RU158818U1

RU158818U1 - RING Billets FOR PRODUCING RING DETAILS OF CASES OF COMBUSTION OF GAS-TURBINE ENGINES

Info

Publication number: RU158818U1
Application number: RU2015106340/02U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Кондратьевич Онищенко; Дмитрий Михайлович Забельян; Александр Константинович Бондаренко; Сергей Анатольевич Валиахметов
Priority date: 2015-02-26
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2016-01-20

Abstract

Кольцевая заготовка для получения кольцевых деталей корпусов камер сгорания газотурбинных двигателей, выполненная из прутка, торцы которого соединены друг с другом посредством сварного шва, отличающаяся тем, что пруток в сечении имеет форму круга радиусом r, а заготовка имеет форму тора, у которого R>r, где R - расстояние от центра окружности прутка до оси вращения тора, при этом сварной шов в соединении торцов прутка выполнен сваркой плавлением электродом того же химического состава, что и пруток.An annular blank for producing annular parts of the bodies of the combustion chambers of gas turbine engines made of a rod, the ends of which are connected to each other by means of a weld, characterized in that the rod in cross section has the shape of a circle of radius r, and the workpiece has the shape of a torus with R> r where R is the distance from the center of the circle of the rod to the axis of rotation of the torus, while the weld in the connection of the ends of the rod is made by fusion welding with an electrode of the same chemical composition as the rod.

Description

Полезная модель относится к заготовительному производству, а именно к получению кольцевых сварных заготовок из труднодеформируемых жаропрочных сталей и сплавов, предназначенных для производства из них корпусов камер сгорания авиационных газотурбинных двигателей (ГТД). The utility model relates to procurement, namely, to obtain annular welded billets from refractory heat-resistant steels and alloys intended for the production of the bodies of the combustion chambers of aircraft gas turbine engines (GTE) from them.

Известна заготовка кольцевой детали из малопластичного материала под раскатку с отбортовкой, выполненная в виде кольца с профильным сечением стенки, сечение выполнено швеллерного типа с утолщениями в местах перегиба полок, причем стенка заготовки между полками выполнена изогнутой по дуге окружности, а на изогнутой поверхности стенки выполнен кольцевой выступ треугольного сечения.Known is the preform of the annular part made of a non-plastic material for rolling with flanging, made in the form of a ring with a profile section of the wall, the section is made of a channel type with thickenings in the places of inflection of the shelves, the wall of the preform between the shelves is made curved in an arc of a circle, and on the curved surface of the wall there is an annular protrusion of a triangular section.

(см. авторское свидетельство СССР №497079, кл. В21Н 1/06, 1975 г.).(see USSR author's certificate No. 497079, class B21H 1/06, 1975).

В результате анализа выполнения данной кольцевой заготовки необходимо отметить, что она, имея весьма сложный исходный профиль, трудоемка в изготовлении. Утолщения в местах сопряжений среднего и крайних участков затрудняют процесс получения из заготовки изделия, который осуществляется, преимущественно, раскаткой и приводят к необходимости увеличивать припуски под последующую обработку, а удаление утолщений путем обработки их резанием или давлением приводит к изменению структуры металла на данных участках, что снижает качество заготовки.As a result of the analysis of the implementation of this ring billet, it should be noted that, having a very complex initial profile, it is laborious to manufacture. The thickenings at the junctions of the middle and extreme sections complicate the process of obtaining the product from the workpiece, which is mainly carried out by rolling and lead to the need to increase the allowances for subsequent processing, and the removal of thickenings by processing by cutting or pressure leads to a change in the structure of the metal in these areas, which reduces the quality of the workpiece.

Известна заготовка для деталей газотурбинных двигателей, выполненная в виде согнутой полосы, торцы которой сварены друг с другом контактно-дуговой сваркой, причем концы полосы в зоне сварки имеют прямолинейную форму, а криволинейная поверхность заготовки выполнена с различными радиусами кривизны (см. авторское свидетельство СССР №1267676, кл. B21D 63/16, 1995 г.) - наиболее близкий аналог.Known preform for parts of gas turbine engines, made in the form of a bent strip, the ends of which are welded to each other by contact arc welding, the ends of the strip in the welding zone have a straight shape, and the curved surface of the workpiece is made with different radii of curvature (see USSR author's certificate No. 1267676, class B21D 63/16, 1995) is the closest analogue.

В результате анализа выполнения данной заготовки необходимо отметить, что она, как и заявленная, выполнена сварной, однако из-за разных радиусов кривизны имеет довольно сложную форму, что обусловливает необходимость оставлять большие As a result of the analysis of the implementation of this workpiece, it should be noted that, like the claimed one, it is welded, however, due to different radii of curvature it has a rather complex shape, which makes it necessary to leave large

припуски под последующую обработку для придания ей кольцевой формы, что приводит к уменьшению коэффициента использования материала. Для получения заготовки кольцевой формы необходима ее правка обработкой давлением, наибольшие усилия в процессе которой приходятся на область сварного соединения для изгиба прямолинейных участков, что может привести к появлению трещин и даже разрушению сварного соединения, тем более, что его прочность за счет использования контактной сварки, весьма невелика. Все это снижает качество заготовки и приводит к повышенному браку при изготовлении из нее изделий.allowances for subsequent processing to give it a circular shape, which leads to a decrease in the utilization of the material. To obtain a billet of a ring shape, it is necessary to correct it by pressure treatment, the greatest efforts in which fall on the welded joint area for bending straight sections, which can lead to cracking and even destruction of the welded joint, especially since its strength due to the use of contact welding, very small. All this reduces the quality of the workpiece and leads to increased defects in the manufacture of products from it.

Техническим результатом полезной модели является повышение качества заготовок кольцевых деталей корпусов камер сгорания ГТД из жаропрочных труднодеформируемых сталей и сплавов за счет улучшения структуры материала в зоне сварного соединения, а также повышение коэффициента использования материала за счет уменьшения припусков под обработку заготовки при получении из нее детали.The technical result of the utility model is to improve the quality of the workpieces of the annular parts of the bodies of the combustion chamber of a gas turbine engine from heat-resistant hardly deformable steels and alloys by improving the structure of the material in the welded joint area, as well as increasing the utilization rate of the material by reducing the allowance for processing the workpiece upon receipt of the part.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в кольцевой заготовке для получения кольцевых деталей корпусов камер сгорания ГТД, выполненной из прутка, торцы которого сварены друг с другом, новым является то, что пруток в сечении имеет форму круга радиусом окружности r, а заготовка имеет форму тора, у которого R>r, где R - расстояние от центра окружности прутка до оси вращения, причем сварное соединение торцов прутка получено путем сварки плавлением с использованием электрода того же химического состава, что и пруток.The specified technical result is ensured by the fact that in the annular blank for receiving annular parts of the bodies of the GTE combustion chambers made of a bar, the ends of which are welded to each other, it is new that the bar in cross section has the shape of a circle with a circle radius r, and the workpiece has the shape of a torus where R> r, where R is the distance from the center of the circle of the bar to the axis of rotation, and the welded joint of the ends of the bar is obtained by fusion welding using an electrode of the same chemical composition as the bar.

Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:The essence of the claimed utility model is illustrated by graphic materials on which:

- на фиг. 1 - кольцевая заготовка в разрезе;- in FIG. 1 - annular billet in the context;

- на фиг. 2 - поковка кольцевой детали корпуса камеры сгорания ГТД, полученная из кольцевой заготовки, в разрезе.- in FIG. 2 - the forging of the annular part of the body of the combustion chamber of the gas turbine engine, obtained from the annular blank, in the context.

Для получения заготовки используют пруток радиусом окружности r его поперечного сечения. Длина прутка может быть разной и выбирается таким образом, чтобы получить из него посредством гибки заданных размеров кольцевую заготовку, сварную по торцам. Данные расчеты не представляет сложностей для специалистов.To obtain the workpiece using a rod with a radius of a circle r of its cross section. The length of the bar can be different and is selected in such a way as to obtain from it by bending the specified dimensions an annular billet welded at the ends. These calculations are not difficult for specialists.

Из разогретого прутка заданной длины осуществляют, например, на вальцах гибочной From a preheated bar of a given length, for example, they are carried out on bending rolls

машины его гибку в кольцевую заготовку, имеющую форму тора, у которого R>r, где R - расстояние от центра окружности прутка до оси вращения. Концы прутка при этом располагаются напротив друг друга.machines it is flexible in an annular billet having the shape of a torus for which R> r, where R is the distance from the center of the circle of the bar to the axis of rotation. The ends of the bar are located opposite each other.

На стандартном сварочном приспособлении осуществляют сварку согнутого в форму тора концов прутка друг с другом.On a standard welding fixture, the ends of the bar bent into the shape of a torus are welded to each other.

Необходимо отметить, что операция сварки торцов прутка приводит к высокотемпературному перегреву материала с существенным ухудшением его структуры и механических свойств в зоне сварки. Как показали исследования, восстановление свойств материала в зоне сварки весьма сложная проблема.It should be noted that the operation of welding the ends of the rod leads to high-temperature overheating of the material with a significant deterioration in its structure and mechanical properties in the welding zone. As studies have shown, restoring the properties of the material in the weld zone is a very complex problem.

Для восстановления и выравнивания свойств материала в сварном соединении, возможно использовать горячую механическую обработку, при проведении которой осуществляют нагрев заготовки до верхней температуры ковки металла (или сплава) и проковку сварочного шва и околошовной зоны с величиной относительной деформации не менее 0,2 (уков 1,5) (см. Онищенко А.К. «Исправление высокотемпературного перегрева стали пластической деформацией», труды ЦНИИМАШ, №102, Москва, 1972 г.).To restore and equalize the properties of the material in the welded joint, it is possible to use hot machining, during which the workpiece is heated to the upper forging temperature of the metal (or alloy) and the forging of the weld and heat-affected zone with a relative strain of at least 0.2 (uk 1 , 5) (see A. Onishchenko, “Correction of High-Temperature Overheating by Plastic Deformation,” Proceedings of TsNIIMASH, No. 102, Moscow, 1972).

Повышение свойств материала в заготовке в зоне сварки, что, в конечном счете, приводит к повышению качества заготовки, можно также обеспечить подбором оптимального состава и структуры сварного шва, в том числе, за счет подбора состава сварочного электрода.Improving the properties of the material in the workpiece in the welding zone, which ultimately leads to an increase in the quality of the workpiece, can also be ensured by selecting the optimal composition and structure of the weld, including by selecting the composition of the welding electrode.

Весьма целесообразно использовать сварку плавлением с использованием электрода того же химического состава, что и материал прутка. В данном случае не нарушаются химический состав и структура кольца в целом.It is highly advisable to use fusion welding using an electrode of the same chemical composition as the rod material. In this case, the chemical composition and structure of the ring as a whole are not violated.

Сварочной операцией завершается процесс получения кольцевой заготовки.The welding operation completes the process of obtaining a ring billet.

Изготовление заготовки в форме тора позволяет при последующей ее раскатке для получения изделия, особенно на первоначальном этапе, применять более «мягкую» схему напряженного состояния в очаге деформации по сравнению с процессом раскатки кольцевых заготовок, имеющих прямоугольное сечение, при раскатывании которых имеет место схема всестороннего напряженного состояния сжатия, которая способствует образованию трещин на заготовках, особенно при нижних температурах горячей раскатки.The manufacture of a billet in the form of a torus allows, during its subsequent rolling, to obtain the product, especially at the initial stage, a softer stress state diagram in the deformation zone is used in comparison with the rolling process of ring billets having a rectangular cross-section, during which rolling a comprehensive stress compression state, which contributes to the formation of cracks on the workpieces, especially at lower temperatures of hot rolling.

Примером использования данной полезной модели может служить изготовление кольца корпуса турбины газотурбинного двигателя из сплава ЭП 708ВД (ХН62ВМЮТ) с чистовыми размерами (наружный диаметр (Dнар)  внутренний диаметр (Dвн)  высота (h) An example of the use of this utility model is the manufacture of a ring of a turbine housing of a gas turbine engine from an alloy EP 708VD (KhN62VMYuT) with final dimensions (outer diameter (Dnar)  inner diameter (Dvn)  height (h)

25622123 мм.25622123 mm.

Размеры поковки кольца следующие: Dнар=260 мм; Dвн=215 мм; h=30 мм.The dimensions of the forgings of the ring are as follows: Dnar = 260 mm; Din = 215 mm; h = 30 mm.

В качестве исходной заготовки под раскатку использовали тороидальную заготовку, изготовленную из прутка диаметром 36 мм со средним диаметром 160 мм, то есть r=18 мм, R=80 мм.A toroidal blank made of a bar with a diameter of 36 mm and an average diameter of 160 mm, i.e., r = 18 mm, R = 80 mm, was used as the initial blank for rolling.

Указанная заготовка была получена путем горячей гибки в кольцо прутка и последующей сваркой плавлением по его торцам. После нагрева в печи до температуры 1150С и выдержке 45 минут, заготовку предварительно «расплющили» на плоских бойках (поперечная осадка) до высоты (h) 23 мм, а затем раскатали на оправке под молотом 0,75 тонн до окончательных размеров поковки. Трещин и надрывов при ковке не обнаружено ни в основном металле, ни в зоне сварного соединения.The specified billet was obtained by hot bending into a bar ring and subsequent fusion welding at its ends. After heating in the furnace to a temperature of 1150 ° C and holding for 45 minutes, the workpiece was preliminarily “flattened” on flat drills (transverse draft) to a height (h) of 23 mm, and then rolled out on a mandrel under a hammer of 0.75 tons to the final forging size. Cracks and tears during forging were not found either in the base metal or in the weld zone.

Повышение коэффициента использования металла достигается точным подбором значений R и r тора, которые по площади сечения и по размерам близки к окончательным размерам изделия.An increase in the metal utilization coefficient is achieved by an accurate selection of the torus R and r values, which are close in terms of cross-sectional area and size to the final dimensions of the product.

Claims

An annular blank for receiving annular parts of the bodies of the combustion chambers of gas turbine engines made of a rod, the ends of which are connected to each other by means of a weld, characterized in that the rod in cross section has the shape of a circle of radius r, and the workpiece has the shape of a torus with R> r where R is the distance from the center of the circle of the rod to the axis of rotation of the torus, while the weld in the connection of the ends of the rod is made by fusion welding with an electrode of the same chemical composition as the rod.