RU2240214C1 - Method for repairing surface flaws of articles of gas turbine engine - Google Patents

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: method for repairing surface flaws of articles of gas turbine engine by composition surfaced coating comprises steps of cleaning repaired surface of article; applying onto it filler in the form of paste on base of metallic powder with organic binder; high temperature vacuum soldering and subsequent homogenization of article with composition surfaced coating and final mechanical working of article; before applying filler in the form of paste applying onto repaired surface of article flexible filler in the form of nickel gauze with sintered layer of pellets made of refractory nickel alloy; after applying filler in the form of paste sintering fillers with article in vacuum and then applying onto layer of fillers refractory nickel base solder; placing pellets of uniform size sintered with nickel gauze by one layer. Filler in the form of paste contains powder of refractory nickel alloy with particle size less by 2.5 - 3 times than size of pellets sintered with nickel gauze. High temperature vacuum soldering is realized in mode of thermal-vacuum treatment of base material, possibly at simultaneous homogenization of composition surfaced coating.

EFFECT: increased thickness of repair coating, elimination of porosity and filler flowing off at applying it in any spatial position.

5 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение при ремонте лопаток газотурбинных двигателей.The invention relates to the field of mechanical engineering and may find application in the repair of blades of gas turbine engines.

Известен “Способ ремонта поверхностных дефектов турбинных лопаток”, заключающийся в том, что прокорродированную часть поверхности подвижной лопатки из трудносвариваемого высоколегированного сплава удаляют, например, путем механической обработки, затем этот участок лопатки наплавляют сплавом MCrAl, где М - сплавы системы Ni-Co, Ni-Co-Fe с использованием плазмы низкого давления, после чего проводят диффузионную термообработку лопатки и ее чистовую механическую обработку в соответствии с профилем (патент Японии № 6-32546).The well-known “Method of repairing surface defects of turbine blades”, which consists in the fact that the corroded part of the surface of the movable blade from the hard-to-weld high-alloy alloy is removed, for example, by machining, then this section of the blade is fused with MCrAl alloy, where M are alloys of the Ni-Co, Ni system -Co-Fe using low-pressure plasma, after which diffusion heat treatment of the blade and its mechanical finishing are carried out in accordance with the profile (Japan patent No. 6-32546).

Способ этот из-за возможности окисления поверхностей в процессе нанесения плазменного покрытия не обеспечивает гарантированного соединения покрытия с подложкой.This method, due to the possibility of surface oxidation during the plasma coating process, does not provide a guaranteed connection between the coating and the substrate.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является патент США №5735448. Способ ремонта поверхностных дефектов лопатки, включающий очистку ремонтируемой поверхности, после которой на дефектные места наносят ремонтную смесь - пасту, состоящую из 20-60% летучего органического компонента, либо 20-60% водоосновного компонента, 3-8% плавкого реагента, 1-5% загущающего реагента, остальное - смесь двух компонентов металлических порошков. Первый компонент имеет состав, близкий к основному материалу, второй на той же основе, что и основной материал, но благодаря содержанию депрессантов, например бора, имеет температуру плавления меньше, чем первый порошковый компонент. Соотношение первого и второго компонентов в смеси 60:40. После нанесения ремонтной смеси производится нагрев в вакууме до температуры 525-555°С со скоростью 15°С в минуту с выдержкой около 15 минут. Последующий нагрев до температуры 970-1000°С со скоростью 10°С в минуту и выдержке при этой температуре 10 минут, последующее увеличение температуры нагрева до температуры плавления второго компонента для затекания его в места дефектов с выдержкой, при которой диффузионное взаимодействие с первым компонентом смеси не произойдет, затвердевание жидкой фазы. Затем нагрев лопатки до 1100-1115°С и выдержка при этой температуре для достижения эффекта изотермического диффузионного упрочнения ремонтной смеси. Дальнейшее увеличение выдержки при высокой температуре для гомогенизации и восстановления свойств (патент США №5735448).The closest analogue, taken as a prototype, is US patent No. 5735448. A method of repairing surface defects of a blade, including cleaning the surface to be repaired, after which a repair mixture is applied to the defective places - a paste consisting of 20-60% volatile organic component, or 20-60% water-based component, 3-8% fusible reagent, 1-5 % thickening reagent, the rest is a mixture of two components of metal powders. The first component has a composition close to the base material, the second on the same basis as the base material, but due to the content of depressants, such as boron, has a melting point lower than the first powder component. The ratio of the first and second components in the mixture is 60:40. After applying the repair mixture, it is heated in vacuum to a temperature of 525-555 ° C at a speed of 15 ° C per minute with a shutter speed of about 15 minutes. Subsequent heating to a temperature of 970-1000 ° C at a speed of 10 ° C per minute and holding at this temperature for 10 minutes, a subsequent increase in the heating temperature to the melting temperature of the second component for flowing it into the places of defects with holding, at which diffusion interaction with the first component of the mixture solidification of the liquid phase will not occur. Then, heating the blades to 1100-1115 ° C and holding at this temperature to achieve the effect of isothermal diffusion hardening of the repair mixture. A further increase in exposure at high temperature for homogenization and restoration of properties (US patent No. 5735448).

Недостатком прототипа является небольшая толщина покрытия до 200 мкм, отекание его при нанесении на поверхности с углом наклона более 60° и пористость в покрытии.The disadvantage of the prototype is the small thickness of the coating up to 200 microns, swelling when applied to surfaces with an inclination angle of more than 60 ° and porosity in the coating.

Технической задачей изобретения является увеличение толщины ремонтного покрытия, отсутствие стекания наполнителя при нанесении в любом пространственном положении и отсутствие пористости.An object of the invention is to increase the thickness of the repair coating, the absence of runoff of the filler when applied in any spatial position and the absence of porosity.

Для достижения технической задачи предлагается следующий способ ремонта поверхностных дефектов изделий ГТД композиционным наплавочным покрытием, включающий очистку ремонтируемой поверхности изделий, нанесение наполнителя в виде пасты на основе металлического порошка с органическим связующим, высокотемпературную вакуумную пайку с последующей гомогенизацией композиционного наплавочного покрытия и окончательную механическую обработку изделий, в котором до нанесения наполнителя в виде пасты на ремонтируемую поверхность наносят гибкий наполнитель из никелевой сетки со спеченным слоем гранул, выполненных из жаропрочного никелевого сплава, а после нанесения наполнителя в виде пасты производят спекание наполнителей с изделием в вакууме и последующее нанесение на слой наполнителей жаропрочного припоя на никелевой основе. Гранулы, спекаемые с никелевой сеткой, располагают в один слой и они являются однородными по размеру. Наполнитель в виде пасты состоит из порошка жаропрочного никелевого сплава, имеющего размер частиц в 2,5-3 раза меньше, чем размер гранул, спеченных с никелевой сеткой. Высокотемпературную вакуумную пайку осуществляют по режиму термовакуумной обработки основного материала с возможным проведением ее одновременно с гомогенизацией композиционного наплавочного покрытия.To achieve the technical objective, the following method is proposed for repairing surface defects of GTE products with a composite surfacing coating, including cleaning the repaired surface of the products, applying a filler in the form of a paste based on metal powder with an organic binder, high-temperature vacuum brazing followed by homogenization of the composite surfacing coating and final machining of the products, in which before applying the filler in the form of a paste on the repaired surface put gi a thin filler of a nickel mesh with a sintered layer of granules made of heat-resistant nickel alloy, and after applying the filler in the form of a paste, sintering of fillers with the product in vacuum and subsequent application of heat-resistant solder on a nickel base to the filler layer is performed. Granules sintered with a nickel mesh are placed in one layer and they are uniform in size. The paste filler consists of a powder of heat-resistant nickel alloy having a particle size of 2.5-3 times smaller than the size of granules sintered with a nickel mesh. High-temperature vacuum soldering is carried out according to the thermal vacuum treatment of the base material with the possibility of carrying out it simultaneously with the homogenization of the composite overlay coating.

Никелевая сетка обеспечивает закрепление наполнителя на поверхности основного материала, отсутствие пористости по границе покрытия с основным материалом. Кроме того, никелевая сетка способствует уменьшению содержания эвтектических колоний припоя по границе покрытия с основным материалом, улучшает способность выравнивания структуры покрытия в процессе гомогенизационного отжига покрытия. Закрепление наполнителя никелевой сеткой препятствует стеканию покрытия при его нанесении на поверхность основного материала.Nickel mesh provides fixing the filler on the surface of the base material, the absence of porosity along the border of the coating with the base material. In addition, the nickel mesh helps to reduce the content of eutectic solder colonies along the boundary of the coating with the base material, improves the ability to level the structure of the coating during homogenization annealing of the coating. Fixing the filler with a nickel mesh prevents the coating from dripping when applied to the surface of the base material.

Покрытия, выполненные по данному способу в зависимости от выбранного размера гранул, могут достигать толщины 1 мм и наноситься в любом пространственном положении, имеют прочное сцепление с основным материалом, отсутствует стекание наполнителя и пористость в покрытии.Coatings made by this method, depending on the selected granule size, can reach a thickness of 1 mm and can be applied in any spatial position, have strong adhesion to the main material, there is no draining of the filler and porosity in the coating.

Примеры осуществления.Examples of implementation.

Образцы для нанесения покрытия изготавливались следующим образом: на шлифованные поверхности пластин из сплава ЖС6У размером 30×30 мм и толщиной 5 мм наносился наполнитель в виде пасты по рецептуре прототипа и с использованием гибкого наполнителя в виде никелевой сетки. В обоих случаях в качестве компонента №1 по прототипу и гранулированного наполнителя по предлагаемому способу использовался порошок сплава ЖС6У, распыленный в вакууме и рассеяный на разные партии: первая партия имела размеры гранул 40-63 мкм, вторая - 100-166 мкм, третья - 250-400 мкм. В качестве припоя по предлагаемому способу, или компонента 2 по прототипу, применялся припой ВПр47. Нагревы производились в вакуумных печах с вакуумом не ниже 10^-4 мм рт.ст.Samples for coating were made as follows: on a polished surface of plates made of ZhS6U alloy measuring 30 × 30 mm and a thickness of 5 mm, a filler in the form of a paste was applied according to the recipe of the prototype and using a flexible filler in the form of a nickel mesh. In both cases, as component No. 1 according to the prototype and granular filler according to the proposed method, ZhS6U alloy powder sprayed in vacuum and dispersed into different batches was used: the first batch had granule sizes of 40-63 μm, the second - 100-166 μm, the third - 250 -400 microns. As a solder according to the proposed method, or component 2 of the prototype, VPr47 solder was used. The heating was carried out in vacuum furnaces with a vacuum of at least 10 ^-4 mm Hg.

Покрытие на образцы наносилось в двух положениях поверхностей - горизонтальном и вертикальном.The coating on the samples was applied in two positions of the surfaces - horizontal and vertical.

По результатам испытаний покрытия (определение толщин, пористости и наплывов), представленных в таблице, видно, что при нанесении покрытий по прототипу они имеют большую неравномерность толщины.According to the test results of the coating (determination of thicknesses, porosity and sagging) presented in the table, it is seen that when applying the prototype coatings they have a large thickness non-uniformity.

Предлагаемое нами покрытие наносилось в двух вариантах: толщиной около 200 мкм и 500 мкм. Для первого варианта к никелевой сетке припекался слой гранул сплава ЖС6У толщиной 100-160 мкм, второго - 250-400 мкм, для заполнения промежутков между крупными гранулами применялась паста на основе акриловой смолы с наполнителем из порошка ЖС6У с размером частиц для первого варианта - 40-63 мкм, второго - менее 166 мкм.The coating we offer was applied in two versions: about 200 microns thick and 500 microns thick. For the first option, a layer of granules of ZhS6U alloy 100-160 microns thick was baked to the nickel grid, the second was 250-400 microns thick, to fill the gaps between large granules, an acrylic resin based paste with filler from ZhS6U powder with a particle size of 40- 63 microns, the second - less than 166 microns.

В соответствии с рецептурой прототипа соотношение наполнителя ЖС6У и припоя ВПр47 в смеси было 60:40. Наполнитель имел размер частиц менее 166 мкм, припой - 40-100 мкм. Нагрев осуществляли ступенчатый со скоростью 15°С в минуту до 555°С с выдержкой 15 минут, затем со скоростью 10°С в минуту до температуры 990°С с выдержкой 10 минут, последующий подъем до температуры начала плавления ВПр47 - 1100°С с выдержкой 1 час и подъем до температуры 1150°С с выдержкой 1 час.In accordance with the formulation of the prototype, the ratio of the filler ZhS6U and solder VPr47 in the mixture was 60:40. The filler had a particle size of less than 166 microns, solder - 40-100 microns. The heating was carried out stepwise at a speed of 15 ° C per minute to 555 ° C with a holding time of 15 minutes, then at a speed of 10 ° C per minute to a temperature of 990 ° C with a holding time of 10 minutes, the subsequent rise to the temperature of the beginning of melting of Vpr47 - 1100 ° C with holding 1 hour and rise to a temperature of 1150 ° C with an exposure of 1 hour.

При изготовлении гибкого наполнителя температура спекания при нагреве в вакуумной печи составляла 1200°С. Пайка припоем ВПр47 производилась при 1210°С, выдержка составляла 4 часа.In the manufacture of a flexible filler, the sintering temperature during heating in a vacuum furnace was 1200 ° C. Soldering with Vpr47 solder was carried out at 1210 ° C; the exposure time was 4 hours.

Пористость оценивалась на шлифах поперечных сечений поверхности с покрытием методом количественной металлографии.Porosity was evaluated on thin sections of cross sections of the coated surface by quantitative metallography.

Равномерность покрытия определялась как соотношение минимальных и максимальных значений толщины покрытия на образце.Coating uniformity was defined as the ratio of the minimum and maximum values of the coating thickness on the sample.

При горизонтальном положении образцов степень равномерности покрытия, взятая как соотношение минимальной и максимальной толщины полученного покрытия, составляет 0,66 (см. таблицу).In the horizontal position of the samples, the degree of uniformity of the coating, taken as the ratio of the minimum and maximum thickness of the resulting coating, is 0.66 (see table).

При вертикальном положении поверхности образца, на которую наносилось покрытие по прототипу, произошло значительное стекание припоя вместе с наполнителем (таблица).With the vertical position of the surface of the sample, which was coated according to the prototype, there was a significant runoff of solder along with the filler (table).

При увеличении времени выдержки при пайке до 10 часов для гомогенизации покрытия происходило исчезновение эвтектических включений между частицами наполнителя, при этом не происходило изменения толщины покрытия.With an increase in the holding time during soldering up to 10 hours for the homogenization of the coating, the eutectic inclusions between the filler particles disappeared, while the coating thickness did not change.

По результатам, представленным в таблице, видно, что по сравнению с прототипом у покрытия, выполненного по предлагаемому способу, имеются значительные преимущества: отсутствует пористость, в 3-4 раза может быть увеличена толщина покрытия и при нанесении покрытия на вертикальные поверхности не происходит стекания покрытия.According to the results presented in the table, it can be seen that in comparison with the prototype, the coating made by the proposed method has significant advantages: there is no porosity, the coating thickness can be increased 3-4 times and when coating is applied to vertical surfaces, the coating does not drain off .

Предлагаемый способ ремонта поверхностных дефектов нанесением композиционного наплавочного покрытия может обеспечить значительный экономический эффект при ремонте лопаток турбин ГТД, снизить трудоемкость и материалоемкость ремонта, увеличить ресурс лопаток.The proposed method for repairing surface defects by applying a composite overlay coating can provide a significant economic effect in the repair of turbine engine blades, reduce the complexity and material consumption of repairs, and increase the resource of the blades.

Claims (5)

1. Способ ремонта поверхностных дефектов изделий газотурбинных двигателей (ГТД) композиционным наплавочным покрытием, включающий очистку ремонтируемой поверхности изделий, нанесение на нее наполнителя в виде пасты на основе металлического порошка с органическим связующим, высокотемпературную вакуумную пайку с последующей гомогенизацией изделия с композиционным наплавочным покрытием и окончательную механическую обработку изделий, отличающийся тем, что до нанесения наполнителя в виде пасты на ремонтируемую поверхность наносят гибкий наполнитель из никелевой сетки со спеченным слоем гранул, выполненных из жаропрочного никелевого сплава, а после нанесения наполнителя в виде пасты производят спекание наполнителей с изделием в вакууме и последующее нанесение на слой наполнителей жаропрочного припоя на никелевой основе.1. A method of repairing surface defects of gas turbine engine (GTE) products with a composite surfacing coating, including cleaning the product surface to be repaired, applying a filler in the form of a paste based on metal powder with an organic binder, high-temperature vacuum brazing followed by homogenization of the product with a composite surfacing coating and final mechanical processing of products, characterized in that before applying the filler in the form of a paste on the repaired surface is applied flexibly minutes filler nickel mesh with a sintered layer of pellets made of a heat-resistant nickel alloy, and after application of a filler in a paste sintering fillers produce the product in vacuo and then coating the layer of solder fillers superalloy based on nickel. 2. Способ ремонта по п.1, отличающийся тем, что гранулы, спекаемые с никелевой сеткой, располагают в один слой и являются однородными по размеру.2. The repair method according to claim 1, characterized in that the granules sintered with a nickel mesh are arranged in one layer and are uniform in size. 3. Способ ремонта по п.1, отличающийся тем, что наполнитель в виде пасты состоит из порошка жаропрочного никелевого сплава, имеющего размер частиц в 2,5-3 раза меньше, чем размер гранул, спеченных с никелевой сеткой.3. The repair method according to claim 1, characterized in that the filler in the form of a paste consists of a powder of heat-resistant nickel alloy having a particle size of 2.5-3 times smaller than the size of the granules sintered with a nickel mesh. 4. Способ ремонта по п.1, отличающийся тем, что высокотемпературную вакуумную пайку осуществляют по режиму термовакуумной обработки основного материала.4. The repair method according to claim 1, characterized in that the high-temperature vacuum soldering is carried out according to the thermal vacuum treatment of the base material. 5. Способ ремонта по п.1, отличающийся тем, что высокотемпературную вакуумную пайку проводят одновременно с гомогенизацией композиционного наплавочного покрытия.5. The repair method according to claim 1, characterized in that the high-temperature vacuum soldering is carried out simultaneously with the homogenization of the composite overlay coating.