Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«М А Т И» - Р О С С И Й С К И Й Г О С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й
Т Е Х Н О Л О Г И Ч Е С К И Й У Н И В Е Р С И Т Е Т
имени К. Э. Ц И О Л К О В С К О Г О
_______________________________________________________________
Кафедра «Двигатели летательных аппаратов и теплотехника»
редакционно-издательским
советом института
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОЧИХ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА
«Процессы восстановления работоспособности авиационной техники»
Ознакомление студентов со способом экспериментального определения режимов технологического процесса напайки износостойкого композиционного материала. Освоение методов проведения эксперимента и расчета, связанного с обработкой результатов испытания.
Опыт эксплуатации газотурбинных двигателей вскоре после начала использования на лопатках компрессора бандажных полок показал, что они в наибольшей степени подвержены износу. Большая часть лопаток могла бы продолжать успешно эксплуатироваться на двигателе, при условии восстановления поврежденных контактных поверхностей бандажных полок. Анализ состояния контактных поверхностей после определенной наработки в составе двигателя показывает, что износ может достигать 1 мм и более. По мере увеличения износа уменьшается натяг между лопатками и бандажные полки получают возможность более свободно перемещаться друг относительно друга как вдоль, так и поперек контактной поверхности. В результате может произойти нахлест бандажных полок двух радом расположенных лопаток. Таким образом, возникла задача по ремонту компрессорных лопаток газотурбинных двигателей, которая была успешно решена специалистами ММПП «Салют» в сотрудничестве с рядом ведущих институтов отрасли.
Лопатки первых ступеней КНД изготавливаются из высокопрочных титановых сплавов, которые имеют низкие характеристики износостойкости и по своим металлургическим свойствам почти не совместимы со всеми известными износостойкими сплавами и композитами. В связи с этим процесс наплавки для восстановления контактных поверхностей бандажных полок лопаток оказался неприемлем.
Использование методов напыления для этой цели также проблематично в связи с низкой адгезией напыляемых материалов к титановым сплавам и с возможностью подплавления верхнего слоя материала лопаток и последующим образованием хрупких интерметаллидных прослоек. Применительно к восстановлению контактных поверхностей бандажных полок эти проблемы были решены применением разработанного нового композиционного материала ВТН-1, состоящего из твердых частиц карбида вольфрама («Релита») и припоя на титановой основе ВПр16 в качестве связки. Полученный материал сочетает высокую твердость армирующих частиц карбида вольфрама с прочным их соединением как между собой, так и с подложкой – титановой деталью. Надежное соединение с подложкой обеспечивается прочной металлической связью материала связки с титановой деталью.
Для напайки износостойкого композиционного материала ВТН-1 была спроектирована специальная установка (см. рис), состоящая из вакуумной камеры, высокочастотного генератора, вакуумной системы и приборов, контролирующих технологический процесс. Перед напайкой на поверхность обезжиренной бандажной полки наносят пасту, состоящую из смеси порошков «Релита» (WC) и припоя ВПр16 в соотношении 1:1. Смесь замешивается на 5-6%-ном растворе акриловой смолы БМК-5 и растворителя Р-5 или Р-648. Причем поверхность полки не требует специальных методов механической обработки, таких как шлифовка или обдувка электрокорундом, которые применяются при плазменном и детонационном методах напыления. Лопатка может быть допущена в работу сразу после удаления поврежденного или изношенного слоя полки путем фрезерования.
Перед пайкой в камере создается разрежение порядка 6-8 Па, после чего камера заполняется аргоном. Нагрев места пайки осуществляется токами высокой частоты с помощью индуктора, расположенного внутри камеры сгорания. Местный нагрев был выбран с целью снижения степени термического воздействия на лопатки. Контроль температуры места пайки осуществляется пирометром. Применение в качестве защиты зоны пайки инертного газа – аргона позволяет исключить последующее удаление остатков флюса и вести непосредственное визуальное наблюдение за процессом пайки.
Анализ условий работы восстанавливаемых поверхностей (высокие ударно-вибрационные нагрузки) и механических свойств напаиваемого материала – карбида вольфрама (значительная прочность и твердость в сочетании с высокой хрупкостью) заставили отдать предпочтение применению релита не в виде цельных пластин, а в виде порошка с зернистостью 160-280 мкм.
Условия получения напаянного на лопатку слоя, с одной стороны, максимально насыщенного частицами «Релита», а с другой – максимально плотного, беспористого, определили наиболее оптимальное соотношение компонентов в смеси порошков припоя и наполнителя: 50-70% по массе. Это соотношение обеспечивает наивысшее значение износостойкости.
Для удобства нанесения на восстанавливаемые поверхности смесь порошков приготовляется в виде пасты.
Важной особенностью формирования покрытия является распределение армирующих частиц WC по высоте. Частицы релита имеют плотность в 2,5 раза больше, чем плотность припоя, и в процессе напайки происходит их оседание и как следствие обогащение нижних слоев покрытия релитом и обеднение верхних. Верхний обедненный слой наиболее отчетливо проявляется при увеличении припоя в составе пасты и при увеличении толщины напаянного слоя. Поэтому в технологическом процессе предусмотрено, что толщина нанесенного слоя пасты не должна превышать 2 мм. Практически на расстоянии 0,2-0,5 мм от упрочняющей поверхности в напаянном слое распределение армирующих частиц носит почти равномерный характер.
В результате анализа сечений напаянных покрытий получена ориентировочная зависимость распределения армирующих частиц в напаянном покрытии от толщины напаянного слоя. Пользуясь данной зависимостью, можно выбрать определенную толщину напайки, после механической обработки которой на оставшейся поверхности релит будет распределен равномерно. Обеднение верхних слоев релитом имеет и положительное значение, так как в определенной степени облегчает механическую обработку напаянной поверхности за счет пониженной твердости верхнего слоя.
Таким образом, определены состав, свойства и технология получения износостойкого композиционного покрытия ВТН-1. Технология восстановления изношенных контактных поверхностей бандажных полок выглядит следующим образом. Изношенные контактные поверхности обрабатывают механически до удаления следов разрушения: сколов, вмятин, трещин, выбоин. Результат проверяется как визуально, так и методами цветной дефектоскопии (ЦМ-15В или ЛЮМ1-ОВ). Затем приготовляется композиция из порошка карбида вольфрама и припоя ВПр16 с размером частиц 160-280 мкм в соотношении 1:1. Так как плотность карбида вольфрама в 2,5 раза выше, чем припоя ВПр16, композиция во избежание разделения ее на фракции готовится непосредственно перед использованием в количестве, необходимом для изготовления одной партии изделий, но не более 500 г. Время между приготовлением и использованием композиции должно составлять не более 8 часов. Кроме того, для смешивания берутся навески компонентов не более чем по 10 г. Время перемешивания партии композиции должно быть не менее 3-4 ч.
Затем готовится паста, состоящая, %:5-6%-ный раствор сополимера БМК5 в растворителе Р5 или Р648 – 25; смесь порошков карбида вольфрама и припоя - 75. Далее готовую пасту наносят на обезжиренные ацетоном или спиртом контактные поверхности бандажных полок лопаток слоем толщиной 0,8-1,2 мм. Для удержания пасты от растекания применяется опалубка из титановой фольги толщиной 0,15 мм, прихваченной к боковой поверхности бандажных полок по периметру контактных площадок точечной конденсаторной сваркой. С целью предотвращения растекания припоя в процессе пайки боковые поверхности бандажных полок допускается покрывать окисью хрома.
После нанесения пасты лопатки просушивают на воздухе в течение 10-15 мин и затем загружают в камеру для проведения пайки. Причем вместе с партией лопаток в камеру загружается один образец-свидетель.
Эта камера (см. рис.) была спроектирована и изготовлена специально для реализации данного процесса. Она оборудована смотровым и двумя рабочими окнами, системами вакуумирования, подачи и стравливания в камеру аргона, соплом для подачи аргона непосредственно в зону нагрева, электровводом для подключения генератора, расположенного внутри камеры, фотопирометром для контроля температуры пайки и люком для загрузки и выгрузки деталей.
После загрузки партии подготовленных к пайке лопаток камера герметизируется. Производится откачка воздуха до давления 610-1...610-2 мм рт.ст. с последующим напуском в камеру аргона до избыточного давления 0,1кг/см2.
Перед началом пайки лопаток качество защитной атмосферы проверяется на образце-свидетеле. Если в результате его нагрева до температуры пайки (960 С) на образце-свидетеле появились другие цвета побежалости, кроме соломенного, это означает, что появилась окисленная поверхность. В этом случае баллон с аргоном следует заменить, так как в нем содержится большой процент влаги.
Если же проверка качества защитной атмосферы дала положительный результат, то выполняется пайка лопаток.
Часть лопатки, подлежащая нагреву (бандажная полка с нанесенным на нее композитом), помещается в индуктор генератора высокой частоты и нагревается до полного расплавления припоя. Температура нагрева контролируется с помощью фотопирометра. Напайка всей партии лопаток производится последовательно с обеих сторон. После окончания пайки лопатки выдерживают в атмосфере проточного аргона 1-3 мин. Затем камеру разгерметизируют и лопатки выгружают.
Далее производится механическая обработка лопаток с последующей термообработкой. После механической обработки осуществляют контроль качества восстановленных контактных поверхностей бандажных полок лопаток. Контролю подвергаются 100% лопаток.
Для определения оптимальной температуры пайки используются специальные образцы размером 20х60х3 мм из титанового сплава ВТ3-1. Образцы загружаются в вакуумную камеру установки в специальном приспособлении, которое позволяет одновременно закрепить до 10 образцов. Приготовляется композиция из порошка карбида вольфрама и припоя ВПр16 с размером частиц 160-280 мкм в соотношении 1:1. Так как плотность карбида вольфрама в 2,5 раза выше, чем припоя ВПр16, композиция во избежание разделения ее на фракции готовится непосредственно перед использованием в количестве, необходимом для изготовления одной партии изделий, но не более 500 г. Время между приготовлением и использованием композиции должно составлять не более 8 часов. Кроме того, для смешивания берутся навески компонентов не более чем по 10 г. Время перемешивания партии композиции должно быть не менее 3-4 ч.
Затем готовится паста, состоящая, %:5-6%-ный раствор сополимера БМК5 в растворителе Р5 или Р648 – 25; смесь порошков карбида вольфрама и припоя - 75. Далее готовую пасту наносят на обезжиренные ацетоном или спиртом контактные поверхности бандажных полок лопаток слоем толщиной 0,8-1,2 мм. Для удержания пасты от растекания применяется опалубка из титановой фольги толщиной 0,15 мм, прихваченной к боковой поверхности образцов точечной конденсаторной сваркой. Затем образцы загружаются в вакуумную камеру установки и производится процесс пайки при различных значениях температуры (см. таблицу 4.1). Значение температуры контролируется с помощью фотопирометра. Избыточное давление аргона в камере должно быть не менее 0,01 МПа. При завершении
Процесса пайки образцы выдерживаются в атмосфере проточного аргона не менее 1-3 минут для их охлаждения.
Качество процесса пайки оценивается по цветам побежалости на поверхности образцов ( темно-красный, красный, малиновый, оранжевый, светло-оранжевый, соломенный, белый). Оптимальным является соломенный цвет побежалости.
1. Ознакомиться с описанием и устройством экспериментальной установки и начертить её схему.
2. Подготовить партию образцов (10 штук) для проведения эксперимента.
3. Провести серию опытов и занести результаты в протокол испытаний (таблица 4.1).
4. Провести обработку результатов эксперимента и определить оптимальный режим процесса (температуру пайки).
4. Законченную и оформленную работу сдать преподавателю, предварительно подготовив ответы на контрольные вопросы.
Таблица 4.1
|
№ образца |
Температура пайки, С0. |
Цвет побежалости поверхности |
|
1 |
700 |
|
|
2 |
750 |
|
|
3 |
800 |
|
|
4 |
850 |
|
|
5 |
900 |
|
|
6 |
950 |
|
|
7 |
1000 |
|
|
8 |
1050 |
|
|
9 |
1100 |
|
|
10 |
1150 |
1. Основные этапы подготовительной стадии в ремонтном производстве.
2. Требования к условиям помещений для ремонтного производства.
3. Основной вид повреждения бандажных полок лопаток компрессора.
4. Классификация видов загрязнений деталей авиационных двигателей.
5. Последствия повреждения бандажных полок лопаток компрессора.
6. Материалы, применяемые для изготовления лопаток компрессора.
7. Использование напыления для восстановления лопаток компрессора.
8. Использование метода напайки для восстановления лопаток компрессора.
9. Состав композиционного материала ВТН-1.
10. Свойства композиционного материала ВТН-1.
11. Состав пасты «Релит», применяемой для напайки лопаток компрессора.
12. Основные элементы вакуумной установки для напайки припоя «Релит».
13. Состав газовой атмосферы камеры и порядок её заполнения.
14. Причины применения инертных газов в процессе пайки.
15. Соотношение компонентов в пасте «Релит».
16. Распределение армирующих частиц в нанесённом припое.
17. Рекомендуемая толщина слоя нанесённого припоя.
18. Назначение последующей механической обработки нанесённого покрытия.
19. Метод нагрева лопатки перед нанесением припоя.
20. Порядок приготовления пасты и условия её хранения.
ЛИТЕРАТУРА