Сварка корпуса газотурбинного двигателя

Введение

Развитию и усовершенствованию производства способствует бережное отношение к материалам, экология металла, уменьшение затрат труда на основе широкого внедрения автоматизации, а также комплексной и частичной механизации производственных процессов, улучшение качества продукции.

Сварка металлов – один из наиболее прогрессивных методов обработки металлов, отвечающим многим основным задачам техники.

Свариваемые конструкции наиболее трудоемкие при изготовлении. Применение сварки позволило значительно упростить процессы производства металлоконструкций, выполненных раннее клепкой, создать новые принципы изготовления арматуры сооружений из железобетона.

Сварочные работы производятся при помощи сварочно-дуговых автоматов и различного рода механизированных приспособлений, при помощи автоматизированных процессов контактной сварки. Сварка представляет собой высокопроизводительный процесс, позволяющий непрерывно улучшать трудоемкость изготовления изделий при улучшении качества. Сварка как процесс изготовления неразъемного соединения находит широкое применение при изготовлении металлургического, кузнечнопрессового, химического и энергетического оборудования, в с/х и транспортном машиностроении, в производстве строительных и других конструкций.

Ускоренное развитие сварочного производства вызывает быстрый рост численности кадров сварщиков, работающих в различных отраслях народного хозяйства, а также постоянное повышение требований к уровню их теоретических знаний и практической подготовки.

1. Описание конструкции, назначения и условия работы сварного узла

В современных газотурбинных двигателях применяются осевые газовые турбины. Число ступеней турбин зависит от величины срабатываемого теплоперепада и его распределения по ступеням. Степень совершенства турбины характеризуется ее КПД, который обычно достигает 0,9…0,92. Такое значение КПД имеют многоступенчатые турбины. Их рабочие лопатки снабжены полками и лабиринтными уплотнениями, уменьшающими перетекание газа через радиальные зазоры.

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 Т_п = 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 в совокупности с деталью поз. 4 направленную подачу воздуха из компрессора в корневое сечение рабочих лопаток с целью снижения температуры и облегчение условий работы материала, обеспечениеаропрочности равной, Г⁹⁷⁵ ₅₀ =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 200 Н/м² .

Конструкционные материалы для изготовления сварного узла выбраны исходя из условий эксплуатации:

1. Элементы узла расположенный вблизи компрессора и омываемые сжатым воздухом при давлении 2,5 – 30 атм. при температуре порядка 350 °С изготавливаются из хромистой коррозионной 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.

Сталь ЭИ-961 (13Х11НВМФ)

Вид поставки – сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5949–75, ГОСТ 2590 – 71, ГОСТ 2591–71. Калиброванный пруток ГОСТ 8559–75, ГОСТ 8560 – 78, ГОСТ 7417–75. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955 –77. Полоса ГОСТ 4405–75, ГОСТ 103 – 76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133 – 71.

Назначение – ответственные нагруженные детали, работающие при температуре 600 °С. Сталь жаропрочная мартенситного класса.

В большинстве случаев высокохромистые мартенситные стали, имеют повышенное содержание углерода, некоторые из них дополнительно легированы никелем. Углерод, никель и другие аустенитообразующие элементы расширяют область и способствуют практически полному (М) – превращению в процессе охлаждения. Применение для закаленной стали отжига при температурах ниже точки А₃ способствует отпуску структур закалки и возможности получения весьма благоприятного сочетания механических свойств – одновременно высоких значений прочности, пластичности и ударной вязкости. Ферритообразующие элементы (Mo, W, V) вводят для повышения жаропрочности сталей. Если обычные 12%-ные хромистые стали имеют достаточно высокие механические свойства при температурах до 500 °С, то сложнолегированные на этой основе стали обладают высокими характеристиками до 650 °С и используются для изготовления рабочих и направляющих лопаток, дисков паровых турбин и