RU2687855C1 - Method for manufacture of gas turbine engine mono-wheel - Google Patents

Method for manufacture of gas turbine engine mono-wheel Download PDF

Info

Publication number
RU2687855C1
RU2687855C1 RU2018115015A RU2018115015A RU2687855C1 RU 2687855 C1 RU2687855 C1 RU 2687855C1 RU 2018115015 A RU2018115015 A RU 2018115015A RU 2018115015 A RU2018115015 A RU 2018115015A RU 2687855 C1 RU2687855 C1 RU 2687855C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bling
blades
welding
disc
disk
Prior art date
Application number
RU2018115015A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Кузьмич Бердин
Николай Валерьевич Бердин
Василий Васильевич Лукьянов
Ирик Усманович Манапов
Original Assignee
Научно-производственная ассоциация "Технопарк Авиационных Технологий"
Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение"
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 Научно-производственная ассоциация "Технопарк Авиационных Технологий", Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" filed Critical Научно-производственная ассоциация "Технопарк Авиационных Технологий"
Priority to RU2018115015A priority Critical patent/RU2687855C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2687855C1 publication Critical patent/RU2687855C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/04—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a rolling mill
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/02—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to soldering or welding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/34—Rotor-blade aggregates of unitary construction, e.g. formed of sheet laminae

Abstract

FIELD: engines and pumps.SUBSTANCE: invention relates to aircraft engine building and can be used in production of mono-wheels used in rotors of gas turbine engines. Method comprises making hollow blades with formation of airfoil profile and locking part, process ring and disc, welding of blades with process ring to form bling, thereafter, the bling and the disc are machined to produce matched surfaces. Bling is assembled with the disc along the matched surfaces; vacuum is created in the cavity formed between them and sealed. Then pressure bling with disc is produced to form mono-wheel. Blades are subjected to thermal straightening and final machining of mono-wheel, including removal of process ring and formation of inter-blade space and path section. Welding of blades with process ring to form bling can be performed by electron-beam welding. Cavity formed by the combined surfaces of the bling and the disc can be scorched by argon-arc welding along the end surfaces of the bling and disc and create a vacuum in it with residual pressure of not more than 10 Pa, then sealed. Final welding of the bling with the disc can be performed in an autoclave at a temperature range Tpp – (50…60) °C, where Tpp is the temperature of the phase transition of material of blades, at welding pressure 3.0…5.0 MPa and welding time 2.0…4.0 hours. Vane thermal treatment can be performed in temperature range 600…650 °C for 1.0…2.0 hours. According to the invention, the blades and disc are made from titanium alloys BT6 and BT8, respectively.EFFECT: proposed invention allows to reduce weight of mono-wheel and labor intensity of its manufacturing with simultaneous improvement of quality of welded mono-wheel; improving dynamic and cyclic strength of material of blades and disc in welding zone.6 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области авиадвигателестроения и может быть использовано при изготовлении моноколес, применяемых в роторах газотурбинных двигателей.The invention relates to the field of aircraft engine construction and can be used in the manufacture of monowheels used in the rotors of gas turbine engines.

Известны способы изготовления моноколес турбомашин, заключающиеся в присоединении лопаток к диску посредством сварки плавлением, например, с использованием лазерного луча (US 2007017906, МПК B23K 26/20, опубл.2007 г.) или электронного луча (RU 2395376, МПК B23K 15/00, опубл.2010 г.).Known methods for manufacturing monowheels of turbomachines, which consist in attaching blades to the disk by fusion welding, for example, using a laser beam (US 2007017906, IPC B23K 26/20, published 2007) or an electron beam (RU 2395376, IPC B23K 15/00 , publ.2010).

Недостатком данных способов является образование сварного шва, представляющего собой литую крупнозернистую структуру самого шва и околошовной зоны, которые имеет малую пластичность и, соответственно, низкие значения прочностных характеристик, снижающих надежность, долговечность конструкции моноколеса и газотурбинного двигателя в целом.The disadvantage of these methods is the formation of a weld, which is a cast coarse-grained structure of the weld and heat-affected zone, which has low ductility and, accordingly, low values of strength characteristics, reducing the reliability and durability of the design of the monowheel and the gas turbine engine as a whole.

Известен способ производства моноколес турбомашин из титановых сплавов линейной сваркой трением, при котором предварительно изготовленные детали (лопатки и диск) вводят в контакт между собой с определенным усилием прижима и осуществляют их взаимное перемещение для получения нагрева между свариваемыми поверхностями, а после необходимого разогрева - осуществляют сдавливание (осадку) деталей до определенной величины (RU 2456143, МПК B23K 20/12, опубл. 20.06.2012 г.).A known method for the production of turbomachine monowheels from titanium alloys by linear friction welding, in which prefabricated parts (blades and a disk) are brought into contact with each other with a certain pressing force and carry out their mutual displacement to obtain heating between the surfaces being welded, and after the necessary heating, they are squeezed (draft) details to a certain value (RU 2456143, IPC B23K 20/12, publ. 20.06.2012,).

Недостатком данного способа является сложность выполнения ориентации лопаток относительно диска перед линейной сваркой трением с обеспечением требуемой точности позиционирования друг относительно друга, т.к.лопатки базируются не за одну, а за несколько установок, определяемых количеством лопаток в диске. Выполнение сдавливания лопаток и диска на завершающем этапе сварки увеличивает отклонения от первоначального положения за счет больших пластических деформаций.The disadvantage of this method is the complexity of the orientation of the blades relative to the disk before linear friction welding with ensuring the required positioning accuracy relative to each other, because the rollers are not based on one, but on several installations, determined by the number of blades in the disk. Performing squeezing the blades and the disk at the final stage of welding increases the deviations from the initial position due to large plastic deformations.

Другим недостатком способа является пониженная долговечность работы моноколеса, вызванная низким значением предела выносливости материала лопаток в сварном соединении, что является следствием неоднородности микроструктуры в сварном соединении и околошовной зоне, которая формируется в результате локального разогрева свариваемого материала, практически до верхних границ однофазной α-области и высокими скоростями охлаждения сравнительно тонких лопаток по завершению процесса линейной сварки трения.Another disadvantage of this method is the reduced durability of the monocar due to the low fatigue strength of the blade material in the welded joint, which is a consequence of the heterogeneity of the microstructure in the welded joint and the heat-affected zone, which is formed as a result of local heating of the welded material to the upper limits of the single-phase α-region and high cooling rates of relatively thin blades to complete the process of linear friction welding.

Известен способ изготовления интегрального блиска с неохлаждаемыми рабочими лопатками для газотурбинного двигателя, по которому отдельные лопатки, выполненные из одного металлического сплава, соединяют с дисковой частью, выполненной из другого металлического сплава. Отдельные лопатки соединяют с дисковой частью в единую деталь горячим изостатическим прессованием в зоне примерно равной длительной прочности этих сплавов, область которой определяют предварительно, например, по кривым длительной прочности Ларсона-Миллера. Профильную часть, трактовую полку и часть ножки выше указанной зоны любой из лопаток располагают вне зоны воздействия горячего изостатического прессования, а другую часть ножки и дисковую часть капсулируют и размещают в зоне его воздействия. Ножки лопаток совмещают с диском, преимущественно встык (RU 2467177, МПК F01D 6/34, опубл. 20.11.2012 г.).A known method of manufacturing an integral blisk with uncooled rotor blades for a gas turbine engine, in which individual blades made of one metal alloy are connected to a disk part made of another metal alloy. Individual blades are combined with a disk part into a single piece by hot isostatic pressing in a zone approximately equal to the long-term strength of these alloys, the region of which is determined in advance, for example, from the Larson-Miller long-term strength curves. The profile part, the tract shelf and the leg part above the indicated zone are placed in any of the blades outside the zone of influence of hot isostatic pressing, and the other part of the leg and the disk portion are encapsulated and placed in the zone of its influence. The legs of the blades are combined with a disk, mainly end-to-end (RU 2467177, IPC F01D 6/34, publ. 20.11.2012).

Основные недостатки способа связаны с использованием метода локального горячего изостатического прессования (ГИП), которое, с одной стороны, увеличивает поле отклонения размеров лопаток от номинальных на 2…3 мм, а с другой - не обеспечивает требуемое качество получаемого сварного соединения, ввиду невозможности создания необходимой для сварки глубины вакуума в создаваемой капсуле. Перечисленные недостатки являются причиной, по которой данный способ не может быть использован для изготовления моноколес с полыми лопатками из титановых сплавов, которые позволяют существенно снизить вес моноколеса. Другим недостатком способа является его высокая трудоемкость, вызванная необходимостью изготовления капсулы для выполнения локального ГИП.The main drawbacks of the method are associated with the use of local hot isostatic pressing (HIP), which, on the one hand, increases the field of deviation of blade sizes from nominal by 2 ... 3 mm, and on the other hand, does not ensure the required quality of the welded joint obtained, since it is impossible to create the required for welding the depth of vacuum in the created capsule. These disadvantages are the reason why this method cannot be used for the manufacture of monowheels with hollow blades of titanium alloys, which can significantly reduce the weight of the monowheel. Another disadvantage of this method is its high complexity, caused by the need to manufacture a capsule to perform a local ISU.

Задачей изобретения является снижение веса моноколеса и трудоемкости изготовления.The objective of the invention is to reduce the weight of the monowheel and the complexity of manufacturing.

Техническим результатом является повышение качества сварного моноколеса за счет исключения дефектов макро и микроструктуры в зоне сварки лопаток и диска, благодаря использованию удаляемого после сварки технологического кольца, и как следствие, повышение динамической и циклической прочности материала лопаток и диска в зоне сварки.The technical result is to improve the quality of the welded mono-wheel due to the elimination of macro and microstructure defects in the welding zone of the blades and disk due to the use of a technological ring removed after welding, and as a result, an increase in the dynamic and cyclic strength of the material of the blades and disk in the welding zone.

Задача решается, а технический результат достигается способом изготовления моноколеса газотурбинного двигателя из титановых сплавов, включающим изготовление полых лопаток с образованием аэродинамического профиля пера и замковой части, технологического кольца и диска, сварку лопаток с технологическим кольцом с образованием блинга, механическую обработку блинга и диска для получения совмещаемых поверхностей, сборку блинга с диском по совмещаемым поверхностям, причем в полости, образуемой между ними, создают вакуум и герметизируют ее, после чего осуществляют сварку давлением блинга с диском для образования моноколеса, термическую правку лопаток и заключительную механическую обработку моноколеса, включающую удаление технологического кольца и формирование межлопаточного пространства и трактовой части.The task is solved, and the technical result is achieved by a method of manufacturing a monowheel of a gas turbine engine from titanium alloys, including the manufacture of hollow blades with the formation of the aerodynamic profile of a feather and locking part, a technological ring and a disk, welding blades with a technological ring with the formation of a bling, machining of the bling and disk to obtain combining surfaces, assembling a bling with a disk along the surfaces to be combined, and creating a vacuum in the cavity formed between them, and sealing it, after which they carry out pressure welding of a bling with a disk to form a monowheel, thermal straightening of the blades and final machining of the monowheel, including the removal of the technological ring and the formation of interscapular space and tract section.

Согласно изобретению сварку лопаток с технологическим кольцом с образованием блинга выполняют электронно-лучевой сваркой.According to the invention, the welding of blades with a technological ring with the formation of a bling is performed by electron beam welding.

Согласно изобретению полость, образуемую совмещаемыми поверхностями блинга и диска, обваривают аргонодуговой сваркой по торцевым поверхностям блинга и диска, создают в ней вакуум остаточным давлением не выше 10-1 Па и герметизируют.According to the invention, the cavity formed by the combining surfaces of the bling and the disk is scalded with argon-arc welding over the end surfaces of the bling and the disk, vacuum is created in it with a residual pressure of no more than 10 -1 Pa and sealed.

Согласно изобретению окончательную сварку блинга с диском выполняют в автоклаве, в температурном интервале Тпп - (50…60)°С, где Тпп - температура фазового перехода материала лопаток, сварочном давлении 3,0…5,0 МПа и временем сварки 2,0…4,0 часа.According to the invention, the final welding of the bling with a disk is performed in an autoclave, in the temperature range of the TPP - (50 ... 60) ° C, where TPP is the phase transition temperature of the blade material, the welding pressure is 3.0 ... 5.0 MPa and the welding time is 2.0 ... 4.0 hours

Согласно изобретению термическую правку лопаток выполняют в температурном интервале 600…650°С в течение 1,0…2,0 часов.According to the invention, thermal dressing of the blades is performed in the temperature range of 600 ... 650 ° C for 1.0 ... 2.0 hours.

Согласно изобретению лопатки и диск изготавливают соответственно из титановых сплавов ВТ6 и ВТ8.According to the invention, the blades and the disk are made of titanium alloys VT6 and VT8, respectively.

Технический результат достигается благодаря следующему.The technical result is achieved due to the following.

Изготовление моноколес из титановых сплавов сваркой давлением позволяет повысить качество сварного соединения в результате исключения типовых дефектов сварного соединения. Самым серьезным из них являются подрезы, расположенные по периметру свариваемых объектов - как результат проявления краевого эффекта. Эти дефекты относятся к классу макро-дефектов сварного соединения. Размеры дефектов увеличиваются с увеличением степени деформации свариваемых объектов вблизи сварного соединения, что характерно для сварки давлением. Поэтому применение технологического кольца позволяет вывести дефекты в технологическую область, расположенную на торце сварного моноколеса, которая удаляется при последующей механической обработке.The manufacture of monocodes from titanium alloys by pressure welding can improve the quality of the welded joint as a result of the elimination of typical defects of the welded joint. The most serious of these are undercuts, located along the perimeter of the welded objects - as a result of the manifestation of the edge effect. These defects belong to the class of macro-defects of the welded joint. The sizes of defects increase with an increase in the degree of deformation of the welded objects near the welded joint, which is typical for pressure welding. Therefore, the use of the technological ring allows you to remove defects in the technological area, located at the end of the welded monowheel, which is removed during subsequent machining.

Дефекты сварного соединения микроуровня - поры, несплошности, структурная и фазовая неоднородность, исключаются в результате применения сварки давлением, которая выполняется в автоклаве по температурно-временному и силовому режиму, обеспечивающему оптимальные условия на всех этапах формирования твердофазного соединения. Первый этап -активация свариваемой поверхности по предложенному способу начинает осуществляться в результате протекания процесса вакуумирования в замкнутом объеме между свариваемыми поверхностями при нагреве. В результате того, что диск и блинг совмещают по скользящей посадке и далее обваривают, величина объема замкнутого пространства между свариваемыми поверхностями становится значительно меньше, чем площадь свариваемой поверхности. Поэтому при нагреве титана и сплавов на его основе до температуры выполнения сварки давлением, его способность растворять оксиды на свободной поверхности, а также способность титана адсорбировать кислород из окружающей атмосферы позволяют быстро достичь в замкнутой полости между свариваемыми поверхностями глубокого вакуума с остаточным давлением ~(10-4…10-5) Па при начальном его уровне до нагрева - 10-1 Па. Приложение к свариваемым объектам внешнего сжимающего давления приводит пластическому течению материала диска и блинга, что усиливает эффект активации свариваемых поверхностей за счет выхода на свариваемую поверхность подвижных дислокаций и обеспечивает формирование физического контакта уже активированных поверхностей. Происходит исчезновение свободных поверхностей с одновременным образованием физической границы раздела между свариваемыми объектами, которые далее превращаются в ансамбли полноценных межзеренных и межфазных границ микроструктуры свариваемых материалов. Дальнейшая выдержка свариваемых объектов в условиях высокотемпературного всестороннего сжатия обеспечивает залечивание микропор, несплошностей и релаксацию внутренних напряжений на границе перехода от одного материала к другому, например при сварке диска и лопаток из титановых сплавов ВТ8 и ВТ6.Microlevel welded joint defects - pores, discontinuities, structural and phase heterogeneity, are excluded as a result of pressure welding, which is performed in an autoclave with temperature-time and force conditions that provide optimal conditions at all stages of the formation of a solid-phase compound. The first stage, the activation of the welded surface according to the proposed method, starts as a result of the vacuum process in a closed volume between the surfaces being welded during heating. As a result of the fact that the disk and the bling are combined along a sliding fit and then scalded, the volume of the closed space between the surfaces being welded becomes much smaller than the area of the surface being welded. Therefore, when titanium and alloys based on it are heated to the temperature of pressure welding, its ability to dissolve oxides on the free surface, as well as the ability of titanium to adsorb oxygen from the surrounding atmosphere, can quickly be achieved in a closed cavity between the welded surfaces of a high vacuum with a residual pressure of ~ (10 - 4 ... 10 -5 ) Pa at its initial level before heating - 10 -1 Pa. The application of external compressive pressure to the objects to be welded leads to plastic flow of the disk material and bling, which enhances the activation effect of the welded surfaces due to the exit of moving dislocations to the welded surface and ensures the formation of physical contact of already activated surfaces. Free surfaces disappear with the simultaneous formation of a physical interface between the objects being welded, which then turn into ensembles of full-grain intergranular and interphase boundaries of the microstructure of the materials being welded. Further exposure of the objects to be welded under conditions of high-temperature all-round compression provides healing of micropores, discontinuities and relaxation of internal stresses at the boundary from one material to another, for example, when welding a disk and blades made of titanium alloys VT8 and VT6.

Сущность изобретения поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

на фиг. 1 представлен эскиз лопаток для получения моноколеса;in fig. 1 is a sketch of the blades for obtaining monowheels;

на фиг. 2 представлен эскиз фрагмента технологического кольца для получения моноколеса;in fig. 2 shows a sketch of a fragment of a technological ring for producing monowheels;

на фиг. 3 представлен эскиз фрагмента сварного блинга (технологическое кольцо с лопатками) для получения моноколеса;in fig. 3 shows a sketch of a fragment of a welded bling (technological ring with blades) for producing monowheels;

на фиг. 4 представлен эскиз фрагмента сварного блинга и диска;in fig. 4 shows a sketch of a fragment of a welded bling and a disk;

на фиг. 5 представлен эскиз фрагмента обработанного моноколеса;in fig. 5 is a sketch of a fragment of the treated monowheel;

на фиг. 6 представлен общий вид готового моноколеса.in fig. 6 presents a general view of the finished monocolice.

На фигурах обозначено: 1 - аэродинамический профиль (перо) лопатки, 2 - замковая часть лопатки, 3 - фрагмент технологического кольца с окнами 4 для замковой части лопаток, 5 - фрагмент блинга; 6 - фрагмент диска, 7 - фрагмент окончательно обработанного моноколеса, 8 - межлопаточное пространство, 9 - трактовая часть.In the figures it is indicated: 1 - the aerodynamic profile (feather) of the blade, 2 - the castle part of the blade, 3 - a fragment of the technological ring with windows 4 for the castle part of the blades, 5 - a fragment of the bling; 6 is a disk fragment, 7 is a fragment of the finally processed monowheel, 8 is an interscapular space, 9 is a path part.

Способ изготовления моноколеса газотурбинного двигателя осуществляют следующим образом.A method of manufacturing a monowheel of a gas turbine engine is as follows.

Изготавливают лопатки из титанового сплава с окончательно образованным аэродинамическим профилем пера 1 и развитой замковой частью 2, технологическое кольцо 3 из титанового сплава и диск 6 из титанового сплава. В технологическом кольце 3 выполняют окна 4, в которые развитой замковой частью 2 устанавливают лопатки 1. Затем центрируют их относительно друг друга и фиксируют. Места соединения лопаток с технологическим кольцом обваривают электронно-лучевой сваркой (ЭЛС), получая блинг 5. После выполнения ЭЛС внутреннюю поверхность технологического кольца 3 и блинга 5 (свободную от лопаток) механически обрабатывают по форме и размеру соответствующей внешней поверхности диска 6. Далее диск устанавливают в блинг, совмещая по обработанным поверхностям. Со стороны торцев диска 6 и блинга 5 место выхода совмещаемых поверхностей обваривают герметичным швом, предварительно создав в полости между совмещенными поверхностями вакуум глубиной не выше 10-1 Па.The blades are made of a titanium alloy with a finally formed aerodynamic profile of a feather 1 and a developed castle part 2, a technological ring 3 made of a titanium alloy and a disk 6 of a titanium alloy. In the technological ring 3 perform the window 4, in which the developed castle part 2 install blades 1. Then center them relative to each other and fix. The blades with technological ring are welded by electron beam welding (EBL), getting bling 5. After performing the EBL, the inner surface of the technological ring 3 and the bling 5 (free from the blades) are mechanically processed according to the shape and size of the corresponding outer surface of the disc 6. Next, the disc is installed in bling, combining on treated surfaces. From the ends of the disk 6 and the bling 5, the exit point of the surfaces to be put together is sealed with an airtight seam, after creating a vacuum of no more than 10 -1 Pa in the cavity between the combined surfaces.

Полученную сборку помещают в автоклав и сваривают сваркой давлением в температурном интервале Тпп - (50…60°С), где Тпп - температура (α+β)→β фазового перехода материала лопаток, сварочном давлении 3,0…5,0 МПа и временем сварки 2,0…4,0 часа, Интервалы температур, давления и времени сварки выбирают исходя из требуемой конструктивной прочности моноколеса.The resulting assembly is placed in an autoclave and is welded by pressure welding in the temperature range of the TPP - (50 ... 60 ° C), where TPP is the temperature (α + β) → β of the phase transition of the blade material, welding pressure 3.0 ... 5.0 MPa and time Welding 2.0 ... 4.0 hours. The intervals of temperatures, pressure and welding time are selected based on the required structural strength of the single-wheel.

После сварки полученную заготовку моноколеса 7 подвергают термической правке в интервале температур 600…650°С в течение 1,0…2,0 часов.After welding, the resulting billet of the monowheel 7 is subjected to thermal straightening in the temperature range of 600 ... 650 ° C for 1.0 ... 2.0 hours.

После термической правки заготовку моноколеса 7 механически обрабатывают, удаляя технологическое кольцо, и формируя межлопаточное пространство 8, трактовую часть 9. Получают окончательно обработанное моноколесо 7.After thermal straightening, the billet of the monowheel 7 is mechanically processed, removing the technological ring, and forming the interscapular space 8, the tract part 9. A final machined monowheel 7 is obtained.

Пример конкретного исполнения. An example of a specific implementation.

Изготавливали лопатки из титанового сплава ВТ6 с окончательно образованным аэродинамическим профилем пера 1 и развитой замковой частью 2. С целью снижения затрат, технологическое кольцо 3 изготавливали из титанового сплава ВТ 1-0. Диск 6 изготавливали из титанового сплава ВТ8. В технологическом кольце 3 методом гидроабразивной резки и последующей механической обработки выполняли окна 4 по размеру соответствующей развитой замковой части лопаток 2. В окна развитой замковой частью 2 вставляли лопатки 1 с зазором не более 0,05…0,15 мм. Далее лопатки центрировали друг относительно друга и фиксировали прихваткой аргонодуговой сваркой. Места соединения лопаток с технологическим кольцом обваривали электронно-лучевой сваркой и получали блинг 5. После электронно-лучевой сварки внутреннюю поверхность блинга 5 механически обрабатывали по размеру внешней поверхности диска 6 с допуском на скользящую посадку. Затем диск 6 вставляли в блинг 5. Со стороны торцев диска и блинга совмещенные поверхности, образующие полость, обваривали аргонодуговой сваркой. В полости создавали вакуум с остаточным давлением 10-2 Па, после чего ее герметизировали.The blades were made of a titanium VT6 alloy with a finally formed aerodynamic profile of a feather 1 and a developed castle part 2. In order to reduce costs, the technological ring 3 was made of a titanium alloy VT 1-0. The disk 6 was made of titanium alloy VT8. In the process ring 3, the windows 4 were made by the method of hydroabrasive cutting and subsequent machining according to the size of the corresponding developed lock part of the blades 2. The blades 1 were inserted into the window by the developed lock part 2 with a gap of no more than 0.05 ... 0.15 mm. Next, the blades were centered relative to each other and fixed by tacking argon-arc welding. The junction points of the blades with the technological ring were welded by electron beam welding and bling 5 was obtained. After electron beam welding, the inner surface of the bling 5 was mechanically processed to the size of the outer surface of the disk 6 with a tolerance for a sliding fit. Then the disk 6 was inserted into the bling 5. From the ends of the disk and the bling, the combined surfaces forming the cavity were welded with argon-arc welding. A vacuum with a residual pressure of 10 -2 Pa was created in the cavity, after which it was sealed.

Полученную сборку устанавливали в автоклав и сваривали сваркой давлением при температуре 930°С, сварочном давлении не менее 4,0 МПа в течение 3,0 часов, что обеспечивало пластическую деформацию 1…2%.The resulting assembly was installed in an autoclave and welded by pressure welding at a temperature of 930 ° C and a welding pressure of at least 4.0 MPa for 3.0 hours, which ensured plastic deformation of 1 ... 2%.

После сварки выполняли термическую правку лопаток моноколеса при температуре 650°С в течение 2 часов, затем заготовку моноколеса механически обрабатывали, удаляя технологическое кольцо и, формируя межлопаточное пространство 8 и трактовую часть 9. После механической обработки получали моноколесо 7.After welding, thermal straightening of the monowheel blades was performed at a temperature of 650 ° C for 2 hours, then the billet of the monowheel was machined, removing the process ring and forming the interscapular space 8 and the path part 9. After machining, a monowheel 7 was obtained.

Аналогичным образом изготавливали моноколеса с полыми лопатками, у которых внутренняя полость сообщалась с внешней атмосферой посредством выполненных в торцах лопаток отверстий.Similarly, monowheels with hollow vanes were made, in which the internal cavity communicated with the external atmosphere by means of holes made in the ends of the blades.

Анализ проведенных результатов испытаний показал, что применение сварки давлением в автоклаве для соединения лопаток и диска в соответствии с заявляемым изобретением позволило повысить качество сварного моноколеса за счет повышения предела усталости сварного соединения до уровня 450…460 МПа на базе 10 циклов, снизило трудоемкость изготовления за счет исключения изготовления герметичной капсулы, а при использовании полых лопаток из титановых сплавов для изготовления моноколеса, снизило его вес на ~3,0 кг по сравнению с вариантом сварки лопаток и диска методом линейной сварки трением.Analysis of the test results showed that the use of pressure welding in an autoclave to connect blades and a disc in accordance with the claimed invention improved the quality of the welded monowheel by increasing the fatigue limit of the welded joint to the level of 450 ... 460 MPa based on 10 cycles, reduced the labor intensity of manufacturing due to exceptions to the manufacture of a sealed capsule, and when using hollow blades of titanium alloys for the manufacture of a monowheel, reduced its weight by ~ 3.0 kg compared with the welding option ATOC and disc by linear friction welding.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет снизить вес моноколеса и трудоемкость его изготовления с одновременным повышением качества сварного моноколеса.Thus, the proposed invention allows to reduce the weight of the monowheel and the complexity of its manufacture while improving the quality of the welded monowheel.

Claims (6)

1. Способ изготовления моноколеса газотурбинного двигателя из титановых сплавов, включающий изготовление полых лопаток с образованием аэродинамического профиля пера и замковой части, технологического кольца и диска, сварку лопаток с технологическим кольцом с образованием блинга, механическую обработку блинга и диска для получения совмещаемых поверхностей, сборку блинга с диском по совмещаемым поверхностям, причем в полости, образуемой между ними, создают вакуум и герметизируют ее, после чего осуществляют сварку давлением блинга с диском для образования моноколеса, термическую правку лопаток и заключительную механическую обработку моноколеса, включающую удаление технологического кольца и формирование межлопаточного пространства и трактовой части.1. A method of manufacturing a monowheel of a gas turbine engine from titanium alloys, including the manufacture of hollow blades with the formation of the aerodynamic profile of a feather and locking part, a technological ring and a disk, welding blades with a technological ring with the formation of a bling, mechanical machining of the bling and a disk to obtain compatible surfaces, assembly of the bling with the disk on the surfaces to be combined, and in the cavity formed between them, create a vacuum and seal it, after which they carry out the welding by pressure of the bling with the dis a lump for the formation of a monowheel, a thermal dressing of the blades and the final machining of the monowheel, including the removal of the technological ring and the formation of the interscapular space and tract part. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сварку лопаток с технологическим кольцом с образованием блинга выполняют электронно-лучевой сваркой.2. The method according to p. 1, characterized in that the welding of the blades with the technological ring with the formation of a bling perform electron beam welding. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полость, образуемую совмещаемыми поверхностями блинга и диска, обваривают аргонодуговой сваркой по торцевым поверхностям блинга и диска, создают в ней вакуум остаточным давлением не выше 10-1 Па и герметизируют.3. The method according to p. 1, characterized in that the cavity formed by the combined surfaces of the bling and the disk, scald argon-arc welding on the end surfaces of the bling and the disk, create a vacuum in it with a residual pressure not exceeding 10 -1 Pa and seal. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что окончательную сварку блинга с диском выполняют в автоклаве, в температурном интервале Тпп - (50…60)°С, где Тпп - температура фазового перехода материала лопаток, при сварочном давлении 3,0…5,0 МПа и времени сварки 2,0…4,0 часа.4. The method according to p. 1, characterized in that the final welding of the bling with the disk is performed in an autoclave, in the temperature range of the TPP - (50 ... 60) ° C, where TPP is the phase transition temperature of the material of the blades, with a welding pressure of 3.0 ... 5.0 MPa and welding time 2.0 ... 4.0 hours. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термическую правку лопаток выполняют в температурном интервале 600…650°С в течение 1,0…2,0 часов.5. The method according to p. 1, characterized in that the thermal straightening of the blades is performed in the temperature range of 600 ... 650 ° C for 1.0 ... 2.0 hours. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что лопатки и диск изготавливают соответственно из титановых сплавов ВТ6 и ВТ8.6. The method according to p. 1, characterized in that the blades and the disk are made, respectively, of titanium alloys VT6 and VT8.
RU2018115015A 2018-04-23 2018-04-23 Method for manufacture of gas turbine engine mono-wheel RU2687855C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018115015A RU2687855C1 (en) 2018-04-23 2018-04-23 Method for manufacture of gas turbine engine mono-wheel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018115015A RU2687855C1 (en) 2018-04-23 2018-04-23 Method for manufacture of gas turbine engine mono-wheel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2687855C1 true RU2687855C1 (en) 2019-05-16

Family

ID=66578967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018115015A RU2687855C1 (en) 2018-04-23 2018-04-23 Method for manufacture of gas turbine engine mono-wheel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2687855C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU461137A1 (en) * 1972-09-11 1975-02-25 Предприятие П/Я М-5841 The method of heat treatment of products
US4152816A (en) * 1977-06-06 1979-05-08 General Motors Corporation Method of manufacturing a hybrid turbine rotor
US4796343A (en) * 1986-08-01 1989-01-10 Rolls-Royce Plc Gas turbine engine rotor assembly
US5593085A (en) * 1995-03-22 1997-01-14 Solar Turbines Incorporated Method of manufacturing an impeller assembly
US8408446B1 (en) * 2012-02-13 2013-04-02 Honeywell International Inc. Methods and tooling assemblies for the manufacture of metallurgically-consolidated turbine engine components
US9724780B2 (en) * 2014-06-05 2017-08-08 Honeywell International Inc. Dual alloy turbine rotors and methods for manufacturing the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU461137A1 (en) * 1972-09-11 1975-02-25 Предприятие П/Я М-5841 The method of heat treatment of products
US4152816A (en) * 1977-06-06 1979-05-08 General Motors Corporation Method of manufacturing a hybrid turbine rotor
US4796343A (en) * 1986-08-01 1989-01-10 Rolls-Royce Plc Gas turbine engine rotor assembly
US5593085A (en) * 1995-03-22 1997-01-14 Solar Turbines Incorporated Method of manufacturing an impeller assembly
US8408446B1 (en) * 2012-02-13 2013-04-02 Honeywell International Inc. Methods and tooling assemblies for the manufacture of metallurgically-consolidated turbine engine components
US9724780B2 (en) * 2014-06-05 2017-08-08 Honeywell International Inc. Dual alloy turbine rotors and methods for manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4353981B2 (en) Method of joining a blade to a blade root or rotor disk when manufacturing or repairing a gas turbine blade or blade-integrated gas turbine rotor
US9950388B2 (en) Method of producing an integrally bladed rotor for a turbomachine
US10718041B2 (en) Solid-state welding of coarse grain powder metallurgy nickel-based superalloys
US20070007260A1 (en) Method for the production and/or repair of structural components for gas turbines
US10526902B2 (en) Method for producing a blade for a turbomachine
CN108343475B (en) Bladed disk and method for manufacturing a bladed disk
JP2002371801A (en) Rotor for turbomachine and manufacturing method for the same
EP1820597A2 (en) Methods and apparatus for welding turbine engine rotors
JPH08100601A (en) Aerofoil of turbomachinery
CA2779728A1 (en) Process for friction welding blades to the drum of an axial compressor and a corresponding device
EP2774716A2 (en) Method of producing a hollow airfoil
US5072871A (en) Method of making hollow articles
RU2687855C1 (en) Method for manufacture of gas turbine engine mono-wheel
Mateo On the feasibility of BLISK produced by linear friction welding
US20190184489A1 (en) Method for joining components and device
KR102215266B1 (en) Turbine rotor blade and members of turbine rotor blade
US20150211372A1 (en) Hot isostatic pressing to heal weld cracks
US20180105914A1 (en) Hybrid component and method of making
US10583521B2 (en) Method for producing a blade for a turbomachine
RU2478796C1 (en) Manufacturing method of integrated blisk with cooled moving blades, integrated blisk and cooled blade for gas turbine engine
RU2571673C1 (en) Method of turbine rotor manufacturing out of nickel heat-resistant alloy
RU2631231C1 (en) Method of obtaining blank of gas turbine engine blade for linear welding by friction
EP3851643A1 (en) Turbine nozzle compliant joints and additive methods of manufacturing the same
RU2019128112A (en) METHOD FOR PRODUCING PARTS FROM ALLOYS OF METALS OF COMPLEX SHAPE
US20190376396A1 (en) Turbine blisk and process of making