RU1819202C - Способ изготовлени неразъемного рабочего колеса турбины - Google Patents

Abstract

Использование: изготовление или ремонт неразъемного рабочего колеса турбины с лопатками. Сущность изобретени : заготовка лопатки привариваетс  к выступу на заготовке обода колеса. Заготовка лопатки имеет буртик, через который передаетс  усилие при сварке. После сварки производ тс  операции окончательной обработки на станке и термообработки. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относитс  к сварочной технике и может быть использовано как при изготовлении новых, так и при ремонте рабочих колес турбины с лопатками.

Сущность изобретени  заключаетс  в том, что изготавливают заготовку обода колеса с выступами, соответствующими форме и расположению лопаток на колесе. Лопатки изготавливают с буртиками вблизи привариваемого торца. Собирают одну из заготовок лопатки с ободом, прикладывают усилие сжати  к заготовке лопатки через буртик, осуществл ют локальный нагрев места сварки до температуры течени  металла и образовани  соединени . Дл  приварки остальных лопаток повтор ют операции сборки, приложени  усили  сжати  и локального нагрева дл  каждой лопатки. Удал ют буртики после приварки каждой лопатки или после приварки всех лопаток.

Аналогичным образом поступают при повреждении, например, одной из лопаток.

На фиг.1 показано неразъемное рабочее колесо с лопатками, одна из которых повреждена; на фиг.2 - часть заготовки обода колеса и заготовка; на фиг.З - часть обода колеса с поврежденной лопаткой; на фиг.4 - в частичном разрезе устройство дл  приварки лопатки; на фиг.5 - микрофотографи , показывающа  микроструктуру материала лопатки вблизи зоны сварки; на фиг.6 - микрофотографи , показывающа  микроструктуру в плоскости соединени  лопатки с ободом колеса.

На фиг.1 показано неразъемное рабочее колесо турбины с лопатками, в число которых входит, например, одна поврежденна  лопатка 1. На фиг.З показана одна приваренна , например, поврежденна  лопатка 1. Пунктирна  лини  2 на фиг.З показывает желаемое положение сварного соединени  при изготовлении или при ремонте .

При изготовлении нового рабочего колеса заготовку обода колеса изготавливают

(Л

С

00

ч ю о

ГчЭ

со

с выступами 3, форма и расположение которых соответствует форме и, расположению лопаток 1. Высоту выступа выбирают в пределах 2,5-5,1 мм (0,1-0,2 дюйма).

При ремонте поврежденной лопатки сварное соединение располагают на достаточном рассто нии от поврежденного участка 4, но в то же врем  на достаточном рассто нии от поверхности 5 обода, чтобы образовалс  выступ 3 того же размера, как и при изготовлении нового рабочего колеса.

Удаление поврежденного участка лопатки может осуществл тьс  с помощью любого известного метода, например с помощью механической обработки на станке , электроискровой обработки с проволоч- ным электродом и т.п. Основные особенности заготовки 6 лопатки 1 состо т в том, что она снабжена буртиком 7 по периферии , который расположен сравнительно близко к желаемому месту сварки. Заготовка 6 лопатки в месте сварки имеет поперечное сечение,  вл ющеес  зеркальным отображением поперечного сечени  выступа 3. В услови х заводского производства об зательно будет иметьс  несколько стандартных конфигураций замен ющих лопаток, которые можно подобрать так, чтобы они охватывали некоторый диапазон требований при ремонте.

Форма и расположение буртика 7 способствует равномерным нагреву и деформации . Буртик 7 (который предпочтительно имеет пр молинейную или плоскую форму), на который воздействуют приспособлением 8 дл  прижати  лопатки, обеспечивает равномерный электрический контакт (необходимый в случае электрического резистивного нагрева) между приспособлением 8 и заготовкой 6 в результате простоты сопр жени  по пр молинейной и плоской поверхности буртика - в противоположность попытке получени  равномерного контакта вдоль сложной поверхности лопатки. Это обеспечивает равномерное протекание электрического тока через область сварки по всей ширине (от передней кромки до задней кромки) лопатки, способ- ству  образованию посто нной температуры , несмотр  на измен ющуюс  толщину лопатки. Предпочтительно, чтобы буртик 7 входил в соответствующий вырез 9 в приспособлении дл  прижати  лопатки, что благодар  хорошему контакту по всей длине способствует образованию участка эффективной теплопередачи вблизи области сварки , а это помогает локализовать высокотемпературную зону. Рассеивание тепла, передаваемого от буртика 7 лопатки к приспособлению 8 дл  прижати  заготовки лопатки, достигаетс  с помощью расположенных специальным образом каналов 10 вод ного охлаждени , проход щих ниже (или вокруг) поверхностей приспособлени 

8, наход щихс  в контакте с буртиком 7 лопатки , в результате чего не снижаетс  конструкционна  целостность этого приспособлени  из-за действи  высоких температур. В то же врем  приспособление

8 должно быть достаточно прочным дл  того , чтобы сопротивл тьс  деформации во врем  сварки.

Вод ное охлаждение обеспечивает поддержание температуры буртика 7 привари5 ваемой заготовки 6 лопатки ниже значени , при котором прочность сплава позволит ему деформироватьс . В результате этого достигаетс  размерна  точность и стабильность буртика на прот жении всего цикла

0 сварки.

Располага сь вблизи области сварки, буртик 7 обеспечивает эффективную передачу усили  F, необходимого дл  достижени  сварки без пластической деформации

5 вне области сварки, т.е. без изгиба или выпучивани  остальной части лопатки. Это особенно важно в тех случа х, когда участок лопатки снаружи от буртика имеет сетчатую структуру (после окончательной обработки

0 на станке). Это также способствует достижению размерной точности сваренного издели .

Буртик 7 способен обеспечивать переход от сложной (измен ющейс  толщины)

5 формы лопатки (при которой трудно получить сопр жение с другой деталью) к упрощенной форме, включающей в себ  плоские поверхности (как в продольном, так и в поперечном направлени х), которые легко об0 рабатывать на станке во врем 

изготовлени  заготовок лопатки и которые

легко можно располагать в сопр жении с

приспособлением 8 дл  прижати  лопаток.

Буртик 7 содержит дл  этого точные рас5 полагающие поверхности.

Данный способ может быть использован в автоматизированной технологической системе, производ щей новые неразъемные рабочие колеса с лопатками, в которой

0 отдельные лопатки последовательно загружаютс  в приспособление дл  приварки лопаток во врем  операции изготовлени , выполн емой в период одного цикла приложени  вакуума.

5 Подготовка к сварке включает в себ  обработку подлежащих сварке поверхностей с целью облегчени  сварки. Сюда входит главным образом удаление всех посторонних веществ, включа  гр зь, жир, масло и т.д., а также поверхностных окислов . Така  подготовка поверхности может осуществл тьс  с помощью различных методов , обычно с помощью механического шлифовани  поверхности с последующим химическим травлением.

Сварка обычно производитс  под высоким вакуумом (1, Па, рт.ст.)при действии температуры и давлени , достаточных дл  образовани  течени  металла. Очевидно, что услови  будут измен тьс  в зависимости от используемых материалов. Однако дл  обычных суперсплавов значени  температуры равны пор дка 1038- 1149°С (1900-2100°F), а значени  давлени  будут равны пор дка 1, кПа (15-Ю3 фунт-сила/кв.дюйм). При сварке лопаток типичного размера, длина которых равна, например , между 51 и 76 мм (2 и 3 дюйма), уменьшение размера (укорочение) замен ющей лопатки и выступа следует делать равным пор дка 1,27 мм (0,05 дюйма) дл  обеспечени  достаточного течени  металла, гарантирующего образование сварки. Деформаци  может также измер тьс  (оцениватьс ) по увеличению площади сварного соединени  в процессе сварки. В этом случае увеличение площади сварки на не менее 50% (предпочтительно на не менее 100%) будет говорить о том, что действительно произошло соединение.

После осуществлени  процесса сварки узел может быть вынут из сварочного устройства с последующим удалением выступающего буртика и выдавленного из сварного соединени  металла с лопатки с помощью известных методов обработки на станке. После такой обработки на станке можно произвести локальную термообработку той части лопатки, котора  подверглась процессу сварки с целью обеспечени  необходимых механических свойств.

На фиг.5 и 6 представлены две микроструктуры сваренного в соответствии с насто щим изобретением узла. Материал соответствует сплаву, состо щему из 10% Сг, 15% Со, 3% Мо, 5,5% AI, 4,7% Ti, 0,18% С, 0,014% В, 0,06%1Л, 1% V, остальное NI).

Заготовки сварены при температуре 1010°С (1850°F) и давлении 1,04-104 кПа (15-Ю3 фунт-сила/кв.дюйм), а затем сварное соединение подвергнуто термообработке при

температуре 1130°С (2065°F) в течение 1 ч (обработка на твердый раствор) и при температуре 760°С (1400°F) в течение 1 ч (старение ) с последующим медленным охлаждением до комнатной температуры.

Микрофотографии сделаны с увеличением в 1000 раз и их сходство поразительно. Что также очень важно, линию сварки на фиг.6 различить невозможно. Микроструктурна  равномерность по линии сварки позвол ет

предположить, что сварное соединение будет иметь свойства, эквивалентные свойствам материала заготовок, и механические испытани  подтверждают это.

Claims (3)

1. Способ изготовлени  неразъемного рабочего колеса турбины, при котором изготавливают заготовку обода и заготовки лопаток и приваривают заготовки лопаток к заготовке обода, отличающийс  тем,

что, с целью повышени  прочности сварного соединени , заготовку обода изготавливают с выступами, соответствующими форме и расположению лопаток на колесе, лопатки изготавливают с буртиками вблизи

привариваемого торца, собирают одну из заготовок лопатки с ободом, прикладывают усилие сжати  к заготовке лопатки через буртик, осуществл ют локальный нагрев места сварки до температуры течени  металла и образовани  соединени , дл  приварки

остальных лопаток повтор ют операции сборки, приложени  усили  сжати  и локального нагрева дл  каждой лопатки, удал ют буртики.

2. Способ по п.1,отличающийс  тем, что буртик каждой из лопаток удал ют после ее приварки и остывани  места сварки .

3. Способ поп.1 отличающийс 

тем, что буртики удал ют после приварки всех лопаток.

Фиг. 2

Фиг.З

itЈ V - -jLS S , 4 v4$cf&

ЙУ1

1000X

Фиг.

(-з d yir:0Јь:«- с. йьЧтт ff &№

Ж .-V db;. 4$

,,Д ., - . f .

1

&

Х-.-.