- •1.1 Назначение и характеристика изделия — лопатка турбины высокого давления. Конструктивно-технологический анализ.
- •1.2 Характеристика традиционной технологии. Ее достоинства и недостатки.
- •1.2 Описание метода совершенствования базового технологического процесса.
- •1.3 Обоснование выбора материала изделия.
- •1.4 Технологические особенности наплавки жаропрочных никелевых сплавов.
- •3. Технология наплавки.
- •3.1 Обоснование выбора способа наплавки.
- •3.2 Техническое и социально-экономическое обоснование темы.
- •3.3 Выбор и обоснование материалов для наплавки.
- •3.4 Выбор, обоснование и расчет режимов обработки[15].
- •Пространственно-временные и энергетические характеристики импульсного лазерного излучения/
- •Характеристики фокусирующей оптической системы
- •Геометрические параметры наплавленного валика.
- •Зона дефекта
- •3.5 Расчет режимов импульсной лазерной наплавки.
- •3.5 Выбор и обоснование оборудования для импульсной лазерной наплавки.
- •3.5.1 Технологическое лазерное оборудование для импульсной лазерной наплавки и сварки серии sls.
- •4.1 Выбор установочных баз и разработка теоретической схемы базирования деталей и узлов.
- •4.2 Выбор и расчет прижимных элементов.
- •4.3 Описание конструкции и принципа работы технологического оснащения.
- •4.4 Расчет норм времени на установку деталей в приспособление
- •5. Технологический раздел.
- •5.1 Расчет норм времени сборочно-сварочных операций.
- •5.2 Разработка маршрутной технологии наплавки изделия
- •5.3 Разработка, описание методов контроля качества сварных соединений и организация технического контроля
- •5.4 Методы исправления дефектов наплавки
- •5.5 Расчет производственной площади и разработка плана расстановки оборудования
- •Заключение
1.4 Технологические особенности наплавки жаропрочных никелевых сплавов.
Наплавка никелевых сплавов связана с серьезными трудностями, вызванными особыми физическими свойствами:
1. Большая склонность к образованию пор связана с резким изменением растворимости кислорода, азота и водорода при переходе металла из твердого в жидкое состояние. При попадании этих газов в сварочную ванну могут проходить реакции типа:
,
.
При наплавке никелевых сплавов пористость наплавленного слоя вызывается азотом, кислородом и водородом. Кислород при взаимодействии с водородом может вызвать появление пор. Он также способствует появлению пор в присутствии углерода. Протекание вышеуказанных реакций особенно вероятно при охлаждении, когда в связи с уменьшением растворимости выделяется в виде самостоятельной фазы. Поэтому эти реакции могут вызывать не только пористость, но и охрупчивание никеля из-за образования микротрещин, вызванного высоким давлением газообразных продуктов реакции (водородная болезнь). Важным условием получения беспористого наплавленного слоя при наплавке никелевых сплавов являются чистота свариваемых кромок, поверхности электродной проволоки, основного металла и наплавочных материалов. Эта задача решается путем введения в сварочную ванну сильных раскислителей (алюминия, титана и др.), а также применением флюсов или покрытий, способных связывать оксиды никеля или переводить водород в стойкие летучие соединения и гидроксиды.
2. Высокая склонность к образованию межкристаллизационных трещин связана с образованием по границам крупных зерен легкоплавких эвтектик типа:
Для предотвращения возникновения таких ограничивают содержание вредных примесей и вводят элементы, связывающие серу в более тугоплавкие соединения: до 5% Мn и до 0,1% Мg. Для ограничения роста зерна наплавку ведут на ограниченной погонной энергии и вводят в небольшом количестве наплавленный слой модификаторы (титан, алюминий, молибден), измельчающие его структуру.
3. При наплавке никелевых сплавов металл сварочной ванны менее жидкотекуч по сравнению со сталью, и проплавляется на меньшую глубину. При разработке технологии наплавки основное внимание уделяют обеспечению необходимых эксплуатационных свойств соединений. Поэтому даже для одного и того же сплава технология может быть различной. Для предотвращения этих дефектов и получения необходимых свойств наплавленного слоя приходится прибегать к комплексному легированию. Среди примесей наиболее отрицательное влияние на сплавы оказывает углерод, который, выделяясь в виде графита, вызывает охрупчивание металла, поэтому содержание его ограничивают до 0,15%, а в некоторых сплавах даже до 0,05% , и сера. Количество серы в сплавах ограничивают до 0,005 -0,03%. Энергично парализует вредное влияние серы литий, который вводится в сплавы в количестве 0,004 - 0,006%. Фосфор ухудшает механические, физические, технологические свойства никелевых сплавов, так как легкоплавкая хрупкая эвтектика располагается на границах зерен и нарушает связь между ними. В сплавах на основе никеля допускается не более 0,005% фосфора. Висмут, свинец, сурьма, мышьяк резко снижают механические и технологические свойства никелевых сплавов. Содержание этих примесей в сплавах ограничивают до 0,002 - 0,005%.
Одними из главных задач при наплавке никелевых сплавов являются тщательная защита сварочной ванны от атмосферных газов, применение материалов высокой чистоты, а также дегазация и раскисление сварочной ванны. В качестве наиболее эффективных раскислителей для никеля применяют алюминий и титан. Для ограничения роста кристаллитов наплавку ведут на пониженных погонных энергиях, а в сварочную ванну вводят модификаторы (титан, молибден алюминий и др.)
Подготовительные операции.
Подготовка деталей перед наплавкой[15].
Импульсная лазерная наплавка в среде защитных газов с использованием присадочного материала в виде проволоки выполняется с обязательной подготовкой зон дефектов и присадочной проволоки под наплавку.
Подготовка зон дефектов под импульсную лазерную наплавку включает в себя следующие подготовительные технологические операции:
- механическую обработку места дефекта под наплавку;
- обезжиривание места дефекта;
- рафинирование поверхности места дефекта импульсным лазерным излучением.
Подготовка поверхности дефекта включает в себя механическую обработку (разделку) места дефекта, пневмоструйную обработку, обезжиривание и рафинирование поверхности места импульсным лазерным излучением в среде защитных газов.
Технологию разделки поверхности дефекта выбирают с учетом особенностей конкретных дефектов.
Разделку дефектов выполняют механообработкой путем удаления из зоны дефекта (выборка, разделка) повреждённого слоя металла до здоровой основы.
Поврежденный металл удаляется механическим способом – вышлифовкой, фрезерованием борфрезой или слесарной обработкой.
Обезжиривание механически обработанной поверхности зоны дефекта производить с использованием:
- бензином-растворителем БР-1 «Галоша» ГОСТ 443-76 или бензином авиационным Б-70 по ТУ 38-101913-82;
- техническим ацетоном марки А (ГОСТ 2767-84) или ЧДА (ГОСТ 2603-79);
- этиловым спиртом ГОСТ 18300-87, хранящимися в непроливающихся закрытых емкостях в количестве, необходимом для работы в течение смены.
Для обезжиривания поверхности используются хлопчатобумажные салфетки и бязь по ГОСТ 29298-92.
Операции обезжиривания проводить в хлопчатобумажных перчатках светлых тонов по ГОСТ 5007-87.
Подготовленные к наплавке детали или инструмент должны храниться в таре, предохраняющей их от попадания пыли, влаги и других загрязнений, при больших геометрических размерах пресс-форм необходимо обеспечивать их локальную защиту, руководствуясь ГОСТ В 9.003-80.
Контроль над отсутствием загрязнений поверхности зоны дефекта проводить протиркой белой х/б салфеткой смоченной спиртом или ацетоном. На поверхности салфетки после протирки не должно быть следов загрязнений.
После обезжиривания, непосредственно перед наплавкой, поверхность выборки места дефекта подвергается обработке расфокусированным лазерным излучением с минимальным оплавлением поверхностного слоя, в среде защитных газов для очистки поверхности от органических и неорганических загрязнений, а также рафинирования поверхностного слоя от вредных примесей – серы, фосфора и удаление микроскопической металлической пыли, аэрозолей.
Под рафинированием поверхностного слоя понимается переплав поверхностного слоя на глубину несколько десятков микрон с целью минимизации неметаллических включений на поверхности и поверхностном слое.
Усиление (превышение) наплавленного слоя по отношению к заданным геометрическим размерам детали удаляется с помощью механической обработки.
Качество поверхности наплавленного слоя проверяется и принимается после механической обработки контролером ОТК.
При отработке технологии импульсной лазерной наплавки необходимо предусмотреть также изготовление технологических образцов-свидетелей, предназначенных для подтверждения выбора режима импульсной лазерной наплавки.
Технологические образцы-свидетели должны изготовляться из стали одноименной с восстанавливаемой деталью и с аналогичной термической обработкой. Количество образцов в комплекте для каждой конкретной детали устанавливается главным инженером или главным сварщиком (главным металлургом) в соответствии с действующими на предприятии технологиями ремонта.
Маршрутная технология подготовки деталей к наплавке.
Со склада лопатка помещается на участок очистки. Очищаются с помощью вращающейся проволочной щетки из нержавеющей стали 12Х18Н9. Далее лопатки отправляют на дефектовочный участок осматриваются на наличие дефектов. Поврежденный места помечаются маркером. На слесарном участке произвести разделку дефектов, находящихся в пределах допуска, выходящие за пределы – забраковать. Удалить все имеющиеся трещины. Очистить места дефектов от жировых загрязнений путем окунания в бензин БР-1 «Галоша». После очистки промыть детали в проточной воде. Далее они покрываются консервационной смазкой, упаковываются и доставляются на склад участка лазерной наплавки.
Таблица 2.1 – Маршрутная технология подготовки деталей к наплавке
Участок |
Операция |
Наименование, содержание |
Оборудование, материалы |
Участок мех. обработки |
005 |
Очистка лопатки от загрязнений |
Вращающаяся проволочная щетка |
Дефектовочный участок |
010 |
Дефектация. Определение величины и мест износа |
Маркер. Линейка, штангенциркуль ШЦ I-125-0,1 ГОСТ 166-89 |
Слесарный участок |
015 |
Разделка дефектов. Удаление трещин |
Пневмошарошка, пневмошабер |
Участок очистки |
020 |
Обезжиривание мест дефектов |
Бензин БР-1 «Галоша» |
Участок очистки |
025 |
Покрытие консервационной смазкой |
|