Способ восстановления лопаток компрессора газотурбинного двигателя

 

Использование: в машиностроительных отраслях для нанесения покрытий на детали и инструменты, работающие в условиях интенсивного износа, агрессивных сред и повышенных температур. Сущность изобретения: лазерную обработку ведут с использованием сканирующего лазерного излучения регламентированной величиной плотности мощности для обеспечения регламентированной величиной времени взаимодействия регламентированных по протяженности краевых и центральной зон торца, что позволяет нанести качественное покрытие на поверхность изношенных торцов лопаток из титановых сплавов компрессора газотурбинного двигателя. 2 табл., 2 ил.

Изобретение относится к нанесению защитных покрытий и может быть применено в машиностроительных отраслях для нанесения покрытий на детали и инструменты, работающие в условиях интенсивного износа, агрессивных сред и повышенных температур. Целью предлагаемого изобретения является повышение качества покрытия путем исключения деформации краевых зон торца лопатки при восстановлении лопаток из титановых сплавов. Поставленная цель достигается тем, что в способе восстановления лопаток компрессора из титановых сплавов газотурбинного двигателя, включающем подготовку поверхности торца лопатки, газотермическое напыление на него порошкового материала на никелевой основе и последующее оплавление торца сканирующим лазерным лучом, в соответствии с предлагаемым изобретением оплавление торца лопатки осуществляют при плотности мощности лазерного излучения, равной (7,2 8,7)·10⁵ Вт/см², причем оплавление краевых зон торца лопатки осуществляют при времени взаимодействия лазерного излучения, равном (3,6 4,6)·10^-2 с, а оплавление центральной зоны торца лопатки осуществляют при времени взаимодействия лазерного излучения, равном (6,5 10,0)·10^-2 с, при этом протяженность краевой зоны определяют равной 0,09 0,17 длины торца лопатки. Восстановление лопаток из титановых сплавов компрессора ГТД путем напыления газотермическим способом на торцы лопаток порошкового материала на никелевой основе и последующее оплавление лазером в регламентированном режиме регламентированных по протяженности краевых и центральной зон торца лопатки, определяют существенные отличия предлагаемого изобретения. Одной из важных задач в области ремонта деталей авиационной техники (АТ) является задача восстановительного ремонта торца лопаток из титановых сплавов компрессора ГТД, изнашивающихся в процессе эксплуатации. В настоящее время отсутствует технология ремонта данных деталей, т.к. ни одна из существующих технологий (газотермическое напыление, аргоннодуговая наплавка) не позволяют получить покрытие, имеющее требуемые геометрические параметры (толщина, отсутствие деформации покрытия и детали) и отвечающее условиям эксплуатации (жаростойкость, износостойкость, адгезия). В предлагаемом изобретении деформацию краевых зон торца лопатки устраняют путем его лазерной обработки с регламентированным в зависимости от зоны торца энерговкладом, причем протяженность зоны (краевые, центральная) также регламентирована. Регламентирование энерговклада, т. е. вложения энергии в покрытие в процессе его лазерного оплавления, достигают путем изменения времени взаимодействия лазерного излучения при неизменной плотности мощности. Из рассмотрения формы и размеров торца лопатки компрессора ГТД (фиг.1) следует, что условия теплоотвода от локального источника нагрева, каким является лазерное излучение, существенно отличаются в центральной и краевых зонах. Таким образом, для получения качественного покрытия по всей площади торца необходима лазерная обработка с переменной величиной энерговклада, причем каждому регламентированному по протяженности участку торца соответствует определенная, регламентированная величина энерговклада. Технических решений со сходными признаками обнаружено не было. Способ осуществляют следующим образом. Поверхность торцов изношенных лопаток из титановых сплавов компрессора ГТД, предназначенных для восстановительного ремонта, подвергают пескоструйной обработке, протирке бензином или ацетоном, а затем осуществляют газотермическое (например детонационное) 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 нижней или верхней кривой, образующей торец; от края торца откладывают отрезок, равный 0,09 -0,17 длины указанной кривой. Аналогичным образом определяют протяженность второй краевой зоны. Зона торца, лежащая между двумя краевыми, является центральной. После определения протяженности зон осуществляют их лазерную обработку сканирующим лазерным лучом, причем плотность мощности лазерного излучения при этом постоянна, т. е. постоянны мощность и диаметр пятна; время взаимодействия изменяется за счет изменения линейной скорости движения лазерного луча относительно неподвижной детали в зависимости от зоны торца лопатки. Значение плотности мощности в процессе обработки равно (7,2 8,5)·10⁵ Вт/см², причем краевые зоны обрабатывают при времени взаимодействия (3,6 4,6)·10^-2 с, а центральную зону обрабатывают при времени взаимодействия, равном (6,5 10,0)·10^-2 с. В результате лазерной обработки получают качественное покрытие, имеющее высокий уровень адгезии благодаря металлургическому контакту покрытия с основой, и в то же время отсутствуют деформации как покрытия, так и детали в целом. Таким образом, предлагаемый способ позволяет поучить качественное покрытие на всей поверхности торца лопаток из титановых сплавов компрессора ГТД и решить задачу восстановительного ремонта указанных деталей. Существенными в предлагаемом способе является тот факт, что лазерную обработку осуществляют сканирующим излучением, так как сложность формы лопатки и торца, относительно малые величины площади торца и массы лопатки требуют, как показали предварительные эксперименты, применения для обработки лазерного излучения с высокой степенью равномерности плотности мощности лазерного излучения, что возможно только при применении сканирующего излучения. Применение лазерного излучения без сканирования луча показало, что деформация краевых зон торца лопатки неизбежна. Лазерная обработка торца лопатки при значениях плотности мощности лазерного излучения, меньших 7,2·10⁵ Вт/см², не приводит к проплавлению покрытия по всей его толщине и, соответственно, не повышает адгезию покрытия, что ухудшает его качество. Лазерная обработка торца лопатки при значениях плотности мощности лазерного излучения, больших 8,7·10⁵ Вт/см², приводит к перегреву торца и его деформации, что ухудшает качество покрытия. Рекомендуемый интервал значений плотности мощности при лазерной обработке торца лопатки равен (7,2 8,7)·10⁵ Вт/см². Лазерная обработка краевых зон торца при значениях времени взаимодействия, меньших 3,6·10^-2 с, не приводит к проплавлению покрытия по всей его толщине и, соответственно, не повышает адгезию покрытия, что ухудшает его качество. Лазерная обработка краевых зон торца при значениях времени взаимодействия, больших 4,6·10^-2 с, приводит к деформации краевых зон, что ухудшает качество покрытия. Рекомендуемый интервал значений времени взаимодействия равен (3,6 4,6)·10^-2 с. Лазерная обработка торца лопатки, имеющего краевую зону протяженностью меньшей 0,09 величины длины торца приводит в процессе обработки центральной зоны к короблению покрытия и детали на участках торца, прилегающих к краевым. Лазерная обработка торца лопатки, имеющего краевую зону протяженностью, большей 0,17 величины длины торца, не приводит к проплавлению покрытия на всю его толщину на участках торца, прилегающих к центральному, что ухудшает качество покрытия. Рекомендуемый интервал значений протяженности краевой зоны торца равен 0,09 0,17 длины торца. На фиг.1 показан профиль торца лопатки VIII ступени компрессора двигателя Д 30, М 2:1; на фиг.2 то же, VII ступени компрессора двигателя Д 30, М 2: 1. Пример осуществления способа. Осуществляли восстановительный ремонт лопаток VI и VIII ступени из сплава ВТЗ-1 двигателя Д-30. На лопатки VI ступени детонационным способом на установке АДК-1 нанесли покрытие из порошка ПНЭ-1 (ГОСТ 9722-79) толщиной 1 мм. Толщину покрытия выбирают исходя из величины износа лопаток, подлежащих ремонту, т. е. в соответствии с техническими требованиями по эксплуатации двигателя ремонту подлежат лопатки, величина износа торца которых составляет 0,5 1,0 мм. На лопатки VIII ступени нанесли детонационным способом на установке АДК-1 покрытие из порошка ПГ-СР2 (ГОСТ 21448-75) толщиной 0,5 мм. Торцы лопаток различных ступеней имеют форму подобия и отличаются размерами. Последующую лазерную обработку осуществляли на установке ЛТ 1-2 с мощностью 1,8 кВт, диаметром пятна 2,7 мм. Лазерное излучение с помощью сканирующего устройства развернули в прямоугольник размером 2,7 х 8,5 мм. Частота сканирования луча 200 Гц. Линейную скорость перемещения луча изменяли в интервалах: при обработке краевых зон 200 500 мм/мин, при обработке центральной зоны 50 350 мм/мин. Результаты экспериментов представлены в табл.1 и 2. При постоянных значениях мощности, диаметра луча варьировали значения линейной скорости луча. Оптимизацию качества покрытия осуществляли на основе визуального осмотра (наличие (-) или отсутствие (+) деформации покрытия детали, наплывов материала покрытия (-) на перо лопатки), а также по результатам металлографических исследований, в которых определяли наличие (+) или отсутствие (-) металлургического переплава покрытия с основой. Для определения оптимальных значений указанных в формуле изобретения параметров, использовали математическое планирование эксперимента (Ф.С.Новик. Математические методы планирования экспериментов в металловедении. Раздел 1.М.МИСиС, 1969), а именно полный факторный эксперимент 2³. В качестве параметров оптимизации выбрали значения времени взаимодействия лазерного излучения при обработке краевых и центральной зон торца, а также протяженность краевой зоны торца относительно протяженности торца. Из анализа табл.1 и 2 следует, что качественные покрытия получают при значениях параметров, представленных в формуле изобретения, так как интервалы (3,6 4,6)·10^-2 (6,5 10,0)·10^-2 и (0,09 0,17) с являются общими для двух таблиц. Предложенный способ по сравнению с известными обеспечивает получение качественных покрытий на торце лопаток из титановых сплавов компрессора ГТД.

Формула изобретения

Способ восстановления лопаток компрессора газотурбинного двигателя, включающий подготовку поверхности торца лопатки под напыление, газотермическое напыление на него порошкового материала на никелевой основе и последующее оплавление торца сканирующим лазерным лучом для получения покрытия, отличающийся тем, что, с целью повышения качества покрытия путем исключения деформации краевых зон торца лопатки при восстановлении лопаток из титановых сплавов, оплавление торца лопатки осуществляют при плотности мощности лазерного излучения, равной (7,2 8,7)·10⁵ Вт/см², причем оплавление краевых зон торца лопатки осуществляют при времени взаимодействия лазерного излучения, равном (3,6 4,6)·10^-2 с, а оплавление центральной зоны торца лопатки осуществляют при времени взаимодействия лазерного излучения, равном (6,5 10,0)·10^-2 с, при этом протяженность краевой зоны равна (0,09 0,17) длины торца лопатки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A 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        

---