Файл: 1. Конструктивные особенности лопаток турбины 5 Материалы, применяемые при изготовлении лопаток турбины 9.docx
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 1295
Скачиваний: 12
варьированием длительности импульса излучения 0,2-20 мс, частоты следования импульсов излучения 1-20 Гц и диаметра пятна лазерного излучения 0,25-2 мм. В результате экспериментальных исследований была отработана технология восстановления торца пера лопатки с общей высотой наплавленных слоёв 0,8 мм, значением твёрдости, превышающей твёрдость ОМ, и мелкодисперсной структурой наплавленного металла рисунок 1.14.
По результатам металлографического исследования внешних и внутренних дефектов не обнаружено.
Основным недостаткам разработанной технологии является отсутствие автоматизации технологического процесса [1].
Рисунок 1.14. Поперечный макрошлиф торца пера лопатки [41].
Следует отметить, что в линейке ОКБ «Булат» присутствует технологический комплекс для импульсной лазерной наплавки с системой автоматической подачи проволоки, автоматической фокусировки лазерного луча и перископической насадкой. Такая автоматизация позволяет повысить качество и производительность процесса ремонта лопаток.
Технологии импульсной лазерной наплавки позволяют наплавлять сплавы на никелевой, кобальтовой и титановой основах [42]. Примеры отечественного и зарубежного комплекса на базе импульсно-периодического твердотельного лазера представлены на рисунке 1.15.
К основному недостатку приведенных комплексов можно отнести отсутствие кассетной оснастки, позволяющей перейти от штучной наплавки каждой лопатки к автоматизированной наплавке набора однотипных лопаток [1].
| а) | б) |
| Рисунок 1.15. Комплекс для лазерной наплавки: а - LRS-PRO (ОКБ «Булат»); б - PSM 400 (Schunk) [1], [42]. | |
ВрамкахпроектаAwforsбылипроведеныисследованиятехнологической возможности ремонта лопаток компрессора, изготовленныхизтитановогосплаваTi6242,сиспользованиемтехнологиилазернойнаплавки[43]. В процессе отработки технологии лазерной наплавки были проведенымеханическиеиспытаниянаплавленныхслоёв,показавшиеповышенныезначения предела прочности и предела текучести по сравнению с материаломподложки. По результатам ремонта лопаток авторы дали высокую оценкутехнологиилазернойнаплавки,указавнаперспективностьеёприменения.ПриисследованиитехнологическихвозможностейлазерногокомплексаLENS850R(OPTOMEC),изготовленногонабазеволоконноголазера,генерирующего лазерное излучение в непрерывном режиме с максимальноймощностью 1 кВт, проводили работы по восстановлению торца пера входнойивыходнойкромоктитановыхлопатокГТД.Вкачественаплавляемогоматериала использовали порошок на титановой основе дисперсностью 40 –120 мкм [44]. В рамках исследования были восстановлены 2-е лопатки: упервой-торецпера,увторой-кромкииторец.Наплавкуосуществлялиприизменениимощностилазерногоизлучениясо150Вт(1-йи2-йслои)до200-250Вт(3-йи4-йслои)и300-350Вт(5-йи6-йслои).Внешнийвидвосстановленных лопаток представленна рисунке 1.16.
| а) | б) |
| Рисунок 1.16. Внешний вид восстановленных лопаток: а – восстановлен торец лопатки; б – восстановлены кромки и торец лопатки [44]. | |
ПриведенныевработерезультатыподтвердилипринципиальнуювозможностьиспользованияданногоклассаоборудованиядлявосстановительногоремонтарабочихлопатокГТД.Темнеменее,используемыепараметрырежимадалекиотоптимальных,очёмсвидетельствуетзначительныйприпускподмеханообработку,наличиецветовпобежалостивЗТВ,свидетельствующиеонекачественнойзащитезоныобработки,образованиеслоёвсразличнымифазовымисоставляющими,увеличениемикротвёрдостинаплавленногометаллапосравнениюсосновойв1,5-2,5раза;широкаязонатермическоговлияния(до0,9мм),нерасплавленныечастицыпорошканаповерхностинаплавленногослоя,наличиевнутреннихдефектовввидепор,трещининесплавлений[1],рисунок1.17.
| а) | б) |
| Рисунок 1.17. Поперечный макрошлиф: а – не травленый (стрелками указаны поры, трещины и несплавления); б – травленый (различный фазовый состав наплавленных слоёв и нерасплавленные частички порошка) [44]. | |
нержавеющейсталимартенситногоклассаUNS42000наплавлялиметаллические порошки марки Stellite 6 и СС420 (схожий по химическомусоставу с ОМ). Наплавку на кромки осуществляли при мощности лазерногоизлучения2кВтирасстояниимеждусопломивосстанавливаемойповерхностью10мм.Рисунок1.18.Роторпарогенератора.Авторамибылиполученыположительныерезультатыпривосстановлении лопаток парогенератора с использованием порошка маркиСС420,чтообъясняетсяобразованиемнезначительныхвнутреннихнапряжениямииз-засхожихкоэффициентовлинейногорасширениянаплавляемогоматериалаиОМ.Привосстановлениилопатоксиспользованием порошка марки Стеллит 6 были обнаружены продольные ипоперечныетрещины,атакжепоры.Наличиетрещинавторыобъясняютразличными значениями коэффициентов линейного расширения материалов;образование пор, при многопроходной наплавке - недостаточной мощностьюлазерного излучения[46],рисунок1.19.Рисунок 1.19. Трещины при восстановлении лопаток с использованиемпорошкамаркиStellite6Порезультатамисследований,проводимыхавторами,образованиепродольных трещин можно предотвратить, снизив погонную энергию и долюучастияосновногометаллавнаплавленныхслоях.Дляустраненияпоперечныхтрещин,помимовышеперечисленныхспособов,авторыпредлагаютсократитьдлинунаплавленныхслоёв.Также в рамках проведённой работы авторами было модернизированокоаксиальное наплавочное сопло и система подачи порошка, что позволило
устранитьдействиесилгравитациивпроцессепереносапорошканаподложкупринаплавкевпространственныхположениях,отличныхотнижнего.Косновнымположительнымрезультатамданнойработыследуетотнести возможность восстановления лопаток моноколеса парогенератора навалуротора,чтообеспечиваетсущественнуюэкономиюсредствпосравнениюстехнологиями,требующимиустранениядефектнойлопаткиизсоставамоноколеса [47], которая, по словам авторов, может достигать 2,3-4,5 млн.долларовСША[1].Известныеспособыизготовленияиремонтадеталейавиадвигателейметодамипрямоголазерноговыращиванияиселективноголазерногоплавления[48]посути,являютсямногопроходнойлазернойнаплавкой.Достоинстваданныхтехнологийсхожисвышеперечисленнымидостоинствамитехнологиилазернойнаплавки:возможностьизготовлениядеталейсложнойформыиздорогостоящихматериаловнаникелевойититановой основе с уникальными свойствами, минимальным припуском напоследующуюмеханическуюобработкуприотсутствиидеформацийвпроцессе изготовления/ремонта и наличии минимальной зоны термическоговлияния.Недостаткамиявляютсянеапробированностьтехнологииприменительно к восстановлению изношенных частей турбинных лопаток, атакжеиспользованиеимпортного оборудования[30].Восстановлениелопатокизжаропрочныхсплавовнаосноветитана(ВТ8М),установленныхнамоноколесевкомпрессореГТДПД-14,наустановке TruLaser Cell 7020 (Trumpf), оснащённой твердотельным дисковымлазером мощностью 2 кВт, описано в работе [49] (рисунок 1.20). В качестве