RU2766654C1 - Method for manufacturing a bimetallic turbine impeller - Google Patents

Method for manufacturing a bimetallic turbine impeller Download PDF

Info

Publication number
RU2766654C1
RU2766654C1 RU2021103851A RU2021103851A RU2766654C1 RU 2766654 C1 RU2766654 C1 RU 2766654C1 RU 2021103851 A RU2021103851 A RU 2021103851A RU 2021103851 A RU2021103851 A RU 2021103851A RU 2766654 C1 RU2766654 C1 RU 2766654C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blades
cavities
powder
diffusion welding
disk
Prior art date
Application number
RU2021103851A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Сергеевич Никитин
Георгий Борисович Ремпель
Валентин Васильевич Ясинский
Евгений Павлович Кратт
Любовь Александровна Магеррамова
Original Assignee
Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК")
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 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") filed Critical Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК")
Priority to RU2021103851A priority Critical patent/RU2766654C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2766654C1 publication Critical patent/RU2766654C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/34Rotor-blade aggregates of unitary construction, e.g. formed of sheet laminae

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

FIELD: engine technology.
SUBSTANCE: invention relates to the field of engine building, to axial turbines of gas turbine engines, in particular to a method for manufacturing bimetallic turbines impellers of gas turbine engine turbines made in the form of a blisk. A method for manufacturing a bimetallic turbine impeller in which blades made of one alloy are connected to a disk blank made of another alloy into a single part by hot isostatic pressing, cavities and vents are performed in the disk blank, powder is poured into the cavities for diffusion welding, the powder is compacted by pressing, then the blade roots are inserted into the cavity with the powder, forming a connection with a fixed seating of the blades in the cavities of the disk blank, before diffusion welding, air is pumped out of the cavities through the exhaust vents and the exhaust vents are muffled, then diffusion welding is performed with hot isostatic pressing of the blades with the disk blank, after diffusion welding, final processing is performed, during which ledges are removed and smooth transitions are formed on the surface from the blade roots to the disk part.
EFFECT: invention makes it possible to ensure the efficiency and reliability of the technology, as well as simplify the manufacturing process of bimetallic turbine impellers.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, к осевым турбинам газотурбинных двигателей, в частности к способу изготовления биметаллических рабочих колес турбин газотурбинных двигателей, выполненных по типу блиска.The invention relates to the field of engine building, to axial turbines of gas turbine engines, in particular to a method for manufacturing bimetallic impellers of turbines of gas turbine engines, made according to the blisk type.

Из уровня техники известен способ изготовления биметаллических рабочих колес по патенту RU 2467177, выбранный в качестве ближайшего аналога. В данном способе отдельные лопатки, выполненные из одного металлического сплава, соединяют с дисковой частью, выполненной из другого металлического сплава, лопатки соединяют с дисковой частью в единую деталь горячим изостатическим прессованием (ГИП) в зоне примерно равной длительной прочности этих сплавов, при этом профильную часть, трактовую полку и часть ножки выше указанной зоны любой из лопаток располагают вне зоны воздействия ГИП, а другую часть ножки и дисковую часть капсулируют и размещают в зоне воздействия, ножки лопаток совмещают с диском, преимущественно встык, а область зоны примерно равной длительной прочности обоих сплавов определяют предварительно, например, по кривым длительной прочности Ларсона-Миллера.The prior art method of manufacturing bimetallic impellers according to patent RU 2467177, selected as the closest analogue. In this method, individual blades made of one metal alloy are connected to a disk part made of another metal alloy, the blades are connected to the disk part into a single part by hot isostatic pressing (HIP) in a zone approximately equal to the long-term strength of these alloys, while the profile part , the tract shelf and part of the leg above the specified zone of any of the blades are located outside the HIP impact zone, and the other part of the leg and the disk part are encapsulated and placed in the impact zone, the blade legs are aligned with the disk, mainly end-to-end, and the area of the zone is approximately equal to the long-term strength of both alloys determined previously, for example, according to the long-term strength curves of Larson-Miller.

При изготовлении биметаллических рабочих колес при помощи горячего изостатического прессования (ГИП) применяют промежуточную операцию пайки лопаток в технологическое кольцо и изготавливают капсулу для удержания лопаток и обеспечения герметичности при ГИП.In the manufacture of bimetallic impellers using hot isostatic pressing (HIP), an intermediate operation is used to solder the blades into a technological ring and a capsule is made to hold the blades and ensure tightness during HIP.

Недостатком способа является применение процесса пайки лопаток в технологическое кольцо и изготовления капсулы. Процесс пайки требует изготовления массивных технологических деталей капсулы (кольца и крышек) с точными размерами зазоров под пайку лопаток. Операции подбора лопаток для обеспечения точных зазоров, установка лопаток в кольцо, сборка и удаление капсулы и последующее удаление технологического кольца являются трудоемкими, они удорожают технологию. Кроме того, имеются риски брака паяных швов и неравномерной насыпной плотности порошка в капсуле, так как проконтролировать качество паяных швов и равномерность насыпной плотности порошка неразрушающими методами контроля невозможно.The disadvantage of this method is the use of the process of soldering the blades into the technological ring and the manufacture of the capsule. The soldering process requires the manufacture of massive technological parts of the capsule (rings and covers) with the exact dimensions of the gaps for soldering the blades. Operations of selection of blades to ensure accurate gaps, installation of blades in the ring, assembly and removal of the capsule and subsequent removal of the technological ring are laborious, they increase the cost of technology. In addition, there are risks of defective solder joints and uneven bulk density of the powder in the capsule, since it is impossible to control the quality of the solder joints and the uniformity of the bulk density of the powder using non-destructive control methods.

Цель изобретения - обеспечить экономичность и надежность технологии, а также упростить процесс изготовления биметаллических рабочих колес турбин.The purpose of the invention is to ensure the efficiency and reliability of the technology, as well as to simplify the process of manufacturing bimetallic turbine impellers.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления биметаллического рабочего колеса турбины лопатки, выполненные из одного сплава, соединяют с заготовкой диска, выполненной из другого сплава в единую деталь горячим изостатическим прессованием, в заготовке диска выполняют полости и газоотводные отверстия, для диффузионной сварки засыпают порошок в полости, порошок компактируется прессованием, затем в полости с порошком вводятся ножки лопаток, образуя соединение с неподвижной посадкой лопаток в полостях заготовки диска, перед диффузионной сваркой из полостей через газоотводные отверстия откачивается воздух и газоотводные отверстия глушатся, затем производится диффузионная сварка при горячем изостатическом прессовании лопаток с заготовкой диска, после диффузионной сварки производится окончательная обработка, в процессе которой удаляются уступы и формируются гладкие переходы на поверхности от ножек лопаток к дисковой части.This goal is achieved by the fact that in the proposed method for manufacturing a bimetallic turbine impeller, blades made of one alloy are connected to a disc blank made of another alloy into a single part by hot isostatic pressing, cavities and gas outlet holes are made in the disc blank, and filled for diffusion welding. powder in the cavity, the powder is compacted by pressing, then the legs of the blades are inserted into the cavities with the powder, forming a connection with a fixed fit of the blades in the cavities of the disc blank, before diffusion welding, air is pumped out of the cavities through the gas outlet holes and the gas outlet holes are muffled, then diffusion welding is performed at hot isostatic pressing the blades with the disk blank, after diffusion welding, final processing is carried out, during which ledges are removed and smooth transitions are formed on the surface from the blade roots to the disk part.

Фиг. 1 - вид сечения заготовки диска по месту посадки лопатки с газоотводным отверстием от плоской боковой поверхности.Fig. 1 is a cross-sectional view of the disk blank at the place of landing of the blade with a gas outlet from a flat side surface.

Фиг. 2 - вид сечения заготовки диска по месту посадки лопатки с газоотводным отверстием от цилиндрической ободной поверхности.Fig. 2 is a cross-sectional view of the disk blank at the place of landing of the blade with a gas outlet from the cylindrical rim surface.

Фиг. 3 - показана трехмерная модель биметаллического рабочего колеса турбины после механической обработки с указанием гладкого перехода (галтели).Fig. 3 - shows a three-dimensional model of a bimetallic turbine impeller after machining, indicating a smooth transition (fillet).

1 - кольцевая заготовка диска1 - annular disk blank

2 - полости2 - cavities

3 - ножка (хвостовик) лопатки3 - leg (shank) of the blade

4 - порошок4 - powder

5 - газоотводные отверстия5 - gas outlets

6 – галтель.6 - fillet.

В кольцевой заготовке диска 1, показанной на фиг. 1 и 2, выполняются полости 2 по размерам ножек лопаток 3. В полости насыпается порошок 4 из жаропрочного гранулированного никелевого сплава для диффузионной сварки при ГИП. Порошок компактируется прессованием. Затем в полости с порошком вводятся ножки лопаток, образуя соединение с неподвижной посадкой лопаток (посадкой с натягом) в полостях заготовки диска. Допускается выполнять прессование порошка при помощи ножек лопаток. Высыпанию порошка при поворачивании заготовки диска препятствуют торцы ножек лопаток. В заготовке диска предусмотрено выполнение газоотводных отверстий 5 для откачки воздуха из полостей с порошком. Газоотводные отверстия 5 могут выполняться как перед запрессовкой порошка, так и после запрессовки порошка, или после запрессовки лопаток. Газоотводные отверстия могут располагаться как на плоской боковой поверхности заготовки диска, так и на цилиндрической ободной поверхности заготовки диска, под углом к оси лопатки, как показано на фиг. 2In the annular disc blank 1 shown in FIG. 1 and 2, cavities 2 are made according to the dimensions of the legs of the blades 3. Powder 4 is poured into the cavity from a heat-resistant granular nickel alloy for diffusion welding during HIP. The powder is compacted by pressing. Then, the blade roots are inserted into the cavities with the powder, forming a connection with a fixed fit of the blades (interference fit) in the cavities of the disc blank. It is allowed to press the powder with the help of the legs of the blades. The ends of the blade legs prevent the powder from pouring out when the disk blank is turned. In the disk blank, gas outlet holes 5 are provided for pumping air out of the cavities with powder. The vent holes 5 can be made both before the powder is pressed in, and after the powder is pressed in, or after the blades are pressed in. The vent holes can be located both on the flat side surface of the disc blank and on the cylindrical rim surface of the disc blank, at an angle to the blade axis, as shown in FIG. 2

Лопатки в заготовке диска удерживаются неподвижной посадкой. Перед диффузионной сваркой из полостей через газоотводные отверстия откачивается воздух после чего газоотводные отверстия 5 глушатся. Затем производится операция диффузионной сварки в процессе горячего изостатического прессования (ГИП) лопаток с заготовкой диска при давлении 150…200 МПа, и при температуре выше 1250 градусов. После диффузионной сварки производится окончательная обработка биметаллического рабочего колеса турбины, в процессе которой удаляются уступы и формируются гладкие переходы (галтели) 6 на поверхности от ножек лопаток к дисковой части, как показано на фиг. 3.The blades in the disc blank are held by a fixed fit. Before diffusion welding, air is pumped out of the cavities through the gas outlet holes, after which the gas outlet holes 5 are silenced. Then, the operation of diffusion welding in the process of hot isostatic pressing (HIP) of the blades with the disc blank is performed at a pressure of 150 ... 200 MPa, and at a temperature above 1250 degrees. After diffusion welding, the final processing of the bimetallic turbine impeller is carried out, during which ledges are removed and smooth transitions (fillets) 6 are formed on the surface from the blade roots to the disk part, as shown in Fig. 3.

Форма ножки лопатки и полости в заготовке диска должна обеспечивать герметичность соединения. Установлено, что оптимальным вариантом формы поперечного сечения ножки лопатки и полости в заготовке диска является круг, поскольку такая форма может быть выполнена с высокой точностью, высокой повторяемостью, при минимальных затратах на изготовление и является самой простой формой для расчета неподвижной посадки.The shape of the blade root and the cavity in the disc blank must ensure the tightness of the joint. It has been established that the best option for the cross-sectional shape of the blade root and the cavity in the disc blank is a circle, since such a shape can be made with high accuracy, high repeatability, with minimal manufacturing costs, and is the simplest form for calculating a fixed fit.

В отличие от прототипа где при диффузионной сварке лопаток, впаянных в технологическое кольцо с заготовкой диска, где порошок расположен во всем кольцевом зазоре между лопатками и заготовкой диска, в предлагаемой технологии порошок засыпается в полости, площадь поперечного сечения которых приблизительно равна площади поперечного сечения торцов ножек лопаток. Этим достигается максимальная экономия порошка для диффузионной сварки.Unlike the prototype, where during diffusion welding of the blades soldered into the technological ring with the disc blank, where the powder is located in the entire annular gap between the blades and the disc blank, in the proposed technology, the powder is poured into cavities, the cross-sectional area of which is approximately equal to the cross-sectional area of the ends of the legs shoulder blades. This achieves maximum savings in powder for diffusion welding.

Изобретение предполагается использовать в области авиационного двигателестроения.The invention is intended to be used in the field of aircraft engine building.

Claims (1)

Способ изготовления биметаллического рабочего колеса турбины включает: лопатки, выполненные из одного сплава, соединяют с заготовкой диска, выполненной из другого сплава, в единую деталь горячим изостатическим прессованием, отличающийся тем, что в заготовке диска выполняют полости и газоотводные отверстия, для диффузионной сварки засыпают порошок в полости, порошок компактируется прессованием, затем в полости с порошком вводятся ножки лопаток, образуя соединение с неподвижной посадкой лопаток в полостях заготовки диска, перед диффузионной сваркой из полостей через газоотводные отверстия откачивается воздух и газоотводные отверстия глушатся, затем производится диффузионная сварка при горячем изостатическом прессовании лопаток с заготовкой диска, после диффузионной сварки производится окончательная обработка, в процессе которой удаляются уступы и формируются гладкие переходы на поверхности от ножек лопаток к дисковой части.A method for manufacturing a bimetallic turbine impeller includes: blades made of one alloy are connected to a disk blank made of another alloy into a single part by hot isostatic pressing, characterized in that cavities and gas outlet holes are made in the disk blank, powder is poured for diffusion welding in the cavity, the powder is compacted by pressing, then the legs of the blades are inserted into the cavities with the powder, forming a connection with a fixed fit of the blades in the cavities of the disc blank, before diffusion welding, air is pumped out of the cavities through the gas outlet holes and the gas outlet holes are muffled, then diffusion welding is performed during hot isostatic pressing blades with a disk blank, after diffusion welding, final processing is carried out, during which ledges are removed and smooth transitions are formed on the surface from the blade roots to the disk part.
RU2021103851A 2021-02-16 2021-02-16 Method for manufacturing a bimetallic turbine impeller RU2766654C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021103851A RU2766654C1 (en) 2021-02-16 2021-02-16 Method for manufacturing a bimetallic turbine impeller

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021103851A RU2766654C1 (en) 2021-02-16 2021-02-16 Method for manufacturing a bimetallic turbine impeller

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2766654C1 true RU2766654C1 (en) 2022-03-15

Family

ID=80736604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021103851A RU2766654C1 (en) 2021-02-16 2021-02-16 Method for manufacturing a bimetallic turbine impeller

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2766654C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4864706A (en) * 1987-08-12 1989-09-12 United Technologies Corporation Fabrication of dual alloy integrally bladed rotors
WO2010099782A1 (en) * 2009-03-05 2010-09-10 Mtu Aero Engines Gmbh Method for producing an integrally bladed rotor
RU2478796C1 (en) * 2011-08-10 2013-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Manufacturing method of integrated blisk with cooled moving blades, integrated blisk and cooled blade for gas turbine engine
RU2610658C2 (en) * 2015-08-05 2017-02-14 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Method of manufacturing composite workpieces of disc-disc and disc-shaft type out of heat-resistant titanium and nickel alloys
US9938831B2 (en) * 2011-10-28 2018-04-10 United Technologies Corporation Spoked rotor for a gas turbine engine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4864706A (en) * 1987-08-12 1989-09-12 United Technologies Corporation Fabrication of dual alloy integrally bladed rotors
WO2010099782A1 (en) * 2009-03-05 2010-09-10 Mtu Aero Engines Gmbh Method for producing an integrally bladed rotor
RU2478796C1 (en) * 2011-08-10 2013-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Manufacturing method of integrated blisk with cooled moving blades, integrated blisk and cooled blade for gas turbine engine
US9938831B2 (en) * 2011-10-28 2018-04-10 United Technologies Corporation Spoked rotor for a gas turbine engine
RU2610658C2 (en) * 2015-08-05 2017-02-14 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Method of manufacturing composite workpieces of disc-disc and disc-shaft type out of heat-resistant titanium and nickel alloys

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11059093B2 (en) Additively manufactured core for use in casting an internal cooling circuit of a gas turbine engine component
JP6726627B2 (en) Manufacturing turbomachinery impellers by assembling multiple tubular parts
KR101994511B1 (en) Nozzle ring
US8291963B1 (en) Hybrid core assembly
US6837417B2 (en) Method of sealing a hollow cast member
US4538331A (en) Method of manufacturing an integral bladed turbine disk
US9714577B2 (en) Gas turbine engine rotors including intra-hub stress relief features and methods for the manufacture thereof
GB2274418A (en) Unitary rotors having hollow blades and their manufacture
CN102672174A (en) Method for manufacturing integral annular case part by using hot isostatic pressing process
CN101821480A (en) Method for producing a blisk or a bling, component produced therewith and turbine blade
JP6691486B2 (en) Method of manufacturing turbomachinery components, turbomachinery components, and turbomachines
US9121290B2 (en) Turbine airfoil with body microcircuits terminating in platform
US10001017B2 (en) Turbomachine component with a stress relief cavity
RU2766654C1 (en) Method for manufacturing a bimetallic turbine impeller
US4573876A (en) Integral bladed disk
JP2007154873A (en) Metal injection molding method for coating a turbine shroud
US20150211372A1 (en) Hot isostatic pressing to heal weld cracks
JP2017109244A (en) Method and assembly for forming components having internal passages using jacketed core
EP3130422A1 (en) Dual alloy gas turbine engine rotors and methods for the manufacture thereof
US20180200799A1 (en) Method of manufacturing a component
EP3526449B1 (en) Partially-cast, multi-metal casing for combustion turbine engine
JPH11114662A (en) Joining method for casting material and manufacture of turbine blade
Magerramova et al. Development of the Design and Technological Solutions for Manufacturing of Turbine Blisks by HIP Bonding of the PM Disks with the Shrouded Blades
RU2576558C1 (en) Method for producing bladed integrated disc of turbine from various metal alloys for gas turbine engines
EP3795801A1 (en) Unitized rotor assembly