RU2725469C1 - Способ восстановления и упрочнения антивибрационных полок титановых лопаток компрессора гтд - Google Patents
Способ восстановления и упрочнения антивибрационных полок титановых лопаток компрессора гтд Download PDFInfo
- Publication number
- RU2725469C1 RU2725469C1 RU2019141666A RU2019141666A RU2725469C1 RU 2725469 C1 RU2725469 C1 RU 2725469C1 RU 2019141666 A RU2019141666 A RU 2019141666A RU 2019141666 A RU2019141666 A RU 2019141666A RU 2725469 C1 RU2725469 C1 RU 2725469C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- blades
- shelves
- gte compressor
- powder material
- Prior art date
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
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
- B23K26/144—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the fluid stream containing particles, e.g. powder
-
- 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
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
- B23K26/342—Build-up welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P6/00—Restoring or reconditioning objects
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу восстановления и упрочнения антивибрационных полок титановых лопаток компрессора ГТД и может быть использовано в отрасли авиастроения для ремонта и упрочения как бывших в эксплуатации, так и новых титановых лопаток компрессора ГТД. Методом лазерной наплавки осуществляют нанесение порошкового материала на основе титана. В качестве порошкового материала используют композитную смесь порошков титанового сплава и карбида титана с фракцией 20-200 мкм и 10-70 мкм соответственно в пропорциях 3/17-1/4. Техническим результатом изобретения является достигаемая экономическая выгода за счет повышения стойкости и межремонтного интервала рабочих лопаток компрессора ГТД, а также увеличение технологичности с минимизацией влияния человеческого фактора на производстве. 2 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области сварки и наплавки металлических изделий и может быть использовано в отрасли авиастроения для ремонта и упрочения как бывших в эксплуатации, так и новых титановых лопаток компрессора ГТД.
Уровень техники
Известен способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из титановых сплавов (RU 2586191 С1, МПК В23Р 6/00, Опубликовано: 16.12.2014, Патентообладатель(и): Акционерное общество «Научно-производственный центр газотурбостроения «Салют» (АО «НПЦ газотурбостроения «Салют»), (RU). Известный способ включает в себя удаление поврежденных участков покрытия и поверхностного слоя, наплавку поврежденных участков в среде нейтрального газа или в вакууме, механическую обработку наплавленных участков до восстановления заданных геометрических размеров и формы, термообработку лопаток после наплавки для снятия остаточных напряжений, нанесение износостойкого покрытия на восстановленные участки путем напыления.
Основными недостатками данного способа являются:
- наличие остаточных напряжений после наплавки, что требует проведения термообработки титановой лопатки;
- длительный процесс производства, обусловленный большим количеством операций по обработке деталей.
- интенсивный износ покрытия, нанесенного методом детонационного напыления.
Известен способ ремонта и изготовления лопатки (СА 2735302 A1, F01D 5/28, Опубликовано: 25.09.2012, Патентообладатель(и): Liburdi Engineering Limited, (СА). Известный способ заключается в восстановительном ремонте титановых лопаток методом лазерной наплавки порошкового материала Ti-6Al-4V. Способ также включает механическую обработку повреждений и наплавленного слоя, лазерную наплавку, термообработку титановых лопаток.
Основным недостатком данного способа является отсутствие упрочняющего защитного покрытия для снижения уровня износа титановых лопаток.
Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи восстановления и упрочнения антивибрационных полок титановых лопаток компрессора ГТД с обеспечением высокого качества наплавленного слоя и полной автоматизации разработанной технологии, обеспечивающей защиту поверхности полок от эрозионного износа.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является достигаемая экономическая выгода за счет повышения стойкости и межремонтного интервала рабочих лопаток компрессора ГТД, а также увеличение технологичности с минимизацией влияния человеческого фактора на производстве.
Технический результат достигается тем, что в качестве порошкового материала на основе титана, используется специальная композитная смесь порошков титанового сплава и карбида титана с фракцией 20-200 мкм и 10-70 мкм соответственно.
Применение данной смеси порошков в процессе лазерной наплавки лопаток позволяет сформировать покрытие с равномерной структурой и высоким содержанием частиц карбида титана, обеспечивающих высокую износостойкость деталей па протяжении всего цикла эксплуатации. Данные фракционные интервалы выбраны с учетом технологических особенностей оборудования, экономической целесообразности и доступности на рынке РФ порошковых материалов, а также на основании достижения максимально возможных защитных свойств покрытия на основе проведенных исследований и испытаний. При применении такой фракции сформированное покрытие методом лазерной наплавки обладает исключительной износостойкостью.
На рисунке 1 представлен эскиз покрытия. Полная автоматизация процесса лазерной обработки достигается за счет применения промышленного робототехнического комплекса с возможностью моделирования траекторного перемещения оптической системы над поверхностью детали по конструкторским 3D моделям. После лазерной наплавки проводится финишная механическая обработка полок титановых лопаток компрессора ГТД с целью достижения чистовых геометрических размеров согласно конструкторской документации.
Высокий уровень износостойкости покрытия полок титановых лопаток и отсутствие дефектов при производстве достигается за счет однородности свариваемых материалов титанового сплава, свойств карбида титана с микротвердостью выше 3000 HV0,5 и рабочей температурой удовлетворяющей среде эксплуатации титановых лопаток.
На рисунке 2 представлен эскиз титановой лопатки компрессора ГТД с указанием зоны лазерной наплавки композиции порошковых материалов.
Пример
Перед проведением ремонта с упрочнением деталей проводится предварительная механическая обработка рабочей поверхности полок титановых лопаток для удаления старого покрытия и поверхностного слоя материала основы. Подготовленная поверхность полки титановой лопатки обрабатывается в соответствии с подобранными технологическими параметрами лазерной наплавки порошкового материала на основе титана и карбида титана. Для этого используется волоконный источник лазерного излучения с оптической системой доставки сфокусированного излучения до поверхности зоны восстановления. Подача порошковых материалов осуществляется коаксиально в среде инертного газа аргона или гелия. Первым проходом проводится восстановление рабочей поверхности полки методом лазерной наплавки порошкового материала на основе титана с толщиной слоя от 0,5 до 2 мм в зависимости от отклонений геометрических размеров согласно конструкторской документации. Затем наносится твердосплавное покрытие методом лазерной наплавки композиции порошков титанового сплава и карбида титана. Особенность данного процесса заключается в непрерывной дозированной подаче композиции порошка в пропорциях 3/17-1/4 (титановый сплав/карбид титана) и постепенного охлаждения зоны обработки для предотвращения локального перегрева на границах рабочей поверхности. При этом лазерная наплавка проводится в два прохода для достижения двухслойного покрытия толщиной 0,6 мм. Лазерная наплавка композиции титановый сплав с карбидом титана проводится по следующим технологическим параметрам:
1. Тип лазерного излучения: непрерывное
2. Максимальная мощность лазерного излучения: 550-650 Вт
3. Скорость наплавки: 0.01-0.0125 м/сек
4. Перекрытие валиков: 40-60%
5. Диаметр пятна лазерного излучения: 0.6-0.7 мм
6. Подача инертного газа: 70-80 л/мин
7. Дистанция от подложки до среза сопла: 10.5-11.5 мм
8. Количество слоев: 2
Преимущества и особенности:
- полностью автоматизированный процесс с минимальным вмешательством рабочего персонала в технологический цикл производства и ремонта деталей;
- минимизация последующей механической обработки, равномерность структуры, малая зона термического влияния, отсутствие внутренних и внешних дефектов, отсутствие деформаций изделия, вызванных в процессе восстановления и упрочнения;
- максимально точное соблюдение геометрических форм и размеров детали;
- получение покрытия с уменьшенным размером зерна кристаллической решетки;
- больший коэффициент использования материала, что ведет к значительной экономии производства;
- высокое сопротивление износу при эксплуатации деталей после упрочнения;
- больший уровень производственный безопасности и экологии окружающей среды.
Описание технологии:
- предварительная механическая обработка дефектов рабочей поверхности полки титановой лопатки компрессора ГТД до чистого металла основы по шаблонам;
- восстановительный ремонт и упрочнение полки методом лазерной наплавки композиции порошкового материала титанового сплава и карбида титана в пропорциях 3/17-1/4;
- финишная механическая обработка твердосплавного покрытия полки для достижения необходимых геометрических размеров и чистоты поверхности.
Claims (1)
- Способ восстановления и упрочнения антивибрационных полок титановых лопаток компрессора ГТД, включающий нанесение методом лазерной наплавки порошкового материала на основе титана, отличающийся тем, что в качестве порошкового материала используют композитную смесь порошков на основе титана и карбида титана с фракцией 20-200 мкм и 10-70 мкм соответственно в пропорциях 3/17-1/4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019141666A RU2725469C1 (ru) | 2019-12-16 | 2019-12-16 | Способ восстановления и упрочнения антивибрационных полок титановых лопаток компрессора гтд |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019141666A RU2725469C1 (ru) | 2019-12-16 | 2019-12-16 | Способ восстановления и упрочнения антивибрационных полок титановых лопаток компрессора гтд |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2725469C1 true RU2725469C1 (ru) | 2020-07-02 |
Family
ID=71509989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019141666A RU2725469C1 (ru) | 2019-12-16 | 2019-12-16 | Способ восстановления и упрочнения антивибрационных полок титановых лопаток компрессора гтд |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2725469C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115595575A (zh) * | 2022-10-17 | 2023-01-13 | 阳江合金材料实验室（Cn） | 一种提高激光熔覆钛合金刀具刀刃硬度的热处理方法及刀具 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4015100A (en) * | 1974-01-07 | 1977-03-29 | Avco Everett Research Laboratory, Inc. | Surface modification |
| US4117302A (en) * | 1974-03-04 | 1978-09-26 | Caterpillar Tractor Co. | Method for fusibly bonding a coating material to a metal article |
| JPS63224890A (ja) * | 1987-03-13 | 1988-09-19 | Toyota Motor Corp | レ−ザ肉盛方法 |
| RU2297310C2 (ru) * | 2005-04-18 | 2007-04-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Способ нанесения наплавки лучом лазера |
| JP2009288480A (ja) * | 2008-05-29 | 2009-12-10 | Brother Ind Ltd | 画像形成装置 |
| CA2735302A1 (en) * | 2011-03-25 | 2012-09-25 | Liburdi Engineering Limited | Blade and method of repair and manufacturing the same |
| RU2542199C1 (ru) * | 2013-07-16 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Способ получения композиционных покрытий из порошковых материалов |
| RU2542922C2 (ru) * | 2013-07-16 | 2015-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Порошковая композиционная смесь для лазерной наплавки на металлическую подложку |
| RU2564644C2 (ru) * | 2009-12-14 | 2015-10-10 | Снекма | Способ ремонта лопатки из титана путем лазерной наплавки и умеренного hip прессования |
| RU2586191C1 (ru) * | 2014-12-16 | 2016-06-10 | Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из титановых сплавов |
| RU2635688C2 (ru) * | 2015-10-08 | 2017-11-15 | Либурди Инжиниринг Лимитед. | Способ ремонта и изготовления компонентов газотурбинного двигателя и компоненты газотурбинного двигателя, отремонтированные или изготовленные с его использованием |
-
2019
- 2019-12-16 RU RU2019141666A patent/RU2725469C1/ru active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4015100A (en) * | 1974-01-07 | 1977-03-29 | Avco Everett Research Laboratory, Inc. | Surface modification |
| US4117302A (en) * | 1974-03-04 | 1978-09-26 | Caterpillar Tractor Co. | Method for fusibly bonding a coating material to a metal article |
| JPS63224890A (ja) * | 1987-03-13 | 1988-09-19 | Toyota Motor Corp | レ−ザ肉盛方法 |
| RU2297310C2 (ru) * | 2005-04-18 | 2007-04-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Способ нанесения наплавки лучом лазера |
| JP2009288480A (ja) * | 2008-05-29 | 2009-12-10 | Brother Ind Ltd | 画像形成装置 |
| RU2564644C2 (ru) * | 2009-12-14 | 2015-10-10 | Снекма | Способ ремонта лопатки из титана путем лазерной наплавки и умеренного hip прессования |
| CA2735302A1 (en) * | 2011-03-25 | 2012-09-25 | Liburdi Engineering Limited | Blade and method of repair and manufacturing the same |
| RU2542199C1 (ru) * | 2013-07-16 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Способ получения композиционных покрытий из порошковых материалов |
| RU2542922C2 (ru) * | 2013-07-16 | 2015-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Порошковая композиционная смесь для лазерной наплавки на металлическую подложку |
| RU2586191C1 (ru) * | 2014-12-16 | 2016-06-10 | Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из титановых сплавов |
| RU2635688C2 (ru) * | 2015-10-08 | 2017-11-15 | Либурди Инжиниринг Лимитед. | Способ ремонта и изготовления компонентов газотурбинного двигателя и компоненты газотурбинного двигателя, отремонтированные или изготовленные с его использованием |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115595575A (zh) * | 2022-10-17 | 2023-01-13 | 阳江合金材料实验室（Cn） | 一种提高激光熔覆钛合金刀具刀刃硬度的热处理方法及刀具 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Parameter optimization and experimental study of the sprocket repairing using laser cladding | |
| Cárcel et al. | Laser cladding of TiAl intermetallic alloy on Ti6Al4V-process optimization and properties | |
| Wilson et al. | Remanufacturing of turbine blades by laser direct deposition with its energy and environmental impact analysis | |
| Chen et al. | A novel spiral trajectory for damage component recovery with cold spray | |
| EP0176942B1 (en) | Method for repairing metal in an article | |
| CN107723699B (zh) | 一种修复耐热合金的方法 | |
| US20030088980A1 (en) | Method for correcting defects in a workpiece | |
| US7043819B1 (en) | Methods for forming metal parts having superior surface characteristics | |
| KR20150052291A (ko) | 터보기계 구성요소 수리 방법 | |
| Zhemanyuk et al. | Experience of introduction of the technology of reconditioning microplasma powder surfacing at repair of high-pressure turbine blades in batch production | |
| US9103035B2 (en) | Erosion resistant coating systems and processes therefor | |
| RU2725469C1 (ru) | Способ восстановления и упрочнения антивибрационных полок титановых лопаток компрессора гтд | |
| CN106435567A (zh) | 一种压缩机用轴瓦的激光熔覆修复方法 | |
| Tejedor et al. | Maintenance and repair of gas turbine components | |
| CN110592592A (zh) | 一种基于脉冲电子束技术的激光熔覆高温防护涂层表面抛光净化方法 | |
| US20130047394A1 (en) | Solid state system and method for refurbishment of forged components | |
| JP2010203258A (ja) | 動翼の補修方法 | |
| CN102717224A (zh) | 一种燃气轮机叶片大间隙缺陷粉末熔结成型修复方法 | |
| US20060039788A1 (en) | Hardface alloy | |
| Tan et al. | Review of manufacturing and repair of aircraft and engine parts based on cold spraying technology and additive manufacturing technology | |
| CN107805809A (zh) | 一种汽车模具表面涂膜修复工艺 | |
| RU2619419C2 (ru) | Способ нанесения алюминида титана и изделие с поверхностью из алюминида титана | |
| Nicolaus et al. | Regeneration of high pressure turbine blades. Development of a hybrid brazing and aluminizing process by means of thermal spraying | |
| CN105171149B (zh) | 一种防钛火涂层的高能微弧火花数控化沉积方法 | |
| CN105154871B (zh) | 在钛合金上制备TiAl基合金梯度阻燃材料的激光制造方法 |