Дослідження і оптимізація процесу серійного ремонту робочих лопаток авіаційного газотурбинного двигуна Д-18Т мікроплазмовим порошковим наплавленням

Ющенко, КА, Яровицин, ОВ, Хрущов, ГД, Петрик, ІА, Чигилейчик, СЛ
Косм. наука технол. 2022, 28 ;(3):01-01
https://doi.org/10.15407/knit2022.03.003
Язык публикации: Українська
Аннотация: 
Розглянуто особливості серійного ремонту робочих лопаток турбіни високого тиску (ТВТ) авіаційного газотурбінного двигуна Д-18Т з обмежено зварюваного нікелевого жароміцного сплаву ЖС32-ВИ способом мікроплазмового порошкового наплавлення. Показано, що зі збільшенням тривалості експлуатації даних лопаток більше 6—8 тис. год в зварному з'єднані «основний-наплавлений метал» відновлених бандажних полиць збільшується схильність до утворення тріщин при зварюванні плавленням та наступній термічній обробці.
      Показано, що забезпечення стабільного формування наплавленого валика на поверхню торців бандажних полиць даних робочих лопаток вимагає використання нестаціонарних імпульсних режимів зварювального струму прямої полярності. З урахуванням значної кількості технологічних параметрів розглянутого процесу суб’єктивний аналіз таких режимів вкрай ускладнено. Викладено методику уточнення вимог до таких режимів одношарового мікроплазмового порошкового наплавлення в діапазоні діючих струмів 7-20 А за критеріями ефективної теплової потужності дуги та погонної енергії, що передбачає використання системи реєстрації і подальшої цифрової обробки залежності зварювального струму від часу наплавлення бандажної полиці. На основі аналізу статистичних даних з кількісної оцінки схильності дослідженого зварного з'єднання до утворення тріщин встановлено оптимальний діапазон середніх значень цих узагальнених параметрів режимів наплавлення для використання в ручному та роботизованому процесі, при якому в кінці технологічного циклу фіксується не більше декількох відсотків відновлених лопаток з виявленими тріщинами.
      Показано, що суттєвими технологічними факторами, що впливають на кількість технологічного браку при відновленні розглянутих робочих лопаток є середня величина діючого зварювального струму та якість присадного порошку сплаву ЖС32, яка в першу чергу характеризується середньоваговим вмістом кисню і азоту в його дисперсних частках. Показано, що збільшення середньовагового вмісту газових домішок у присадному порошку, передусім ‒ кисню, викликає суттєве зростання енерговитрат на формування наплавленого валика в процесі мікроплазмового порошкового наплавлення. Запропоновано методику вхідного контролю якості присадного порошку сплаву ЖС32-ВИ в умовах серійного ремонтного виробництва, засновану на визначенні середньовагового вмісту кисню та азоту за методикою відновного плавлення в потоці газу-носія та за критерієм оцінки середніх значень ефективної теплової потужності дуги та погонної енергії наплавлення при відновленні декількох лопаток-свідків та їх відповідності попередньо встановленому оптимальному діапазону.
      Наведено аналіз перспектив подальшого застосування систем реєстрації і аналізу режимів наплавлення в умовах серійного ремонту деталей авіаційних ГТД з важкозварюваних нікелевих жароміцних сплавів.
Ключевые слова: вміст кисню та азоту, ефективна теплова потужність дуги, мікроплазмове порошкове наплавлення, нікелевий жароміцний сплав ЖС32-ВИ, наплавлений метал, погонна енергія наплавлення, присадний порошок, серійний ремонт робочих лопаток ТВТ, система реєстрації і аналізу режимів наплавлення, схильність до утворення тріщин
References: 

1. Bronstein I. N., Semendiajev K. A. (1967). Mathematics handbook [For engineers and technical university students, 11th publ.]. Moscow: Science, 608 p.

2. Gladkiy P. V., Perepletchikov E. F., Ryabtsev I. A. (2007). Plasma cladding. Kiyv: Ecotechnology, 292 p.

3. Demjantsevich V. P., Mykhailov N. P. (1973). Micro-plasma arc heat balance components. Autom. welding, № 8, 25-27.

4. Zhemanyuk P. D., Petrik I. A., Chygileichyk S. L. (2015). Experience of introduction of the technology of reconditioning microplasma powder surfacing at repair of high-pressure turbine blades in batch production. Autom. welding, № 8, 43-46.
https://doi.org/10.15407/tpwj2015.08.08

https://doi.org/10.15407/tpwj2015.08.08
https://doi.org/10.15407/tpwj2015.08.08

5. Lesnikov V. P., Kuznetsov V. P., Moroz E. V., Peychev G. I., Zamkovoy V. E., Andreychenko N. V. (2007). JS32-VI superalloy stability after high temperature exposure and operating in D-18T engine. Gas turbine technologies, № 8, 40-42.

6. Paton B. E., Gvozdetsky V. S., Dudko D. A., et al. (1979). Micro-plasma welding. Kyiv: Scientific thought, 248 p.

7. Petrov G. L., Tumarev A. S. (1967). Theory of Welding Processes [with basics of Physical chemistry]. Moscow: Highest School, 508 p.

8. Rykalin N. N. (1951). Welding heat processes' calculations. Moscow: Mashgiz, 296 p.

9. Sims Ch., Stoloff N., Hagel V. (1995). Superalloys II. High-Temperature Materials for Aerospace and Industrial Power. Ed. by R. E. Shalin. Moscow: Metallurgy, 384 p.

10. Sorokyn L. I. (1999). Stress and cracks during welding and thermal processing of nickel superalloys. Welding. production, № 12, 11-17.

11. Sorokin L. I. (2004). Welding cracks with oxidized surface on nickel superalloys. Welding production, № 12, 30-31.

12. Deloro Stellite technological seminar in Zaporizhzhia (2010). Autom.welding, № 1, 59-62.

13. Zinke M., Noibert G., Gerold H. (1999). Properties of nickel-based superalloy weldments. Autom. welding, № 4, 35-38.

14. Yushchenko K. A., Savchenko V. S., Yarovytsyn A. V., Nakonechny A. A., Nastenko G. F., Zamkovoj V. E., Belozertsev O. S., Andrejchenko N. V. (2010). Development of the technology for repair microplasma powder cladding of flange platform faces of aircraft engine high-pressure turbine blades. Autom. welding, № 8, 25-29.

15. Yushchenko K. A., Yarovytsyn A. V. (2014). Influence of active gas content and disperse filler continuity on the process of bead formation in microplasma powder surfacing of nickel superalloys. Autom. welding, № 6-7, 119-128.
https://doi.org/10.15407/tpwj2014.06.25

https://doi.org/10.15407/tpwj2014.06.25
https://doi.org/10.15407/tpwj2014.06.25

16. Yushchenko K. A., Yarovytsyn A. V., Chervyakov N. O. (2017). Effect of energy parameters of microplasma powder surfacing modes on susceptibility of nickel alloy ZhS32 to crack formation. Autom. welding, № 2, 3-7.
https://doi.org/10.15407/as2017.02.01

https://doi.org/10.15407/as2017.02.01
https://doi.org/10.15407/as2017.02.01

17. Yarovytsyn O. V. (2009). Micro-plasma powder cladding of nickel superalloys with 45-65 % γ'-phase content. Ph.D thesis abstract. Кiyv: E. O. Paton Electric Welding Institute, 21 p.

18. Yarovytsyn A. V. (2015). Energy approach in analysis of microplasma powder surfacing modes. Autom. welding, № 5-6, 18-25.
https://doi.org/10.15407/tpwj2015.06.03

https://doi.org/10.15407/tpwj2015.06.03
https://doi.org/10.15407/tpwj2015.06.03

19. Yarovytsyn A. V., Novykov S. V. (2009). Methodological support of submerged calorimetry of low-ampere arcs. Digest of theses for V Ukrainian scien.-techn. conference of young scientists and specialists "Welding and related technologies" (E. O. Paton EWI, 27-29 may, 2009). Kyiv: E. O. Paton EWI, 124.

20. Lippold J. C., Kiser S. D., DuPont J. N. (2009). Welding metallurgy and weldability of nickel-base alloys. Hoboken, New Jersey, John Willey&Sons, Inc., 456 p.