Файл: 1. Конструктивные особенности лопаток турбины 5 Материалы, применяемые при изготовлении лопаток турбины 9.docx
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 1277
Скачиваний: 12
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
присадочногоматериалаприменялисферическийпорошокгранулометрического состава 45–75 мкм, полученный методом газоструйногораспыления заготовки из материала Ti6Al4V в среде инертного газа[49].Металлографическиеисследованияпоказалиналичиечёткойграницыразделаосновногоинаплавленногометалла,отсутствиевнутреннихдефектовиналичиемелкоигольчатойструктурынаплавленногослоя,свидетельствующейо высоких скоростях охлаждения. К преимуществам используемого методаавторы относят, в том числе, его адаптивность, что актуально для различноизношенныхповерхностейлопаток.Вкачественедостатковможноуказатьнаиспользованиеимпортногооборудования [1].
РезультатылазерноговосстановлениялопатокизсплаваInconel738длягазоперекачивающихстанцийсприменениемприсадочныхпорошковнаникелевойосновеInconel625иInconel738,приведенывработе[50].Вкачествеисточникалазерногоизлученияиспользовалитвердотельныйлазерсдлиной волны 1,07 мкм. В обоих вариантах получены качественные валики,приэтомвслучаеиспользованияматериалаInconel738дополнительноприменялипоследующуютермическуюобработкузонынаплавки,позволившуюполучитьнаплавленныеслоиравнопрочныесОМ.Прииспользованиипорошка
Inconel625механическиехарактеристикинаплавленныхслоёвотличалисьменьшимизначениямипрочностныххарактеристик по сравнению с ОМ. Также авторы отмечают преимуществаиспользования волоконного лазера перед СО2-лазером благодаря лучшемупоглощениюизлученияматериаломипростотедоставкилазерноголучавзонуобработки[1].Результаты исследования возможности использования установки LENS850R (Optomec) для устранения дефектов, образованных при литье и ремонтакомпонентовавиационныхдвигателей,изготовленныхизсплавовнаникелевойоснове(718иWaspaloy),описанывработе[51].Врамкахэкспериментальныхисследованийвкачествеприсадочногоматериалаиспользовалипорошкисодноимённыминазваниями.Наплавкуосуществлялипри варьирования мощности лазерного излучения в диапазоне 150-990 Вт,диаметрапятналазерногоизлучения -0,69до2ммискоростинаплавки -0,15до1,5м/мин.Порезультатамисследованийвслучаеиспользованиясплава718былиполученыкачественныеваликисвысокойтехнологическойпрочностьюи незначительным количеством пор. При лазерной наплавке сплава Waspaloy,чувствительного к трещинообразованию, качественные наплавленные слоибылиполученыприминимальномзначениипогонной энергии.Chromalloy HIT and Siemens-Westinghouse Power Corporation создалиисследовательскую группу по отработке методов лазерной наплавки сваркиIN738инаправленнокристаллизовавшегосясплаваMar-M002[52].Использовались достаточно высокие температуры предварительного нагрева
(9000С).Испытанияпоказалиминимальныйуровеньпористости;уровеньусталостнойпрочностиравнялся 70-80%данного показателя ОМ.EPRIRepair&ReplacementApplicationsCenter(RRAC)провелидвухгодичное исследование по применению ремонтной технологии лазернойсваркидлясплаваIN738[53].Использовалисьприсадочныематериалы–IN625, IN738, IN939. Удачные результаты были достигнуты с IN625 и IN939.СвободноеоттрещинсварноесоединениесприменениемIN738какприсадочногоматериалабылотакжеполучено,ноуровеньтвердостинесоответствовал требованиям. IN625 использовался только для того, чтобыпродемонстрировать возможность применения процесса лазерной сварки дляγ'- упрочненных сплавов. В ходе исследований было установлено, что IN939можетбытьнанесеннаIN738безобразованиятрещин.Прочностьсоединениясоставляла80процентовотпрочностиосновногоматериала.РемонтнаятехнологиявосстановлениялопатокизсплаваIN738сприменениемприсадочногоматериалаIN939былакоммерциализированав2001 году.Honeywell Laser Technology Services использует порошковую лазернуюнаплавкудляремонтаIN738LC[54].Вкачествеприсадочногоматериалаиспользуется материал, схожий по составу с ОМ. В соединении отсутствуютпорыитрещины,онообладаетудовлетворительнойпрочностью,малойзонойпроплавленияиузкойзонойтермическоговлияния.Этотпроцесстакжеприменяетсядляназемныхтурбин.В рамках восстановления рабочих монокристаллических лопаток ГТД,изготовленныхизлитейногожаропрочногосплавананикелевойосновеCMSX-4,былипроведеныисследованиявлиянияскоростикристаллизации
насхемуростакристалловнаплавленныхслоёв[55].Лазернуюнаплавкупорошкаидентичногохимическогосоставасдисперсностью25-75мкмвыполняли с использованием диодного лазера с длиной волны 940-980 нм,максимальнойвыходноймощностью680Втидиаметромпятна0,86мм.Скоростькристаллизациирасплавасохраняливтребуемомдиапазонеспомощьюиндукторамощностью3кВтсдинамическимконтролемчастотыот70до450кГципропорционально-интегрально-дифференцирующегорегуляторатемпературываннырасплава,регулирующегомощностьлазерногоизлучения.Лопаткурасполагалинаводоохлаждаемомоснованиистемпературой 18°С. В результате проведённых исследований были полученынаплавленныеслоибезвнутреннихдефектов,поритрещин,сэпитаксиальнойкристаллизацией.Схожиерезультатывосстановлениялопатокизмонокристаллитногоникелевого сплаваNiCrAlYописанывработе[56].Интересентакжеопытконтролятемпературываннырасплававпроцесселазернойнаплавки[57].Привосстановлениилопаток,изготовленныхизникелевогосплава,использовалипорошокидентичногосоставадисперсностью45-105мкм,перемещениекоаксиальнойлазернойнаплавочнойголовкиосуществлялиманипуляторомнабазе4-хосевойустановки с ЧПУ-управлением. В качестве источника лазерного излучения
использовалитвердотельныйNd:YAGлазер(HL3006D)непрерывнойгенерацииэлектромагнитногоизлученияоптическогодиапазонасмаксимальноймощностью3кВт.Контрольгеометриинаплавленныхслоёвосуществлялиспомощьюрегулирования температуры ванны расплава. С этой целью была изготовленасистема контроля, состоящая из германиевого фотодиода и ПИД-регуляторатемпературываннырасплава.Фотодиод,интегрированныйвлазернуюнаплавочнуюголовку,принималэлектромагнитныеволны,исходящиеотваннырасплава,вдиапазоне длин1300-1600нм.Лазерную наплавку осуществляли при мощности лазерного излучения300Вт,скоростиперемещения500мм/минимассойподаваемогопорошка1,5г/мин.Основнаятехнологическаяпроблема,возникшаяприремонтегребешковбандажнойполкилопатки,идляустранениякоторойавторыизготовилисистемуконтролятемпературываннырасплава,–низкаятехнологическаяпрочность(рисунок1.21в)попричинеобразованиялегкоплавких эвтектик по границам зёрен, а также увеличение поперечногосечениявначалеи конце наплавленныхслоёв (рисунок1.21б). ИК-температурный и
лазерный сигналы, В
Рисунок 1.21. Восстановление гребешка бандажной полки лопатки без контроля температуры ванны расплава: а – результаты измерения температуры ванны расплава в ИК-диапазоне при постоянном сигнале ПИД-регулятора источнику лазерного излучения (Р = 300Вт); б – скос и увеличение поперечного сечения наплавленных слоёв; в – трещинообразование в наплавленных слоях [57]. Дляустранениявозникшихтехнологических
| а) | б) |
| Рисунок 1.20. Процесс восстановления входной кромки лопатки ГТД: а - восстановление входной кромки; б - сектора моноколеса. | |
Inconel625механическиехарактеристикинаплавленныхслоёвотличалисьменьшимизначениямипрочностныххарактеристик по сравнению с ОМ. Также авторы отмечают преимуществаиспользования волоконного лазера перед СО2-лазером благодаря лучшемупоглощениюизлученияматериаломипростотедоставкилазерноголучавзонуобработки[1].Результаты исследования возможности использования установки LENS850R (Optomec) для устранения дефектов, образованных при литье и ремонтакомпонентовавиационныхдвигателей,изготовленныхизсплавовнаникелевойоснове(718иWaspaloy),описанывработе[51].Врамкахэкспериментальныхисследованийвкачествеприсадочногоматериалаиспользовалипорошкисодноимённыминазваниями.Наплавкуосуществлялипри варьирования мощности лазерного излучения в диапазоне 150-990 Вт,диаметрапятналазерногоизлучения -0,69до2ммискоростинаплавки -0,15до1,5м/мин.Порезультатамисследованийвслучаеиспользованиясплава718былиполученыкачественныеваликисвысокойтехнологическойпрочностьюи незначительным количеством пор. При лазерной наплавке сплава Waspaloy,чувствительного к трещинообразованию, качественные наплавленные слоибылиполученыприминимальномзначениипогонной энергии.Chromalloy HIT and Siemens-Westinghouse Power Corporation создалиисследовательскую группу по отработке методов лазерной наплавки сваркиIN738инаправленнокристаллизовавшегосясплаваMar-M002[52].Использовались достаточно высокие температуры предварительного нагрева
(9000С).Испытанияпоказалиминимальныйуровеньпористости;уровеньусталостнойпрочностиравнялся 70-80%данного показателя ОМ.EPRIRepair&ReplacementApplicationsCenter(RRAC)провелидвухгодичное исследование по применению ремонтной технологии лазернойсваркидлясплаваIN738[53].Использовалисьприсадочныематериалы–IN625, IN738, IN939. Удачные результаты были достигнуты с IN625 и IN939.СвободноеоттрещинсварноесоединениесприменениемIN738какприсадочногоматериалабылотакжеполучено,ноуровеньтвердостинесоответствовал требованиям. IN625 использовался только для того, чтобыпродемонстрировать возможность применения процесса лазерной сварки дляγ'- упрочненных сплавов. В ходе исследований было установлено, что IN939можетбытьнанесеннаIN738безобразованиятрещин.Прочностьсоединениясоставляла80процентовотпрочностиосновногоматериала.РемонтнаятехнологиявосстановлениялопатокизсплаваIN738сприменениемприсадочногоматериалаIN939былакоммерциализированав2001 году.Honeywell Laser Technology Services использует порошковую лазернуюнаплавкудляремонтаIN738LC[54].Вкачествеприсадочногоматериалаиспользуется материал, схожий по составу с ОМ. В соединении отсутствуютпорыитрещины,онообладаетудовлетворительнойпрочностью,малойзонойпроплавленияиузкойзонойтермическоговлияния.Этотпроцесстакжеприменяетсядляназемныхтурбин.В рамках восстановления рабочих монокристаллических лопаток ГТД,изготовленныхизлитейногожаропрочногосплавананикелевойосновеCMSX-4,былипроведеныисследованиявлиянияскоростикристаллизации
насхемуростакристалловнаплавленныхслоёв[55].Лазернуюнаплавкупорошкаидентичногохимическогосоставасдисперсностью25-75мкмвыполняли с использованием диодного лазера с длиной волны 940-980 нм,максимальнойвыходноймощностью680Втидиаметромпятна0,86мм.Скоростькристаллизациирасплавасохраняливтребуемомдиапазонеспомощьюиндукторамощностью3кВтсдинамическимконтролемчастотыот70до450кГципропорционально-интегрально-дифференцирующегорегуляторатемпературываннырасплава,регулирующегомощностьлазерногоизлучения.Лопаткурасполагалинаводоохлаждаемомоснованиистемпературой 18°С. В результате проведённых исследований были полученынаплавленныеслоибезвнутреннихдефектов,поритрещин,сэпитаксиальнойкристаллизацией.Схожиерезультатывосстановлениялопатокизмонокристаллитногоникелевого сплаваNiCrAlYописанывработе[56].Интересентакжеопытконтролятемпературываннырасплававпроцесселазернойнаплавки[57].Привосстановлениилопаток,изготовленныхизникелевогосплава,использовалипорошокидентичногосоставадисперсностью45-105мкм,перемещениекоаксиальнойлазернойнаплавочнойголовкиосуществлялиманипуляторомнабазе4-хосевойустановки с ЧПУ-управлением. В качестве источника лазерного излучения
использовалитвердотельныйNd:YAGлазер(HL3006D)непрерывнойгенерацииэлектромагнитногоизлученияоптическогодиапазонасмаксимальноймощностью3кВт.Контрольгеометриинаплавленныхслоёвосуществлялиспомощьюрегулирования температуры ванны расплава. С этой целью была изготовленасистема контроля, состоящая из германиевого фотодиода и ПИД-регуляторатемпературываннырасплава.Фотодиод,интегрированныйвлазернуюнаплавочнуюголовку,принималэлектромагнитныеволны,исходящиеотваннырасплава,вдиапазоне длин1300-1600нм.Лазерную наплавку осуществляли при мощности лазерного излучения300Вт,скоростиперемещения500мм/минимассойподаваемогопорошка1,5г/мин.Основнаятехнологическаяпроблема,возникшаяприремонтегребешковбандажнойполкилопатки,идляустранениякоторойавторыизготовилисистемуконтролятемпературываннырасплава,–низкаятехнологическаяпрочность(рисунок1.21в)попричинеобразованиялегкоплавких эвтектик по границам зёрен, а также увеличение поперечногосечениявначалеи конце наплавленныхслоёв (рисунок1.21б). ИК-температурный и
лазерный сигналы, В
Рисунок 1.21. Восстановление гребешка бандажной полки лопатки без контроля температуры ванны расплава: а – результаты измерения температуры ванны расплава в ИК-диапазоне при постоянном сигнале ПИД-регулятора источнику лазерного излучения (Р = 300Вт); б – скос и увеличение поперечного сечения наплавленных слоёв; в – трещинообразование в наплавленных слоях [57]. Дляустранениявозникшихтехнологических