NO143089B - Fremgangsmaate for forhaandsforming av en platekledning for et konvekst-konkavt substrat - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt utformning

av en platekledning omkring et konkavt-konvekst substrat. Nær-mere bestemt angår oppfinnelsen skovler, blader og vinger for turbomaskiner og en fremgangsmåte til forhåndsforming av en beskyttende platekledning for disse. Overflatestabiliteten for superlegeringer fortoner seg som et betydelig problem for avan-serte industri- og flygassturbiner. Sterkt korroderende omgivel-ser frembringes ved forbrenningen av tunge brenseloljer og når dette forbindes med høyere forbrenningstemperaturer og lengere vedlikeholdsintervaller, oppstår noen meget strenge begrensninger innenfor materialvalget. Anvendelsen av en platekledningslegering som er motstandsdyktig overfor oksydasjon og varm korrosjon, til et skovlesubstrat med stor styrke representerer en løsning på problemet med overflatestabiliteten.

Søkernes parallelle ansøkning med tittelen "Fremgangsmåte ved binding av en platekledning til et konkavt-konvekst substrat" viser en fremgangsmåte ved diffusjonsbinding av en platekledning til et konkavt-konvekst substrat. I denne fremgangs-

måte blir platekledningen før vakuum-slagloddingen og diffusjonsbindingen forhåndsformet til substratet. Hvis det her nevnte substrat er en turbinskovle, vil hver skovle sannsynligvis ha en noe avvikende form som gjør en konvensjonell formeoperasjon nesten umulig. Håndforming av platekledningen til substratet vil eventuelt ikke gi den påkrevede nøyaktighet som er nødvendig for å skaffe en glatt platekledning over substratet, fordi overskytende platekledning kan ha en tendens til å danne rynker og andre feil. Andre mekaniske metallformingsteknikker, såsom smiing, valse-binding og senkesmiing er ikke uten videre mulig å tilpasse fremstillingen av komplekse geometriske former med den påkrevede nøyaktighet i nevnte diffusjonsbindebehandling av platekledninger.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse gir den nødvendige nøyaktighet for forhåndsforming av en platekledning til et konvekst-konkavt substrat ved forberedelse til binding av platekledningen til substratet. Anvendelsen av isostatisk trykk har tilstrekkelig innebygget fleksibilitet til å kompen-sere for dimensjonale forandring fra del til del. Dessuten er anvendelsen av foreliggende oppfinnelse ikke begrenset til fremgangsmåten ifølge ovennevnte patentansøkning og kan anvendes som et preliminært trinn til enhver bindingsmetode hvor det er nødvendig å på forhånd forme platekledningentil et konvekst-konkavt substrat, f.eks. US patent 3.699.642 bevilget i 1972.

Anvendelsen av kaldt isostatisk trykk er en kjent prosess innenfor område med komprimering og fortetning av metall og oksydpulveret, og der er kommersielt tilgjengelig innretnin-ger for påføring av det kalde isostatiske trykk. Imidlertid antas bruken av kaldt isostatisk trykk for forming eller til-passing av en platekledning til et konvekst-konkavt substrat i den fremgangsmåte som skal beskrives i det følgende,

å være enestående.

Isostatisk trykk som er likt i alle retninger,

gir jevnt trykk til platekledningen. Andre fremgangsmåter som er tidligere kjent, bygger på uniaksialt eller biaksialt trykk som kan bevirke rivning av platekledningen. Bruken av isostatisk trykk er viktig, fordi mer korrosjonsfaste plateklednings-legeringer har begrenset strekkbarhet (formbarhet) og derfor er mer utsatt for rivingsdefekter under formeoperasjonen.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse

å skaffe tilveie en fremgangsmåte for nøyaktig forhåndsforming av en platekledning for et substrat som har en konveks-konkav overflate før binding av kledningen til substratet for å minske opptredenen av defekter i platekledningen.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utføres ved grovforming av en glødet og på forhånd tilskåret platekledning til et konvekst-konkavt substrat, slik at platekledningen ligger tett inntil den konvekse overflate av substratet, mens platekledningen har en avstand fra den konkave overflate av substratet. Platekledningen punktsveises ved en kant til den konvekse overflate av substratet. Deretter legges kledningen omkring substratet, og den annen kant av platekledningen sveises til den ene kant for å danne en langsgående søm på den konvekse overflate. Den sammenføyde platekledning og substrat føres inn i en gumitiiaktig form, og blir deretter tettet i en gummiaktig hylse. Påføring av kaldt isostatisk trykk på utstyret bevirker at den hittil ikke deformerte del av platekledningen adskilt fra den konkave overflate deformeres inn mot den konkave overflate og derved strekker klednings-platen omkring substratet slik at den danner en tettsittende ytre hud.

Oppfinnelsen vil bedre forstås under henvisning

til følgende beskrivelse i forbindelse med tegningene, idet fig. 1 er et oppriss av et med kledning forsynt konvekst-konkavt substrat ført inn i en gummiaktig form og hylse,hvilken sistnevnte er vist i snitt. Den brutte linje viser substratet og den diagonale brutte linje og de heltrukne linjer representerer bueformen av substratet henholdsvis av kledningen,

fig. 2 er et planriss av platekledningen og substratet etter trinnet med grovforming av platekledningen til substratet, fig. 3 er et planriss av den gummiaktig hylse og form uten det med kledning forsynte substrat i samme, og fig. 4 er et planriss av platekledningen og substratet etter at trinnene ifølge foreliggende oppfinnelse er utført.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er rettet på forhåndsforming av en platekledning til et substrat som har konvekst-konkave overflater. Et eksempel på. et slikt substrat finnes i turbomaskinskovler, blader og vinger. Formålet med platekledningen er å beskytte substratet som kan være en legering med stor styrke, men med dårlige korrosjonsbestandige egenskaper. Platekledningen må være nøyaktig forhåndsformet etter skovlen før diffusjonsbindingen for å sikre en nøyaktig og feilfri ytre overflate.

Foreliggende fremgangsmåte anvender glødning og rengjøring av platekledningsmaterialet for å oppnå maksimal strekkbarhet og o,verflaterenhet forut for påføring av kledningen på substratet. Substratet renses på forhånd, fordi kledningen utformes på skovlen, og derfor ikke behøver fjernes etter formingen. Dessuten anvendes ikke noe smøre-middel, og den renhet av overflaten som er nødvendig for etter-følgende behandling, bibeholdes. Etter glødning skjæres et emne fra platekledningsmaterialet. Emnets form er slik at den nærmer seg den utbrettede ytre overflate av substratet.

I tilfellet av en aerofoil, må emnet ikke fullstendig svare til den ikke utbrettede overflate, fordi aerofoiloverflaten ikke er "linjalrett", dvs. at overflaten i utbrettet tilstand ikke vil ligge i et enkelt plan.

Etter tilskjæring blir emnet grovformet på et virkelig substrat som vist på fig. 2. En foretrukket fremgangsmåte omfatter trinnene med punktsveising av en kant av emnet til den konvekse side av substratet og svøping av emnet omkring substratet og deretter sammenføyning av den annen kant av emnet av den ene kant for å danne en overlappingsforbindelse eller søm på den konvekse overflate av substratet. I det tilfelle hvor substratet er en aerofoil, er den forreste og den bakre kant skarpt avgrenset i kledningsemnet når dette er svøpt. Som et alternativ kan der formes en butt skjøt hvor begge kanter av emnet festes til den konvekse substratside. Et annet alternativ er å forhåndssveise kantene av emnet sammen og forme en sylinder som deretter føres inn over substratet, i hvilket tilfelle emnets kanter sveises til seg selv. En even-tuell søm som er dannet, er fortrinnsvis på den konvekse side av substratet fordi dette er det område som har minst påkjenning og arbeidsslitasje, og dessuten stedet for den minste deformering under kald isostatisk pressing i samsvar med foreliggende framgangsmåte, slik at muligheten for rivedefekt i kledningsemnet er redusert til et minimum. Det bør også bemerkes at en hvilken som helst hensiktsmessig fremgangsmåte for sammenføyning av emnets kanter kan anvendes såsom slag-lodding som et alternativ til punktsveising. Med henvisning tii fig. 2 vil fremgå at kledningsemnet ligger tett inntil substratets konvekse overflate og dessuten vil sammenføynings-sømmen også ligge an mot denne. Den del av kledningsemnet som ligger over den konkave overflate, har en avstand fra denne av grunner som vil fremgå senere.

Det sammensatte platekledningsemnet

og substrat blir deretter ført inn i en delt gummiaktig form (fig. 1 og 3). Formen kan være laget av neoprengummi og har en innvendig overflate som tilnærmet svarer til den virke-lige form av substratet med unntagelse av at ytterligere plass er anordnet på den konkave side for å kunne oppta den udeformerte platekledning.

Som vist på fig. 1, innføres formen med det kledde substrat på plass i en gummiaktig hylse eller pose (neoprengummi) og topp og bunnplater av stål klemmes fast til hver ende av hylsen for å gi en lekkasjetett tilstand med slange-klemmeutstyr. Formålet med tetningen er å hindre lekkasje av det medium som benyttes til kald isostatisk pressing (en emulsjon .av olje og vann) inn i formen og derved opprette et trykk-differensial, mens gummiformen hindrer riving av gummihylsen på grunn av de skarpe kanter av substratkledningen. Imidlertid er selve formen tilstrekkelig porøs til å ta imot luft fra mellom emnet og substratet når trykket påføres.

Den tettede hylse eller pose anbringes deretter

i en kald isostatisk presseenhet og enheten settes under trykk. Det isostatiske trykk overstiger flytegrensen ved romtemperatur for kledningsemnet basert på tykkelsen av kledningen ganget med høyden (fra roten til spissen av skovlen) av den konkave overflate som skal kles. Enheter for kald, isostatisk presseforming er tilgjengelige på markedet. Under presse-operasjonen blir platekledningen som ligger over den konkave overflate, trykket eller deformert til kontakt med den konkave- overflate av substratet (fig. 4). Den konvekse side av det kledde substrat gjennomgår minimal forandring fordi der ikke er noen eller bare liten anledning til bevegelse.

Etter en passende tid blir enheten for kald isostatisk trykkbehandling avlastet og utstyret av kledning og substrat kan deretter behandles for diffusjonsbinding eller annen kjent bindingsprosess. Det er mulig å anvende varm, isostatisk trykkbehandling i stedet for den kalde isostatiske trykkbehandling, men påføring av varme vil ikke være fordelaktig og dessuten kunne dette påvirke formens materiale.

Når det gjelder aerofoilfremstilling, kan over-<*>lappingssømmen senere maskineres bort (etter diffusjonsbinding) for å gi en glatt konveks overflate.

Eksempel

Et emne med tykkelse 0,25 mm av materialet Ni-50 Cr (Inconel Alloy 671) med bredde 101,6 mm x 152,4 mm langt i valset tilstand (omkring 20% kald bearbeidning) ble glødet ved 1260° C i 30 min. i tørr hydrogen. Substratet var en aerofoii, og emnet ble skåret til fra platekledningen for å ligne den utbrettede ytre overflate av aerofoilen for å tillate 10 - 15 % forlengelse. Emnet ble forsiktig skrubbet og deretter vasket med isopropylalkohol som en avsluttende renseoperasjon. Aerofoilens overflate var kjemisk etset, nikkelbelagt (tykkelse ca. 0,0127 mm) og hadde fått en vakuum-diffusjonsbehandling ved 1230° C i en time for å sikre god adhesjon av det overtrukne lag. Emnet ble deretter håndformet omkring aerofoilen, og de forreste og bakre kanter ble skarpt avgrenset. Kledningens søm ble anbragt på den konvekse side ca. 25 mm fra den bakre kant. Kledningen ble punktsveiset til aerofoilens overflate og en overlappssøm frembragt ved overlapping av den gjenværende klednings kant over den punktsveisede kant og punktsveiset på plass. Utstyret av kledning og aerofoii ble deretter anbragt 1 en delt neopren form og forseglet tett i en neopren pose. Utstyret ble deretter anbragt i en enhet for kaldt isostatisk trykk, og enheten ble forseglet og satt under trykk med opptil 980 kg/cm 2 hydrostatisk trykk under anvendelse av en vann-olje-emulsjon som trykkmedium. Straks det nevnte trykk var nådd, ble enheten trykkavlastet i en samlet syklustid på omkring 2 min. Utstyret av kledning og aerofoii ble tatt ut av enheten og gummiformen ble fjernet.

Det har dessuten vist seg at det nødvendige minste isostatiske trykk er flytegrensen for kledningslegeringen ved romtemperatur multiplisert med kledningens tykkelse, multiplisert med lengden av den konkave overflate fra skovlens rot til spissen. Trykk så langt ned som 280 kg/cm 2 har vært an-vendt i denne fremgangsmåte. Andre eksempler på legeringer som kan anvendes som platekledning, er Hastelloy X, FeCrAlY (2541), HS 188 og 304 rustfritt stål.

Lengden av kledningsemnet varierer fra en kledningslegerlng til en annen. Hovedårsaken til dette er at legeringens strekkbarhet varierer, og derfor vil mengden av materialet (lengden av platen) som befinner seg nær den konkave overflate (det område hvor nesten all påkjenning (deformering finner sted), bestemmer den mengde deformering legerings-platen vil bli utsatt for. Det er vanligvis ønskelig å inkorpo-rere en maksimal mengde deformering under formingen med kaldt isostatisk trykk fordi detaljen med den forreste og bakre kant vil forbedres med økende påkjenning.

«j Andre typer materialer er mulige for anvendelse som former foruten den i eksempelet nevnte form av neoprengummi, f.eks. buena-N gummi og polyurethan.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte til forhåndsforming av en platekledning for et substrat som har en konveks-konkav overflate ved kaldt isostatisk trykk, hvor platekledningen grovformes til substratet slik at platekledningen ligger tett inntil den konvekse overflate av substratet mens platekledningen overfor den konkave overflate av substratet har en avstand fra den konkave overflate, karakterisert ved at en kant av platekledningen festes til substratets konvekse overflate, at den annen kant av platekledningen sammen-føyes med den første kant av samme for å definere en søm på substratets konvekse overflate, at platekledningen og substratet anbringes i sammensatt tilstand i en tett gummiaktig form, og at et isostatisk trykk utøves på formen for å for-håndsforme platekledningen til kontakt med substratets konkave overflate.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at platekledningen glødes før forhåndsform-ingen, og at den tilskjæres til et emne tilnærmet tilsvar-ende den utbrettede ytre overflate av substratet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den ene kant av platekledningen sammen-føyes med den annen kant ved den konvekse overflate av substratet.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at etter grovformningsoperasjonen anbringes sammenstillingen av substrat og platekledning i nevnte gummi-aktige form og før påføringen av det isostatiske trykk føres gummiformen inn i en gummiaktig hylse og at hver ende av denne hylse forsegles med en endeplate og en klemme.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det kald-isostatiske trykk overstiger flytegrensen for platekledningen ved romtemperatur basert på tykkelsen av kledningen ganger høyden av den konkave overflate som skal kles.