Способ изготовления изделий сложного профиля с сетчатой оболочкой

 

Изобретение может быть использовано при изготовлении лопаток газовых турбин, работающих в условиях высоких температур, давлений и высокоскоростных потоков рабочей среды. Формуют оболочку по профилю изделия из металлической сетки с размером ячеек порядка 5-10 мкм. На паяемую поверхность каркаса наносят слой никелевого покрытия, затем слой медного покрытия. На паяемую поверхность сетчатой оболочки наносят слой никелевого покрытия. После сборки и поджатия деталей изделия друг к другу точечной сваркой его подвергают пайке в защитной атмосфере при 1020-1050^oС. Способ обеспечивает повышение качества паяного соединения каркаса с сетчатой оболочкой, размер ячейки которой менее 50 мкм.

Изобретение относится к области изготовления изделий сложного профиля с сетчатой оболочкой, преимущественно лопаток газовых турбин, высокотемпературной пайкой, работающих в условиях высоких температур, давлений и высокоскоростных потоков рабочей среды.

В патенте США N 4314442, кл. 60-3905 описана конструкция лопатки газовой турбины, передняя кромка которой выполнена в виде сетчатой оболочки, прикрепленной к каркасу лопатки. Наличие сетчатой оболочки обеспечивает наиболее эффективное охлаждение ее передней кромки при эксплуатации.

Однако в данном патенте отсутствует описание технологии изготовления лопатки с сетчатой оболочкой, способа ее крепления к каркасу.

В авторском свидетельстве СССР N 279318 изложен способ изготовления изделий сложного профиля, преимущественно турбинных лопаток с оболочками из сетчатого материала, при котором крепление сетчатой оболочки с каркасом осуществляют методом высокотемпературной пайки в защитной среде.

Однако известная технология пайки этих изделий не обеспечивает надежного прилегания сетки к каркасу в зоне пайки, что может вызвать появление таких дефектов, как трещины и хлопуны.

В патенте России N 2111096, кл. B 23 K 1/00 описан способ изготовления изделий сложного профиля с сетчатой оболочкой, например, лопаток газовых турбин, предназначенных для работы в экстремальных условиях. В соответствии с известным способом после формовки из полотна металлической сетки оболочки по профилю изделия на паяемые поверхности каркаса и оболочки соответственно наносят в качестве припоя слой медного покрытия толщиной 15-20 мкм и никелевого покрытия толщиной 15-20 мкм, поджатие оболочки к каркасу осуществляют точечной сваркой в местах пайки, а последнюю проводят при температуре 1100-1130^oC в течение 5-10 мин. Были изготовлены изделия без дефектов из сетчатого полотна с толщиной сетки 0,46 мм и размером ячейки 50 мкм.

Однако при изготовлении оболочки из сетки, размер ячейки которой менее 50 мкм, при указанных режимах происходит заплавление ячеек столь малого размера расплавленным припоем и превращение паяемого участка сетки в сплошную ленту.

Задача изобретения - создание режима пайки, обеспечивающего возможность изготовления изделий с сетчатой оболочкой, размер ячеек которой менее 50 мкм.

Задача решена за счет того, что после формовки сетчатой оболочки с размером ячеек менее 50 мкм на паяемую поверхность оболочки наносят слой никелевого покрытия толщиной 7-10 мкм, на паяемую поверхность каркаса - сначала слой никелевого покрытия толщиной 1-2 мкм, а затем слой медного покрытия толщиной 7-10 мкм, после сборки изделия поджимают сетчатую оболочку к каркасу точечной сваркой и паяют в защитной среде при температуре 1020-1050^oC в течение 2-3 мин.

Технический результат - повышение качества паяного соединения каркаса с сетчатой оболочкой, размер ячейки которой менее 50 мкм.

Данный способ осуществляют следующим образом.

Из полотна металлической сетки с размером ячеек менее 50 мкм формуют оболочку по профилю изделия, преимущественно лопатки газовой турбины. На паяемую поверхность каркаса наносят гальваническим методом слой никелевого покрытия толщиной 1-2 мкм, затем слой медного покрытия толщиной 7-10 мкм. На паяемую поверхность сетчатой оболочки наносят слой никелевого покрытия толщиной 7-10 мкм. Указанные слои покрытий выполняют функцию припоя. Выбор толщин покрытий обусловлен необходимостью минимизации слоя припоя между паяемыми поверхностями, чтобы избежать возможность заплавления ячеек сетки и его вытекания из зазора. Наличие подслоя никеля под медным покрытием способствует повышению вязкости припоя и удержанию его на паяемых поверхностях изделия. Далее осуществляют сборку изделия. На припускных участках каркаса и оболочки производят их прихватывание и поджатие друг к другу точечной сваркой. Собранное изделие помещают в печь и проводят пайку в защитной атмосфере при температуре 1020-1050^oC в течение 2-3 мин. В процессе пайки медь взаимодействует с никелем, образуя твердый раствор. В результате получается небольшое количество вязкого расплава, которое при указанных режимах пайки не успевает вытечь из зазора.

Ниже приведен пример осуществления заявленного способа.

Из полотна металлической сетки формовали оболочку по профилю лопатки газовой турбины. Металлическая сетка представляет собой пористый лист, изготовленный путем горячей прокатки пакета из нескольких слоев сетки с образованием материала, размер ячеек которого составляет 5-10 мкм и менее. Сетка изготовлена из нержавеющей стали, а каркас - из сплава на никелевой основе. На паяемую поверхность каркаса наносили слой никелевого покрытия толщиной 1-2 мкм, затем - слой медного покрытия толщиной 7-10 мкм. На паяемую поверхность сетчатой оболочки наносили слой никелевого покрытия толщиной 7-10 мкм. После сборки изделия и поджатия оболочки к каркасу точечной сваркой производили пайку. Для этого его помещали в вакуумную печь, создавали в ней вакуум 1•10^-3 мм рт. ст. , нагревали до температуры 1020-1050^oC и выдерживали при ней в течение 2-3 мин.

Изготовленную лопатку подвергали металлографическим исследованиям и испытанию в экстремальных условиях. Анализ металлографических исследований показал на отсутствие каких-либо дефектов в паяном соединении, а испытание в экстремальных условиях не обнаружило разрушения изделия.

Формула изобретения

Способ изготовления изделий сложного профиля с сетчатой оболочкой, преимущественно лопаток газовых турбин, включающий формовку сетчатой оболочки по профилю изделия, нанесение припоя в виде медного и никелевого покрытий на паяемые поверхности оболочки и каркаса, сборку изделия, поджатие сетчатой оболочки к каркасу точечной сваркой и пайку в защитной среде, отличающийся тем, что после формовки сетчатой оболочки с размером ячеек менее 50 мкм на ее паяемую поверхность наносят слой никелевого покрытия толщиной 7-10 мкм, на паяемую поверхность каркаса - сначала слой никелевого покрытия толщиной 1-2 мкм, а затем слой медного покрытия толщиной 7-10 мкм, пайку осуществляют при 1020-1050^oС в течение 2-3 мин.