические наплавления. В результате из сферических наплавлений образуется платформа. Далее на поверхность платформы подают никелевый порошок и наплавляют его лазерным излучением. Фрезеруют и шлифуют край восстановленной части пера лопатки газотурбинного двигателя до заданных технических и функциональных характеристик.

Пример №3

В область восстановления пера лопатки газотурбинного двигателя подают металлокерамический порошок. Настраивают устройство для лазерного излучения на режим работы мощностью 600 Вт и подают в область восстановления пера лопатки газотурбинного двигателя короткими импульсами 0,2 секунды. Таким образом, из металлокерамического порошка на пере лопатки газотурбинного двигателя последовательно формируют рядом расположенные сферические наплавления. В результате из сферических наплавлений образуется платформа. Далее на поверхность платформы подают металлокерамический порошок и наплавляют его лазерным излучением. Фрезеруют и шлифуют край восстановленной части пера лопатки газотурбинного двигателя до заданных технических и функциональных характеристик.

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано при ремонте охлаждаемых рабочих лопаток турбины газотурбинного двигателя при восстановлении хорды профиля пера лопатки. При помощи устройства подачи лазерного излучения по периметру области восстановления пера лопатки газотурбинного двигателя формируют сферические наплавления из металлического или металлокерамического порошка. Лазерное излучение подают короткими импульсами 0.1-0.2 секунды, мощностью 100-600 Вт. Из сферических наплавлений образуют платформу, далее на поверхность платформы наплавляют металлический или металлокерамический порошок. Изобретение позволяет предотвратить оплавление края пера лопатки газотурбинного двигателя. 3 пр.

Способ восстановления пера лопатки газотурбинного двигателя, характеризующийся тем, что при помощи устройства для подачи лазерного излучения, по периметру области восстановления пера лопатки газотурбинного двигателя формируют сферические наплавления из металлического или металлокерамического порошка, при этом лазерное излучение подают короткими импульсами 0.1-0.2 секунды, мощностью 100-600 Вт, из сферических наплавлений образуют платформу, далее на поверхность платформы наплавляют металлический или металлокерамический порошок.