Способ восстановления лопаток компрессора газотурбинного двигателя
Сущность изобретения: способ включает предварительную подготовку поверхности торца лопатки, газотермическое напыление покрытия и оплавление лазерным излучением, причем оплавление краевых зон осуществляют при плотности мощности 0,33 - 0,41 от плотности мощности, используемой для оплавления центральной части торца, причем протяженность краевых зон определяют равной 0,15 - 0,27 величины отрезка прямой, соединяющей концы торца лопатки. 1 табл.
Изобретение относится к области нанесения защитных покрытий и может быть применено в машиностроительных отраслях для нанесения покрытий на детали и инструмент, работающие в условиях интенсивного износа, агрессивных сред и повышенных температур. Известен способ нанесения защитных покрытий, включающий подготовку поверхности детали под напыление и последующее газотермическое напыление порошкового материала. Однако, покрытия, нанесенные данным способом, обладают существенным уровнем пористости и низкой прочностью сцепления с основой, что ухудшает качество покрытий. Наиболее близким к предложенному по достигаемому результату является способ восстановления торца лопаток компрессора газотурбинного двигателя (ГТД), включающий подготовку поверхности торца под напыление, газотермическое напыление порошкового материла и последующее его оплавление лазерным излучением. Однако, при нанесении по предлагаемому способу покрытий на торцах лопаток компрессора ГТД происходит деформация краевых зон торца, что не позволяет получить качественные покрытия. Целью предлагаемого изобретения является исключение деформации краевых зон торца лопаток. Поставленная цель достигается тем, что в способе восстановления лопаток компрессора газотурбинного двигателя, включающем подготовку поверхности торца под напыление, оплавление газотермическое напыление порошкового материала и последующее его оплавление лазерным излучением, в соответствии с предлагаемым изобретением оплавление краевых зон осуществляют при плотности мощности лазерного излучения 0,33-0,41 плотности мощности, используемой для оплавления центральной части торца, причем протяженность краевых зон определяют равной 0,15-0,27 величины отрезка прямой, соединяющей концы торца лопатки. Восстановление лопаток компрессора ГТД путем газотермического напыления на торцы порошкового материала и последующее оплавление регламентированных по протяженности краевых зон торца лопатки лазерным излучением с регламентированной в долях от исходной плотности мощности, определяют "существенные отличия" предлагаемого изобретения. Одной из важных задач в области ремонта деталей авиационной техники (АТ) является задача восстановления торца лопаток компрессора ГТД, изнашивающихся в процессе эксплуатации. В настоящее время отсутствует технология ремонта данных деталей, так как ни одна из существующих технологий (газотермическое напыление, аргонодуговая наплавка) не позволяет получить покрытие, имеющее требуемые геометрические параметры (толщина, отсутствие деформации) и отвечающие условиям эксплуатации (жаростойкость, износостойкость, адгезия). Деформацию краевых зон торца лопатки устраняют путем их лазерной обработки с регламентированной плотностью мощности излучения, причем величина краевых зон также регламентирована. Из рассмотрения формы и размеров лопатки следует сделать вывод, что условия отвода тепла от локального источника нагрева, каким является лазерное излучение, существенно отличается в центральной и краевых зонах. Таким образом, для получения качественного покрытия по всей площади торца необходима обработка с переменной величиной плотности мощности лазерного излучения, причем каждому регламентированному по протяженности участку торца соответствует определенная регламентированная плотность мощности лазерного излучения. Технологических решений со сходными признаками обнаружено не было. Способ осуществляют следующим образом. Поверхность торцев изношенных лопаток компрессора ГТД, предназначенных для восстановительного ремонта, подвергают пескоструйной обработке, протирке бензином или ацетоном, а затем осуществляют газотермическое (детонационное, например) напыление порошкового материала. Далее торцы лопаток подвергают лазерной обработке. Для этого сначала определяют протяженность центральной и краевых зон торца. Данную операцию осуществляют следующим образом: измеряют протяженность отрезка прямой, соединяющей концы торца. Затем от краев данного отрезка откладывают отрезки, равные 0,15-0,27 величины указанного отрезка. Из концов отрезков прямой проводят перпендикуляры к прямой, которые отсекают на поверхности торца краевые зоны и центральные зоны. Данный способ определения протяженности краевых и центральной зон поверхности торца более удобен при практическом употреблении, чем аналогичные построения непосредственно на поверхности торца лопаток, так как геометрия торца лопаток и его размеры на различных ступенях компрессора различаются. После определения протяженности зон торца лопатки в соответствии со способом-прототипом подбирают экспериментальным путем плотность мощности лазерного излучения, обеспечивающего проплавление покрытия в центральной части торца на всю глубину с подплавлением основы для обеспечения требуемого уровня адгезии и при отсутствии деформации покрытия и детали. Краевые зоны торца обрабатывают при плотности мощности, равной 0,33-0,41 от указанной выше. В результате лазерной обработки получают качественное покрытие, имеющее высокий уровень адгезии на уровне металлургического контакта покрытия с основой и в то же время отсутствуют деформации как покрытия, так и детали в целом. Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить качественное покрытие на всей поверхности торца лопаток компрессора ГТД и решить таким образом задачу восстановительного ремонта указанных деталей. Лазерное оплавление краевых зон торца лопатки при плотности мощности меньшей 0,33 величины плотности, используемой при оплавлении центральной части торца, не приводит к проплавлению покрытия на всю толщину с подплавлением основы и таким образом не повышает адгезию покрытия. Лазерное оплавление краевых зон торца лопатки при плотности мощности, большей 0,41 величины плотности мощности, используемой при оплавлении центральной части торца приводит к деформации как покрытия, так и детали в целом. Рекомендуемый интервал плотности мощности для лазерного оплавления краевых зон торца лопатки равен 0,33-0,41 величины плотности мощности, используемой при оплавлении центральной части торца лопатки. Лазерная обработка торца лопатки, имеющего краевую зону протяженностью менее 0,15 величины отрезка прямой, соединяющей концы торца лопатки, приводит к короблению покрытия и детали на участках торца, прилегающих к краевым. Лазерная обработка торца лопатки, имеющего краевую зону протяженностью более 0,27 величины отрезка прямой, соединяющей концы торца лопатки, не приводит к проплавлению покрытия с подплавлением основы на участках торца, прилегающих к центральному. Рекомендуемый интервал протяженности краевых зон торца лопатки при проведении лазерной обработки равен 0,15-0,27 величины отрезка прямой, соединяющей концы торца лопатки. П р и м е р осуществления способа. Осуществляли восстановительный ремонт лопаток из сплава ВТ3-1 VI и VIII ступеней II каскада компрессора двигателя Д-30. На лопатки VI ступени нанесли детонационным способом покрытие ПНЭ-1 (никель электролитический ГОСТ 9722-79). На лопатки VIII cтупени нанесли детонационным способом покрытие ПГ-СР2 (ГОСТ 21448-75). При этом напыление осуществляли на установке АДК-1 в режиме: расход кислорода 25-30 л/мин, расход ацетилена 10-14 л/мин, расход азота 10.14 л/мин, расход азота для транспортирования порошка 15-19 л/мин, дистанция напыления (20 
10) мм. Перед напылением на установке АДК-1 проводили пескоструйную обработку поверхности детали электрокорундом и последующую протирку бензином. Толщина покрытия составила 1 мм. Последующую лазерную обработку осуществляли на технологической установке Хебр-1А, мощностью 1,3 кВт. Предварительно на образцах из сплава ВТ3-1 c указанными выше покрытиями аналогичной толщины определяли плотность мощности, требуемую для получения качественной обработки. Затем экспериментальным путем определили протяженность краевых зон поверхности торца лопатки и требуемые для их обработки плотности мощности лазерного излучения, для чего использовали мат. планирование эксперимента (см. Ф. С. Новик. Математические методы планирования экспериментов в металловедении. Раздел 1, М.МИСиС, 1969 г.), а именно полный факторный эксперимент 22, где в качестве параметров оптимизации выбрали относительную протяженность краевых зон поверхности торца лопаток и требуемую для их обработки относительную плотность мощности лазерного излучения, а в качестве функции оптимизации выбрали качество покрытий, которое определяли металлографическим способом как наличие сплавления покрытия с основой при отсутствии деформаций покрытий и деталей. Полученные результаты представлены в табл.1а, б. Анализ результатов показывает, что для табл.1а качественные покрытия получены при относительной плотности мощности равной 0,33.0,43 и относительной протяженности краевых зон равной 0,12.0,27. Для табл.1б соответствующие интервалы равны 0,31-0,41 и 0,15-0,30. Общими для всех таблиц являются интервалы относительной плотности мощности 0,33-0,41 и относительной протяженности краевых зон 0,15-0,27. Применение предлагаемого способа позволяет получить качественные покрытия на торцах лопаток компрессора ГТД, что решает задачу восстановительного ремонта указанных деталей.
Формула изобретения
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, включающий подготовку поверхности торца лопатки под напыление, газотермическое напыление порошкового материала и последующее оплавление покрытия лазерным излучением, отличающийся тем, что, с целью исключения деформации краевых зон торца лопатки, оплавление краевых зон осуществляют при плотности мощности лазерного излучения 0,33 0,41 плотности мощности, используемой для оплавления центральной части торца, причем протяженность краевых зон определяют равной 0,15 0,27 величины отрезка прямой, соединяющей концы торца лопатки.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002
Извещение опубликовано: 10.04.2002
