RU2663914C2 - Способ изготовления вращательного изделия с помощью нанесения сваркой с холодным переносом металла и вращательное изделие, изготовленное указанным образом - Google Patents

Способ изготовления вращательного изделия с помощью нанесения сваркой с холодным переносом металла и вращательное изделие, изготовленное указанным образом Download PDF

Info

Publication number
RU2663914C2
RU2663914C2 RU2015115957A RU2015115957A RU2663914C2 RU 2663914 C2 RU2663914 C2 RU 2663914C2 RU 2015115957 A RU2015115957 A RU 2015115957A RU 2015115957 A RU2015115957 A RU 2015115957A RU 2663914 C2 RU2663914 C2 RU 2663914C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotational
substrate
rotational substrate
welding
product
Prior art date
Application number
RU2015115957A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015115957A (ru
RU2663914C9 (ru
Inventor
Вэнь ТАНЬ
Жэньвэй ЮАНЬ
Хунъюань ШЕНЬ
Лэй ЯН
Юн Лю
Чжисюэ ПЭН
Яньминь ЛИ
Гошуань ЦАЙ
Original Assignee
Дженерал Электрик Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дженерал Электрик Компани filed Critical Дженерал Электрик Компани
Publication of RU2015115957A publication Critical patent/RU2015115957A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2663914C2 publication Critical patent/RU2663914C2/ru
Publication of RU2663914C9 publication Critical patent/RU2663914C9/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/04Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • B23K9/044Built-up welding on three-dimensional surfaces
    • B23K9/046Built-up welding on three-dimensional surfaces on surfaces of revolution
    • B23K9/048Built-up welding on three-dimensional surfaces on surfaces of revolution on cylindrical surfaces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/04Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/12Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B23K9/124Circuits or methods for feeding welding wire
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/16Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/16Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/173Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/006Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine wheels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/284Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for compressors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано для изготовления вращательного изделия, например, рабочего колеса, путем сварки с холодным переносом металла. Вращательное изделие содержит круговой элемент и размещенные на нем лопатки, ограничивающие по меньшей мере один внутренний проход для потока. Вращательная подложка выполнена с возможностью вращения вокруг центральной оси и имеет периферическую поверхность для нанесения на нее присадочного материала. В соответствии с цифровым представлением вращательного изделия определяют сварочную траекторию на указанной вращательной подложке. Сваркой с холодным переносом металла наносят слой за слоем присадочный металл на поверхность вращательной подложки по заданной сварочной траектории. Сначала получают круговую структуру при вращении указанной вращательной подложки. Затем наносят лопаточную структуру путем перемещения сварочной горелки относительно указанной подложки вдоль направления, пересекающего круговую структуру, при удержании указанной вращательной подложки без вращения или при вращении вращательной подложки. Отделяют вращательную подложку от вращательного изделия. Способ обеспечивает возможность формирования вращательного изделия с формой, близкой к чистовой форме. 7 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001] Предложенное изобретение относится, в целом, к способу изготовления вращательного изделия и, в частности, к способу изготовления вращательного изделия, например, рабочего колеса, путем нанесения сваркой с холодным переносом металла, а также к вращательному изделию, изготовленному таким образом.
[0002] Изготовление вращательных изделий, имеющих внутренние проходы, например рабочих колес с внутренними проходами для потока, с помощью обычных технологий изготовления, например литьем или ковкой, затруднено. Рабочие колеса широко применяются в трубах или трубопроводах такого оборудования как, например, насосы, компрессоры и газотурбинные двигатели, для повышения или уменьшения давления и расхода текучей среды. Например, рабочее колесо может использоваться в центробежном насосе для передачи энергии от двигателя, приводящего в действие насос, текучей среде, перекачиваемой путем придания ускорения текучей среде наружу от центра вращения. При этом скорость, достигаемая рабочим колесом, преобразуется в давление, когда направленное наружу перемещение текучей среды ограничено корпусом насоса. Обычное рабочее колесо имеет отверстие для приема приводного вала, вращаемого двигателем или другим ведущим механизмом, и лопаточные каналы, имеющие полые пространства, образованные во внутренних частях данных каналов, для выталкивания текучей среды в радиальном направлении. При этом вследствие своей усложненной конструкции изготовление данного рабочего колеса обычными технологиями изготовления затруднено.
[0003] Обычный способ изготовления рабочих колес состоит в формовании рабочего колеса из нескольких элементов и последующем соединении отдельно отформованных элементов друг с другом посредством сварки или других подобных способов соединения. Однако, по сравнению с рабочими колесами, выполненными в виде единой детали, рабочие колеса, изготовленные путем соединения отдельно отформованных элементов, имеют относительно низкие механические свойства.
[0004] В настоящее время существует способ, в соответствии с которым рабочие колеса изготавливают с помощью процесса, включающего предварительное фрезерование, черновую электроискровую обработку (ЭИсО) и чистовую ЭИсО. Однако продолжительность цикла такого процесса составляет, как правило, более 5 недель. Кроме этого, фрезеровальные центры и станки ЭИсО требуют крупных инвестиций в оборудование (Р&Е). Вследствие значительной продолжительности цикла и крупных инвестиций в оборудование известный способ является неэффективным и неэкономичным.
[0005] Таким образом, существует необходимость в создании нового способа изготовления вращательных изделий, например таких, как рабочие колеса, на эффективной и экономичной основе.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Предложенное изобретение относится к способу изготовления вращательного изделия, содержащего круговой элемент и размещенные на нем лопатки, ограничивающие по меньшей мере один внутренний проход для потока, причем указанный способ включает этапы, на которых
обеспечивают наличие аппарата сварки с холодным переносом металла, содержащего сварочную горелку,
обеспечивают наличие вращательной подложки, выполненной с возможностью вращения вокруг центральной оси и имеющей периферическую поверхность для нанесения на нее присадочного материала,
обеспечивают наличие цифрового представления указанного вращательного изделия,
определяют сварочную траекторию на указанной вращательной подложке на основании указанного цифрового представления,
наносят, слой за слоем, присадочный металл на поверхность вращательной подложки по сварочной траектории для формования вращательного изделия, причем нанесение каждого слоя включает этапы, на которых
(a) наносят круговую или приблизительно круговую структуру на вращательную подложку при вращении указанной вращательной подложки, и
(b) наносят лопаточную структуру путем перемещения сварочной горелки относительно указанной вращательной подложки вдоль направления, пересекающего круговую или приблизительно круговую структуру, при удержании указанной вращательной подложки без вращения или при вращении вращательной подложки, и
после завершения формирования вращательного изделия отделяют вращательную подложку от вращательного изделия.
[0007] В предложенном способе нанесение каждого слоя дополнительно может включать включает этапы, на которых
(c) после выполнения этапа (а) и перед выполнением этапа (b) перемещают сварочную горелку и/или указанную вращательную подложку вдоль или параллельно осевому направлению указанной вращательной подложки,
(d) после выполнения этапа (с) и перед выполнением этапа (b) наносят следующую круговую или приблизительно круговую структуру при вращении указанной вращательной подложки,
(e) после выполнения этапа (b) вращают указанную подложку на заданный угол,
(f) повторяют этапы (b) и (е) до тех пор, пока не будет нанесен каждый слой всех лопаточных структур.
[0008] На этапе (е) указанную вращательную подложку поворачивают на заданный угол таким образом, чтобы нанести следующую лопаточную структуру смежно с предыдущей лопаточной структурой. Как вариант, на этапе (е) указанную вращательную подложку поворачивают на заданный угол таким образом, чтобы нанести следующую лопаточную структуру напротив или приблизительно напротив предыдущей лопаточной структуры.
В казанном способе дополнительно может быть произведена чистовая обработка вращательного изделия с помощью электроискровой обработки. Вращательную подложку и нанесенные на нее элементы могут быть охлаждены путем пропускания охлаждающей текучей среды через отверстие во вращательной подложке.
Кроме того, в указанном способе присадочный металл может быть выбран из группы, включающей углеродистую сталь, легированную сталь, никелевый сплав, титановый сплав и комбинацию перечисленных материалов. Указанный присадочный металл во время нанесения подают со скоростью в диапазоне от примерно 3 м/мин до примерно 10 м/мин.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0009] Вышеуказанные и другие аспекты и признаки вариантов выполнения предложенного изобретения станут более очевидны из последующего подробного описания, рассматриваемого вместе с прилагаемыми чертежами, на которых:
[0010] Фиг. 1 схематично проиллюстрирует перемещение проволоки в обычном процессе сварки холодным переносом металла (ХПМ);
[0011] Фиг. 2 изображает пример системы ХПМ, выполненной с возможностью изготовления вращательного изделия;
[0012] Фиг. 3 схематично изображает сварочную горелку аппарата ХПМ;
[0013] Фиг. 4 изображает пример схемы нанесения путем холодного переноса металла для изготовления цельного рабочего колеса;
[0014] Фиг. 5А изображает аксонометрическую проекцию примера варианта изготавливаемого рабочего колеса;
[0015] Фиг. 5В изображает изделие, изготавливаемое нанесением дополнительного материала с холодным переносом металла на основании цифрового представления рабочего колеса, изображенного на фиг. 5А.
[0016] Фиг. 5С изображает готовое изделие, изготовленное нанесением дополнительного материала с холодным переносом металла на основании цифрового представления рабочего колеса, изображенного на фиг. 5А.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0017] Варианты выполнения предложенного изобретения описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи. В нижеследующем описании хорошо известные функции или конструкции не описаны подробно, чтобы не усложнять описание предложенного изобретения.
[0018] В описании и в пунктах формулы предложенного изобретения могут быть использованы приблизительные значения, применяемые для модификации любого численного представления, которое может допустимо варьироваться без изменения основной функции того, к чему относится указанное представление. Соответственно, значение, модифицируемое термином или терминами такими, как "примерно", не ограничено указанным точным значением. В некоторых вариантах выполнения предложенного изобретения термин "примерно" означает плюс-минус десять процентов (10%) указанного значения. Например, "примерно 100" означает любое число от 90 до 110. Кроме этого, при использовании в выражении "примерно (первое значение) - (второе значение)" слово "примерно" относится к обоим значениям. В некоторых примерах приблизительные значения могут соответствовать точности прибора для измерения значения или значений.
[0019] Любые численные значения, указанные в настоящем документе, включают все значения от нижнего значения до верхнего значения в приращениях одной единицы, при условии, что существует разделение по меньшей мере двух единиц между любым нижним значением и любым верхним значением. Например, если заявляется, что доза компонента или значение переменной процесса, например, температуры, давления, времени и другой подобной переменной составляет, к примеру, от 1 до 90, предпочтительно от 20 до 80, предпочтительнее от 30 до 70, то это означает, что такие значения, как от 15 до 85, от 22 до 68, от 43 до 51, от 30 до 32 и другие подобные значения, однозначно перечислены в описании предложенного изобретения. Для значений меньше единицы за одну единицу принимается 0,0001, 0,001, 0,01 или 0,1, в соответствии с конкретным случаем. Описанные примеры приведены только для конкретной иллюстрации, и все возможные комбинации перечисленных числовых значений между наименьшим значением и наибольшим значением следует рассматривать как однозначно выраженные в настоящей заявке аналогичным образом.
[0020] Если не определено иначе, то технические и научные термины, используемые в настоящем документе, имеют одинаковое значение, как обычно понимается специалистом в данной области техники, к которой принадлежит предложенное изобретение. Термины "первый", "второй" и другие подобные термины, в соответствии с тем, как они использованы в настоящем документе, не обозначают какой-либо порядок, количество или значимость, а использованы для отличения одного элемента от другого элемента. Кроме этого, единственное число обозначает не ограничение количества, а лишь наличие по меньшей мере одного элемента из указанных элементов.
[0021] Описываемые далее варианты предложенного изобретения относятся к способу изготовления вращательного изделия, имеющего по меньшей мере один внутренний проход для потока, путем нанесения сваркой с холодным переносом металла, а также к вращательному изделию, изготовленному таким образом. Поскольку предложенный способ применим, в частности, при изготовлении рабочих колес, то настоящее описание относится к рабочим колесам, но может быть также использовано в изготовлении других вращательных изделий.
[0022] Сварка с холодным переносом металла, известная широко как ХПМ (cold metal transfer, СМТ), представляет собой модифицированный процесс дуговой сварки металлическим плавящимся электродом в среде инертного газа (gas metal arc welding, GMAW) посредством короткого замыкания, причем данный процесс характеризуется циклической переменой фазы электродуги и фазы короткого замыкания. В процессе ХПМ система подачи проволоки синхронизирована с системой цифрового управления и выполнена с возможностью изменения направления перемещения проволоки в зависимости от указанной циклической перемены. Во время фазы электродуги происходит перемещение сварочной проволоки к обрабатываемой заготовке/подложке до контакта с данной обрабатываемой заготовкой/подложкой, причем сварочный ток и/или сварочное напряжение контролируют с обеспечением быстрого расплавления сварочной проволоки при сильном токе переносящей дуги для образования капли. Как только происходит короткое замыкание, система цифрового управления регистрирует падение напряжения и затем снижает ток до гораздо более низкого уровня, при этом происходит изменение направления перемещения проволоки на противоположное, и сварочная проволока перемещается от обрабатываемой заготовки/подложки до размыкания короткого замыкания.
[0023] Таким образом, в технологии ХПМ сочетается управление сварочным током посредством перемещения проволоки и физическое удаление сварочной проволоки из ванны расплава с определенной скоростью и последовательностью. Как показано на фиг. 1, обычный процесс ХПМ может включать следующие этапы: (1) перемещение сварочной проволоки по направлению к сварочной ванне в обрабатываемой заготовке/подложке, (2) понижение электрического тока при подаче сварочной проволоки в сварочную ванну, (3) перемещение назад сварочной проволоки и (4) повторение этапов с (1) по (3).
[0024] Подобная циклическая перемена, основанная на систематическом обрыве дуги, способна значительно уменьшить подводимое тепло, передаваемое в обрабатываемую заготовку/подложку, поскольку дуга только вводит тепло в обрабатываемую заготовку/подложку за очень короткое время во время периода горения дуги. По сравнению с обычным процессом GMAW во время процесса ХПМ обрабатываемая заготовка/подложка и сварочные зоны остаются гораздо более "холодными". Снижение подводимого тепла обеспечивает возможность изготовления крупногабаритных компонентов со слоями дополнительного материала с использованием процесса ХПМ. Кроме этого, снижение подводимого тепла обеспечивает такие преимущества, как низкое деформирование и повышенную точность, что также дает преимущества в процессе изготовления со слоями дополнительного материала.
[0025] В способе изготовления вращательного изделия нанесением дополнительного материала с помощью ХПМ обеспечивают наличие вращательной подложки и используют аппарат ХПМ, содержащий сварочную горелку, для нанесения присадочного металла (сварочной проволоки) слой за слоем по заранее определенной сварочной траектории вращательной подложки для формирования вращательного изделия.
[0026] Используемый в настоящем документе термин «присадочный металл» может представлять собой различные металлы или сплавы, имеющие точку плавления и способные быть расплавленными во время нанесения дополнительного материала с помощью ХПМ. Некоторые неограничивающие примеры применимых металлов или сплавов включают углеродистую сталь, легированную сталь, никелевые сплавы, титановые сплавы и комбинации перечисленных материалов. Указанная вращательная подложка может иметь внешнюю периферическую поверхность для нанесения, на данную поверхность, присадочного металла для формирования вращательного изделия, причем указанная подложка может быть приведена во вращение вокруг центральной оси во время процесса нанесения. В ряде вариантов выполнения предложенного изобретения вращательная подложка может иметь отверстие, выполненное в ней для обеспечения возможности прохода охлаждающей текучей среды во время нанесения дополнительного материала с помощью ХПМ таким образом, что обеспечена возможность контролирования подложки и наносимых на указанную подложку элементов при относительно низкой температуре. В одном конкретном варианте изобретения вращательная подложка представляет собой полый цилиндр, имеющий центральное отверстие, проходящее в его осевом направлении, при этом указанное центральное отверстие может функционировать в качестве охлаждающего отверстия для прохода охлаждающей текучей среды, например, воды.
[0027] В некоторых вариантах изобретения, как изображено на фиг. 2, представленная для примера система 200, выполненная с возможностью изготовления вращательного изделия нанесением дополнительного материала с помощью ХПМ, содержит сварочную горелку 202, сварочный робот 204 для привода сварочной горелки 202 для перемещения по заранее определенной сварочной траектории, источник 208 электроэнергии для сварки, предназначенный для подачи электроэнергии к сварочной горелке 202, проволочный привод 209 для подачи присадочной проволоки в сварочную горелку 202, поворотно-наклонный стол 210, выполненный с возможностью удержания и перемещения подложки, на которую наносят материал, а также элементов, наносимых на указанную подложку, и контроллер 206 робота, выполненный с возможностью управления сварочным роботом 204 и столом 210. В некоторых вариантах изобретения, как изображено на фиг. 3, представленная для примера сварочная горелка 300 содержит контактный наконечник 302 для размещения сварочной проволоки 304 с обеспечением выступания проволоки 304 из рабочего конца контактного наконечника 302, сопловый экран 306, окружающий контактный наконечник 302 и ограничивающий кольцевой канал 308, окружающий контактный наконечник 302 для прохождения защитного газа.
[0028] До выполнения указанного нанесения может быть обеспечено наличие цифрового представления изготавливаемого вращательного изделия, и, таким образом, может быть определена сварочная траектория на основании цифрового представления. В некоторых вариантах изобретения сварочная траектория может быть определена с помощью процесса, включающего: (1) определение корреляции между параметрами процесса нанесения с помощью ХПМ и свойствами нанесения, (2) разработку и определение окна (диапазонов) оптимального процесса для нанесения с помощью ХПМ, (3) модулирование базы данных по нанесению с помощью ХПМ, и (4) разработку алгоритма генерации сварочной траектории и компенсации вследствие деформации компонентов.
[0029] Путем нанесения присадочного металла слой за слоем на вращательную подложку по заранее определенной сварочной траектории, при непрерывном или прерываемом вращении вращательной подложки, обеспечивается возможность формирования вращательного изделия с формой, близкой к чистовой форме.
[0030] Приведенная для примера схема нанесения для цельного рабочего колеса изображена на фиг. 4. Как видно на данной фигуре, процесс изготовления рабочего колеса нанесением с холодным переносом металла включает: (1) обеспечение наличия вращательной подложки, выполненной с возможностью приведения во вращение вокруг центральной оси и имеющей внешнюю периферическую поверхность для нанесения расплавленной сварочной проволоки, (2) нанесение первого слоя материала сварочной проволоки на внешнюю периферическую поверхность вращательной подложки по заранее определенной сварочной траектории при прерываемом вращении вращательной подложки, (3) непрерывное нанесение нового слоя на предыдущий слой до завершения формирования рабочего колеса с формой, близкой к чистовой форме.
[0031] В некоторых вариантах выполнения предложенного изобретения каждый слой может содержать по меньшей мере одну круговую или приблизительно круговую структуру, проходящую вдоль или приблизительно параллельно направлению по окружности вращательной подложки, например, структуру 402, как изображено на фиг. 4, и по меньшей мере одну лопаточную структуру, пересекающую указанную по меньшей мере одну круговую или приблизительно круговую структуру, например, структуру 404, как изображено на фиг. 4. Таким образом, этап нанесения каждого слоя может включать по меньшей мере этап, на котором наносят круговую или приблизительно круговую структуру на подложку при вращении подложки, и по меньшей мере этап, на котором наносят лопаточную структуру путем перемещения сварочной горелки относительно подложки в направлении, пересекающем круговую или приблизительно круговую структуру (пересекающем направление по окружности), при вращении подложки или без вращения подложки.
[0032] В проиллюстрированном варианте выполнения предложенного изобретения изготавливаемое рабочее колесо содержит две круговые концевые пластины и множество лопаток между двумя концевыми пластинами, причем указанные пластины ограничивают проходы для потока между указанными лопатками. Этап нанесения каждого слоя включает: (а) нанесение круговой или приблизительно круговой структуры при вращении указанной подложки, (с) перемещение сварочной горелки и/или подложки вдоль или параллельно осевому направлению подложки, (d) нанесение другой круговой или приблизительно круговой структуры при вращении подложки, (b) нанесение лопаточной структуры путем перемещения сварочной горелки для трассировки сварочной проволоки по подложке вдоль или параллельно осевому направлению подложки при сохранении отсутствия вращения подложки, (е) вращение подложки, (f) повторение этапов (b) и (е) до нанесения слоя всех лопаточных структур.
[0033] На этапе (е) может быть обеспечено вращение подложки на угол таким образом, чтобы нанести лопаточную структуру смежно с предыдущей лопаточной структурой. В некоторых других конкретных вариантах предложенного изобретения на этапе (е) может быть обеспечено вращение подложки на относительно больший угол таким образом, чтобы нанести лопаточную структуру напротив или приблизительно напротив предыдущей лопаточной структуры для уменьшения деформации, которая может происходить в изготавливаемом изделии. Путем оптимизации последовательности нанесения различных лопаточных структур на вращательное изделие, в частности, на симметричное относительно оси вращения изделие, может быть значительно уменьшена деформация, которая может происходить в изготавливаемом изделии.
[0034] Во время нанесения сварочная проволока может непрерывно подаваться в сварочную горелку. В некоторых вариантах выполнения предложенного изобретения скорость подачи сварочной проволоки варьируется от примерно 3 м/мин до примерно 10 м/мин или, предпочтительно, от 4,5 м/мин до примерно 10 м/мин.
[0035] После формирования изделия с формой, близкой к чистовой форме, вращательная подложка может быть отделена от изделия до его дальнейшей обработки. Таким образом, во вращательном изделии образуется отверстие, ранее занимаемое вращательной подложкой. При этом указанное отверстие выполнено с возможностью приема поворотного приводного вала. В некоторых вариантах выполнения предложенного изобретения изделие, полученное нанесением дополнительного материала с помощью ХПМ, обрабатывают затем чистовой ЭИсО.
[0036] Предложенное изобретение, описанное в вариантах выполнения, обеспечивает преимущества по сравнению с обычными технологиями изготовления. Нанесение дополнительного материала с помощью ХПМ позволяет изготовить вращательное изделие, имеющее внутренние проходы для потока, с формой, близкой к чистовой форме, что значительно уменьшает время черновой обработки и увеличивает, таким образом, производительность. В частности, нанесение дополнительного материала с помощью ХПМ обеспечивает возможность изготовления изделия с формой, близкой к чистовой форме, для уменьшения, таким образом, материальных затрат, расхода материала и полного времени изготовления. При нанесении материала только в количестве, необходимом для формирования изделия, обеспечивается экономия исходных материалов, удаленных материалов, и при этом значительно уменьшается потребность в чистовой обработке. Например, по сравнению с изготовлением рабочих колес с помощью процесса, включающего предварительное фрезерование, черновую ЭИсО и чистовую ЭИсО, изготовление рабочих колес с формой, близкой к чистовой форме, посредством нанесения дополнительного материала с помощью ХПМ позволяет увеличить производительность примерно в два раза и уменьшить затраты материала на 15%. Кроме этого, нанесение дополнительного материала с помощью ХПМ обеспечивает гибкость и высокую скорость изменения или модификации конструкции рабочего колеса с меньшими затратами по сравнению с обычными способами обработки резанием.
Пример
[0037] Для демонстрации возможности изготовления вращательных изделий посредством нанесения дополнительного материала с помощью ХПМ, был проведен эксперимент по изготовлению рабочего колеса, изображенного на фиг. 5А. Во время указанного эксперимента была использована подложка из нержавеющей стали 304 и система ХПМ, включающая робота (Motoman UP50N), поворотно-наклонный стол (YASKAWA Motopos) и сварочный аппарат ХПМ (Fronius TPS4000 СМТ (до 400А)). Рабочий конец контактного наконечника сварочного аппарата ХПМ был расположен от подложки на расстоянии в диапазоне примерно от 14 до 15 мм. В качестве защитного газа был использован аргон (Ar), смешанный с 5%, по объему, СО2. Была использована сварочная проволока из низколегированной стали ER90S-B3, имеющая диаметр примерно 1.2 мм. Состав материала ER90S-B3 по массе изображен в следующей таблице.
Figure 00000001
[0038] Подробные условия эксперимента и параметры процесса описаны далее.
Сварочный ток: 130 А
Сварочное напряжение: 14,5 В
Скорость подачи проволоки: 4,5 м/мин
Скорость сварки: 0,3 м/мин
Колебание горелки: 5 Гц, с амплитудой 3 мм
Поток защитного газа: 18 л/мин
Толщина слоя: 2 мм
[0039] Как видно на фиг. 5В, путем прикрепления вращательной подложки к поворотно-наклонному столу и вращения вращательной подложки при нанесении проволочного материала слой за слоем по сварочной траектории вращательной подложки с использованием сварочной горелки, за один день первого испытания, было получено рабочее колесо без трещин и пор (изображено на фиг. 5С) с формой, близкой к чистовой форме. Во время указанного процесса периодически производилось прерывание сварки для обеспечения возможности рассеивания теплоты.
[0040] Несмотря на то, что предложенное изобретение проиллюстрировано и описано в типовых вариантах выполнения, оно не ограничивается приведенными подробностями, поскольку могут быть сделаны различные модификации и замены без какого-либо выхода за пределы объема существа предложенного изобретения. По своему существу, другие модификации и эквиваленты раскрытого в настоящем документе изобретения могут быть понятны специалистам в данной области техники при проведении обычных стандартных экспериментов, причем все подобные модификации и эквиваленты попадают в пределы объема правовой охраны и существа предложенного изобретения, определенного далее в пунктах формулы изобретения.

Claims (19)

1. Способ изготовления вращательного изделия, содержащего круговой элемент и размещенные на нем лопатки, ограничивающие по меньшей мере один внутренний проход для потока, причем указанный способ включает этапы, на которых
обеспечивают наличие аппарата сварки с холодным переносом металла, содержащего сварочную горелку,
обеспечивают наличие вращательной подложки, выполненной с возможностью вращения вокруг центральной оси и имеющей периферическую поверхность для нанесения на нее присадочного материала,
обеспечивают наличие цифрового представления указанного вращательного изделия,
определяют сварочную траекторию на указанной вращательной подложке на основании указанного цифрового представления,
наносят, слой за слоем, присадочный металл на поверхность вращательной подложки по сварочной траектории для формования вращательного изделия, причем нанесение каждого слоя включает этапы, на которых
(a) наносят круговую или приблизительно круговую структуру на вращательную подложку при вращении указанной вращательной подложки, и
(b) наносят лопаточную структуру путем перемещения сварочной горелки относительно указанной вращательной подложки вдоль направления, пересекающего круговую или приблизительно круговую структуру, при удержании указанной вращательной подложки без вращения или при вращении вращательной подложки, и
после завершения формирования вращательного изделия отделяют вращательную подложку от вращательного изделия.
2. Способ по п. 1, в котором нанесение каждого слоя дополнительно включает этапы, на которых (c) после выполнения этапа (а) и перед выполнением этапа (b) перемещают сварочную горелку и/или указанную вращательную подложку вдоль или параллельно осевому направлению указанной вращательной подложки,
(d) после выполнения этапа (с) и перед выполнением этапа (b) наносят следующую круговую или приблизительно круговую структуру при вращении указанной вращательной подложки,
(e) после выполнения этапа (b) вращают указанную подложку на заданный угол,
(f) повторяют этапы (b) и (е) до тех пор, пока не будет нанесен каждый слой всех лопаточных структур.
3. Способ по п. 2, в котором на этапе (е) указанную вращательную подложку поворачивают на заданный угол таким образом, чтобы нанести следующую лопаточную структуру смежно с предыдущей лопаточной структурой.
4. Способ по п. 2, в котором на этапе (е) указанную вращательную подложку поворачивают на заданный угол таким образом, чтобы нанести следующую лопаточную структуру напротив или приблизительно напротив предыдущей лопаточной структуры.
5. Способ по п. 1, в котором дополнительно производят чистовую обработку вращательного изделия с помощью электроискровой обработки.
6. Способ по п. 1, в котором охлаждают вращательную подложку и нанесенные на нее элементы путем пропускания охлаждающей текучей среды через отверстие во вращательной подложке.
7. Способ по п. 1, в котором указанный присадочный металл выбирают из группы, включающей углеродистую сталь, легированную сталь, никелевый сплав, титановый сплав и комбинацию перечисленных материалов.
8. Способ по п. 1, в котором указанный присадочный металл во время нанесения подают со скоростью в диапазоне от примерно 3 м/мин до примерно 10 м/мин.
RU2015115957A 2012-11-12 2013-10-31 Способ изготовления вращательного изделия с помощью нанесения сваркой с холодным переносом металла и вращательное изделие, изготовленное указанным образом RU2663914C9 (ru)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210452167.2 2012-11-12
CN201210452167.2A CN103801799B (zh) 2012-11-12 2012-11-12 制造回转件的方法及用该方法制造的回转件
US201210452167.2 2012-11-12
PCT/US2013/067675 WO2014074379A1 (en) 2012-11-12 2013-10-31 Method for manufacturing rotary article by cold metal transfer welding deposition and rotary article as manufactured

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2015115957A RU2015115957A (ru) 2017-01-10
RU2663914C2 true RU2663914C2 (ru) 2018-08-13
RU2663914C9 RU2663914C9 (ru) 2018-10-04

Family

ID=49582823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015115957A RU2663914C9 (ru) 2012-11-12 2013-10-31 Способ изготовления вращательного изделия с помощью нанесения сваркой с холодным переносом металла и вращательное изделие, изготовленное указанным образом

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9981333B2 (ru)
EP (1) EP2919940B1 (ru)
JP (1) JP6340008B2 (ru)
KR (1) KR20150082607A (ru)
CN (2) CN103801799B (ru)
BR (1) BR112015009368B1 (ru)
RU (1) RU2663914C9 (ru)
WO (1) WO2014074379A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2774519C1 (ru) * 2021-01-25 2022-06-21 Вэньчжоу Джинхэ Интеллигент Мануфактуринг Сайнс & Текнолоджи компани ЛТД Вспомогательное устройство для подачи присадочной проволоки в процессе дуговой сварки " холодного переноса металла"

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014205062A1 (de) * 2014-03-19 2015-03-12 Voith Patent Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Pelton-Laufrades
CN104289797A (zh) * 2014-08-20 2015-01-21 青岛尤尼科技有限公司 一种mig快速成形的系统
CN104526115B (zh) * 2014-11-04 2017-01-18 南方增材科技有限公司 核电站压力容器筒体电熔成形方法
CN105127554A (zh) * 2015-09-08 2015-12-09 刘文斌 一种焊丝的送丝方法
DE102016205562A1 (de) 2016-04-05 2017-10-05 Voith Patent Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Laufrades
US10587180B2 (en) * 2016-05-13 2020-03-10 Otis Elevator Company Magnetic elevator drive member and method of manufacture
CA2977751A1 (en) 2016-09-22 2018-03-22 Sulzer Management Ag Method for manufacturing or for repairing a component of a rotary machine as well as a component manufactured or repaired using such a method
CA2977757A1 (en) * 2016-09-22 2018-03-22 Sulzer Management Ag Method for manufacturing or for repairing a component of a rotary machine as well as a component manufactured or repaired using such a method
DE102016120480A1 (de) 2016-10-27 2018-05-03 Man Diesel & Turbo Se Verfahren zum Herstellen eines Strömungsmaschinenlaufrads
CN107150208A (zh) * 2017-05-24 2017-09-12 哈尔滨电机厂有限责任公司 一种机械加工与增材制造相结合的水轮机模型转轮制造方法
JP6964539B2 (ja) 2017-09-15 2021-11-10 株式会社神戸製鋼所 積層造形物及び積層造形物の製造方法
WO2019054423A1 (ja) 2017-09-15 2019-03-21 株式会社神戸製鋼所 積層造形物及び積層造形物の製造方法
CN108188540A (zh) * 2017-12-15 2018-06-22 河南北方红阳机电有限公司 一种筒形低合金超高强钢表面堆铜的cmt焊接方法
CN108161375B (zh) * 2018-02-11 2019-06-14 广汉天空动力机械有限责任公司 一种涡流器组件的加工工艺方法
CN108672898B (zh) * 2018-05-25 2020-06-30 广东美芝制冷设备有限公司 吸气隔热压缩机焊接装配方法
CN108942107A (zh) * 2018-08-15 2018-12-07 哈尔滨电机厂有限责任公司 一种冲击式水轮机转轮的制造方法
CN109530858B (zh) * 2018-12-26 2021-09-07 北京航星机器制造有限公司 一种提高铝合金电弧增材冶金强度的方法
CN110216352B (zh) * 2019-07-26 2021-05-28 南昌航空大学 一种改善电弧增材制造钛合金构件拉伸性能各向异性的方法
CN111283390B (zh) * 2020-03-19 2020-12-25 南昌航空大学 一种柱形阵列支撑双层板冷却结构的制造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4798930A (en) * 1986-04-09 1989-01-17 Sulzer Brothers Limited Process for producing a weld-built member
US5233150A (en) * 1991-01-21 1993-08-03 Sulzer Brothers Limited Method of production of workpieces by welding equipment
RU2074071C1 (ru) * 1993-06-29 1997-02-27 Акционерное общество открытого типа научно-исследовательский институт технологии и организации производства двигателей Способ дуговой сварки неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки и устройство для подачи присадочной проволоки
EP1354658A2 (en) * 2002-04-09 2003-10-22 ROLLS-ROYCE plc Apparatus and method for forming a body
EP2113330A1 (en) * 2008-05-02 2009-11-04 United Technologies Corporation Repaired internal holding structures for gas turbine engine cases and method of repairing the same

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3038708A1 (de) * 1980-10-14 1982-06-16 Thyssen AG vorm. August Thyssen-Hütte, 4100 Duisburg Vorrichtung zum herstellen von zylindrischen werkstuecken grosser abmessungen
DE3422638A1 (de) * 1984-06-19 1985-12-19 M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG, 4200 Oberhausen Verfahren zur herstellung von rotationssymmetrisch raeumlich gekruemmten bauteilen aus schweissgut
CN85102327A (zh) * 1985-04-01 1986-10-15 奥格斯堡纽伦堡机械公司 由焊缝材料制备具有旋转对称的曲面构件
US4842186A (en) * 1987-10-30 1989-06-27 The Babock & Wilcox Company Method and apparatus for building a workpiece by deposit welding
CN2058942U (zh) * 1990-01-12 1990-07-04 中国科学院成都有机化学研究所 一种离心风机低噪音叶轮
US5438755A (en) * 1993-11-17 1995-08-08 Giberson; Melbourne F. Method of making a monolithic shrouded impeller
JP2005054197A (ja) * 2003-03-14 2005-03-03 Yoshio Miyamoto 三次元自由造形法ならびに自由被覆法および装置
AT413659B (de) * 2004-01-26 2006-04-15 Fronius Int Gmbh Schweissdraht-speichervorrichtung
US20060168808A1 (en) 2005-02-03 2006-08-03 United Technologies Corporation Plasma ARC weld repair of IN100 material
AT501995B1 (de) 2005-05-24 2009-07-15 Fronius Int Gmbh Kalt-metall-transfer-schweissverfahren sowie schweissanlage
US7628586B2 (en) * 2005-12-28 2009-12-08 Elliott Company Impeller
US7498543B2 (en) 2006-03-22 2009-03-03 Gm Global Technology Operations, Inc. Method for joining or repairing metal surface parts
AT503469B1 (de) * 2006-04-12 2008-03-15 Fronius Int Gmbh Schweissverfahren
GB2440546A (en) * 2006-08-04 2008-02-06 Rolls Royce Plc Fluid carrying arrangement and its manufacture using a solid freeform fabrication process
DE102006049218A1 (de) * 2006-10-18 2008-04-30 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zum Herstellen eines Gasturbinenbauteils
US8925200B2 (en) * 2008-03-27 2015-01-06 United Technologies Corporation Method for repairing an airfoil
US8257039B2 (en) * 2008-05-02 2012-09-04 United Technologies Corporation Gas turbine engine case with replaced flange and method of repairing the same using cold metal transfer
FR2931714B1 (fr) * 2008-05-30 2010-06-25 Snecma Construction d'une partie d'une piece metallique par le procede mig avec courant et fil pulses
CN101779035A (zh) * 2008-07-25 2010-07-14 湾流科技公司 从水下水流产生电能的装置和方法
US9321116B2 (en) 2009-03-05 2016-04-26 United Technologies Corporation Cold metal transfer gas metal arc welding apparatus and method of operation
US8240046B2 (en) 2009-03-24 2012-08-14 General Electric Company Methods for making near net shape airfoil leading edge protection
CN102052342B (zh) 2009-10-29 2013-02-13 北京有色金属研究总院 一种钛合金整体叶片盘的制造方法
JP2013513055A (ja) * 2009-11-30 2013-04-18 スネクマ タービンエンジンブレード用の金属補強材の製造方法
WO2011109567A1 (en) 2010-03-02 2011-09-09 Thomas Yuschak Welded, laminated apparatus, methods of making, and methods of using the apparatus
CN102398093B (zh) * 2010-09-14 2014-09-24 通用电气公司 加工系统和方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4798930A (en) * 1986-04-09 1989-01-17 Sulzer Brothers Limited Process for producing a weld-built member
US5233150A (en) * 1991-01-21 1993-08-03 Sulzer Brothers Limited Method of production of workpieces by welding equipment
RU2074071C1 (ru) * 1993-06-29 1997-02-27 Акционерное общество открытого типа научно-исследовательский институт технологии и организации производства двигателей Способ дуговой сварки неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки и устройство для подачи присадочной проволоки
EP1354658A2 (en) * 2002-04-09 2003-10-22 ROLLS-ROYCE plc Apparatus and method for forming a body
EP2113330A1 (en) * 2008-05-02 2009-11-04 United Technologies Corporation Repaired internal holding structures for gas turbine engine cases and method of repairing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2774519C1 (ru) * 2021-01-25 2022-06-21 Вэньчжоу Джинхэ Интеллигент Мануфактуринг Сайнс & Текнолоджи компани ЛТД Вспомогательное устройство для подачи присадочной проволоки в процессе дуговой сварки " холодного переноса металла"

Also Published As

Publication number Publication date
CN104797370A (zh) 2015-07-22
RU2015115957A (ru) 2017-01-10
US9981333B2 (en) 2018-05-29
RU2663914C9 (ru) 2018-10-04
CN103801799A (zh) 2014-05-21
JP2016504194A (ja) 2016-02-12
JP6340008B2 (ja) 2018-06-06
US20160297024A1 (en) 2016-10-13
KR20150082607A (ko) 2015-07-15
BR112015009368B1 (pt) 2019-09-24
EP2919940B1 (en) 2024-01-31
EP2919940A1 (en) 2015-09-23
CN103801799B (zh) 2017-11-21
WO2014074379A1 (en) 2014-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2663914C2 (ru) Способ изготовления вращательного изделия с помощью нанесения сваркой с холодным переносом металла и вращательное изделие, изготовленное указанным образом
US20210039194A1 (en) Method of manufacturing a component of a rotary machine and component manufactured using said method
EP1688211B1 (en) Plasma arc weld repair of high nickel metal alloys
CN102953828B (zh) 带有冷却通道的构件和制造方法
CN102825426B (zh) 使用多种填料制造涂覆部件的方法
US6787728B2 (en) Method and apparatus for near net shape rapid rough electromachining for blisks
CN103056604A (zh) 具有激光熔覆的部件以及制造方法
RU2515869C2 (ru) Сотовое уплотнение и способ его изготовления
CN107866662B (zh) 制造或修理旋转机械部件的方法及用其制造或修理的部件
CN103752965A (zh) 可直线与旋转复合进给的整体叶盘电解加工工具及方法
CN102839993B (zh) 具有冷却通道的部件及其制造方法
CN107931759B (zh) 一种内喷式阴极电解铣削加工装置
US20170274451A1 (en) Electrochemical machining inner contours of gas turbine engine components
CN109890558B (zh) 用于生产涡轮机叶轮的方法
JP2014177938A (ja) マイクロ冷却レーザ堆積材料層を備えた構成要素並びにその製造方法
CN102785058A (zh) 具有精确表面通道的部件和混合加工方法
CN104532236A (zh) 核电站稳压器筒体电熔成形方法
JP2016223766A (ja) 表面冷却チャンネルを有するタービン構成要素及びその形成方法
US9023188B2 (en) Component production method
KR20200021942A (ko) 내부 코팅부를 위한 플라즈마 코팅 랜스
EP2705925B1 (en) Method of enhancing wear resistance of the centrifugal pump parts
CN105296941B (zh) 一种镍基管状阴极靶材的制备及在真空电弧镀涂镀的应用
Wang et al. The high-energy micro-arc spark–computer numerical control deposition of planar NURBS curve coatings
KR102466909B1 (ko) 회전 기계의 부품을 제조하거나 수리하기 위한 방법 및 이러한 방법을 사용해 제조되었거나 수리된 부품
RU2386720C1 (ru) Способ электродуговой металлизации

Legal Events

Date Code Title Description
TH4A Reissue of patent specification
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL 23-2018 FOR INID CODE(S) D N