NO763676L

NO763676L -

Info

Publication number: NO763676L
Application number: NO763676A
Authority: NO
Inventors: K A Darrow; P H Kydd; J W Daly
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1975-10-29
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1977-05-02
Also published as: DE2648026A1; GB1554195A; JPS5254810A; FR2329402A1; US4040159A; NL7609371A

Description

Fremganasmåte ved fremstilling av

en vin<g>eform<ig>gjenstand

Oppfinnelsen angår en forbedret fremgangsmåte ved fremstilling av avkjølte, ikke-lineære, yingeformige eller bæreplanformige skovler, som turbin- og kompressorblader.

En generell fremgangsmåte for fremstilling av et turbin- eller kompressorblad med en rekke kanaler forholds-vis nær overflaten for gjennomstrømning av fluidum for av-kjøling av bladet er beskrevet i US patentskrift nr.. 2 641 439.

Ifølge dette patentskrift er det angitt at ved fremstilling av et turbinblad skal kjernens overflate være forsynt med en rekke spor som er adskilt av kanter. Et deksel for disse spor slik. at det fås dekkede kanaler for gjennomledn.i.ng av et kjølefluidum under bruk, fås ved å anbringe et metalllac over skovlkjernen, idet sporene først fylles med materiale som aluminium, cadmium eller en grafittholdig voks. Deretter avsettes ett eller flere metallag elektrokjemisk slik at huden dannes.

Etter at huden er blitt avsatt og festet, er det

i dette patentskrift beskrevet at fyllmatcrialet fjernes slik at det etterlates åpne kanaler som er avgrenset av sporene og den over disse avsatte me.tallhud. Ifølge de retningslinjer son\er gitt i patentskriftet. vil. fyllmaterialet fjernes ved omsetning med kaustisk soda når dette utgjøres av aluminium. Når fyllmaterialet utgjøres av cadmium,. vil det fjernes ved oppvarming inntil cadmiumet f ordamp.er . Når f yllmaterialet. utgjøres av graf ittholdig voks, vil denn.'= fjernes ved smelting.

Den i OS patentskrift nr. 2 641 439 beskrevne fremgangsmåte kan anvendes med godt resultat når avkjølings- kanalen har et vesentlig større tverrsnitt enn de kanaler av kapillarstørrelse som anvendes i de med væske avkjølte turbinskovler som er beskrevet i US patentskrift nr. 3 446 481. Det er spesielt viktig at ingen tilstopping av avkjølingskanalene med kapi.llarstørrelsen forekommer, slik at strømmen av kjølevæske gjennom kanalene hemmes, da slike turbiner er beregnet for bruk ved meget høye temperaturer og en manglende avkjøling av en del eller deler av bladets overflate kan ha meget alvorlige, følger.

Ifølge US patentskrift nr. 2 641 439 dannes bære-planhuden in situ, f.eks. ved elektrobelegning .• Når imidler-tid den vanlige slaglodningsprosess under hydrogen eller vakuum anvendes for å slaglodde på forhånd dannede huder ti] bære.plankjerner, vil denne prosess gjøre at alle overflater blir rene (fri for oxyder eller andre forurensninger). Slagloddingsmaterialet kan og vil fritt strømme over disse overflater. Tilstopping av avkjølingskanaler kan forekomme ved at det smeltede slagloddingsmateriale kommer inn i av-kjølings kanal en .

I US patentskrift nr. 3 402 914 er beskrevet en fremgangsmåte for å regulere gjennomtrengbarheten av et porøst materiale, og et turbinblad fremstilt ved denne meto-de. Et ved utsondring avkjølt turbinblad omtales som er forsynt med. et porøst skikt som er anordnet på en lastbæren-de støtte, idet valyti- deler av skiktet senere behandles slik at de får en nedsatt gjennomtrengbarhet. Dette oppnås ved avsetning av materialet selektivt på skiktet for å stenge porene i ett eller flere områder£y skiktet. Kjølemidlet innføres i bladets indre og siver ut gjennom det porøse skikt.

I norsk patentsøknad nr. 762639 er beskrevet metoder som er nærmere omtalt nedenfor, for fremstilling av bæreplankjernen omfattende dens kanaler, før påføringen av det fleksible siktsubstrat ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen .

0

I norsk patentsøknad nr. 763297 er beskrevet en forbedret fremgangsmåte ved fremstilling av avkjølte turbin-eller kompressorskdvler, hvor et substratlag, som en tynn, metallisk, underhud, påføres på kjernens overflate, hvoretter et varmt, deformerbart, partikkelformig materiale påføres på substratet.

I motsetning til de ovennevnte patentskrifter og patentsøknader angår den foreliggende oppfinnelse en forbedret fremgangsmåte ved fremstilling av en avkjølt, ikke-lineær, vingefo.rr.ig gjenstand med en fordypet kjerne som er dekket av et i flere lag påvalset', fleksibelt siktduksubstrat som slagloddes. Et korrosjonsmotstandsdyktig lag er festet til det slagloddede substrat eller til et metallag som hefter til det slagloddede substrat.

HovedformAlet med oppfinnelsen ér å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte ved fremstilling av en avkjølt, ikke-lineær ,b^eolanf ormig. gjenstand;tø.ed en tett tilpasset hud.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte ved fremstilling av en bæreplanformig gjenstand, og fremgangsmåten er særpreget ved at det tilveiebringes en bæreplankjerne med forsankede kanaler i sin overflate, hvoretter et valset, flerlags, fleksibelt siktduksubstrat påføres på kjernen og festes til denne, en slagloddingslegering påfø-res på siktduksubstratet og den sammenstilte gjenstand slagloddes for derved fullstendig å fylle, siktduksubstra-tets porer og ytterligere binde siktduksubstratet til kjernen, og<e>overfor erosjon og korrosjon motstandsdyktig lag påføres på det slagloddede siktduksubstrat for ferdigstilling av den bæreplanformige gjenstand.

Den med den foreliggende fremgangsmåte fremstilte bæreplanformige gjenstand har bæreplankjerne med en-platt-formdel og en rotstruktur. Kjernen med plattformdelen har en rekke forsenkede avkjølingskanaler i sin overflate. Som beskrevet i den ovennevnte norske patentsøknad nr. 762639 utføres slaglodding av på.forhånd formede huder på bæreplan-kjerner for fremstilling av munnstykkeskilledeler, turbinskovler eller kompressorblader i en tørr hydrogenatmosfære eller et vakuum, og alle tilstedeværende overflater er rene og frie for oxyder og andre forurensninger. Under disse betingelser kan og vil den smeltede slagloddelegering fritt og vilkårlig strømme over disse overflater, idet den prefe-rensielle strøm er henimot de reneste områder. Hvis den smeltede legering strømmer inn i forsenkede avkjølingskana-ler, kan den hindre eller stenge strømmen av kjølemiddel gjennom disse.

Ut fra en erkjennelse angående den mekanisme som befordrer tilstopping av avkjølingskanalene av slagloddingsmaterialet, forsynes ifølge den foreliggende fremgangsmåte overflatene av avkjølingskanalenes vegger med et lag av oxydmateriale før de valsede, flerlags, fleksible siktduksplater påføres på bæreplankjernene. Det oxydmateriale som velges for dette formål, må være stabilt, dvs. ikke reduserbart,

i tørt hydrogen, og kan utgjøres av f.eks. aluminiumoxyd, titandioxyd eller zirkoniumdioxyd.. Når slagloddingen deretter utføres, fuktes avkjølingskanalenes sider som er dekket med oxyd, ikke av den smeltede slagloddingslegering, og en tilstopping av de nu dekkede avkjølingskanaler under fremstillingen nedsettes sterkt. Tilstopping av disse kanaler av slagloddingsmaterialet unngås i det vesentlige fullstendig.

Når bæreplankjernen er laget av en legering inne-holdende som bestanddeler ett eller flere slike elementer som aluminium eller titan som kan danne overflateoxyder som ikke reduseres i tørt hydrogen, brennes bæreplankjernen i ovnen i luft i kort tid, f.eks. ca. 1 time, ved en temperatur av ca. 400° C. Hele bæreplankjernens overflate vil nu .bli dekket med et tynt lag av et ikke-reduserbart oxyd. Typiske legeringer som kan behandles på-denne måte, er "Inconel" 718, "Inconel" 738 og "U500" eller hvilke som helst andre legeringer som inneholder lignende mengder av aluminium og/eller titan.

Deretter fylles de forsenkede avkjølingskanaler med et fyllstoff av en polymer som lett kan depolymeriseres. Dette fyllstoff påføres ved påstryking i kanalene med en liten kamelhårpensel, og hvert strøk får tørke før det neste strøk påføres.. Denne avsetning gjentas inntil kanalene er blitt fyllt eller overfyllt tilstrekkelig til at de vil motstå senere renseprosesser uten at oxydlaget som dekker kanaloverflåtene, vil eksponeres. Bæreplankjernens overflate blir deretter slipt, f.eks. med en belteslipemaskin, for å fjerne eventuelt polymerfyllstoff og alt dannet oxyd fra toppen av kantene mellom avkjølingskanalene. Deretter kuleblåses bæreplankjernen for å fjerne overskudd av polymerfyllstoff og dannet oxyd fra små overflatehulrom som ikke ble påvirket under slipingen, og kuleblåsingen tjener også til å opprue kantenes overflate.

Ved slipe- og kuleblåseprosessene vil bare toppen av kantene ha blitt leksponert og renset, og deretter påføres fortrinnsvis ved elektrokjemisk avsetning et belegg av blank nikkel, som et belegg med en tykkelse på 0,0127 mm, på

bæreplankjernen, "men bare på disse eksponerte områder.

På dette trinn av prosessen kan polymerfyllstoffet fjernes fra kanalene, som beskrevet ovenfor, men dette er valgfritt. Dersom det er behov for en ekstra støtte for bæreplansubstratet som skal påføres i neste trinn under hud-påføringen, kan polymermaterialet etterlates og fjernes under slagloddingen; Polymerfyllstoffet lar seg hurtig fjerne, • i løpet av ca. 30 s, i et dampavfettingsapparat hvori det utsettes for og oppløses av et varmt oppløsnings-middel, som triklorethylendamper.

En fleksibel, metallisk siktdukhud anvendes som substrat. Dette substrat omfatter flerlags, fleksible, metalliske siktdukdeler bestående av to eller tre slike deler. Disse låses mekanisk til hverandre ved valsing eller kalandreririg på vanlig måte slik at det fås en ned.satt tykkelse, og glødes og gir en lav porøsitet.

Problemet ved påføring av en hud på en bæreplanformig gjenstand, som en skovl, har alltid vært å få huden til å passe nøyaktig til kjernen slik at denne lett vil kunne slagloddes med alle avkjølingskanaler vanntette og uten å fylle noen av kanalene med slagloddinglegering.

Ved tidligere fremgangsmåterhar det vært nødvendig på forhånd å forme huden under anvendelse av senker, en plate-metallfalsemaskin, en dor og hammer eller ved å anvende en eller annen form :for utvendig trykk,mot huden under slaglodding for å tilpasse denne til kjernen eller støpestykke-overflatens konturer. Ved den foreliggende fremgangsmåte hvor en metallhud er erstattet av siktdukdelen, kan denne lett slås rundt et støpestykke for hånd og om nødvendig strekkes slik at huden blir intimt tilpasset til kjernen eller støpes.tykket.

Den nødvendige sveisestrøm er langt lavere enn ved anvendelse av platemetall méd den tilsvarende tykkelse. En lavere strøm innebærer mindre deformering av huden under punktsveising, en nedsatt mulighet for å brenne hull i trad - duken under punktsveising og et glattere substrat som huden kan bygges opp på. Slagloddingslegeringen anbringes på toppen av- huden og må renne gjennom tråddukdelen før den kan komme inn i kanalene og tilstoppe disse. Dette står i motsetning til de tidligere metoder hvor slagloddingslegering ble anbragt under huden eller<1>kanalene og ble forventet å strømme langs huden og slaglodde denne fast.

Det fleksible, metalliske trådduksubstrat utgjø-res av to eller tre fleksible, metalliske tråd.dukdeler som mekanisk låses sammen. Den erholdte hud har nedsatt tykkelse, er glødet og har lav -porøsitet. Slike tråddukdeler kan utgjøres av et slikt materiale som en sikt eller en duk-o<g/>av forskjellige metaller, som nikkel, mpdellegering eller rustfritt stål. Når to eller tre slike deler dannes til en fleksibel sikt, kan den erholdte gjenstand strekkes og haren lav porøsitet. En enkelt sikt som valses og glø-des vil ikke gi disse fordeler. Dersom flere enn tre slike deler anvendes V;ed forsøk på å lage en fleksibel hud, vil den mekaniske sammenlåsing av disse være vanskelig om ikke umulig og fører til et produkt som taper sin fleksibilitet

og strekkbarhet.

De fleksible, metalliske siktdukdeler blir først avfettet og deretter renset med syre før de kalandreres,

for å hindre dannelse av oxyder på grunn av valsingen og dannelse av andre rester i substratet-To eller tre slike metalliske siktdukdeler blir deretter kalandrert til minst halvparten av den samlede opprinnelige tykkelse ved valsing i en vanlig valsemølle. Det fleksible, metalliske siktduksubstrat avfettes og glødes ved brenning ved en temperatur av 1000° C i tørt hydrogen for å fjerne eventuelle oxy- ' der og for å gløde for oppnåelse av en maksimal fleksibilitet. Substratet oppdeles deretter for. tilpasning til kjernen. .Under kalandreringen .låses siktdukdelene mekanisk til hverandre, hvorved trådene i et lag av siktdukdelen kruses og tvinges inn i porene i det tilstøtende lag eller de tilstøtende lag. Det erholdte substrat er fleksibelt og har lav porøsitet.

Substratet tilpasses tett over kjernens overflate, omfattende plattformdelen. Deretter blir substratet punkt-sveiset til kjernens kanter slik at det dekker bæreplanvik-lingen. Det flerlags, fleksible siktduksubstrats fleksibilitet muliggjør den nødvendige strekking og tette tilpasning.

Slagloddingslegeringen påføres på siktduksubstratet. Slagloddingslegeringen utgj"øres fortrinnsvis av legeringen "Nicrobraz" 30 med en sammensetning av 19 vekt%

krom, 10,2 vekt% silicium og 70,8 vekt% nikkel. En slik legering anvendes fortrinnsvis i form av et overførings-bånd som påføres på substratets ytre overflate. Den sammenstilte gjenstand blir deretter brent i en tørr hydrogenatmosfære ved en temperatur av 1200° C, hvorved substratets siktedelporer fylles fullstendig og substratet bindes ytterligere til kjernens overflate. Slaglodding i tørt hydrogen renser opp eventuelle oxyder som dannes under punktsveisin-gen og befordrer en jevn strøm av slagloddingslegering over substratets overflate. Et overfor erosjon og korro-

sjon motstandsdyktig lag kan deretter påføres på det slagloddede siktduksubstrat. Et egnet erosjons- og korrosjonsmotstandsdyktig lag utgjøres av legeringen "Nicrocoat" 2

med en sammensetning av 4,5 vekt% silicium, 92>35 vekt% nikkel og 3,15 vekt% av andre bestanddeler. Legeringen slagloddes ved brenning i en tørr hydrogenatmosfære ved en temperatur av 1050° C.. Dessuten kan ett eller flere lag av legeringspåføringsbånd påføres på det opprinnelige slagloddede j substrat og deretter slagloddes for å øke overfla-tetykkelsen. Ett eller flere ytterligere lag av erosjoris-og korrosjonsmotstandsdyktig legering kan dessuten påføres på og slagloddes til det første erosjons- og korrosjonsmot-standsyktige lag.

Det har dessuten vist seg ifølge oppfinnelsen

at det er mulig å anvende en annen forbedret utførelsesform av foreliggende fremgangsmåte ved fremstilling av en bæreplanformig eller vingef ormig gj ens tand. De første trinn av den ovenfor beskrevne fremgangsmåte anvendes til og med trinnet hvori legeringen "Nicrobraz" 30 slagloddes til det metalliske siktduksubstrat. Hudtykkelsen bygges deretter opp ved å påføre et metallag på det slagloddede substrat.

Et erosjons- og korrosjonsmotstandsdyktig lag påføres deretter på metallaget. Ved denne utførelsesform kan 0,31 mm kobber diffusjonsbindes ved 1000° C til det slagloddede substrat for dannelse av metallaget. Kobberlagets ytre overflate kan deretter belegges med rustfritt stål 347 for det erosjons- og korrosjonsmotstandsdyktige lag, slik at det fåes en hudtykkelse på ca. 1,27 mm. Bæreplanet eller vingen brennes i hydrogen ved 1000° C for å oppheve spennin-ger og for å binde det rustfrie stål til kobberet. Til slutt formes vingen i den nødvendige grad ved sliping, be-handling i en belteslipemaskin eller ved maskinering. En åpning lages ved eller næir spissen av den bæreplanf ormige gjenstand som sikkerhetsåpning for kjølemiddel.

Claims

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av en bæreplanformig gjenstand, karakterisert ved at det tilveiebringes en bæreplankjerne med forsenkede kjølekanaler i sin overflate, et kalandrert, f lerlags, fleksibelt trå.dduk-substrat påføres på kjernen og festes til denne,' en slagloddingslegering påføres på trådduksubstratet, den sammenstilte gjenstand slagloddes for derved fullstendig å fylle tråddukdelens porer og for å binde trådduksubstratet ytterligere til kjernen, og et erosjons- og korrosjonsmotstandsdyktig lag påføres på det slagloddede- trådduksubstrat for ferdigstilling av den bæreplanformige gjenstand.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakteri-. sert ved at minst én slagloddingslegering senere påføres og slagloddes til det slagloddede substrat for å øke over-flatetykkelsen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at minst ett ytterligere erosjons- og korrosjonsmotstandsdyktig lag påføres på det første erosjons-og korrosjonsmotstandsdyktige lag.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at et metallag påføres på det slagloddede -.duksubs trat før et erosjons- og korros jonsmotstandsdyk-tig lag påføres på metallaget.