RU2641210C1 - Method of application of wear-resistant coating on bandage shelter of shoulder of turbomashes from nickel alloys - Google Patents
Method of application of wear-resistant coating on bandage shelter of shoulder of turbomashes from nickel alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2641210C1 RU2641210C1 RU2016149056A RU2016149056A RU2641210C1 RU 2641210 C1 RU2641210 C1 RU 2641210C1 RU 2016149056 A RU2016149056 A RU 2016149056A RU 2016149056 A RU2016149056 A RU 2016149056A RU 2641210 C1 RU2641210 C1 RU 2641210C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- surfacing
- wear
- resistant coating
- allowance
- shelf
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области сварки и может быть использовано при производстве или ремонте бандажированных лопаток турбин турбомашин, выполненных из жаропрочных никелевых сплавов.The invention relates to the field of welding and can be used in the manufacture or repair of bandaged blades of turbines of turbomachines made of heat-resistant nickel alloys.
При наплавке износостойких материалов на бандажные полки лопаток турбин в наплавленном слое часто образуются трещины внутри наплавки, которые не всегда выходят на поверхность и нередко вызывают поломки. В итоге существенно ограничиваются долговечность лопаток турбин и ресурс турбомашин. Природа кристаллизационных трещин, возникающих при наплавке, связана с избыточным количеством жидкой фазы наплавляемого металла. Наплавка избыточного количества износостойкого материала обусловлена тем, что в процессе наплавки происходит усадка основного материала, которую необходимо компенсировать путем наплавки износостойкого материала на бандажную полку в два или даже в три прохода.When surfacing wear-resistant materials on the shroud shelves of turbine blades in the deposited layer, cracks often form inside the surfacing, which do not always come to the surface and often cause breakdowns. As a result, the durability of the turbine blades and the life of the turbomachines are significantly limited. The nature of the crystallization cracks that occur during surfacing is associated with an excess amount of the liquid phase of the deposited metal. Surfacing of an excessive amount of wear-resistant material is due to the fact that during the surfacing the shrinkage of the base material occurs, which must be compensated by surfacing of the wear-resistant material on the retaining shelf in two or even three passes.
Однакото наращивание бандажной полки за счет нанесения утолщенного слоя износостойкого материала на ее контактную плоскость приводит к растрескиванию самого наносимого слоя, отторжению его от основного материала в процессе эксплуатации, к снижению прочностных характеристик лопатки.However, the expansion of the retaining shelf due to the application of a thickened layer of wear-resistant material on its contact plane leads to cracking of the applied layer, its tearing away from the main material during operation, and to reduce the strength characteristics of the blade.
Известен способ дуговой наплавки неплавящимся электродом тонкостенных кромок лопаток турбин с подачей присадочных материалов по касательной к изделию и обеспечением упругого прижатия к изделию. В данном случае наплавку ведут с упором кристаллизатора, расположенного перпендикулярно оси вращения с зазором 0,6…0,9 диаметра проволоки от вершины наплавляемой кромки, а саму проволоку направляют в зазор (АС №1540981, кл. B23K 9/16, 1990 г.).A known method of arc surfacing with a non-consumable electrode of thin-walled edges of turbine blades with the filing of filler materials tangentially to the product and providing elastic pressing to the product. In this case, surfacing is carried out with a stop of a mold located perpendicular to the axis of rotation with a gap of 0.6 ... 0.9 of the diameter of the wire from the top of the weld edge, and the wire itself is sent to the gap (AS No. 1540981, class B23K 9/16, 1990 )
Недостатком данного способа является невозможность получения качественной наплавки износостойкого материала из-за необходимости вращения лопатки при наплавке.The disadvantage of this method is the impossibility of obtaining high-quality surfacing of wear-resistant material due to the need to rotate the blades during surfacing.
Известен способ наплавки износостойких материалов на изнашивающийся торец пера лопатки турбины, при котором лопатку фиксируют в медном водоохлаждаемом приспособлении и затем наплавляют со скоростью, обратно пропорциональной толщине пера, от выходной к входным кромкам на подъем с углом 1…8 град, для сплавления капель с наплавляемым валиком (АС №1734977, кл. B23P 6/00, 1992 г.).There is a method of surfacing wear-resistant materials on the wearing end of the pen of a turbine blade, in which the blade is fixed in a copper water-cooled device and then fused at a speed inversely proportional to the thickness of the pen, from the exit to the input edges on a rise with an angle of 1 ... 8 degrees, for fusion of droplets with a fused roller (AC No. 1734977, CL B23P 6/00, 1992).
Недостатком данного способа является то, что нет гарантии отсутствия образования дефектов в зоне сплавления капель и наплавляемого валика. Способ сложен и требует постоянного изменения скорости наплавки и подъема на заданный угол от выходной к входным кромкам.The disadvantage of this method is that there is no guarantee of the absence of defects in the fusion zone of the droplets and the weld bead. The method is complex and requires a constant change in the speed of surfacing and lifting at a given angle from the output to the input edges.
Наиболее близким аналогом наплавки износостойкого материала на контактную поверхность бандажной полки лопаток турбины турбомашин является способ нанесения износостойкого покрытия на бандажную полку лопатки турбин из никелевого сплава, при котором на подготовленную к наплавке контактную поверхность бандажной полки наносят слой износостойкого покрытия, затем снимают его излишки до получения требуемого размера бандажной полки (пат. RU №2179915, кл. B23P 6/00).The closest analogue to the deposition of wear-resistant material on the contact surface of the retaining flange of the blades of a turbomachine is the method of applying a wear-resistant coating to the retaining flange of a blade of a turbine made of nickel alloy, in which a wear-resistant coating layer is applied to the contact surface of the retaining flange prepared for surfacing, then the excess is removed to obtain the desired the size of the retaining shelf (US Pat. RU No. 2179915, CL B23P 6/00).
Однако данный способ не гарантирует, а лишь уменьшает вероятность образования горячих и холодных трещин при наплавке.However, this method does not guarantee, but only reduces the likelihood of the formation of hot and cold cracks during surfacing.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение прочностных характеристик материала бандажных полок лопаток турбин в зоне наплавки, сохранение геометрических размеров и формы бандажных полок со структурой основного материала.The task of the invention is to increase the strength characteristics of the material of the retaining shelves of the turbine blades in the surfacing zone, preserving the geometric dimensions and shapes of the retaining shelves with the structure of the main material.
Получаемый при этом технический результат заключается в получении высокого качества наплавленных участков, повышении надежности и ресурса лопаток турбин.The resulting technical result is to obtain high quality deposited sections, increasing the reliability and resource of the turbine blades.
Решение указанной задачи достигается тем, что в способе нанесения износостойкого покрытия на бандажную полку лопатки турбины из никелевых сплавов, при котором на подготовленную к наплавке контактную поверхность основного материала бандажной полки наносят слой износостойкого материала, а затем частично его снимают до получения требуемого размера бандажной полки, которую выполняют с припуском основного материала, компенсирующим последующую усадку основного материала бандажной полки при нанесении на нее износостойкого покрытия, причем величина припуска превышает величину усадки не более чем на 5-10%, при этом наплавку износостойкого материала на контактную поверхность бандажной полки осуществляют за один проход без разрыва электрической дуги на минимальном токе 30-40 А.The solution to this problem is achieved by the fact that in the method of applying a wear-resistant coating to the shroud shelf of a nickel alloy turbine blade, in which a layer of wear-resistant material is applied to the contact surface of the shroud base material prepared for surfacing and then partially removed to obtain the required shroud shelf size, which is performed with an allowance for the base material that compensates for the subsequent shrinkage of the base material of the retaining shelf when a wear-resistant coating is applied to it, m value exceeds the shrinkage allowance of not more than 5.10%, the wear surfacing material on the contact surface of the shroud flange performed in one pass without arcing at a minimum breaking current of 30-40 A.
Изобретение поясняется следующими фигурами:The invention is illustrated by the following figures:
фиг. 1 - Бандажная полка без припуска до наплавкиFIG. 1 - Bandage shelf without allowance before surfacing
1 - основной материал.1 - the main material.
Фиг. 2 - Бандажная полка без припуска после наплавки в два, три проходаFIG. 2 - Bandage shelf without allowance after surfacing in two, three passes
1 - основной материал,1 - the main material
2 - наплавка, сохраняющаяся после механической обработки,2 - surfacing, preserved after machining,
3 - усадка основного материала,3 - shrinkage of the base material,
4 - слой наплавки, удаляемый при механической обработке.4 - deposition layer removed during machining.
Фиг. 3 - Бандажная полка с припуском до наплавкиFIG. 3 - Bandage shelf with allowance to surfacing
1 - основной материал,1 - the main material
5 - припуск.5 - allowance.
Фиг. 4 - Бандажная полка с припуском после наплавки за один проходFIG. 4 - Bandage shelf with allowance after surfacing in one pass
1 - основной материал,1 - the main material
2 - наплавка, сохраняющаяся после механической обработки,2 - surfacing, preserved after machining,
3 - усадка основного материала,3 - shrinkage of the base material,
4 - слой наплавки, удаляемый при механической обработке.4 - deposition layer removed during machining.
Фиг. 5 - внешний вид бандажной полки после механической обработки.FIG. 5 - the appearance of the retaining shelf after machining.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
Пример 1. Экспериментально установили, что при наплавке износостойкого материала за один проход величина усадки основного материала 3 лопатки составляет (0,4…0,6) мм. Величина усадки существенно зависит от режима наплавки - силы тока. При наплавке за один проход силу тока ограничили (30…40) А.Example 1. It was experimentally established that when surfacing wear-resistant material in one pass, the shrinkage of the
Лопатка была изготовлена из жаропрочного никелевого сплава марки ЖС26 ВИ, содержащего, мас. %: углерод 0,15; хром 5,2%; кобальт 9,2; молибден 1,2; вольфрам 12; алюминий 6,1; титан 1,2; ниобий 1,5; ванадий 1,1; гафний 0,03; никель - остальное.The blade was made of heat-resistant nickel alloy grade ZhS26 VI, containing, by weight. %: carbon 0.15; chromium 5.2%; cobalt 9.2;
При изготовлении лопатки изменили размер бандажной полки в сторону увеличения введением припуска 5. Исходя из экспериментальных данных, припуск 5 определили такой величины, чтобы она была не меньше усадки 3 основного материала за один проход электрода при наплавке, но и превосходила усадку не более чем на (5…10) %.In the manufacture of the blades, the size of the retaining shelf was changed in the direction of increasing by introducing
Была изготовлена лопатка с бандажной полкой с припуском 5 под наплавку - 0,5 мм.A blade with a retaining shelf was made with an allowance of 5 for surfacing - 0.5 mm.
Для наплавки использовали тонкие заготовки присадочного материала диаметром 0 1±0,2 мм, длиной (120…150) мм, изготовленные из интерметаллидного износостойкого сплава марки ВКНА-2М, содержащего, мас. %: хром 5,4; вольфрам 2,2; кремний 1,1; титан 1,5; алюминий 10,6; углерод 0,15; никель - остальное до 100%.For surfacing used thin blanks of filler material with a diameter of 0 1 ± 0.2 mm, length (120 ... 150) mm, made of an intermetallic wear-resistant alloy grade VKNA-2M, containing, by weight. %: chromium 5.4; tungsten 2.2; silicon 1.1; titanium 1.5; aluminum 10.6; carbon 0.15; nickel - the rest is up to 100%.
Затем на контактную поверхность бандажной полки с припуском 5 основного материала лопатки наплавили износостойкий материал.Then, wear-resistant material was welded onto the contact surface of the retaining shelf with an allowance of 5 for the main material of the blade.
Наплавку проводили в токе аргона неплавящимся электродом на минимальном токе (30…40) А за один проход без разрыва электрической дуги. При величине тока менее 30 А падает стабильность горения дуги и становится затруднительным поддержание непрерывности горения дуги. При силе тока более 40 А происходит избыточное проплавление металла, накопление жидкой фазы, что способствует образованию горячих трещин при кристаллизации наплавленного металла.Surfacing was carried out in a stream of argon with a non-consumable electrode at a minimum current (30 ... 40) A in one pass without breaking the electric arc. When the current value is less than 30 A, the stability of arc burning decreases and it becomes difficult to maintain the continuity of arc burning. With a current strength of more than 40 A, there is an excessive penetration of the metal, the accumulation of the liquid phase, which contributes to the formation of hot cracks during crystallization of the deposited metal.
Количество проходов электрода при наплавке ограничили одним и это оказалось достаточным, поскольку при этом удалось избежать наращивания избыточного материала наплавки, компенсирующего усадку, и предотвратить образование горячих трещин внутри наплавленного материала. В зависимости от марки наплавляемых материалов высота наплавки, полученная за один проход, составляет (0,86…2,85) мм.The number of passes of the electrode during surfacing was limited to one and this was sufficient, since it was possible to avoid the buildup of excess cladding material to compensate for shrinkage and to prevent the formation of hot cracks inside the deposited material. Depending on the type of surfaced materials, the surfacing height obtained in one pass is (0.86 ... 2.85) mm.
После наплавки для снятия остаточных напряжений проводили отжиг лопаток в вакууме (10-3…10-4) мм рт.ст. при температуре не выше 1050°C.After surfacing, to remove residual stresses, annealing of the blades was carried out in vacuum (10 -3 ... 10 -4 ) mm Hg. at a temperature not exceeding 1050 ° C.
Указанная температура отжига обусловлена необходимостью избежать изменения тонкой структуры основного материала лопатки и ухудшения его механических свойств, а величина разрежения в вакуумной камере, где проводят отжиг, определяется тем, чтобы не допустить образования оксидной пленки на поверхности лопаток.The indicated annealing temperature is due to the need to avoid changing the fine structure of the main material of the blade and the deterioration of its mechanical properties, and the amount of vacuum in the vacuum chamber where the annealing is carried out is determined in order to prevent the formation of an oxide film on the surface of the blades.
После отжига проводили механическую обработку наплавленного участка плоским шлифованием для получения установленного размера детали с целью удаления излишней части наплавленного материала и получения заданных размеров бандажной полки.After annealing, the deposited area was machined by flat grinding to obtain the specified size of the part in order to remove the excess part of the deposited material and obtain the specified dimensions of the retaining shelf.
После механической обработки высота наплавленного слоя износостойкого покрытия составила (0,76…1,35) мм.After machining, the height of the deposited layer of the wear-resistant coating was (0.76 ... 1.35) mm.
Внешний вид бандажной полки после механической обработки представлен на фиг. 5.The appearance of the retaining shelf after machining is shown in FIG. 5.
Металлографическим анализом качества наплавки в продольном сечении бандажной полки установлено, что величина усадки металла полки после наплавки составила (0,38…0,42) мм.A metallographic analysis of the surfacing quality in the longitudinal section of the retaining shelf revealed that the shrinkage of the shelf metal after surfacing was (0.38 ... 0.42) mm.
Такая усадка не превышает величины установленного припуска, находится в указанных пределах.Such shrinkage does not exceed the value of the established allowance, is within the specified limits.
Качество наплавки износостойкого материала высокое, структура материала наплавки плотная и не содержит трещин, пор и других дефектов.The surfacing quality of wear-resistant material is high, the structure of the surfacing material is dense and does not contain cracks, pores and other defects.
В заключение проводят визуальный, капиллярный и металлографический контроль качества наплавки материала на бандажные полки.In conclusion, a visual, capillary and metallographic quality control of the surfacing of the material on the retaining shelves is carried out.
В качестве наплавляемых материалов могут использоваться как стеллиты - сплавы типа В2К, В3К, В4К, СМ64, так и интерметаллиды типа ВКНА-2М и др.As surfaced materials can be used as stellites - alloys of type B2K, V3K, V4K, SM64, and intermetallic compounds of type VKNA-2M, etc.
Пример 2. На бандажную полку лопатки турбины из сплава ЖС26ВИ наплавляли сплав на кобальтовой основе с карбидным упрочнением марки СМ-64, содержащий, мас. %: хром 20,1; (вольфрам + молибден) 19; никель 5,2; железо 2,0; углерод 1,6; кобальт - остальное до 100%. Наплавку проводили неплавящимся вольфрамовым электродом присадочной проволокой из сплава СМ-64 диаметром ∅ 1,2 мм в токе аргона при минимальном токе 35 А, без разрыва электрической дуги за один проход электрода. Высота слоя наплавки составила (1,14…2,83) мм. Затем лопатку для снятия остаточных напряжений отжигали в вакууме 10-3 мм рт.ст. при температуре 1000°С в течение 2 часов. После отжига проводили механическую обработку бандажной полки плоским шлифованием для получения необходимого размера детали. После механической обработки высота слоя наплавки составила (0,90…1,86) мм. Величина припуска контактной поверхности бандажной полки составляла 0,5 мм. После наплавки величина усадки основного металла составила (0,40…0,41) мм, что не превышает величины припуска. Качество наплавки высокое - поры, трещины и другие дефекты отсутствовали.Example 2. On the retaining shelf of the turbine blade of the ZhS26VI alloy, a cobalt-based alloy with carbide hardening grade SM-64 was deposited, containing, wt. %: chromium 20.1; (tungsten + molybdenum) 19; nickel 5.2; iron 2.0;
Применение данного способа обеспечивает повышение прочностных характеристик материала бандажных полок в зоне наплавки, получение необходимых геометрических размеров и формы бандажных полок со структурой основного материала, а также высокое качество изготовления, повышая тем самым надежность и ресурс работы лопаток турбины.The application of this method provides an increase in the strength characteristics of the material of the retaining shelves in the weld zone, obtaining the necessary geometric dimensions and shapes of the retaining shelves with the structure of the base material, as well as high quality workmanship, thereby increasing the reliability and service life of the turbine blades.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016149056A RU2641210C1 (en) | 2016-12-14 | 2016-12-14 | Method of application of wear-resistant coating on bandage shelter of shoulder of turbomashes from nickel alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016149056A RU2641210C1 (en) | 2016-12-14 | 2016-12-14 | Method of application of wear-resistant coating on bandage shelter of shoulder of turbomashes from nickel alloys |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2641210C1 true RU2641210C1 (en) | 2018-01-16 |
Family
ID=68235474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016149056A RU2641210C1 (en) | 2016-12-14 | 2016-12-14 | Method of application of wear-resistant coating on bandage shelter of shoulder of turbomashes from nickel alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2641210C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2449508A1 (en) * | 1979-02-23 | 1980-09-19 | United Technologies Corp | PROCESS AND APPARATUS FOR REFINISHING THE AIR TIGHTNESS OF TURBINE BLADES |
| US5479704A (en) * | 1993-08-13 | 1996-01-02 | Mtu Motoren-Und Turbinen Union Munchen Gmbh | Process for repairing damaged blades of turboengines |
| RU2299115C1 (en) * | 2005-11-14 | 2007-05-20 | Михаил Михайлович Берзин | Worn surface of steel parts restoration method |
| RU2434973C2 (en) * | 2009-07-15 | 2011-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие Турбинаспецсервис" | Procedure for production of built-up coating on blade body of turbo-machine |
| RU2479400C2 (en) * | 2010-12-03 | 2013-04-20 | Научно-производственное некоммерческое партнерство "ТЕХНОПАРК АВИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ" | Method of reconditioning turbo machine blade root face with making brush seal |
-
2016
- 2016-12-14 RU RU2016149056A patent/RU2641210C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2449508A1 (en) * | 1979-02-23 | 1980-09-19 | United Technologies Corp | PROCESS AND APPARATUS FOR REFINISHING THE AIR TIGHTNESS OF TURBINE BLADES |
| US5479704A (en) * | 1993-08-13 | 1996-01-02 | Mtu Motoren-Und Turbinen Union Munchen Gmbh | Process for repairing damaged blades of turboengines |
| RU2299115C1 (en) * | 2005-11-14 | 2007-05-20 | Михаил Михайлович Берзин | Worn surface of steel parts restoration method |
| RU2434973C2 (en) * | 2009-07-15 | 2011-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие Турбинаспецсервис" | Procedure for production of built-up coating on blade body of turbo-machine |
| RU2479400C2 (en) * | 2010-12-03 | 2013-04-20 | Научно-производственное некоммерческое партнерство "ТЕХНОПАРК АВИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ" | Method of reconditioning turbo machine blade root face with making brush seal |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105492145B (en) | For producing the method for three-dimensional article and utilizing the product of such method production | |
| KR102237760B1 (en) | Precipitation strengthened nickel based welding material for fusion welding of superalloys | |
| RU2627824C2 (en) | Application of superflowing with application of powder flux and metal | |
| RU2599925C2 (en) | Systems and methods for processing alloy ingots | |
| CN105705277A (en) | Superalloy material deposition with interlayer material removal | |
| US10086459B2 (en) | Method for forming hybrid article | |
| EP3466602B1 (en) | Method for forming an article | |
| RU2627088C2 (en) | Method for welding and building up metal components made of aluminium by the method of arc welding by metallic electrode in the medium of inert gas with pulsed current and pulsed filler wire | |
| JPH11156559A (en) | Welding method of hardenable nickel base alloy | |
| US11033987B2 (en) | Hybrid article, method for forming hybrid article and method for welding | |
| JP6838832B2 (en) | Welding filler for superalloys | |
| US10137540B2 (en) | Device for coating turbine components | |
| JP6506389B2 (en) | Malleable boron supported nickel-based welding material | |
| RU2641210C1 (en) | Method of application of wear-resistant coating on bandage shelter of shoulder of turbomashes from nickel alloys | |
| Thamer et al. | Mechanism of building-up deposited layer during electro-spark deposition | |
| CN105431250B (en) | Superalloy component repair by addition of powdered alloy and flux materials | |
| US20160146020A1 (en) | BRAZING METHOD FOR REINFORCING THE Z-NOTCH OF TiAl BLADES | |
| US10265792B2 (en) | Sinter-bonded hybrid article, method for forming hybrid article, and method for closing aperture | |
| Tsurumaki et al. | Precise additive fabrication of wall structure on thin plate end with interlayer temperature monitoring | |
| RU2586191C1 (en) | Method for recovery of retaining blades of turbomachinery shelves of titanium alloys | |
| US10072504B2 (en) | Alloy, welded article and welding process | |
| US10603734B2 (en) | Method for hardfacing a metal article | |
| RU2699493C1 (en) | Method of aluminum alloy nonconsumable electrode welding | |
| RU2009144440A (en) | METHOD FOR RESTORING TURBO MACHINES OF TURBO MACHINES FROM NICKEL AND COBALT ALLOYS | |
| RU2650463C1 (en) | Method of automatic non-consumable electrode welding |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20190802 |