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 | |
| 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 | |
| RU2725469C1 (ru) | Способ восстановления и упрочнения антивибрационных полок титановых лопаток компрессора гтд | |
| CN109468572A (zh) | 热喷涂/激光复合增材再制造***制备涂层的方法 | |
| 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 | |
| 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 | |
| US20130047394A1 (en) | Solid state system and method for refurbishment of forged components | |
| 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 | |
| Mahamood et al. | Areas of application of laser metal deposition process–part repair and remanufacturing | |
| 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 | |
| Nicolaus et al. | Regeneration of high pressure turbine blades. Development of a hybrid brazing and aluminizing process by means of thermal spraying | |
| US20050152805A1 (en) | Method for forming a wear-resistant hard-face contact area on a workpiece, such as a gas turbine engine part | |
| Korsmik et al. | Development of laser powder cladding technology for restoration of heat-resistant nickel alloys turbine blades | |
| Mallikarjuna et al. | Reclamation of intermetallic titanium aluminide aero-engine components using directed energy deposition technology | |
| CN107937860A (zh) | 一种氩弧重熔Fe基耐磨层的制备方法 |