RU2207238C1 - Method of turbine blade repair - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering; applicable in repair of nozzle vanes and blades of aircraft, ship and power gas-turbine engines. SUBSTANCE: method includes removal from blade surface of damaged sections by formation of cylindrical hole whose axis is located from edge of blade for distance amounting up to 0.35-0.45 hole diameter. Damaged sections of blade are built-in by diffusion soldering with insert made of blade material. Cylindrical hole is built-in simultaneously with thermovacuum treatment of blade. Insert may be made with diameter of 10-20 mm. Building-in of cylindrical hole with insert may be made with clearance across diameter of not in excess of 0.12 mm. In repair of hollow blades, material removal corresponding to internal cavity of blade in point of hole may be made on insert. Offered method is applicable in repair of blades made of nickel-base alloys. EFFECT: increased service life of blades by a factor of 1.5-2, reduced consumption of material in repairs. 6 cl, 1 dwg, 2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться при ремонте сопловых и рабочих лопаток авиационных, корабельных и энергетических газотурбинных двигателей. The invention relates to mechanical engineering and can be used in the repair of nozzle and rotor blades of aircraft, ship and power gas turbine engines.

Известен способ ремонта лопаток турбин со следующей последовательностью операций: ремонтируемые участки лопатки турбины срезают механически с прямолинейным резом, изготавливают новую пластину большей толщины по сравнению с размерами лопатки в зоне сварки, в новой пластине выполняют канавку с длиной и шириной, несколько большими по сравнению с размерами лопатки в зоне сварки; лопатку прижимают в углубление канавки, а свободные области засыпают сварочным флюсом, зону соединения нагревают до температуры сварки и выполняют соединение. После сварки приваренную пластину строжкой и полировкой доводят до заданных размеров. Новая пластина должна быть в 0,5-5 раз толще по сравнению с лопаткой в зоне сварки [1]. There is a known method of repairing turbine blades with the following sequence of operations: the repaired sections of the turbine blades are cut mechanically with a straight cut, a new plate is made thicker than the dimensions of the blades in the welding zone, a groove is made in the new plate with a length and width that are slightly larger compared to the sizes blades in the welding zone; the blade is pressed into the groove in the groove, and the free areas are covered with welding flux, the connection zone is heated to the welding temperature and the connection is made. After welding, the welded plate with gouging and polishing is adjusted to the specified size. The new plate should be 0.5-5 times thicker compared to the blade in the welding zone [1].

Недостатком этого способа является невозможность его использования для большинства рабочих и сопловых лопаток турбин из-за того, что они изготавливаются из несвариваемых никелевых жаропрочных сплавов методом литья. Кроме того, прямоугольный вырез поперек кромки лопаток может провоцировать появление новых трещин в процессе эксплуатации отремонтированных лопаток. The disadvantage of this method is the inability to use it for most of the working and nozzle blades of the turbines due to the fact that they are made of non-weldable heat-resistant nickel alloys by casting. In addition, a rectangular cutout across the edge of the blades can provoke the appearance of new cracks during operation of the repaired blades.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ ремонта лопатки турбины, согласно которому производят удаление поверхностного слоя лопатки, заварку поврежденных участков лопатки и последующую механическую обработку, причем механическую обработку лопатки производят путем его зачистки, заварку поврежденных участков осуществляют с припуском, величину которого выбирают из условия обеспечения после зачистки лопатки, на 10-30% превышающей толщину лопатки в этой зоне, после чего на поверхность лопатки плазменным напылением наносят слой металла, производят изотермическую калибровку лопатки и термообработку. [2]
Недостатком данного способа является то, что он пригоден для лопаток из свариваемых сплавов, но неосуществим на лопатках из литых никелевых жаропрочных сплавов из-за того, что сплавы эти являются несвариваемыми.The closest analogue, taken as a prototype, is a method of repairing a turbine blade, according to which the surface layer of the blade is removed, the damaged sections of the blade are welded and then machined, and the mechanical processing of the blade is performed by stripping, welding of the damaged sections is carried out with an allowance, the size of which is chosen from the condition of providing after cleaning the blades, 10-30% higher than the thickness of the blades in this area, after which the surface of the blades by plasma spraying on osyat metal layer produce an insulated and heat-treating the calibration blade. [2]
The disadvantage of this method is that it is suitable for blades from welded alloys, but is not feasible on blades made of cast nickel heat-resistant alloys due to the fact that these alloys are not welded.

Технической задачей изобретения является разработка способа ремонта лопаток турбин, выполненных из сплавов на основе никеля, обеспечивающего жаропрочность и термостойкость соединений никелевых жаропрочных сплавов. An object of the invention is to develop a method for repairing turbine blades made of nickel-based alloys, which provides heat resistance and heat resistance of compounds of nickel heat-resistant alloys.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предлагаемый способ ремонта лопаток турбины, включающий обработку поверхности лопатки, удаление поврежденных участков поверхности, заделку поврежденных участков лопатки и механическую обработку лопатки, отличающийся тем, что удаление поврежденных участков поверхности лопатки производят путем формирования цилиндрического отверстия, ось которого отстоит от кромки пера лопатки на величину, составляющую 0,35-0,45 диаметра отверстия, заделку цилиндрического отверстия производят вставкой, выполненной из того же сплава, что и лопатка, с соединением вставки с лопаткой методом диффузионной пайки, а перед механической обработкой осуществляют термовакуумную обработку. The stated technical problem is achieved in that the proposed method for repairing turbine blades, including processing the surface of the blade, removing damaged sections of the surface, sealing the damaged sections of the blade and machining the blade, characterized in that the removal of damaged sections of the surface of the blade is performed by forming a cylindrical hole, the axis of which is spaced from the edge of the pen blade to a value of 0.35-0.45 of the diameter of the hole, insertion of the cylindrical hole insert minutes, made of the same alloy as the blade with the insertion compound to the scapula by diffusion brazing, and before machining is performed thermovacuum processing.

Заделку цилиндрического отверстия осуществляют одновременно с термовакуумной обработкой лопатки. The sealing of the cylindrical hole is carried out simultaneously with the thermal vacuum treatment of the blade.

Вставку выполняют диаметром 10-20 мм. Заделку цилиндрического отверстия вставкой осуществляют с зазором по диаметру ≤0,12 мм. The insert is made with a diameter of 10-20 mm. The insertion of a cylindrical hole is carried out with a gap of diameter ≤0.12 mm.

Для ремонта полых лопаток на вставке производят выемку материала, соответствующую внутренней полости лопатки в месте отверстия. Осуществляют ремонт лопатки выполненной из сплавов на основе никеля. To repair the hollow blades on the insert, a material is excavated corresponding to the internal cavity of the blade at the hole. Repair the blades made of nickel-based alloys.

Авторами установлено, что технический результат достигается совокупностью признаков изобретения, при этом формирование цилиндрического отверстия в месте повреждения лопатки, заделка его вставкой из материала лопатки обеспечивает стабильность зазоров и возможность совмещения диффузионной пайки с термообработкой основного материала для создания регламентированной структуры этого материала и упрочнения соединений. The authors found that the technical result is achieved by the totality of the features of the invention, while the formation of a cylindrical hole in the place of damage to the blade, sealing it with an insert from the material of the blade ensures the stability of the gaps and the possibility of combining diffusion soldering with heat treatment of the base material to create a regulated structure of this material and harden compounds.

Ремонтируемое место на кромке лопатки, чаще всего трещина, удаляется сверловкой и (или) фрезеровкой с образованием в лопатке отверстия диаметром от 10 до 20 мм. Ось отверстия должна находиться от кромки лопатки на величину 0,35-0,45 от диаметра отверстия, при этом внутренняя поверхность отверстия выходит на кромку лопатки. В это отверстие помещают вставку из того же материала, что и материал лопатки. Вставка представляет собой цилиндр, имеющий зазор с отверстием в лопатке не более 0,12 мм по диаметру. Для определенных лопаток можно регламентировать размер вставок, что удобно при ремонте в условиях серийного производства, например, отверстия для ремонта лопаток определенной ступени принять равным 16 мм. Это упрощает изготовление вставок и отверстий, уменьшает необходимое количество инструмента. The place to be repaired at the edge of the blade, most often a crack, is removed by drilling and (or) milling to form holes in the blade with a diameter of 10 to 20 mm. The axis of the hole should be from the edge of the blade by a value of 0.35-0.45 of the diameter of the hole, while the inner surface of the hole goes to the edge of the blade. An insert of the same material as the blade material is placed in this hole. The insert is a cylinder having a gap with an opening in the blade of not more than 0.12 mm in diameter. For certain blades, it is possible to regulate the size of the inserts, which is convenient for repairs in serial production, for example, the holes for repairing blades of a certain level should be taken equal to 16 mm. This simplifies the manufacture of inserts and holes, reduces the required number of tools.

Соединение вставки с лопаткой из сплава ЖС6К осуществляют диффузионной пайкой припоем на никелевой основе. Для каждого никелевого сплава подбирается соответствующий припой, например, для пайки сплава ЖС6К - припой ВПр47. Пайку проводят по режиму термовакуумной обработки сплава, восстанавливающей регламентированную структуру основного материала лопатки. Затем с помощью механической обработки запаянной вставки восстанавливают профиль лопатки. The connection of the insert with a blade made of ZhS6K alloy is carried out by diffusion soldering with nickel-based solder. For each nickel alloy, the corresponding solder is selected, for example, for soldering the alloy ZhS6K - VPr47 solder. Soldering is carried out according to the thermal vacuum treatment of the alloy, restoring the regulated structure of the main material of the blade. Then, by machining the sealed insert, the profile of the blade is restored.

Для ремонта полых лопаток на вставке производят выемку материала, например, электроискровой обработкой. Размеры этой выемки должны соответствовать размерам внутренней полости лопатки в ремонтируемом месте, таким образом, чтобы внутренние поверхности пустотелой лопатки были со вставкой заподлицо. To repair the hollow blades on the insert, a material is excavated, for example, by electric spark treatment. The dimensions of this recess should correspond to the dimensions of the inner cavity of the scapula in the repaired place, so that the inner surfaces of the hollow scapula are flush with the insert.

Ремонту с обязательной сквозной разделкой по предлагаемому изобретению подлежат лопатки с трещинами различного происхождения, в том числе и от глубоких забоин. Оценка имеющихся повреждений на лопатках многих серийных двигателей показывает, что диаметр разделки 20 мм достаточен для ремонта допустимых повреждений лопаток. Диаметр менее 10 мм отверстий и вставок неудобен для изготовления в массовом производстве литых вставок и изготовления отверстий в литых никелевых жаропрочных сплавах. Blades with cracks of various origins, including those from deep nicks, are subject to repair with the mandatory through cutting according to the invention. An assessment of the damage on the blades of many mass-produced engines shows that a cutting diameter of 20 mm is sufficient to repair permissible damage to the blades. The diameter of less than 10 mm of the holes and inserts is inconvenient for the manufacture of mass-produced cast inserts and the manufacture of holes in cast nickel heat-resistant alloys.

Примеры конкретного осуществления. Examples of specific implementation.

На сопловой неохлаждаемой лопатке из сплава ЖС6К в местах расположения трещин на входной и выходной кромке были выполнены два отверстия диаметром 16 мм. Оси этих отверстий отстояли от кромки лопатки на величину 6,4-6,5 мм. Из цилиндрических отливок сплава ЖС6К были выточены вставки-цилиндры диаметром 16^-0,03 мм и высотой 10 мм. Зазор между отверстиями в лопатке и вставками составлял 0,06-0,07 мм. Пайка вставок с лопаткой производилась по режиму - температура пайки 1200^oС, выдержка при этой температуре 4 часа.Two holes with a diameter of 16 mm were made on an uncooled nozzle blade made of ZhS6K alloy at the locations of cracks on the inlet and outlet edges. The axis of these holes was separated from the edge of the blade by 6.4-6.5 mm. Insert cylinders with a diameter of ^16-0.03 mm and a height of 10 mm were machined from cylindrical castings of the ZhS6K alloy. The gap between the holes in the blade and the inserts was 0.06-0.07 mm. The soldering of inserts with a blade was carried out according to the regime - the soldering temperature is 1200 ^o C, the exposure at this temperature is 4 hours.

На чертеже представлена фотография лопатки после пайки. The drawing shows a photograph of the blade after soldering.

Затем фрезеровкой и механической обработкой лопатку обрабатывали до нужных размеров. Then, by milling and machining, the blade was processed to the desired size.

Образцы для определения прочности соединений изготавливали следующим образом: в литых пластинах из сплава ЖС6К были выполнены отверстия диаметром 10, 16 и 20 мм. Цилиндрические вставки со шлифованной наружной поверхностью вытачивали из цилиндрических отливок этого же сплава. Величина зазоров между вставками и стенками отверстий по диаметру указана в табл.1. Пайка припоем ВПр47 производилась при температуре 1200^oC с выдержкой 4 часа. Образцы для определения прочности вытачивались таким образом, чтобы паяные швы одинаково отстояли от середины образца и ось вставки пересекала ось образца под прямым углом. Результаты испытаний представлены в таблице 1.Samples for determining the strength of the joints were made as follows: holes with diameters of 10, 16, and 20 mm were made in cast plates from ZhS6K alloy. Cylindrical inserts with a polished outer surface were machined from cylindrical castings of the same alloy. The size of the gaps between the inserts and the walls of the holes in diameter is shown in table 1. Soldering with Vpr47 solder was carried out at a temperature of 1200 ^o C with a holding time of 4 hours. Strength specimens were turned in such a way that the soldered joints were equally spaced from the middle of the specimen and the insert axis crossed the specimen axis at right angles. The test results are presented in table 1.

Разрушение соединений при испытаниях происходило по шву с местными вырывами основного материала, значения прочности соединений близки к свойствам сплава ЖС6К. Прочность сплава ЖС6К при 1000^oС составляет 50-57 кгс/мм². Соединения, выполненные по прототипу, не удалось довести до стадии окончательного изготовления образцов из-за того, что произошло их разрушение по трещинам от сварки.The destruction of the compounds during the tests occurred along the seam with local breakouts of the base material, the strength values of the joints are close to the properties of the ZhS6K alloy. The strength of the alloy ZhS6K at 1000 ^o C is 50-57 kgf / mm ² . The compounds made according to the prototype could not be brought to the stage of final production of samples due to the fact that they were destroyed by welding cracks.

Кроме того, на термоусталость были испытаны образцы неохлаждаемых лопаток, на входной кромке которых впаивались вставки и, в том числе, изготавливалась вставка по технологии, представленной в прототипе. Лопатки испытывались нагревом кромки с заделанными вставками в месте заделки по режиму: нагрев до 900^oС за 2 минуты с последующим охлаждением сжатым воздухом до 20^oС. После 10 циклов лопатки осматривались, при появлении трещин на кромке образцов испытания прекращались. По результатам испытаний, представленных в таблице 2, видно, что предложенный нами способ ремонта имеет многократное преимущество перед прототипом.In addition, samples of uncooled blades were tested for thermal fatigue, the inserts were soldered at the input edge, and, among other things, the insert was made according to the technology presented in the prototype. The blades were tested by heating the edges with embedded inserts in the place of sealing according to the regime: heating to 900 ^° C in 2 minutes, followed by cooling with compressed air to 20 ^° C. After 10 cycles, the blades were inspected, and cracks appeared on the edge of the test specimens. According to the test results presented in table 2, it is clear that our proposed method of repair has a multiple advantage over the prototype.

Применение предложенного способа ремонта лопатки позволит увеличить ресурс работы лопаток в 1,5-2 раза, сократит расход материалов при ремонте. The application of the proposed method for repairing the blades will increase the life of the blades by 1.5-2 times, will reduce the consumption of materials during repair.

Литература
1. Патент РФ 2121419
2. Патент ФРГ 4225443йLiterature
1. Patent of the Russian Federation 2121419
2. The patent of Germany 4225443y

Claims (6)

1. Способ ремонта лопатки турбины, включающий обработку поверхности лопатки, удаление поврежденных участков поверхности, заделку поврежденных участков лопатки и механическую обработку лопатки, отличающийся тем, что удаление поврежденных участков поверхности лопатки производят путем формирования цилиндрического отверстия, ось которого отстоит от кромки пера лопатки на величину, составляющую 0,35-0,45 диаметра отверстия, заделку цилиндрического отверстия производят вставкой, выполненной из того же сплава, что и лопатка, с соединением вставки с лопаткой методом диффузионной пайки, а перед механической обработкой осуществляют термовакуумную обработку. 1. A method of repairing a turbine blade, comprising treating the surface of the blade, removing damaged sections of the surface, sealing the damaged sections of the blade and machining the blade, characterized in that the removal of damaged sections of the surface of the blade is performed by forming a cylindrical hole, the axis of which is spaced apart from the edge of the feather blade constituting 0.35-0.45 of the diameter of the hole, the sealing of the cylindrical hole is carried out by an insert made of the same alloy as the blade, with the connection woks with a blade by the method of diffusion soldering, and thermal treatment is carried out before machining. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заделку цилиндрического отверстия осуществляют одновременно с термовакуумной обработкой лопатки. 2. The method according to p. 1, characterized in that the sealing of the cylindrical hole is carried out simultaneously with the thermal vacuum treatment of the blade. 3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что вставку выполняют диаметром 10-20 мм. 3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the insert is made with a diameter of 10-20 mm. 4. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что заделку цилиндрического отверстия вставкой осуществляют с зазором по диаметру составляет ≤0,12 мм. 4. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the sealing of the cylindrical hole by the insert is carried out with a diameter gap of ≤0.12 mm. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для ремонта полых лопаток на вставке производят выемку материала, соответствующую внутренней полости лопатки в месте отверстия. 5. The method according to p. 1, characterized in that for the repair of the hollow blades on the insert, a material is excavated corresponding to the internal cavity of the blade in place of the hole. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют ремонт лопатки выполненной из сплавов на основе никеля. 6. The method according to claim 1, characterized in that they repair the blades made of nickel-based alloys.

Images