Способ припайки стеллитовой накладки на входную кромку стальной рабочей лопатки паровой турбины

Авторы патента:

F01D5/28 - выбор специальных материалов; меры против эрозии или коррозии

B23K1/19 - с учетом свойств материалов, подвергаемых пайке

Владельцы патента RU 2544718:

Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" (RU)

Изобретение может быть использовано при изготовлении рабочих лопаток влажнопаровых ступеней турбин. Износостойкую стеллитовую накладку припаивают на входную кромку стальной лопатки. При этом порошок тугоплавкого припоя в смеси с противоокислительным флюсом засыпают между очищенными контактными поверхностями указанных спаиваемых деталей, нагревают соединение до температуры плавления припоя и прижимают накладку к лопатке до отвердения припоя после отключения нагрева. Часть припоя предварительно наносят тонким слоем на обе спаиваемые поверхности методом электроискрового легирования с использованием в качестве легирующего электрода прутка припоя. Толщина наносимого на каждую из спаиваемых поверхностей слоя припоя составляет (40…190) мкм. Электроискровое легирование осуществляют с величиной энергии единичного импульса (0,3…0,7) Дж и удельным временем легирования (0,5…1,0) мин/см². Процесс предварительного нанесения слоя припоя на стыкуемые поверхности спаиваемых деталей предпочтительно производят в вакууме или в среде инертного газа. Способ обеспечивает увеличение надежности и ресурса рабочих лопаток влажнопаровых ступеней паровых турбин, подверженных ударно-капельному воздействию. 1 з.п. ф-лы.

Область использования

Изобретение относится к области паротурбиностроения и предназначено для увеличения надежности работы и ресурса подверженных ударно-капельному воздействию рабочих лопаток последних (влажнопаровых) ступеней паровых турбин.

Уровень техники

Одним из распространенных видов защиты передней кромки рабочей лопатки влажнопаровых ступеней паровой турбины от ударного воздействия капельной влаги является установка защитных накладок из износостойкого материала, в частности стеллита, представляющего собой выпускаемый отечественной промышленностью твердый сплав на основе кобальта.

Известен принятый в качестве прототипа заявляемого изобретения способ припайки износостойкой стеллитовой накладки на входную кромку стальной лопатки влажнопаровой ступени паровой турбины с использованием тугоплавкого припоя, заключающийся в том, что порошок припоя в смеси с противоокислительным флюсом засыпают между очищенными контактными поверхностями указанных спаиваемых деталей, нагревают соединение до температуры плавления припоя и прижимают накладку к лопатке на время до отвердения припоя после отключения нагрева (Ремонт паровых турбин. / Молочек В.А. // Энергия. Москва, 1968, с.178 [1]). К недостаткам способа [1] следует отнести наличие не пропаянных участков на стыкуемых поверхностях, что приводит к уменьшению прочности их сцепления и, как следствие, к уменьшению надежности работы и ресурса лопатки.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является повышение надежности работы и ресурса рабочих лопаток влажнопаровых ступеней паровых турбин, а достигаемым техническим результатом - повышение прочности припайки стеллитовой накладки к стальной лопатке.

Решение указанной задачи и достижение указанного технического результата обеспечиваются тем, что при осуществлении способа припайки износостойкой стеллитовой накладки на входную кромку стальной лопатки влажнопаровой ступени паровой турбины с использованием тугоплавкого припоя, заключающегося в том, что порошок припоя в смеси с противоокислительным флюсом засыпают между очищенными контактными поверхностями указанных спаиваемых деталей, нагревают соединение до температуры плавления припоя и прижимают накладку к лопатке на время до отвердения припоя после отключения нагрева, согласно изобретению часть припоя предварительно наносят тонким слоем на обе спаиваемые поверхности методом электроискрового легирования (ЭИЛ) с использованием в качестве легирующего электрода прутка припоя. При этом толщина наносимого на каждую из спаиваемых поверхностей слоя припоя предпочтительно составляет (40…190) мкм, а электроискровое легирование предпочтительно осуществляют с величиной энергии единичного импульса (0,3…0,7) Дж и удельным временем легирования (0,5…1,0) мин/см². Процесс предварительного нанесения слоя припоя на стыкуемые поверхности указанных спаиваемых деталей предпочтительно производят в вакууме или в среде инертного газа.

Причинно-следственная связь между основными отличительными признаками изобретения и достигаемым техническим результатом состоит в том, что предварительное нанесение тонкого слоя припоя на стыкуемые поверхности стеллитовой накладки и стальной лопатки методом ЭИЛ позволяет надежно и прочно закрыть припоем всю контактную поверхность стыкуемых деталей без их излишнего перегрева, приводящего к термическим деформациям. Отсутствие не пропаянных участков приводит к повышению прочности сцепления защитной накладки с лопаткой, что и является достигаемым техническим результатом изобретения.

Подробное описание изобретения

Способ припайки износостойкой стеллитовой накладки на входную кромку стальной лопатки влажнопаровой ступени паровой турбины ниже подробно описан на примере ремонта стальной рабочей лопатки из хромистой коррозионностойкой стали 20X13-Ш, на переднюю кромку которой требовалось припаять взамен изношенной новую защитную накладку из стеллита марки ВЗК. Для пайки был использован порошок серебряного припоя ПСр-45 (ОСТ 2982). В состав припоя входят серебро - 45%, медь - 30% и цинк - 25% при допустимом содержании примесей не более 0,5%. Данный припой имеет температуру плавления (710…720)°C, т.е. наиболее низкую температуру из всех серебряных припоев, благодаря чему пайка не должна влиять на структуру материала лопатки. Это имеет большое значение для пайки особенно хромистых коррозионностойких сталей, так как такие стали при нагреве могут закаляться, и в них в зоне пайки могут образовываться трещины. При пайке использовался флюс марки ПВ209Х (ГОСТ 23176-78) состава: B - (12,3…13,3)%, F - (26,7…28,5)%, K - (33,5…36,4)%, остальное - (21,8-27,5)%. Стыкуемые поверхности лопатки и стеллитовой накладки перед пайкой тщательно зачищались. Предварительно с помощью портативной установки для ЭИЛ типа КГБ-2 разработки ОАО «ВТИ» с использованием в качестве легирующего электрода прутка припоя ПСр-45 диаметром 4 мм на стыкуемые поверхности наносился слой припоя толщиной в пределах (40…190) мкм при средней величине неровностей (шероховатости) в пределах (15…20) мкм. Величины энергии единичного импульса в пределах (0,3…0,7) Дж и удельного времени легирования (0,5…1,0) мин/см² выбирались из расчета получения 100% покрытия на формируемой поверхности и указанной степени шероховатости слоя. ЭИД осуществляли в среде подаваемого из баллона инертного газа (аргона). Созданные в процессе ЭИЛ слои припоя из сплава ПСр-45 имеют высокую прочность с подложкой как из хромистой нержавеющей стали (рабочая лопатка), так и из кобальтового стеллита (защитная накладка) за счет металлургического и диффузионного процессов при электроискровой обработке на глубину (5…10) мкм, что наряду со стопроцентной сплошностью припойного слоя обеспечивает высокую прочность паянного соединения. Технология самого процесса пайки не отличалась от традиционного. Между стыкуемыми облуженными поверхностями лопатки и защитной накладки засыпался порошок припоя в смеси с флюсом, включался индукционный нагрев до их расплавления, после чего осуществлялся прижим накладки к лопатке и отключался нагрев. После остывания соединения оно зачищалось от остатков припоя и флюса. Ремонт изношенных рабочих лопаток влажнопаровых ступеней паровой турбины описанным способом может производиться на остановленной турбине без разлопачивания ее ротора и даже без снятия крышки статора с проходом к ремонтируемым ступеням через турбинный конденсатор.

1. Способ припайки износостойкой стеллитовой накладки на входную кромку стальной лопатки влажнопаровой ступени паровой турбины с использованием тугоплавкого припоя, при котором засыпают порошок припоя в смеси с противоокислительным флюсом между очищенными контактными поверхностями указанных спаиваемых деталей, нагревают соединение до температуры плавления припоя и прижимают накладки к лопатке до отвердения припоя после отключения нагрева, отличающийся тем, что часть припоя предварительно наносят тонким слоем на обе спаиваемые поверхности методом электроискрового легирования с использованием в качестве легирующего электрода прутка припоя, причем толщина наносимого на каждую из спаиваемых поверхностей слоя припоя составляет (40…190) мкм, а электроискровое легирование осуществляют с величиной энергии единичного импульса (0,3…0,7) Дж и удельным временем легирования (0,5…1,0) мин/см².

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительное нанесение слоя припоя на стыкуемые поверхности спаиваемых деталей производят в вакууме или в среде инертного газа.

Лопатка спрямляющего аппарата для турбореактивного двигателя содержит удлиненные моноблочные передний и задний участки, а также внешний слой, соединенные посредством горячего прессования.

Цельный сопловой элемент турбины, способ его изготовления, сопло турбины, содержащее множество таких элементов, и газовая турбина, содержащая такое сопло // 2539910

Сопловой элемент турбины из композиционного материала, содержащего волокнистое армирование, уплотненное керамической матрицей, включает участки внутреннего и внешнего оснований и, по меньшей мере, одну лопатку, присоединенную к ним обоим.

Лопатка вентиляторного ротора и вентилятор // 2525026

Лопатка вентиляторного ротора содержит перо и хвостовик, изготовленные из композитного материала, а также металлическую обшивку. Хвостовик лопатки выполнен у базового конца пера лопатки с возможностью соединения с пазом диска вентилятора.

Металлическое покрытие со связующим веществом с высокой температурой перехода гамма/гамма' и деталь // 2523185

Изобретение относится к области металлургии, в частности к металлическому покрытию со связующим, и может быть использовано в качестве покрытия для детали газовой турбины.

Металлическое связующее покрытие с высокой гамма/гамма' температурой перехода и компонент // 2521925

Изобретение относится к области металлургии, в частности к металлическому покрытию с фазами γ- и γ'. Металлическое покрытие из сплава на основе никеля для деталей газовых турбин содержит γ- и γ'-фазы, при этом сплав содержит, мас.%: железо 0,5-5, кобальт по меньшей мере 1, хром по меньшей мере 1, алюминий по меньшей мере 1, и, при необходимости, тантал (Та) и/или иттрий (Y).

Сплав, защитный слой и деталь // 2521924

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля защитных покрытий деталей газовой турбины. Сплав на основе никеля для защитного покрытия деталей газовой турбины содержит, мас.%: 24-26 кобальта, 16-25 хрома, 9-12 алюминия, 0,1-0,7 иттрия и/или по меньшей мере одного металла из группы, содержащей скандий и редкоземельные элементы, необязательно, 0,1-0,7 фосфора, необязательно, 0,1-0,6 кремния, не содержит рений, никель - остальное.

Монокристаллический суперсплав на основе ni и лопатка турбины // 2518838

Изобретение относится к монокристаллическому суперсплаву на основе Ni и может быть использовано для изготовления из него лопаток турбины. Сплав имеет следующий состав по массе: 6,0 мас.% или более и 9,9 мас.% или менее Co, 6,5 мас.% или более и 10,0 мас.% или менее Cr, 1,0 мас.% или более и 4,0 мас.% или менее Mo, 8,1 мас.% или более и 11,0 мас.% или менее W, 4,0 мас.% или более и 9,0 мас.% или менее Та, 5,2 мас.% или более и 7,0 мас.% или менее Al, 0,1 мас.% или более и 2,0 мас.% или менее Ti, 0,05 мас.% или более и 0,3 мас.% или менее Hf, 0-1,0 мас.% Nb и 0-0,8 мас.% Re при остатке, включающем Ni и неизбежные примеси.

Индикатор эрозии крыльчатки турбокомпрессора // 2516755

Способ определения эрозии крыльчатки центробежного турбокомпрессора ступени сжатия турбомашины. Крыльчатка (10) центробежного турбокомпрессора содержит ступицу (12), полотно (14), продолжающееся радиально от ступицы, и множество лопаток (16), установленных на крыльчатке.

Дозвуковые и стационарныепрямоточные воздушно-реактивные двигатели // 2516075

Аппарат для взаимодействия с воздухом или газом, способный выполнять функцию компрессора или детандера, содержит корпус, вал для передачи крутящего момента, ротор.

Металлокерамическая лопатка газовой турбины // 2510463

Металлокерамическая лопатка газовой турбины содержит профилированную керамическую оболочку и размещенный в ее полости силовой стержень с внутренней и наружной полками.

Способ изготовления трубчатого соединения алюмооксидной керамики с металлом // 2515722

Изобретение может быть использовано при изготовлении металлокерамических узлов пайкой, например, керамической и титановой трубок. Подготавливают сборку керамической и титановой деталей с размещенным между ними алюминиевым припоем.

Способ пайки изделий из стали, меди и медных сплавов серебросодержащими припоями // 2511722

Способ может быть использован для пайки изделий разной сложности, в том числе тонкостенных, из стали и/или из материалов на основе меди или медных сплавов. На паяемую поверхность наносят покрытие из гальванического никеля толщиной 21-30 мкм.

Устройство для пайки в контролируемой атмосфере // 2468900

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено для пайки изделий из специальных сталей и активных материалов. .

Способ получения паяных конструкций из алюминия и его сплавов // 2443522

Изобретение относится к способам пайки деталей из алюминия и его сплавов припоями на основе эвтектических сплавов, содержащими в своем составе кремний и германий. .

Способ низкотемпературной пайки тонкостенных цилиндрических деталей из титана и стали // 2443521

Изобретение относится к области пайки и может применяться в соединении тонкостенных разнородных колец (труб) в трубостроении, теплоэнергетике, а также авиационной и смежных с ними отраслях промышленности.

Способ получения паяных конструкций из алюминия и его сплавов // 2443520

Изобретение относится к области металлургии. .

Соединение пайкой металлической детали с деталью из керамического материала // 2432345

Изобретение относится к области соединения пайкой двух материалов, имеющих различные термомеханические свойства, и может быть использовано для соединения деталей газотурбинного двигателя.

Способ капиллярной пайки деталей из нержавеющей стали в виде штуцера и цилиндрической втулки // 2375160

Способ пайки телескопической конструкции, материал внешней детали которой имеет коэффициент линейного расширения, превосходящий коэффициент линейного расширения внутренней детали // 2375159

Способ пайки тугоплавких металлов с коррозионно-стойкими, жаростойкими сталями и никелевыми сплавами // 2359792

Изобретение относится к области соединений деталей пайкой и может быть применено при соединении разнородных металлов в ракетостроении, в частности в различных машинах, механизмах и аппаратах, работающих при высоких давлениях и температурах.

Способ пайки, гироскоп и паяный узел // 2553144

Изобретение может быть использовано при изготовлении бессвинцовой пайкой узла, содержащего подложку (4,28) и, по меньшей мере, частично электропроводное тело (2,34), например, при изготовлении гироскопического датчика. Подложка может быть выполнена, например, из диоксида кремния, силикона, керамики, оксидов металлов, кристаллических материалов или стекла. Проводят металлизацию подложки (4) путем осаждения соединительного слоя (8) и осаждения диффузионного барьерного слоя (12). Соединительный слой (8) выполнен из хрома, титана или титанового сплава. Диффузионный барьерный слой (12) выполнен из платины или палладия. На диффузионный барьерный слой (12) перед нанесением припоя наносят смачивающий слой из золота, поглощаемого припоем. Между электропроводным телом и металлизированной подложкой наносят припой из сплава олово-серебро или сплава олово-серебро-медь. Все осаждаемые слои выполнены тонкопленочными. Изобретение обеспечивает качественное соединение непаяемых материалов. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.