RU2401727C2 - Способ изготовления облегченной лопатки для газотурбинных двигателей - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способу изготовления облегченной лопатки для газотурбинных двигателей и может найти использование в энергетическом машиностроении. Осуществляют механическую обработку заготовки лопатки с получением детали, содержащей спинку пера с полостью и стыковочным пазом по контуру этой полости и хвостовик. Изготавливают корыто пера с контурами и размерами, соответствующими стыковочному пазу спинки пера. Размещают корыто пера в стыковочном пазу и осуществляют сварку их по контуру между собой, термообработку сварного шва и финишную обработку лопатки. Заготовку лопатки выполняют с базовыми элементами на хвостовике и торце спинки, образующими базовую плоскость. Перед механической обработкой осуществляют фиксирование заготовки относительно базовой плоскости. Механическую обработку с изготовлением полости в спинке пера, сварку деталей и финишную обработку лопатки осуществляют с ориентацией по базовым элементам. Сварку деталей лопатки выполняют электронным лучом в вакууме с максимальным энерговложением электронного луча со стороны наибольшей массы сопрягаемых деталей, обеспечивающим проникновение сварочной ванны в стыковочный паз, не превышающее 0,2-0,4 мм. Такое выполнение облегченной лопатки создает основу технологичности сборки также облегченного блинга газотурбинного двигателя. 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Изобретение относится к способам изготовления легких широкохордных лопаток ГТД лопастей в авиационной и энергетической промышленности.

Известен способ изготовления полой лопатки для газотурбинных двигателей (Заявка RU 2004116118/06, 2004 г., кл. F02C 7/00). Способ предусматривает изготовление узлов из накладываемых друг на друга деталей, соединяемых сваркой. Недостаток известного способа - отсутствие создания базовых элементов в лопатке, что приводит к отклонениям угла закрутки пера лопаток, а в последующем - к технологическим осложнениям сборки рабочего колеса двигателя, включающего ранее изготовленные лопатки.

Известен способ изготовления облегченной лопатки для газотурбинных двигателей (RU 2264902, 2004 г., кл. В23К 20/12). Лопатку, состоящую из спинки, хвостовика и корыта, изготавливают с полостью в спинке или корыте, а по контуру этой полости выполняют в детали прямоугольную нишу, размещают контуры одной из деталей, составляющих лопатку, в прямоугольной нише другой, сваривают их по контуру размещенной детали, а затем осуществляют термообработку сварного шва и доводку лопатки. Известное техническое решение по совокупности существенных признаков, составляющих объект изобретения, наиболее близко заявленному. Однако изготовление облегченной лопатки из титановых сплавов известным способом и сваркой деталей на воздухе приводит к нежелательным результатам. При нагреве титановых сплавов выше температуры 300°С происходит заметное насыщение материала вредными примесями: кислородом, азотом и водородом, что резко снижает пластичность и длительную прочность сварных соединений и, следовательно, снижает качество изделия. Кроме того, при сварке трением в свариваемых деталях предусматривается паз для ввода в него инструмента (пальца). Этот паз необходимо заполнять металлом, исключающим концентрат. Металл же в данном способе доводится не до плавления, а лишь до пластического состояния, и потому недостаточно заполняет собой паз. Отсутствие выполнения в деталях лопатки технологических базовых элементов не позволяет строго контролировать закрутку пера лопатки, изготовлять лопатки в виде сегментов обода рабочего колеса двигателя и собирать из них обод.

Предложенное техническое решение отличается от известного выполнением на хвостовике и торце лопатки элементов базовой плоскости и тем, что изготовление полости в детали лопатки, сварку деталей и доводку лопатки осуществляют с ориентацией по элементам базовой плоскости. При этом сварку деталей лопатки производят электронным лучом в вакууме по заданной закономерности энерговложения в сварочный шов.

Задачей настоящего изобретения является осуществление технического результата, заключающегося в повышении технологичности изготовления лопаток, качества и возможности изготовления лопаток в виде сегмента, составляющего рабочее колесо.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления облегченной лопатки для газотурбинных двигателей, содержащей спинку, корыто пера и хвостовик, при котором в спинке или корыте пера изготавливают полость, а по контуру этой полости в детали выполняют стыковочный паз, размещают контуры одной из деталей, составляющих перо лопатки, в стыковочном пазу другой, сваривают их по контуру размещенной детали, а затем осуществляют термообработку сварного шва и доводку лопатки, на хвостовике и торце лопатки выполняют элементы базовой плоскости, а изготовление полости в детали лопатки, сварку их и доводку лопатки осуществляют по созданной базовой плоскости, а сварку деталей лопатки производят электронным лучом в вакууме по заданной закономерности энерговложения в сварочный шов.

При этом сварку электронным лучом по этой закономерности осуществляют с максимальным энерговложением электронного луча со стороны наибольшей массы сопрягаемых деталей, обеспечивающим заглубление сварочной ванны в стыковочный паз, не превышающее 0,2-0,4 мм. Кроме того, в процессе сварки производят контроль параметров электронного луча, скорость сварки изменяют в зависимости от толщины участков свариваемых деталей и в зависимости от радиуса кривизны траектории шва. Технический результат достигается еще и тем, что на криволинейных участках свариваемого шва смещают сварочную ванну с линии стыка в сторону наибольшей массы сопрягаемой детали на величину до 1/3 ширины сварочной ванны и производят сканирование электронного луча с заданным распределением мощности.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:

1 - облегченная лопатка для газотурбинных двигателей (в сборе),

2 - спинка лопатки с хвостовиком,

3 - облегченная лопатка (вид сверху),

4 - сечение лопатки по А-А,

5 - фрагмент, проплавления корыта по контуру антивибрационных ребер (вид Г),

6 - прямоугольное углубление в спинке пера лопатки (сечение по Б-Б),

7 - фрагмент сварки спинки и корыта лопатки (вид В),

8 - фрагмент сварки корыта и спинки пера лопатки на криволинейных участках.

Способ изготовления облегченной лопатки поясняется на следующем примере.

Отковывают заготовку детали лопатки, нижняя часть которой - для изготовления хвостовика 1, а верхняя - для спинки 2 пера лопатки. На торце 3 заготовки выполняют бобышку 4. Фрезерованием на бобышке 4 и нижней части 1 заготовки выполняют базовые элементы, например отверстия 5, 6, 7, образующие базовую плоскость. Заготовку фиксируют на манипуляторе относительно базовой плоскости и механической обработкой получают деталь, содержащую спинку 2 пера лопатки с полостью 8 и стыковочный паз 9 с антивибрационными ребрами 10, и хвостовик 1. Обработанный хвостовик 1 представляет собой сегмент обода колеса. Стыковочный паз 9 выполняют глубиной h, соответствующей толщине корыта 11 и шириной в 2-4,5 мм. Изготавливают корыто 11 лопатки с контурами и размерами, соответствующими стыковочному пазу 9 спинки пера. Корыто 11 вкладывают в стыковочный паз 9 спинки пера лопатки, на сварочном манипуляторе закрепляют собранное изделие и прихватывают его электронным лучом в вакууме по периметру в заданной последовательности 12, 13, 14, 15, 16, 17 к спинке пера и антивибрационным ребрам 10. Сварку деталей лопатки осуществляют по раскрываемой ниже заданной закономерности энерговложения в сварочный шов. Оплавляют стык деталей лопатки по контуру корыта и спинки сканирующим электронным лучом. При этом максимальное тепловложение в сварочную ванну 18 шириной L осуществляют со стороны наибольшей массы стыкуемой детали с проплавлением металла на величину Н заглубления в спинку лопатки, равную 0,2-0,4 мм, достаточную для прочности сварного соединения и минимизации деформации лопатки с последующим проплавлением корыта по контуру антивибрационных ребер. В зависимости от изменения свариваемой толщины деталей производят плавное изменение скорости сварки. Скорость сварки изменяют в обратной зависимости от толщин участков свариваемых деталей. При прохождении криволинейных участков шва производят смещение оси луча F на величину Q с линии стыка сопрягаемых деталей в сторону наибольшей массы до 1/3 ширины L сварочной ванны 18. В результате сварочная ванна 18 увеличивается на величину U. В процессе сварки, исходя от толщины участков свариваемых деталей и кривизны траектории стыка деталей, изменяют скорость сварки в обратной зависимости от радиуса кривизны траектории шва. Контролируют параметры электронного луча и заданное энерговложение в сварочный шов. Не перестанавливая изделия, сварные швы термообрабатывают сканирующим электронным лучом, снимая напряжения после сварки и наплавки. Изделие извлекают из вакуумной камеры и проводят радиографический контроль всех сварных соединений. Для снятия напряжений и получения требуемых свойств материала лопатки проводят общую термообработку в печи. Затем по базовой плоскости проводят финишную обработку лопатки. В результате произведенных операций получают облегченную лопатку с базовыми элементами и хвостовиком в виде сегмента обода колеса. Такое выполнение облегченной лопатки создает основу технологичности сборки также облегченного блинга газотурбинного двигателя.

Claims (9)

1. Способ изготовления облегченной лопатки для газотурбинных двигателей, включающий механическую обработку заготовки лопатки с получением детали, содержащей спинку пера с полостью и стыковочным пазом по контуру этой полости и хвостовик, изготовление корыта пера с контурами и размерами, соответствующими стыковочному пазу спинки пера, размещение корыта пера в стыковочном пазу, сварку их по контуру между собой, термообработку сварного шва и финишную обработку лопатки, отличающийся тем, что заготовку лопатки выполняют с базовыми элементами на хвостовике и торце спинки, образующими базовую плоскость, перед механической обработкой осуществляют фиксирование заготовки относительно базовой плоскости, а механическую обработку с изготовлением полости в спинке пера, сварку деталей и финишную обработку лопатки осуществляют с ориентацией по базовым элементам, при этом сварку деталей лопатки выполняют электронным лучом в вакууме с максимальным энерговложением электронного луча со стороны наибольшей массы сопрягаемых деталей, обеспечивающим проникновение сварочной ванны в стыковочный паз, не превышающее 0,2-0,4 мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе сварки производят контроль параметров электронного луча.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при сварке изменяют скорость сварки в обратной зависимости от толщин участков свариваемых деталей.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при сварке изменяют скорость сварки в обратной зависимости от радиуса кривизны траектории стыка.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что на криволинейных участках свариваемого шва ось электронного луча смещают с линии стыка в сторону наибольшей массы на величину до 1/3 ширины сварочной ванны.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что сварку выполняют сканирующим электронным лучом.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в полости спинки пера или корыте лопатки размещают антивибрационное ребро.

8. Способ по п.1 или 6, отличающийся тем, что перед сваркой выполняют прихватку свариваемых деталей по периметру стыковочного паза и антивибрационному ребру.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что термическую обработку сварных швов производят сканирующим электронным лучом.

Images