RU2310551C2 - Method for restoring machine parts surface flaws - Google Patents
Method for restoring machine parts surface flaws Download PDFInfo
- Publication number
- RU2310551C2 RU2310551C2 RU2005136916/02A RU2005136916A RU2310551C2 RU 2310551 C2 RU2310551 C2 RU 2310551C2 RU 2005136916/02 A RU2005136916/02 A RU 2005136916/02A RU 2005136916 A RU2005136916 A RU 2005136916A RU 2310551 C2 RU2310551 C2 RU 2310551C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- filler
- solder
- soldered joints
- machine parts
- Prior art date
Links
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области ремонта деталей, в частности к способам ремонта деталей из высоколегированных жаропрочных сталей и сплавов, и может найти применение в авиационной и судостроительной промышленности, а также в энергетическом машиностроении.The invention relates to the field of repair of parts, in particular to methods of repair of parts from high alloy heat-resistant steels and alloys, and can find application in the aviation and shipbuilding industries, as well as in power engineering.
Известен способ исправления поверхностных дефектов на деталях из жаропрочных сплавов типа лопаток газовых турбин (Патент США №5735448, В23К 1/008, 228-119). Поверхность, на которой обнаружены дефекты, очищают и наносят на нее покрытие, содержащее: 2-6% летучего органического носителя; 20-60% носителя на основе воды; 3% флюсующей добавки, содержащей галогенидное соединение; 1-5% загустителя, остальное - металлический заполнитель, представляющий собой двухкомпонентную порошковую смесь. Первым компонентом смеси является тонкий порошок, химсостав которого соответствует химсоставу детали. Второй компонент содержит аналогичный металлический порошок, а также добавку, снижающую температуру плавления. Первый и второй компоненты тщательно перемешивают, в результате чего общий химсостав смеси приблизительно соответствует химсоставу детали. После нанесения покрытия деталь нагревают до 524-552°С. Затем деталь продолжают нагревать до температуры плавления второго компонента смеси, в то время как первый компонент остается в твердом состоянии. После этого деталь нагревают до 1193-1215°С, в результате чего депрессант температуры плавления диффундирует в деталь и первый компонент, вызывая повторное изотермическое затвердевание. После выдержки деталь охлаждают и подвергают минимальной механической обработке до исходных размеров.A known method for correcting surface defects on parts made of heat-resistant alloys such as gas turbine blades (US Patent No. 5735448, B23K 1/008, 228-119). The surface on which defects are found is cleaned and coated on it, containing: 2-6% volatile organic carrier; 20-60% of a water-based carrier; 3% fluxing agent containing a halide compound; 1-5% thickener, the rest is a metal aggregate, which is a two-component powder mixture. The first component of the mixture is a fine powder, the chemical composition of which corresponds to the chemical composition of the part. The second component contains a similar metal powder, as well as an additive that reduces the melting point. The first and second components are thoroughly mixed, as a result of which the total chemical composition of the mixture approximately corresponds to the chemical composition of the part. After coating, the part is heated to 524-552 ° C. Then, the component is continued to be heated to the melting temperature of the second component of the mixture, while the first component remains in the solid state. After that, the part is heated to 1193-1215 ° C, as a result of which the melting point depressant diffuses into the part and the first component, causing repeated isothermal solidification. After exposure, the part is cooled and subjected to minimal machining to the original size.
Недостатки данного способа: невозможность получать качественные паяные соединения в любом пространственном положении детали; процесс пайки осуществляется только в вакууме.The disadvantages of this method: the inability to obtain high-quality soldered joints in any spatial position of the part; the soldering process is carried out only in vacuum.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ ремонта поверхностных дефектов изделий ГТД (Патент РФ №2240214, В23Р 6/00). Способ включает очистку ремонтируемой поверхности изделий, нанесение на нее наполнителя в виде пасты на основе металлического порошка с органическим связующим, высокотемпературную вакуумную пайку с последующей гомогенизацией изделия с композиционным наплавочным покрытием и окончательную механическую обработку изделий. До нанесения наполнителя в виде пасты на ремонтируемую поверхность наносят гибкий наполнитель из никелевой сетки со спеченным слоем гранул, выполненных из жаропрочного никелевого сплава. После нанесения наполнителя в виде пасты производят спекание наполнителей с изделием в вакууме и последующее нанесение на слой наполнителей жаропрочного припоя на никелевой основе. Гранулы, спекаемые с никелевой сеткой, располагают в один слой и являются однородными по размеру. Наполнитель в виде пасты состоит из порошка жаропрочного никелевого сплава, имеющего размер частиц в 2,5-3 раза меньше чем размер гранул, спеченных с никелевой сеткой. Высокотемпературную вакуумную пайку осуществляют по режиму термовакуумной обработки основного материала с возможным проведением ее одновременно с гомогенизацией композиционного наплавочного покрытия.The closest technical solution, selected as a prototype, is a method for repairing surface defects of gas-turbine engine products (RF Patent No. 2240214, В23Р 6/00). The method includes cleaning the repaired surface of the products, applying a filler in the form of a paste based on a metal powder with an organic binder, high-temperature vacuum soldering followed by homogenization of the product with a composite overlay coating and final machining of the products. Before applying the filler in the form of a paste, a flexible filler of nickel mesh with a sintered layer of granules made of heat-resistant nickel alloy is applied to the surface to be repaired. After applying the filler in the form of a paste, the fillers are sintered with the product in a vacuum and then applied to the filler layer of heat-resistant solder on a nickel basis. Granules sintered with a nickel mesh are placed in one layer and are uniform in size. The paste filler consists of a powder of heat-resistant nickel alloy having a particle size of 2.5-3 times smaller than the size of the granules sintered with a nickel mesh. High-temperature vacuum brazing is carried out according to the thermal vacuum treatment of the base material with the possibility of carrying out it simultaneously with the homogenization of the composite overlay coating.
Данный способ не позволяет устранять эксплуатационные дефекты на ремонтируемых поверхностях типа раковин, забоин, локальных износов трущихся поверхностей, которые в процессе пайки могут располагаться в вертикальном и потолочном положениях, а также не обеспечивает получения стабильных паяных соединений со сплошностью ≤1,5%.This method does not allow to eliminate operational defects on repaired surfaces such as shells, nicks, local wear of rubbing surfaces, which during soldering can be located in vertical and ceiling positions, and also does not provide stable soldered joints with a continuity of ≤1.5%.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состояла в получении стабильных качественных паяных соединений во всех пространственных положениях не только в вакууме, но и в среде защитного газа со сплошностью, не превышающей ≤1,5%.The problem to which the invention is directed was to obtain stable high-quality soldered joints in all spatial positions, not only in a vacuum, but also in a shielding gas medium with a continuity not exceeding ≤1.5%.
Для решения технической задачи предлагается следующий способ ремонта поверхностных дефектов деталей машин, изготовленных из высоколегированных сталей и сплавов, включающий подготовку поверхности детали, напыление порошковых материалов с использованием аргоновой микроплазмы с последующей высокотемпературной пайкой и механической обработкой. Напыление с использованием аргоновой микроплазмы состоит в следующем: дефекты на деталях заполняют расплавленным порошковым материалом, состоящим из припоя и наполнителя, который защищается от окисления кислородом воздуха струей аргона, истекающей из сопла плазмотрона; герметизируют нанесенный материал путем напыления жаростойкого материала ВКНА толщиной 0,2-0,3 мм с температурой на ≥100°С выше температуры плавления наполнителя, а в качестве барьерного слоя, исключающего облуживание припоем поверхностей ремонтируемой детали, напыляют окись алюминия толщиной 0,1-0,2 мм. Пайку осуществляют как в вакууме, так и в среде защитного газа. Сущность напыления порошковых материалов с использованием аргоновой микроплазмы заключается в том, что напыляемый порошок вводят на начальном участке плазменной дуги под углом к плазменному потоку. При этом нагрев и ускорение частиц напыляемого материала происходит непосредственно в плазменной дуге, где температура достигает 8000-9000°С. Это позволяет значительно повысить эффективность процесса напыления. Следует также отметить, что поток напыляемых частиц имеет малый угол расходимости (≈3-5 градусов) при диаметре выходного сопла-анода 2,0-3,0 мм, что позволяет наносить плотные локальные покрытия, а влияние теплового потока на деталь незначительно.To solve the technical problem, we propose the following method for repairing surface defects of machine parts made of high alloy steels and alloys, including preparing the surface of the part, spraying powder materials using argon microplasma, followed by high-temperature soldering and machining. Spraying using argon microplasma consists in the following: defects on parts are filled with molten powder material consisting of solder and filler, which is protected from oxidation by atmospheric oxygen by an argon stream flowing out of the plasma torch nozzle; the applied material is sealed by spraying a heat-resistant VKNA material with a thickness of 0.2-0.3 mm with a temperature of ≥100 ° C higher than the melting temperature of the filler, and aluminum oxide 0.1- thick 0.2 mm. Soldering is carried out both in vacuum and in a shielding gas medium. The essence of the spraying of powder materials using argon microplasma is that the sprayed powder is introduced in the initial portion of the plasma arc at an angle to the plasma flow. In this case, heating and acceleration of the particles of the sprayed material occurs directly in the plasma arc, where the temperature reaches 8000-9000 ° C. This can significantly increase the efficiency of the spraying process. It should also be noted that the flow of sprayed particles has a small divergence angle (≈3-5 degrees) with an outlet nozzle-anode diameter of 2.0-3.0 mm, which allows dense local coatings to be applied, and the effect of heat flow on the part is negligible.
Аргоно-микроплазменная установка обеспечивает стабильный процесс нанесения порошковых материалов. Частицы расплавленного материала в виде мелкодисперсных капель при нанесении на дефектную поверхность детали деформируются при ударе и практически полностью исключается образование пористости в нанесенном материале. Заполнение разделанных дефектов на деталях расплавленным материалом, состоящим из припоя и наполнителя, обеспечивает пористость ≤1,5%. Снижение жидкотекучести припоя, а также повышение прочности паяных соединений достигается добавлением в припой определенного количества наполнителя. Работу начинали с соотношения припой 40% - наполнитель 60%. При этом соотношении происходило частичное вытекание при пайке нанесенного материала из разделанных дефектов. По мере увеличения процентного содержания наполнителя в смеси (припой-наполнитель) жидкотекучесть напыленного материала снижалась и при процентном соотношении припоя 20% - наполнителя 80% жидкотекучесть напыленной смеси практически отсутствует, что дает возможность получать качественные паяные соединения во всех пространственных положениях при высокотемпературной пайке, при этом пористость в нанесенном материале практически отсутствует и не превышает 1,5%. Данные были получены в результате проведенных металлографических исследований. Наносимый аргоно-микроплазменной установкой жаростойкий материал ВКНА с температурой на ≥100°С выше температуры наполнителя создает достаточно прочный и герметичный каркас по наружной поверхности нанесенного материала (припой + наполнитель), что препятствует вытеканию припоя в процессе пайки и позволяет получать качественные паяные соединения при пайке в защитных газах. Отсутствие облуженной зоны обеспечивает барьерный слой, состоящий из окиси алюминия; наружная поверхность материала сохраняет первоначальный вид с характерными неровностями, образующимися при плазменном напылении.Argon-microplasma installation provides a stable process of applying powder materials. Particles of molten material in the form of fine droplets when applied to a defective surface of the part are deformed upon impact and the formation of porosity in the deposited material is almost completely eliminated. Filling the broken defects on the parts with molten material consisting of solder and filler provides a porosity of ≤1.5%. Reducing the fluidity of the solder, as well as increasing the strength of soldered joints, is achieved by adding a certain amount of filler to the solder. Work began with a solder ratio of 40% - filler 60%. With this ratio, partial leakage occurred during soldering of the deposited material from the broken defects. As the percentage of filler in the mixture (solder-filler) increased, the fluidity of the sprayed material decreased, and with the percentage of solder 20% - filler 80%, the fluidity of the sprayed mixture was practically absent, which makes it possible to obtain high-quality soldered joints in all spatial positions at high temperature soldering, this porosity in the deposited material is practically absent and does not exceed 1.5%. The data were obtained as a result of metallographic studies. The heat-resistant VKNA material applied by an argon-microplasma installation with a temperature of ≥100 ° C higher than the filler temperature creates a sufficiently strong and airtight skeleton on the outer surface of the deposited material (solder + filler), which prevents the solder from flowing out during soldering and allows to obtain high-quality soldered joints during soldering in protective gases. The absence of a tinned zone provides a barrier layer consisting of alumina; the outer surface of the material retains its original appearance with characteristic irregularities formed during plasma spraying.
Пример осуществленияImplementation example
По данному способу ремонтировались сопловые лопатки I, II и III ступеней ГТД, имеющие эксплуатационные поверхностные дефекты: забоины, раковины, износы трущихся поверхностей и т.д. Лопатки изготовлены из сплавов ЖС6У и ЧС70. Механическим путем производили разделку дефектных мест с полным удалением дефектных участков. Контроль разделки производили методом капиллярной дефектоскопии. Затем лопатки обезжиривали. Напыление проводили с применением аргоно-микроплазменной установки типа УГНП. Разделанные дефекты на лопатках заполняли расплавленным порошковым материалом, состоящим из припоя ВПр50 и наполнителя ВПр36 при процентном соотношении припоя и наполнителя 20%+80%. Затем напыляли жаростойкий материал ВКНА толщиной 0,2-0,3 мм с температурой на ≥100°С выше температуры плавления наполнителя для герметизации нанесенного материала. Жаростойкий материал ВКНА создавал прочный и герметичный каркас по наружной поверхности напиленного материала. В качестве барьерного слоя, исключающего облуживание припоем поверхности лопатки, напыляли окись алюминия толщиной 0,1-0,2 мм.This method was used to repair nozzle vanes of the first, second, and third stage of a gas turbine engine with operational surface defects: nicks, sinks, wear of rubbing surfaces, etc. The blades are made of alloys ZhS6U and ChS70. Mechanically, defective places were cut with the complete removal of defective areas. Cutting control was carried out by capillary defectoscopy. Then the blades were degreased. Spraying was carried out using an argon-microplasma unit such as UGNP. SPLIT defects on the blades filled with molten powder material consisting of a solder VI p 50 and p 36 EP filler at a percentage of brazing filler and 20% + 80%. Then, the VKNA heat-resistant material was sprayed with a thickness of 0.2-0.3 mm with a temperature of ≥100 ° C higher than the melting temperature of the filler to seal the deposited material. The heat-resistant material VKNA created a strong and airtight frame on the outer surface of the sawn material. As a barrier layer, excluding tinning by soldering the surface of the blade, aluminum oxide 0.1-0.2 mm thick was sprayed.
Собранные лопатки подвергали высокотемпературной пайке в вакууме по режиму:The assembled blades were subjected to high temperature soldering in vacuum according to the regime:
Температура Тобр - 1190+10°С;Temperature T arr - 1190 + 10 ° С;
Время выдержки - 10-15 мин;The exposure time is 10-15 minutes;
Среда разрежение - (1-4)·10-4 мм рт.ст.Medium rarefaction - (1-4) · 10 -4 mm Hg
Часть лопаток с напыленными материалами подвергали высокотемпературной пайке в среде Ar по режиму:Part of the blades with sprayed materials was subjected to high-temperature brazing in an Ar medium according to the regime:
Температура пайки - 1200+10°С;Soldering temperature - 1200 + 10 ° С;
Время выдержки - 15 мин;The exposure time is 15 min;
Защитная средаProtective environment
Ar с расходом - 1-2 л/мин.Ar with a flow rate of 1-2 l / min.
Контроль качества паяных соединений производили визуально и с использованием оптических приборов с увеличением 4 крат.The quality control of soldered joints was carried out visually and using optical instruments with an increase of 4 times.
Проводили механическую обработку лопаток до получения заданных геометрических размеров. Запаянные места после механической обработки подвергали рентгеноконтролю и капиллярному методу. Металлографический анализ показал, что после пайки в нанесенном материале пористость не превышает 1%, структура материала мелкозернистая, размеры и форма нанесенного материала практически не изменились.The blades were machined to the desired geometric dimensions. Sealed areas after machining were subjected to x-ray inspection and capillary method. Metallographic analysis showed that after soldering in the deposited material, the porosity does not exceed 1%, the structure of the material is fine-grained, and the size and shape of the deposited material are practically unchanged.
Отремонтированные лопатки были признаны пригодными для дальнейшей эксплуатации в составе изделия.The repaired blades were deemed suitable for further use as part of the product.
Таким образом, предлагаемый способ ремонта поверхностных дефектов деталей машин обеспечивает полное восстановление конструктивных размеров деталей, получение качественных паяных соединений во всех пространственных положениях детали, позволяет получать значительный экономический эффект при ремонте деталей и увеличивать их ресурс.Thus, the proposed method for repairing surface defects of machine parts provides a complete restoration of the structural dimensions of the parts, obtaining high-quality soldered joints in all spatial positions of the part, allows to obtain a significant economic effect in the repair of parts and increase their service life.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005136916/02A RU2310551C2 (en) | 2005-11-29 | 2005-11-29 | Method for restoring machine parts surface flaws |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005136916/02A RU2310551C2 (en) | 2005-11-29 | 2005-11-29 | Method for restoring machine parts surface flaws |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005136916A RU2005136916A (en) | 2007-06-10 |
RU2310551C2 true RU2310551C2 (en) | 2007-11-20 |
Family
ID=38312069
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005136916/02A RU2310551C2 (en) | 2005-11-29 | 2005-11-29 | Method for restoring machine parts surface flaws |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2310551C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2556175C1 (en) * | 2014-04-29 | 2015-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТУРБОКОН" (ООО "ТУРБОКОН") | Method of profile restoration of blade body of gas turbine engine |
-
2005
- 2005-11-29 RU RU2005136916/02A patent/RU2310551C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2556175C1 (en) * | 2014-04-29 | 2015-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТУРБОКОН" (ООО "ТУРБОКОН") | Method of profile restoration of blade body of gas turbine engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005136916A (en) | 2007-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9352419B2 (en) | Laser re-melt repair of superalloys using flux | |
US9315903B2 (en) | Laser microcladding using powdered flux and metal | |
US9283593B2 (en) | Selective laser melting / sintering using powdered flux | |
EP2950972B1 (en) | Localized repair of supperalloy component | |
EP2950966B1 (en) | Deposition of superalloys using powdered flux and metal | |
US5735448A (en) | Method of repairing surface and near surface defects in superalloy articles such as gas turbine engine components | |
US9393644B2 (en) | Cladding of alloys using flux and metal powder cored feed material | |
US8828312B2 (en) | Dilution control in hardfacing severe service components | |
US6575349B2 (en) | Method of applying braze materials to a substrate | |
US20130140278A1 (en) | Deposition of superalloys using powdered flux and metal | |
EP2950950A1 (en) | Selective laser melting / sintering using powdered flux | |
EP2950974A1 (en) | Localized repair of superalloy component | |
US9272363B2 (en) | Hybrid laser plus submerged arc or electroslag cladding of superalloys | |
EP2950973A1 (en) | Method of laser re-melt repair of superalloys using flux | |
EP2950965A1 (en) | Laser microcladding using powdered flux and metal | |
RU2310551C2 (en) | Method for restoring machine parts surface flaws | |
RU2281845C1 (en) | Method for restoring surface-flaw zones of parts of gas turbine engines | |
Nicolaus et al. | Regeneration of high pressure turbine blades. Development of a hybrid brazing and aluminizing process by means of thermal spraying | |
JP2001305271A (en) | Repairing method for in-pile apparatus for nuclear generation plant | |
EP3736080A1 (en) | Method of repairing superalloy components using phase agglomeration | |
Huang et al. | WIDE GAP DIFFUSION BRAZING REPAIR | |
Nicolaus et al. | A New Hybrid Process for Repair Brazing and Coating of Turbine Blades |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071130 |