RU2179096C1

RU2179096C1 - Method for making complex-profile articles with lattice envelope

Info

Publication number: RU2179096C1
Application number: RU2000119886A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Семенов; Ю.А. Зейгарник; Ю.В. Полежаев; А.Ф. Поляков; В.К. Стратьев; А.Ф. Третьяков
Original assignee: Семенов Виктор Никонорович; Зейгарник Юрий Альбертович; Полежаев Юрий Васильевич; Поляков Анатолий Фомич; Стратьев Валерий Константинович; Третьяков Анатолий Федорович
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2002-02-10

Abstract

FIELD: manufacture of vanes of gas turbines operating in conditions of high temperature, pressure and high-speed flows of working fluid. SUBSTANCE: method comprises steps of shaping envelope according to profile of article made of metallic gauze with cell dimensions in range 5-10 micrometers; applying layer of nickel coating onto soldered surface of framework; then applying onto it layer of copper coating; applying layer of nickel coating onto soldered surface of lattice envelope; assembling article and forcing its portions one to another by means of spot welding and then soldering it in protection atmosphere at 1020-1050 C. Method provides enhanced quality of soldered joint of framework with lattice envelope having cell dimension less than 50 micrometers. EFFECT: enhanced quality of soldered joint.

Description

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. The invention relates to the field of manufacturing products with a complex profile with a mesh shell, mainly gas turbine blades, high-temperature soldering, operating at high temperatures, pressures and high-speed flows of the working medium.

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. In US patent N 4314442, CL. 60-3905 describes the construction of a blade of a gas turbine, the front edge of which is made in the form of a mesh shell attached to the frame of the blade. The presence of a mesh shell provides the most effective cooling of its leading edge during operation.

Однако в данном патенте отсутствует описание технологии изготовления лопатки с сетчатой оболочкой, способа ее крепления к каркасу. However, in this patent there is no description of the manufacturing technology of the blades with a mesh shell, the method of its attachment to the frame.

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. The USSR author's certificate N 279318 describes a method for manufacturing products of complex profile, mainly turbine blades with shells of mesh material, in which the mesh shell with the frame are fastened by high-temperature brazing in a protective environment.

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. However, the known soldering technology of these products does not provide a reliable fit of the mesh to the frame in the soldering zone, which can cause defects such as cracks and pops.

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.In the patent of Russia N 2111096, cl. B 23 K 1/00 describes a method of manufacturing products with a complex profile with a mesh shell, for example, gas turbine blades, designed to operate in extreme conditions. In accordance with the known method, after forming a sheath of metal mesh from the web along the product profile, a layer of copper coating 15-20 μm thick and nickel coating 15-20 μm thick respectively are applied as solder to the brazed surfaces of the carcass and the shell, the shell is pressed to the frame by spot welding in places of soldering, and the latter is carried out at a temperature of 1100-1130 ^o C for 5-10 minutes Were made products without defects from the mesh fabric with a mesh thickness of 0.46 mm and a mesh size of 50 μm.

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. However, in the manufacture of a shell from a mesh with a mesh size of less than 50 μm, under these conditions, cells of such a small size are melted with molten solder and the soldered section of the mesh is transformed into a continuous tape.

Задача изобретения - создание режима пайки, обеспечивающего возможность изготовления изделий с сетчатой оболочкой, размер ячеек которой менее 50 мкм. The objective of the invention is the creation of a soldering mode, providing the possibility of manufacturing products with a mesh shell, the mesh size of which is less than 50 microns.

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.The problem is solved due to the fact that after forming the mesh shell with a mesh size of less than 50 μm, a nickel coating layer with a thickness of 7-10 μm is applied to the brazed surface of the shell, first a 1-2 mm thick nickel coating layer is applied to the brazed surface of the frame, and then a copper layer coatings with a thickness of 7-10 microns, after assembly of the product, the mesh shell is pressed to the frame by spot welding and soldered in a protective environment at a temperature of 1020-1050 ^o C for 2-3 minutes

Технический результат - повышение качества паяного соединения каркаса с сетчатой оболочкой, размер ячейки которой менее 50 мкм. The technical result is an increase in the quality of the soldered connection of the frame with the mesh sheath, the cell size of which is less than 50 microns.

Данный способ осуществляют следующим образом. This method is as follows.

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.From a metal mesh web with a mesh size of less than 50 μm, a shell is formed along the profile of the product, mainly a gas turbine blade. A nickel coating layer of 1-2 microns thick is applied on the brazed surface of the frame by galvanic method, then a copper coating layer of 7-10 microns thick. A layer of nickel coating with a thickness of 7-10 microns is applied to the brazed surface of the mesh shell. These coating layers perform the function of solder. The choice of coating thicknesses is due to the need to minimize the solder layer between the brazed surfaces in order to avoid the possibility of meshing the mesh cells and its leakage from the gap. The presence of a nickel sublayer under a copper coating increases the viscosity of the solder and keeps it on the brazed surfaces of the product. Next, carry out the assembly of the product. On the marginal sections of the frame and shell they are grasped and pressed to each other by spot welding. The assembled product is placed in an oven and soldered in a protective atmosphere at a temperature of 1020-1050 ^o C for 2-3 minutes In the process of soldering, copper interacts with nickel, forming a solid solution. The result is a small amount of viscous melt, which under these soldering conditions does not have time to leak out of the gap.

Ниже приведен пример осуществления заявленного способа. The following is an example implementation of the claimed method.

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.A shell was formed from a metal mesh web along the profile of a gas turbine blade. The metal mesh is a porous sheet made by hot rolling of a packet from several layers of the mesh to form a material whose mesh size is 5-10 microns or less. The mesh is made of stainless steel, and the frame is made of an alloy based on nickel. A nickel coating layer of 1-2 microns thick was applied to the brazed surface of the frame, then a 7-10 micron thick copper coating layer was applied. A nickel coating layer of 7-10 μm thickness was applied to the brazed surface of the mesh shell. After assembly of the product and preloading of the shell to the frame by spot welding, they were brazed. To do this, it was placed in a vacuum oven, a vacuum of 1 • 10 ^-3 mm Hg was created in it, heated to a temperature of 1020-1050 ^o C and kept there for 2-3 minutes.

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. The fabricated blade was subjected to metallographic studies and testing under extreme conditions. An analysis of metallographic studies showed the absence of any defects in the soldered joint, and the test under extreme conditions did not reveal the destruction of the product.

Claims

A method of manufacturing products with a complex profile with a mesh shell, mainly gas turbine blades, including forming a mesh shell along the profile of the product, applying solder in the form of copper and nickel coatings to the brazed surfaces of the shell and frame, assembling the product, pressing the mesh shell to the frame by spot welding and soldering in protective medium, characterized in that after forming the mesh shell with a mesh size of less than 50 μm, a layer of nickel coating 7-10 μm thick is applied to its soldered surface, on the soldered surface frame - first a nickel coating layer with a thickness of 1-2 microns, and then a copper coating layer with a thickness of 7-10 microns, soldering is carried out at 1020-1050 ^o C for 2-3 minutes