Процеси відновлення зварюванням та паянням лопаток газотурбінних двигунів з важкозварюваних сплавів на нікелевій та титановій основі

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОЗВАРЮВАННЯ ім. Є.О. ПАТОНА

УДК 621.723.92

Автореферат

дисертації на здобуття ученого ступеня

кандидата технічних наук

ПРОЦЕСИ ВІДНОВЛЕННЯ ЗВАРЮВАННЯМ ТА ПАЯННЯМ ЛОПАТОК ГАЗОТУРБІННИХ ДВИГУНІВ З ВАЖКОЗВАРЮВАНИХ СПЛАВІВ НА НІКЕЛЕВІЙ ТА ТИТАНОВІЙ ОСНОВІ

Спеціальність 05.03.06 - Зварювання та споріднені процеси і технології

ПЕТРИК ІГОР АНДРІЙОВИЧ

Київ - 2007 р.

Дисертація є рукописом.

Робота виконана на ВАТ "Мотор Січ", м. Запоріжжя.

Науковий керівник:

Ющенко Костянтин Андрійович, академік НАН України, доктор технічних наук, професор Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАНУ, м. Київ, заступник директора інституту.

Офіційні опоненти:

Іщенко Анатолій Якович, член-кореспондент НАН України, доктор технічних наук, с.н.с. Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона, м. Київ, завідуючий відділом.

Квасницький Віктор В'ячеславович, кандидат технічних наук, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", м. Київ, доцент.

Захист відбудеться "10" жовтня 2007 р. о 10 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.182.01 при Інституті електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України за адресою: Україна, 03680, м. Київ-150, вул. Боженка,11.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона: Україна, 03680, м. Київ-150, вул. Боженка,11.

Автореферат розісланий "07" вересня 2007 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради, докт. техн. наук Л.С. Киреєв.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Важливою науково-технічною проблемою є створення ресурсозберігаючих технологій, які стосуються питання підвищення довговічності деталей машин і механізмів шляхом їхнього ремонту. Найбільш ефективний їх ремонт зі застосуванням зварювання та споріднених технологій. В Україні широко застосовуються газотурбінні двигуни (ГТД) різного призначення. До деталей, що обмежують ресурс роботи газотурбінного двигуна, значною мірою відносяться лопатки турбіни і компресора. Вони працюють при комплексному температурно-силовому навантаженні. На них діє повітряно-газовий потік з нерівномірним силовим, температурним і корозійним впливом, а також навантаження, викликані роботою двигуна (високі окружні швидкості обертання, вібрації, контактні взаємодії). Тому в процесі експлуатації деталі ГТД піддаються зношуванню й ушкодженням, інтенсивність яких залежить від типу двигуна, умов експлуатації і їх терміну напрацювання. Заміна ушкоджених лопаток на нові призводить до значних матеріальних витрат. Тому продовження їхнього ресурсу за рахунок ремонту iз застосуванням технологій зварювання, паяння та інших споріднених технологій, є важливою науковою, виробничою й економічною задачею. Вона повинна вирішуватись із забезпеченням надійної роботи лопаток газоповітряного тракту (ГПТ) протягом загального і міжремонтного ресурсу роботи газотурбінних двигунів.

Для найбільш навантажених лопаток вентилятора і компресора авіаційних ГТД використовуються матеріали з обмеженою здатністю до зварювання, що не дає можливості відновлення властивостей ушкоджених лопаток в повній мірі. Паяння ускладнено через необхідність проведення складних і дорогих операцій очищення і використання енергетично більш затратних технологій та обладнання. Актуальна проблема підвищення довговічності лопаток потребує удосконалення сучасних та розробки нових процесів, методів та підходів до ремонту лопаток. Поки що недостатньо розроблені комплексні критерії оцінки придатності до ремонту лопаток різного призначення

Для підвищення проектного рівня властивостей і номенклатури ремонтопридатних лопаток, необхідне наукове обґрунтування можливостей застосування технологій зварювання, паяння та термічної обробки при ремонті. Потрібно виробити оцінні критерії і розробити на їх основі методики, що дозволяють прогнозувати працездатність лопаток і розробляти промислові технології їх відновлення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота Петрика І.А. є завершеною науково-дослідною роботою, виконаною відповідно до наукових програм і робочих планів, затверджених керівництвом підприємств ВАТ "Мотор Січ" і ДП "Івченко-Прогрес" (м. Запоріжжя), що були проведені з ініціативи і за особистої участі автора, а саме "Дослідження залежностей структурного стану і механічних властивостей зварних з'єднань титанового сплаву ВТЗ-1 від режимів зварювання та термічної обробки"; "Дослідження технологій ремонту зварюванням робочих лопаток вентилятора з забезпеченням оптимальної міцності в зоні швів. Знаходження розрахунковим шляхом зон припустимого ремонту лопаток вентилятора Д-36 зі сплаву ВТ 3-1 зі застосуванням зварювання"; "Дослідження технології ремонту зварюванням литих лопаток статорної частини двигунів з жароміцних нікелевих сплавів та розробка рекомендацій щодо ремонту лопаток з ЖС 6У-ВІ при різних термінах експлуатації"; "Розробка технологій ремонту лопаток із жароміцних корозійностійких сплавів наземних установок". Роботи були направлені на розв'язання наукової проблеми підвищення ресурсу експлуатації лопаток газотурбінних двигунів із важкозварюваних сплавів на нікелевій і титановій основах шляхом їх відновлення зварюванням та паянням.

Мета і задачі дослідження. Розробити й вдосконалити промислові технологічні процеси відновлення високо навантажених лопаток з високоміцних титанових і жароміцних нікелевих сплавів газоповітряного тракту газотурбінних авіадвигунів з метою продовження ресурсу їхньої роботи.

Для досягнення цієї мети були поставлені наступні задачі:

1. Провести аналіз експлуатаційних дефектів і створити класифікацію ушкоджень робочих, направляючих і соплових лопаток ГПТ (вентилятора, компресора і турбіни), що підлягають ремонту.

2. Дослідити зварюваність литих жароміцних сплавів на нікелевій основі і двофазних титанових сплавів з урахуванням тривалої експлуатації.

3. Дослідити вплив розрахункових, технологічних і конструктивних факторів у визначених зонах ремонту на працездатність і службові властивості лопаток ГПТ.

4. Оптимізувати за комплексом показників методи ремонту для збільшення номенклатури ремонтопридатних лопаток і забезпечення проектного рівня експлуатаційних показників зварних з'єднань.

5. Удосконалити й оптимізувати сучасні техпроцеси і матеріали, що застосовуються для зварювання і паяння при ремонті відповідальних деталей із важкозварюваних жароміцних нікелевих і титанових сплавів.

Об'єкт дослідження. Процеси зварювання та споріднені технології, стосовно ремонту лопаток. Конструкційні сплави для лопаток. Зварні та паяні з'єднання, отримані при відновленні їх працездатності після експлуатації.

Предмет дослідження. Робочі і направляючі лопатки газотурбінних двигунів.

Методи досліджень. Експериментальні методи дослідження, що включають:

- металографічний, хімічний і рентгеноструктурний аналіз;

- механічні випробування, випробування на короткочасну і тривалу міцність (при температурах експлуатації);

- визначення втомної міцності _-1 (на базі 10⁷ циклів);

- аналіз напружено-деформованого стану лопаток у процесі експлуатації;

- випробовування на зварюваність з використанням кільцевої проби і методу динамічного деформування Trans-Varectraіnt Test.

Нарівні зі стандартними методами оцінки, дослідження зварюваності проводили по розробленій за участю автора методиці "лопаткової кільцевої проби", в основі якої лежить аналіз схильності металу лопатки після експлуатації до утворення гарячих тріщин при зварюванні.

Наукова новизна отриманих результатів.1.На основі експериментальних і розрахункових методів урахування реальних умов, а також температурного та силового навантаження елементів газоповітряного тракту газотурбінних двигунів, вперше запропоновано для побудування технологій відновлення лопаток з нікелевих та титанових сплавів використати градієнтно-міцнiстний підхід до вибору методів, матеріалів і режимів обробки зварних з'єднань. Метод дозволяє забезпечити розрахункові характеристики працездатності відновленої ділянки на тілі лопатки при умові використання присадних матеріалів зі зниженою, по відношенню до основного метала, міцністю, але рівноцінними теплофізичними та функціональними властивостями. Визначаючим є узагальнений критерій зварюваності конструкційних матеріалів, який оцінюється:

- для робочих лопаток з двофазних титанових сплавів типа ВТ 3-1, ВТ 8 по показнику втомної міцності зварного з'єднання;

- для лопаток з жароміцних сплавів на нікелевій основі - по показнику схильності до виникнення гарячих тріщин при дуговому зварюванні і по показнику міцності (статичній або циклічній) зварних з'єднань.

Для процесів пайки критерій встановлюється по показникам технологічності та міцності.

2. Установлено, що на виникнення тріщин при ремонті лопаток із сплаву на нікелевій основі ЖС 6У-ВІ з вмістом г'-фази до 60 %, після їх експлуатації, впливають термодеформаційні процеси при зварюванні. Чутливість до виникнення тріщин залежить від жорсткості ділянки, в якій розташовуються ушкодження, структурного стану металу, інтенсивності тепловкладання при ремонті. Виникнення гарячих тріщин пов'язано з провалом пластичності при 950...1160 С до величини критичної деформації біля 0,1 % (е_кр ? 0,1 %).

3. Розроблено експрес-метод оцінки зварюваності металу лопатки після довготривалого високотемпературного, силового і корозійного впливу з використанням кільцевої технологічної проби безпосередньо на тілі реальної лопатки с урахуванням стану металу після експлуатації і характеру локальних ушкоджень. Критерієм для визначення можливості ремонту зварюванням лопаток вибрана величина коефіцієнта тріщиноутворення Щ:

- при Щ ? 1 - можливе зварювання тільки по крайках деталей, де термодеформаційні процеси мінімальні;

- якщо 1 > Щ > 0,1, - можливе зварювання без виникнення тріщин по площині в ненапружених місцях конструкції;

- при Щ ? 0,1 техпроцеси аргонодугового зварювання можливо використовувати без прив'язки до місцезнаходження дефекту, але при умові, якщо величина погонної енергії зварювання не буде перевищувати 2,0...2,2 КДж/см.

4. Для одержання щільних паяних з'єднань при ремонті елементів тракту з нікелевих сплавів, міцність яких, при використанні атестованих для авіації припоїв, співрозмірна з міцністю зварних з'єднань, необхідно армувати (порошок, фольга, сітка) зону паяння елементів, що забезпечує капілярні зазори в присадному матеріалі в місцях пайки. Кількість присадки складає 50...70 % від кількості припою. Цим умовам відповідає:

- армування місць пайки порошком з розміром часток 200...300 мкм. При цьому зазор проміж частками порошку складає 0,05...0,08 мм;

- ущільнення місць пайки фольгою або нікелевою сіткою в декілька шарів з розміром вічка 0,1...0,15мм;

5. Обґрунтовані нові принципи визначення ремонтоздатності лопаток, на основі яких будується градієнтно-міцна модель їх ремонту. Вони враховують:

- визначення діючих силових, температурних, корозійних та інших типів робочих навантажень в зоні дефекту;

- оцінку зварюваності матеріалу лопаток після експлуатації та рівня функціональних властивостей в зоні ремонту;

- оцінку технологічності використання зварювання та паяння для конкретної конструкції лопатки;

- визначення економічної ефективності ремонту.

Практичне значення роботи. Розроблено і впроваджено на ВАТ "Мотор Січ" у ремонтних техпроцесах методи оцінки придатності до ремонту пошкоджених лопаток на основі градієнтно-міцностного підходу до оптимізації технологій ремонту. Застосовано нові методи оцінки зварюваності і технологічні рішення в залежності від характеру і розташування ушкоджень лопаток.

Впроваджені у виробництво ВАТ "Мотор Сiч" технології процесів паяння, зварювання, термообробки, нанесення захисних покрить та ін. для забезпечення розрахункових експлуатаційних характеристик відремонтованих деталей.

Розроблені рекомендації і підходи реалізовані також для ремонту дефектів литва при виготовленні нових соплових і робочих лопаток.

Розроблені регламентні документи та технологічні процеси на ремонт лопаток. Проведені стендові випробування двигунів з відремонтованими лопатками. Нормативна документація по ремонту узгоджена з конструкторами, що розробили двигуни, чим забезпечена методологічна і технологічна можливість для створення процесів ремонту навантажених лопаток ГВТ у виробничих умовах. При впровадженні результатів роботи на ВАТ "Мотор Січ" річний економічний ефект склав близько 180 тис. грн.

Особистий внесок здобувача. Основні наукові положення і результати роботи отримані здобувачем самостійно, при участі наукового керівника, або в співавторстві до основних публікацій, у яких особисто автору належить: проведення та узагальнення експериментів і випробувань по підбору оптимальних режимів, проведення іспитів на зварюваність та властивості зварних з'єднань нікелевих [3,6] і титанових [2,4,5,8,9,10,11,13] сплавів. В роботах [3,9,11,13] запропоновано ремонт по критерію градієнтного підходу до зон ремонту з умов міцності та зварюваності лопаток. Проведені дослідження технологій очистки і паяння жароміцних сплавів [6,7], а також розширення застосування розроблених принципів ремонту лопаток для таких сплавів інших систем легування [1,12,14,15].

Автор брав участь в обґрунтуванні загальної концепції роботи. Ним сформульовано мету і задачі досліджень; вибір об'єкта і предмета досліджень, розроблені методики досліджень. При особистій участі здобувача виконані планування і проведення експериментів; розроблені технологічні режими зварювання, організація і широке впровадження у виробництво. Здобувач безпосередньо провів оптимізацію режимів технології ремонту лопаток ГТД, а також розробив принципи розрахункової методики визначення зон можливого ремонту лопаток. Узагальнення наукових і практичних результатів виконано під керівництвом професора д.т.н. К.А. Ющенко.

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися на міжнародних конференціях у Пекіні (1994); Гамбурзі (1998) і Лісабоні (1999); на конференції "Будівництво, матеріалознавство, машинобудування", "Стародубівські читання-2006", Дніпропетровськ, 2006 р, а також на засіданнях Спецкомітету "Зварювання в авіації" у складі Міжнародного інституту зварювання у Києві (1992); Брістолі (1996).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 15 друкованих праць, з них 7 опубліковано в наукових виданнях, затверджених ВАК України, а також 2 патенти на винаходи.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів і висновків загальним обсягом 191стор., 16 табл., 115 малюнків та діаграм, 122 найменування літературних джерел і двох додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність наукової проблеми. Визначено об'єкт і предмет досліджень, сформульовані мета і задачі досліджень. Показано наукову новизну і практичну цінність результатів роботи.

У першому розділі проведено аналіз літературних джерел, систематизацію раніше проведених досліджень, а також аналіз та систематизація статистичних даних по проблемі дисертаційної роботи.

Проаналізовано умови роботи вузлів і деталей газотурбінних двигунів (ГТД), що є силовою частиною літака. Вузли і деталі ГТД мають конструктивне оформлення в залежності від призначення, потужності, умов експлуатації, вимог досягнення максимальної ефективності й економічності.

Показано, що найбільш навантаженими деталями, що обмежують ресурс роботи ГТД, є лопатки вентилятора, компресора і турбіни. При надходженні до ремонту та регламентного огляду різних типів двигунів бракується до 72 % лопаток компресора і до 30 % лопаток турбіни від загальної кількості забракованих при дефектації деталей. Причини виходу з ладу лопаток ГПТ насамперед пов'язані з умовами роботи. На лопатку діють:

- високі механічні навантаження, пов'язані з роботою при окружних швидкостях обертання на рівні звукової, з високими швидкостями газоповітряного потоку і вібраційними навантаженнями. Напруження в прикомлевій зоні робочих лопаток вентилятора можуть досягати 450...530 МПа та носять градієнтний характер по площині пера;

- висока температура газового потоку в турбіні. Досліджувались і аналізувались температурні навантаження на поверхні охолоджуваних лопаток турбіни високого тиску авіадвигунів Д-18Т та Д-36 літаків АН-124 "Руслан" та ЯК-42 відповідно. Вони працюють при циклічному температурному навантаженні Розподіл робочих температур по перетину лопатки нерівномірний (від 730 до 1050 С) і також градієнтний;

- дія корозійно-агресивного середовища газоповітряного потоку.

У реальних умовах лопатки піддаються комплексному впливу приведених вище факторів, в залежності від режимів роботи, умов експлуатації і типу двигуна. Тяжкі умови і комплексні навантаження при експлуатації лопаток авіадвигунів приводять до їхнього регулярного ушкодження, зносу, корозії, що спричиняє локальні руйнування, зміну розмірів деталей, появу тріщин, погіршення структурного стану металу та інше.

Заміна дефектних лопаток веде до серйозних витрат, тому що лопатки виготовляються з дорогих спеціальних складнолегованих сплавів, а для їхнього виробництва застосовують складні та затратні технології. Тому доцільно проводити ремонт ушкоджених лопаток. Порівняльний аналіз вартості ремонту і витрат на заміну ушкоджених лопаток новими показав, що в середньому вартість ремонту не повинна перевищувати 1/3 вартості нового виробу.

Таким чином, на підставі проведеного аналізу показана доцільність проведення ремонту пошкоджених лопаток ГТД, який можна з достатньою ефективністю реалізувати за допомогою технологій зварювання і паяння.

На основі аналізу причин виходу з ладу лопаток ГВТ розроблена класифікація експлуатаційних пошкоджень:

- по конструктивним зонам виникнення і розмірам;

- по типу ушкоджених лопаток (статорні чи роторні);

- із причин виходу з ладу (термічні перевантаження - 30 %, вібрації, механічні перенавантаження, зношування - вiд 10 до 12 %);

- по типовим видам дефектів, які необхідно ремонтувати: різні види зношування, корозійні й ерозійні ушкодження, механічні та температурні пошкодження, структурні зміни, комбіновані пошкодження.

Дослідження для визначення причин появи ушкоджень і характеру дефекту на лопатках ГПТ, ГТД є обов'язковим елементом початкової стадії вибору чи розробки технологічного процесу ремонту. Визначення дефекту по класифікації запропоновано брати за основу вибору ремонтного технологічного процесу. В залежності від характеру ушкоджень вибираються відповідні види ремонту деталей: зварювання; паяння; термічна обробка та інші.

Показано, що значні проблеми при ремонті лопаток ГПТ, ГТД пов'язані з матеріалами, з яких вони виготовлені. В сучасних конструкціях ГТД для робочих і соплових лопаток у значній мірі використовуються складнолеговані титанові сплави (ВТ 3-1, ВТ 8) та жароміцні литі нікелеві сплави типу ЖС 3, ЖС 6, ВЖЛ 12 та інші. Вони характеризуються обмеженою зварюваністю і через це низькою ремонтопридатністю. Процеси, які відбуваються при зварюванні і паянні цих сплавів призводять до істотних змін їх структурних, механічних і службових властивостей. Аналіз конструкційних матеріалів і існуючих технологій ремонту лопаток показав, що при сучасному рівні розвитку науково-практичних знань далеко не всі лопатки можуть бути відновлені. Ремонтопридатність лопаток має обмеження виходячи зі зварюваності матеріалу за критеріями міцності зварних з'єднань або стійкості проти утворення в них тріщин.

Сучасні конструкції лопаток мають складну форму, що серйозно ускладнює і здорожує ремонт. Немає прийнятих критеріїв, які б дозволяли прогнозувати й оцінювати працездатність зварених конструкцій з жароміцних нікелевих і + - титанових сплавів, в залежності від властивостей зварних (паяних) з'єднань, стану матеріалу після експлуатації та технологічних характеристик ремонту. Якщо в нових елементах двигуна при їх виготовленні утворяться дефекти, потрібно також оцінювати і прогнозувати працездатність зварених конструкцій у залежності від механічних властивостей та зварюваності, стану структури, виду зварювання, режимів і присадних матеріалів, термообробки.

На підставі проведеного аналізу сформульовані задачі і обрані основні напрямки подальших досліджень.

В другому розділі приведено методики проведення досліджень. Для досягнення поставленої в роботі мети використовувалися наступні методи дослідження:

- хімічний, спектральний і рентгеноструктурний аналіз матеріалів;

- металографічні дослідження;

- стандартні механічні випробування, а також визначення мікротвердості, випробування на короткочасну і тривалу міцність (при температурах експлуатації), границя витривалості _-1 (на базі 10⁷ циклів);

- випробування на зварюваність: методами динамічного деформування Trans-Varectraіnt Test, а також кільцевої проби;

- розрахункові методи при побудові моделі навантажень лопатки.

При розробці і випробуванні техпроцесів ремонту використовували сучасне зварювальне, термічне, хіміко-технологічне, механічне, технологічне устаткування і засоби неруйнівного контролю.

У третьому розділі розглядалися питання ремонту титанових лопаток компресорної частини двигуна. Досліджувалася робоча лопатка вентилятора зі сплаву ВТ 3-1 авіадвигуна Д-36. Методом класичної кільцевої проби перевірена стійкість матеріалу лопаток до утворення тріщин. В даному типі конструкції тріщини не з'являлись.

З урахуванням експлуатаційних навантажень і результатів тензометрування, при використанні стандартних розрахункових програм (метод кінцевих елементів, програма ANSІS) отримані графічні поля діючих найбільших робочих напружень (рис. 1а). Була розглянута проекція лопатки з відображеними на ній полями напружень та проведено перерахування для визначення розподілу напружень відносно питомої площі лопатки (загальна площа проекції пера прийнята 100 %). Показано, що зона дії найбільших напружень локалізована на площах, не більше 8 % від загальної (рис. 1б).

Виходячи з проведеної класифікації ушкоджень і аналізу їхнього місця розташування на робочій лопатці вентилятора показано, що розташування дефектів в основному не збігається з зонами дії найбільших робочих напружень на лопатці. Це означає, що зварюваність за критерієм міцності (зниження властивостей у зонах ремонту зварюванням) може бути розширена.

Таким чином, у зонах з робочими напруженнями середнього і низького рівня можливе виконання ремонту матеріалами і методами, що забезпечують рівень механічних властивостей реальних зварних з'єднань вище, ніж діючі навантаження в лопатці.

Це дало можливість сформулювати градієнтно-міцнiстний підхід до ремонту лопаток. Суть методу полягає в тому, що технологія, зварювальні матеріали і методи обробки вибираються, виходячи з рівня міцності і критерію зварюваності ремонтних зон. Таким чином, зони ушкоджень можуть ремонтуватися з використанням зварювальних матеріалів з більш низьким рівнем міцності, ніж у основного металу, при забезпеченні критерію зварюваності для даних умов та теплофізичних властивостей матеріалу, використаного при ремонті.

Із умов технологічності при ремонті були обрані техпроцеси електронно-променевого і аргонодугового зварювання (ЕПЗ і АДЗ) і присадні матеріали ОТ 4-1, ВТ 20 і ВТ 3-1, що рекомендовані для застосування в авіаційній промисловості. Були зварені та досліджені зразки з титанових сплавів, що імітують ремонтні з'єднання. На підставі отриманих результатів установлено, що в зварних швах сплаву ВТ 3-1 утворюються метастабільні , , _М-фази. Це підтверджується зміною мікротвердості по поперечному перетину швів. Макроструктури швів мають стовпчасті великі дендрити, зорієнтовані до їх середини (рис. 2).

Мікроструктури в зварних швах зберігають пластинчато-голчастий характер. Термічна обробка на температури 590 і 820 С, що рекомендована для сплаву ВТ 3-1, і придатна для ремонтних технологій, не забезпечує повною мірою розпад метастабільних фаз.

Тому в роботі приведено розгорнуті дослідження впливу приведених структурних особливостей, режимів EПЗ, АДЗ, складу присадного матеріалу і режимів термічної обробки на механічні властивості зварених з'єднань сплаву ВТЗ-1.

На підставі аналізу встановлених залежностей, визначені величини погонної енергії ЕПЗ і АДЗ для робочих лопаток вентилятора зi сплаву ВТ3-1, при яких забезпечується найбільш високий рівень механічних властивостей. Оптимальними для ЕПЗ є режими, що забезпечують рівень погонної енергії: кДж/см. Для АДЗ: кДж/см. При цьому механічні властивості зварених пластин зі сплаву ВТЗ-1 товщиною 5…10 мм після ЕПЗ у середньому складають: = 1085 МПа, = 4,3%, = 23%, KCU = 0,3 МДжм², КСТ = 0,064 МДжм^2, ц = 23; а пластин, товщиною 3 мм після АДЗ (без присадки): = 1068 МПа, =4,6%, =24%, KCU = 0,33 МДжм², KCТ = 0,08 МДжм², ц = 22.

При роботі лопаток вентилятора переважають циклічні навантаження, і для них основним критерієм працездатності зварених з'єднань обрана втомна міцність. Для оцінки зварюваності титанових лопаток за критерієм втомної міцності проведені дослідження впливу режимів ЕПЗ і АДЗ, складу присадного матеріалу, режимів термічної обробки на величину границі витривалості (_-1) зварених з'єднань. Результати циклічних іспитів на втомну міцність для різних методів зварювання та типів зварних з'єднань приведені на рис. 3. Установлено, що доцільно використовувати багатопрохідне зварювання з присадним матеріалом ВТЗ-1 (рис. 2, в) з наступним відпалом при температурі 820 С або 590 С.

Така технологія дозволяє одержати рівень втомної міцності зварного з'єднання до 70 % від основного матеріалу, а при використанні технології ЕПЗ - близько 50 % (див. рис. 3).

Накладаючи отримані значення втомної міцності еквідистантно лініям діючих робочих напружень на розрахунковій моделі, визначено і обгрунтовано припустимі до ремонту розрахункові зони на лопатці в порівнянні з існуючими (рис. 4, 5).

Аналіз отриманих розрахункових зон ремонту для лопатки вентилятора зі сплаву ВТ 3-1 показав можливість їхнього розширення на 80 % у порівнянні з припустимими зонами ремонту, установленими відповідно до діючої нормативної документації.

На підставі аналізу результатів розрахунків і результатів експериментальних досліджень доведено, що в основу вибору технології відновлення лопаток може бути покладений принцип градієнтної міцності.

Визначальним до вибору технологій ремонту повинен бути критерій зварюваності конструкційних матеріалів. Для робочих лопаток із двофазних титанових сплавів типу ВТ 3-1, в зв'язку з тим, що сплави стійкі проти утворення тріщин при зварюванні, узагальнюючим критерієм зварюваності вибрано показник втомної міцності.

Таким чином, градієнтно-міцнiстний принцип дозволив перейти до створення промислових технологій ремонту лопаток з титанових сплавів.

У четвертому розділі розглянуто застосовність градієнтно-міцнiстного принципу до ремонту соплових лопаток турбіни високого тиску (ТВД) зі сплаву ЖС 6У-ВІ авіадвигуна Д-18Т. Приведені дослідження з комплексної оцінки зварюваності для турбінних лопаток з жароміцних сплавів на нікелевій основі. Одним з основних критеріїв зварюваності для них є схильність до утворення тріщин. В залежності від розташування місць руйнування на лопатці зі сплаву ЖС 6У-ВІ й умов зварювання при ремонті, в з'єднанні можуть утворюватися макро- і мікротріщини як після зварювання, так і після термообробки. Це обумовлено наявністю в структурі сплаву біля 60 % зміцнюючої інтерметалідної - фази Nі₃(Al,Ті).

Для оцінки зварюваності сплаву ЖС 6У-ВІ використали метод динамічного деформування металу шва при зварюванні - "Trans Varestraіnt Тest". З регульованим темпом деформації навантажували зразки з випробуваного матеріалу в процесі зварювання. У результаті було показано наявність температурних інтервалів "провалу" пластичності (рис. 6) і оцінювалися їхні характеристики:

- критична величина деформації для досліджуваного інтервалу;

- величина температурного інтервалу крихкості.

Установлено переважне виникнення тріщин (провалу пластичності) в зварних швах в інтервалі температур 950…1160 С для сплаву ЖС 6У-ВІ. При цьому величина критичної деформації е_кр не перевищує 0,1 %, що говорить про вкрай низьку зварюваність сплаву по критерію стійкості до виникнення тріщин. В той же час показано, що мають місце термодеформаційні умови, при яких все-таки можливо отримання зварних з'єднань без тріщин.

Для забезпечення можливості виконання зварювання з критичною деформацією менше 0,1 % визначені наступні технологічні міри та напрямки досліджень:

- вибрано присадні матеріали з високою пластичністю - при цьому були досліджені та використані рекомендовані в авіапромисловості присадні матеріали типу ЕП 367, ВЖ 98, ЕП 648;

- оптимізовано погонну енергію зварювання в напрямку її зниження. Визначено, що при зварювальному нагріві при АДЗ на малих погонних енергіях порядку 1,8...2,2 кДж/см можна одержати зварні шви з задовільним формуванням;

- потрібно проведення обліку конструктивних факторів лопатки і місць розташування дефектів;

- необхідно вибрати режими термообробки після зварювання, що забезпечують мінімальні значення об'ємних напруг при проходженні ТІК в процесі нагрівання.

Окремий напрямок - підняття рівня критичної деформації (підвищення зварюваності за критерієм тріщиностійкості) за рахунок оптимізації структури матеріалу до зварювання.

Досліджені закономірності появи тріщин від термодеформаційних умов зварювання. В залежності від розмірів дефекту і місця розташування зон зварювання на лопатці, змінюється схильність до утворення тріщин. Зварювання локалізованих на площині пошкоджень приводить до появи тріщин. Наплавлення на крайки і зварювання дефектів з виходом на крайки, при оптимальній погоннiй енергії і складі присадного металу, дозволяє одержувати зварені шви без тріщин. Побудована ймовірна гістограма залежності появи тріщин від розмірів і конфігурації розробки по крайках (рис. 7).

Це дало підставу для розробки технологічної оцінки зварюваності металу лопаток, особливо після їх експлуатації. На базі класичної кільцевої проби була розроблена нова методика технологічної "лопаткової кільцевої" проби. Суть її полягає у виконанні кільцевих швів на оптимальних технологічних режимах безпосередньо на одній з лопаток, що підлягають ремонту. (рис. 8). Зварюваність за розробленою методикою визначається по наявності тріщин на лопатці. Для оцінки зварюваності по даному методу розроблений критерій оцінки, що названий коефіцієнтом тріщиноутворення , який враховує кількість і довжину тріщин, що утворилися, і приведений до довжини зварених швів:

? = (kN₁ + N₂) 10/S,

де S = УS_i, мм - довжина зварених швів на лопатках, виконаних за умови забезпечення максимальної напруженості - кільцевий шов чи шов на переході радіус пера-бандаж;

N₁ и N₂ - кількість макротріщин і мікротріщин відповідно.

k - безрозмірний коефіцієнт, що характеризує сумарний вплив довжини макротріщин і мікротріщин:

k = (УL₁/ N₁+ У L₂·N₂)100/ S.

L₁;L₂ - відповідно довжина макро- і мікротріщин, мм. L₂ - тріщини від 1мм і менше, - умовно прийняті рівними 1мм;

Запропоновано за чисельним значенням коефіцієнта тріщиноутворення оцінювати зварюваність сплаву (табл. 1).

Таблиця 1.

Визначення схильності до утворення тріщин при зварюванні лопаток з жароміцних нікелевих сплавів

Величина коефіцієнта утворення тріщин ? для жароміцних нікелевих сплавів
? > 1	0,1<? < 1	? < 0,1
Незадовільна зварюваність чи невідповідний матеріалу техпроцес. Зварювання можливе по периферійним ("крайовим") зонам пера і бандажа лопатки.	Зварювання можливе не тільки по периферійних зонах, але і по площині пера і бандажа, за умови, якщо виключені: близько розташовані шви, зварювання по радіусах перо-бандаж, зварювання поряд ребер бандажа й інші випадки напруженого стану при зварюванні. Техпроцес - оптимальний.	Хороша зварюваність для жароміцних литих нікелевих сплавів. Можливе зварювання як по периферії, так і по площині пера і бандажа. Техпроцес - оптимальний.

Технологічна "лопаткова кільцева" проба є експрес-методом і дає можливість встановлювати ремонтопридатність лопаток з жароміцних сплавів за допомогою зварювання по критерію схильності до утворення тріщин.

Перевагою запропонованої методики "лопаткової кільцевої" проби перед машинною пробою (Varestraіnt Test) є те, що вона оцінює зварюваність металу лопатки після експлуатації, тобто враховуються можливі зміни структури або деградація сплаву.

Крім того, варіювання режимами зварювання дозволяє оцінити вплив термосилового фактора на ймовірність утворення тріщин. Виконання цієї проби в різних зонах тіла однієї і тієї ж лопатки одночасно показує, при яких умовах у цій зоні можна робити ремонт без небезпеки появи дефектів. Під умовами мається на увазі погонна енергія зварювання, місце розташування та площа зони, що ремонтується, стан матеріалу. Крім того, "лопаткова кільцева" проба дозволяє оцінити ремонтопридатність і обґрунтувати технологію ремонту наявних дефектів (дугове зварювання, електронно-променеве зварювання, пайка, та ін.). Ця ж методика дозволяє оцінити схильність металу шва і звареного з'єднання до виникнення тріщин, що утворюються після термообробки.

Застосування такого типу технологічних проб для комплексної оцінки зварюваності і впливу параметрів зварювання безпосередньо на виробах раніше не здійснювалося і для лопаток авіаційних двигунів запропоновано вперше. Порівняльний аналіз методик "лопаткової кільцевої" проби і машинної проби Varestraіnt Test показав, що результати цих методик порівнюються між собою і доповнюють один одного. Це дає можливість визначити як кількісно, так і якісно умови й імовірність одержання якісних зварених з'єднань без тріщин.

Проведено дослідження впливу нагріву, - перед зварюванням на 1050 С 12-16 годин, та після зварювання - 3 години, для лопаток зі сплаву ЖС 6У-ВІ, на технологічну міцність (стійкість проти утворення тріщин). Установлено, що термообробка при 1210 С - 4 години + 1050 С, 12-16 год. сплаву ЖС 6У-ВІ, змінює його структуру з утворенням коагульованих часток -фази та вирівнюванням розмірів -фази між осями і міжосними ділянками дендритів. Така структура знижує чутливість до утворення тріщин при зварюванні і забезпечує високий рівень механічних властивостей основного матеріалу.

В цілому, з урахуванням результатів досліджень по оптимізації технології ремонту зварюванням, було зварено зразки без тріщин для проведення випробувань механічних властивостей з'єднань. Отримано достатньо високий рівень механічних властивостей важкозварюваних нікелевих сплавів. У порівнянні з властивостями основного металу, зварні з'єднання сплаву ЖС 6У-ВІ мали:

- короткочасну міцність у_В i у ₀₂ менше основного металу не більше 10…15 %;

- показники пластичності (д, КСU) приблизно на рівні основного матеріалу;

Основними обмеженнями по зварюваності для конструкцій типу лопаток турбін, крім показників чутливості до трiщин, є значення втомної міцності і тривалої міцності при робочих температурах:

- відношення величини границі витривалості зварених зразків різними присадками, до аналогічного показника для основного матеріалу (коефіцієнт К= у_-1свар/ у_{-1 О.М.}) склало: К_{ВЖ 98} = 0,23, К_{ЕП 648} = 0,25, К_{ЕП 367} = 0,28;

- тривала міцність на рівні 40…60 % від основного металу при 1000 С.

Показано, що для відновлення лопаток з нікелевих сплавів із використанням принципу градієнтної міцності, основним є визначення узагальнюючого критерію зварюваності матеріалу по чутливості до утворення гарячих тріщин при дуговому зварюванні і показникам міцності (статичної чи втомної), з урахуванням температурного та корозійного впливу для конкретних умов.

Якщо ремонт лопаток методами зварювання неможливий, використовується паяння. Визначено дефекти експлуатації за типом і місцем розташування, що можуть бути виправлені методом паяння. Ці дефекти локалізовані на поверхні лопатки, і можуть займати значну площу. Досліджено параметри технологічного процесу високотемпературного вакуумного паяння. Основні проблеми здійснення процесу - це забезпечення необхідного очищення поверхні і забезпечення капілярних зазорів при використанні регламентованих для авіації припоїв. Запропоновано багатоступінчасте очищення, що включає механічні, хімічні методи, і очищення шляхом нагрівання у вакуумі. Розчищені дефекти препаруються з використанням фольги, дроту, сітки і порошків з нікелевих сплавів. Порошки з розміром часток 200...300 мкм. При цьому зазор між частками складає 0,05...0,08 мм, що забезпечує умови капілярного затікання припою. Армування нікелевою сіткою при розмірі осередку 0,1...0,15 мм.

Для ремонту сплаву ЖС 6У-ВІ обраний припій ВПР-24, що за умовами температурних режимів паяння, збігається з його температурою термообробки. Установлено, що найбільшу короткочасну міцність при температурі 900 °С мають паяні з'єднання сплаву ЖС 6У-ВІ припоєм ВПр 24 (_в ⁹⁰⁰ = 650...700 МПа). Тривала міцність паяних з'єднань сплаву ЖС 6У-ВІ при 900 С знаходиться приблизно на однаковому рівні з властивостями зварених з'єднань і складає ₁₀₀⁹⁰⁰ = 180...220 МПа.

Приведені результати досліджень дали підставу запропонувати й обґрунтувати принцип ремонту з умов градієнтної міцності для лопаток як з титанових, так і з жароміцних нікелевих сплавів. Принцип включає:

- визначення реального рівня і характеру навантаження конкретної лопатки в робочій зоні двигуна;

- вибір матеріалів для ремонту, спільного по теплофізичним характеристикам з базовою комплектацією сплаву;

- аналіз навантажень на лопатці з використанням графічної розрахункової моделі розподілу температурно-силового впливу в ремонтних зонах;

- вибір температури і визначення вимог до термообробки після ремонту, що дозволяє забезпечити властивості на рівні розрахункових значень ремонтної зони з умов градієнтного навантаження і за умови зниження або відсутності залишкових напружень;

- визначення потрібного захисту зварених і паяних швів від дії газового потоку в умовах експлуатації в зоні ремонту захисними покриттями.

У п'ятому розділі розроблені та реалізовані загальні методологічні підходи по вибору технологій ремонту і відновлення працездатності після експлуатації ушкоджених і зношених лопаток ГВТ, що містять у собі технології зварювання, паяння, термообробки, нанесення покриттів і інших споріднених процесів. процес відновлення лопатка газотурбінний

Проведено практичну реалізацію техпроцесів ремонту соплових і робочих лопаток компресора і турбіни ГТД із титанових сплавів ВТ 3-1 і ВТ 8, жароміцних нікелевих сплавів ЖС 6У-ВІ та ВЖЛ 12Э-ВІ, сплавів на кобальтовій і нікель-кобальтовій основах FSX-414 и N-155. Приклади виконання ремонту методами наплавлення, зварюванням та паянням наведено на рис. 9 та 10. При ремонті поворотних лопаток зі сплаву N-155, використано фрагменти, виготовлені з розробленого за участю автора сплаву ЗМІ-11. Це дозволило реалізувати відновлення імпортних лопаток з матеріалу, що не випускається вітчизняною промисловістю.

На основі принципу градієнтної міцності розроблено та обгрунтовано типові технології ремонту. Після проведення стендових випробувань відремонтованих деталей затверджено нормативні та регламентні документи.

Частина розробок захищена патентами. Технологічні процеси ремонту лопаток ГТД, що розроблені за результатами роботи, впроваджено на BАT "Мотор Сiч".

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Розроблені принципи класифікації видів зношування і пошкоджень лопаток газотурбінних двигунів по ряду критеріїв, серед яких найважливішим прийнята ремонтопридатність з використанням сучасних засобів зварювання з локальним концентрованим нагрівом і високотемпературного вакуумного паяння. Показано, що при огляді деталей, які надходять на ремонт різних типів ГТД, бракується до 72 % лопаток компресора і до 30 % лопаток турбіни від загального числа забракованих при дефекації деталей. Визначення дефекту по класифікації запропоновано брати за основу ремонтного техпроцесу.

2. На прикладі авіадвигунів Д-36 и Д-18Т, для лопаток компресора і турбіни вивчено напружений стан в тілі лопатки в реальних умовах експлуатації. Показано, що через комплексне навантаження лопаток при роботі двигуна, вони можуть мати напруження від 0,2 до 0,9 у _0,2 та температури на поверхні від 720 до 1050 °С в умовах дії корозійно-активного середовища. Установлено нерівномірність навантаження деталей і градієнтний характер розподілу напружень та температурних полів по тілу лопатки. Запропоновано розрахункові методи, що дозволяють одержати графічний розподіл полів напружень в лопатці при її експлуатації з ціллю вибору способу і матеріалів для відновлення дефектних деталей та забезпеченням розрахункових характеристик міцності в ремонтних зонах та конструктивної міцності виробу в цілому.

3. Доказано, що в основу розробки технології відновлення лопаток повинно бути покладено градієнтно-міцнiстний підхід до вибору технологій, матеріалів та методів обробки зварних з'єднань. Визначаючим в призначенні технологій ремонту є узагальнюючий критерій зварюваності конструкційних матеріалів. Він встановлюється:

- для робочих лопаток з високоміцних титанових сплавів типа ВТ 3-1, ВТ 8 по показнику втомлюваної міцності зварних з'єднань;

- для лопаток із жароміцних сплавів на нікелевій основі (ЖС 6У-ВІ, ВЖЛ 12Э-ВІ, ЖС 3 та iн.) - по показнику чутливості до виникнення гарячих тріщин при аргонодуговому зварюванні і по показнику міцності (статичної або циклічної). Для процесів паяння - по показниках технологічності та міцності.

З урахуванням теплофізичних властивостей присадних матеріалів і критеріїв зварюваності, градієнтно-міцнiстний метод дозволяє обрати технології та здійснювати ремонт виробів з широкою номенклатурою конструкційних матеріалів.

4. Розроблено експрес-метод оцінки зварюваності складнолегованого металу лопатки після тривалої експлуатації під впливом високотемпературного газового середовища і силових навантажень. Використовується "кільцева лопаткова проба", що виконується безпосередньо на тілі реальної лопатки. Запропоновано комплексний критерій оцінки зварюваності Щ, що враховує конструктивні особливості деталі та стан металу, рівень напруженого стану по місцях розташування і сумарній довжині тріщин, що виникають. Стандартний метод "Trans Varestraіnt Тest" і технологічна "кільцева лопаткова проба" мають добру кореляцію при оцінці схильності до гарячих тріщин сплавів на нікелевій основі с г'-зміцненням. Для них характерним є провал пластичності в зоні температур 950...1160 °С. Установлено граничне значення погонної енергії, не більше

5. 2,2 КДж/см, для аргонодугового зварювання неплавким електродом, при якому коефіцієнт тріщиноутворення складає:

- Щ ? 1 - можливе зварювання тільки в зоні крайків лопаток, де термодеформаційні процеси мінімальні;

- 1 > Щ > 0,1, - можливе зварювання без утворення тріщин по площині в місцях з пониженою жорсткістю виробу;

- при Щ ? 0,1 - техпроцеси аргонодугового зварювання можна використовувати без прив'язки до місцезнаходження дефекту.

6. При ремонті паянням, розроблені принципи одержання щільних паяних з'єднань, міцність яких, при користуванні атестованими для авіації припоїв, спільномірна з міцністю зварних з'єднань. Це досягається при умові застосування матеріалів для армування (порошок, фольга, сітка) з нікелевих сплавів, котрі забезпечують капілярні зазори в місцях паяння. Кількість присадки складає 50...70 % від кількості припою. Цим умовам відповідає:

- армування місць паяння порошком с розміром часток 200...300 мкм. При цьому зазор між частками порошку дорівнює 0,05...0,08 мм;

- ущільнення місць паяння фольгою або нікелевою сіткою в декілька шарів з розміром чарунки 0,1...0,15 мм.

7. Запропоновані і використані критерії оцінки ремонтопридатності лопаток газоповітряного тракту газотурбінних двигунів на основі класифікації пошкоджень, перевірки на зварюваність і принципу градієнтної міцності зон ремонту. Головними показниками ремонтопридатності є відповідність металу і місць ремонту вимогам по критеріях міцності та зварюваності з урахуванням принципів градієнтно-міцнiстної моделі, а також економічні показники ремонту.

8. Для практичного застосування на основі виконаних досліджень для двигунів 4-го покоління - Д-18Т, Д-36, Д-436Т, АИ-25, ТВ 3-117 та інших, стосовно до лопаток вентилятора, компресора і турбіни, розроблені технологічні процеси i регламентні документи на ремонт. Стендові випробування натурних двигунів підтвердили розрахункову працездатність відремонтованих лопаток. Принципи ремонту підходять як для лопаток, що були в експлуатації, так и при їх виготовленні (після литва, механічної обробки). Ці ж принципи можуть бути використані для нових двигунів, що розроблюються, в тому числі і 5-го покоління. Нормативна документація по ремонту узгоджена з розробниками виробів (авіадвигунів). Річний економічний ефект склав 180000 гривень на

9. 2006 р. i має тенденцію до підвищення.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Петрик И.А., Пискун Ю.М., Шмырко В.И. Разработка и внедрение технологического процесса ремонта лопаток компрессора газоперекачивающих агрегатов ГТК-25И // Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів: Зб. наук. пр. ЗДТУ. - Запоріжжя: ЗДТУ, 1998. - С. 107-108.

2. Жеманюк П.Д., Петрик И.А., Крюковский В.В. Определение оптимальных режимов сварки титановых деталей // Технологические системы. - 2001. - №3(9). - С. 74-76.

3. Петрик И.А., Перемиловский И.А. Дальнейшее развитие технологии упрочнения бандажных полок лопаток турбины из жаропрочных сплавов // Технологические системы. - 2001. - №3(9). - С. 90-92.

4. Петрик И.А., Овчинников А.В., Басов Ю.Ф., Шевченко В.Г., Рягин С. Л., Селиверстов А.Г. Повышение работоспособности лопаток из титановых сплавов вентилятора авиадвигателя // Вестник двигателестроения. - №4. - 2006г. - С. 104-108.

5. Петрик И.А. Ремонт узлов и деталей из титанового сплава ВТ 3-1 с применением сварки // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - Зб. наук. пр. ЗДТУ. - Запоріжжя: ЗДТУ, 2001. - №2. - С. 75-78.

6. I.A. Petrik. Some problems of weldability of heat-resistant and mechanization of welding processes // Welding in the World. - 1994. - Vol.33, №6. - Р.403-405.

7. Петрик И.А., Орлов М.Р., Шестопалов В.В. Высокотемпературная термообработка для очистки деталей и узлов при изготовлении и ремонте. // Винахідник і раціоналізатор. - 2000. - №1. - С. 14-18.

8. Петрик И.А., Крюковский В.В., Титановые сплавы и их свариваемость // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - Зб. наук. пр. ЗДТУ. - Запоріжжя: ЗДТУ, 2001. - №2. - С. 57-59.

9. И.А. Петрик, А.В. Овчинников, В.Г. Шевченко. Перспективные технологии сварки сложных изделий из двухфазных титановых сплавов // Строительство, материаловедение, машиностроение // Сб. научн. трудов. Вып. 36. - Ч.3. - Дн-вск, ПГАСА, 2006. - 232 с.

10. Петрик И.А. Исследование процесса сварки сплава ВТЗ-1 // Металлургия. - Сб. научн. трудов ЗГИА. - Запорожье: ЗГИА, 2002. - Вып.6. - С. 102-106.

11. Петрик И.А., Крюковский В.В., Соболевская Т.Д. Определение зависимости структуры и механических свойств сварных соединений от применения присадочных материалов при АДС титанового сплава ВТ 3-1 // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - Зб. наук. пр. ЗДТУ. - Запоріжжя: ЗДТУ,2002. - №1. - С. 67-69.

12. Гайдук С.В., Семенюк Т.П., Петрик И.А., Ястребова О.Ф. Влияние режимов термообработки на структуру и свойства монокристаллов никелевого сплава // Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів. - Зб. наук. праць IX Міжнародної наук. - технічн. конференції. - Запоріжжя, 23-26 вересня 2003 р. - С. 35-37.

13. И.А. Петрик, В.В. Крюковский, Н.И. Николаев, А.Г. Селиверстов Определение оптимальных параметров технологии ремонта лопаток вентилятора из титанового сплава ВТ 3-1 с применением сварки // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - Зб. наук. пр. ЗДТУ. - Запоріжжя: ЗДТУ,2003. - №2. - С. 90-93.

14. Патент на винахід 48317 Україна С 22С 19/03,19/05. Сплав для виготовлення великогабаритних лопаток газових турбін // Андрієнко А.Г., Гайдук С. В., Коваль А.Д., Петрик І.А. та інші. - Бюл. №8 15.08.2002 р. - Заявл.17.02.2000 р. - Опубл. 18.12.2002 р.

15. Деклараційний патент на винахід 35414А Україна С 22С 19/05. Жароміцний корозійностійкий нікелевий сплав// Андрієнко А.Г., Гайдук С. В., Коваль А.Д., Петрик І.А. та ін. - Заявл. 01.06.2001 р. - Опубл. 20.11.2002.

АННОТАЦИЯ

Петрик И.А. Процессы восстановления сваркой и пайкой лопаток газотурбинных двигателей из трудносвариваемых сплавов на основе никеля и титана. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.06 - "Сварка и родственные процессы и технологии". Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины, Киев - 2007.

Диссертация посвящена разработке промышленных технологических процессов восстановления лопаток из высокопрочных титановых и жаропрочных никелевых сплавов газовоздушного тракта газотурбинных авиадвигателей с целью продления ресурса их работы. В работе рассмотрены и систематизированы основные причины выхода из строя деталей ГВТ ГТД. Показано, что при работе двигателя на лопатки воздействуют динамичные силовые и температурные нагружения и коррозионная среда газового потока. Распределение термосиловых нагрузок неравномерно по телу лопатки и имеет градиентный характер. Проведена классификация возникающих эксплуатационных повреждений лопаток: по видам износа, по конструктивным признакам, по зонам возникновения, по причинам выхода из строя - с целью определения их ремонтопригодности и условий ремонта.

Приведены основные методологические аспекты работы. Обоснованы методы исследований и использованное оборудование. В работе проводили химический, спектральный и рентгеноструктурный анализы; металлографические исследования; стандартные механические испытания; испытания на кратковременную и длительную прочность, в том числе при рабочих температурах; определение предела выносливости у_-1 (на базе 10⁷ циклов). Для эффективной технологической оценки свариваемости металла лопаток после их эксплуатации совместно с методом динамического деформирования Trans-Varectraint Test использовали методику технологической "лопаточной кольцевой" пробы.

...