Сварка корпуса газотурбинного двигателя, Характеристика сварочного узла и применяемых материалов - Характеристика реконструкции компрессорного цеха

Характеристика сварочного узла и применяемых материалов

Корпус является составной частью статора газотурбинного двигателя (ГТД), он устанавливается в корпусе радиального компрессора.

Назначение корпуса:

1. Размещение в нем трех паяных металлокерамических обойм. Обоймы изготавливаются пайкой в контейнере с продувкой Аr в камерных печах типа KS-200. В качестве припоя используется припой ВПр, композиции Ni=28...30%, Mn = 28...30%, Со = 4...6%, Си остальное, с температурой пайки Тп = 1040... 1070 °С. Конструктивное назначение обоймы уплотнения - предотвращение взаимных перетечек газа и сжатого воздуха между первой ступенью турбины и компрессором.

При вращении крыльчатки в уплотнении обойм нарезаются лабиринты.

    2. Размещение сильфона, который обеспечивает герметичность полости компрессора от полости турбины, при этом компенсирует возможные осевые тепловые перемещения. 3. Приваренные пластины обеспечивают направленную подачу воздуха из компрессора в корневое сечение рабочих лопаток с целью снижения температуры и облегчение условий работы материала, обеспечение аропрочности равной, Г97550=200 Н/м (20 кг/см2), то есть материал лопаток: жаропрочный никелевый сплав в соответствии с ТУ должен обеспечивать при t°=975 °C; в течение 50 часов нагрузку, которая создает напряжение 200Н/м2.

Конструкционные материалы для изготовления сварного узла выбираем исходя из условий эксплуатации [12]:

    1. Элементы узла расположенные вблизи компрессора и омываемые сжатым воздухом при давлении 2,5-30ат при температуре порядка 350 °С изготавливаются из хромистой коррозионной устойчивости стали мартенситного класса 13Х11НВМФ (ЭИ-961). 2. Элементы узла (сильфон) расположенный в районе проточной (горячей части) газотурбинного двигателя, изготавливаются из жаростойкого никелевого сплава ХН78Т 3. Характеристика, структурный класс, химический состав материала деталей применяемых в сварном узле.

Технология сварки изделия из данной стали должна обеспечивать определенный комплекс требований, главное из которых - обеспечение равнопрочности сварных соединений и отсутствие дефектов в сварном шве, а также обеспечение равнопрочности и долговечности конструкции. Для выполнения этого требования механические свойства металла шва и около шовной зоны должны быть не ниже свойств основного металла. Технология изготовления должна обеспечивать максимальную производительность и экономичность процесса при требуемой надежности конструкции.

Весьма благоприятные металлургические условия при сварке стали 13Х11НВМФ создает сварка в инертных защитных газах, как правило, в аргоне и в некоторых смесях на его основе. Причем в основном используется неплавящийся вольфрамовый электрод, а присадочный материал подбирают аналогично желаемому составу наплавленного металла.

При сварке данной стали, используется автоматическая аргонодуговая сварка неплавящимся электродом в среде инертных газов. Эта сварка широко применяется при изготовлении тонколистовых конструкций.

Сварка неплавящимся электродом в защитных газах - это процесс, в котором в качестве источника теплоты применяют дуговой разряд, возбуждаемый между вольфрамовым электродом и изделием.

В качестве неплавящегося электрода наиболее широко применяют вольфрамовые стержни. Вольфрам - самый тугоплавкий из известных материалов (по температуре плавления уступает лишь углероду). Температура плавления его равна 3645К, а плотность - 19,3 г/см, =1000МПа. Вольфрам имеет низкий коэффициент теплопроводности [X = 177,8-200,7 Вт/(м*К)], самую низкую скорость испарения. Поскольку вольфрамовые электроды при рабочей температуре характеризуются весьма высокой химической активностью к кислороду, то в качестве защитных газов применяют аргон, гелий и азот, являющиеся по отношению к вольфрамовым сплавам инертными. В ряде случаев для расширения технологических возможностей дуговой сварки целесообразно применять смеси аргона и гелия. Применяемые вольфрамовые электроды должны отвечать требованиям ГОСТ 23949-80.

Для сварки в среде инертных газов применяются электроды Ш0,5-10 мм из чистого вольфрама (ЭВЧ). Для уменьшения нагрева и расхода электрода используются электроды из вольфрама с присадками: диоксида тория (ЭВТ), оксидов лантана ЭВЛ (1,1...1,4% LaO) и иттрия ЭВИ-1 (1,5...2% Y203), ЭВИ-2 (2...2,5% Y203).

У нас в стране широкое распространение получили электроды марок ЭВЛ и ЭВИ. Они выдерживают большую токовую нагрузку и имеют повышенную эрозионную стойкость при сварке по сравнению с электродами марки ЭВЧ. Диаметр вольфрамового электрода выбирается в зависимости от величины сварочного тока. Вольфрамовые электроды используются с заточкой под углом 20-90°.

Присадочную проволоку для сварки выбираем исходя из состава материала, требований предъявляемых к сварным соединениям, и жесткости конструкции. Для уменьшения склонности к образованию трещин, следует свести к минимуму попадания водорода в шов и напряжения, возникающие при сварке. Применяют присадочные проволоки сходного состава, что и основной металл. Так по ГОСТ 2246-70 выпускаются: Св-04Х19Н9, dэл 1,2 мм; Св06Х19Н9Т, dэл 1,2 мм; Св-06Х15Н10М15, dэл = 1,2 мм. В данном случае применяется присадочная проволока Св11Х11Н2В2МФ, d=1 мм, изготовленная по ТУ 14-1-997-74.

Сварка постоянным током прямой полярности характеризуется максимальной проплавляющей способностью. В широком диапазоне параметров режима аргонодуговой сварки на постоянном токе прямой полярности на токах до 600А доля тепловой мощности, вводимой в изделие, составляет 40-85%, потери на нагрев вольфрамового электрода примерно 4-6%, а лучевые потери от столба дуги - 7-30%.

При сварке на обратной полярности и на переменном токе дуга горит неустойчиво, наблюдается увеличение нагрева электрода и увеличения его расхода.

Повышенная склонность мартенситных сталей к хрупкому разрушению в состоянии закалки усложняет технологию их сварки. При содержании углерода более 0,10% мартенситные стали склонны к образованию холодных трещин при сварке из-за высокой степени тетрагональности кристаллической решетки мартенсита. При снижении содержания углерода вязкость мартенсита повышается, однако образующийся при этом структурно свободный - феррит в свою очередь сообщает им высокую хрупкость.

Для высокохромистых сталей температура начала мартенситного превращения не превышает 360 °С, а окончания 240 °С.

Учитывая это, а также необходимость обеспечения сварным соединениям высокой пластичности и ударной вязкости для безопасности эксплуатации ответственных энергетических установок, содержание углерода в хромистых мартенситных сталях ограничивают до 0,20%.

Предотвращение образования холодных трещин является одной из задач при сварке 11-13%-ных хромистых сталей. В связи с этим применяют предварительный и сопутствующий подогрев до 200-450 °С. Температура подогрева тем выше, чем выше склонность стали к закалке. В тоже время температура подогрева не должна быть чрезмерно высокой, так как это может привести к отпускной хрупкости вследствие снижения скорости охлаждения металла в околошовной зоне в интервале температур карбидообразования. Кроме того, высокий подогрев, как и сварка с высокой погонной энергией, обеспечивает длительный перегрев околошовного металла, результатом чего является рост зерна, сегрегация примесей на границах зерен и, как следствие, снижение пластичности и вязкости сварных соединений.

Рекомендации по тепловому режиму сварки стали 13X11НВМФ следующие: подогрев до 300 °С, отпуск при 700-720 °С (без охлаждения ниже температуры подогрева).

Похожие статьи




Сварка корпуса газотурбинного двигателя, Характеристика сварочного узла и применяемых материалов - Характеристика реконструкции компрессорного цеха

Предыдущая | Следующая