Способ изготовления диффузионной сваркой газотурбинных лопаток из двухфазных титановых сплавов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИНЕСКИРЕСПУБЛИК 811 А 1 23 К 20/14 ИЗОБ Т И АН АВТО ное объедине.М.Свердловаин, Ю.А,Зеле(54) СПО ОННОИ ПАТОК СПЛАВО (57) Изо фузионн единяе электро собам дифагревогл соретение о ой сварки мых элем ным лучом осится к с вакууме с нто"- по Цель изоб и пе тения ГО СУДА Р СТ В Е ННЫ й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР1 ч. 1446790, кл, В 23 К 20/14, 1987. СОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИФФУЗИСВАРКОЙ ГАЗОТУРБИННЫХ ЛОИЗ ДВУХФАЗНЫХ ТИТАНОВЫХ Изобретение относится к диффузионной сварке в вакууме с нагревом изделий из титановых сплавов и может быть использовано в авиационной и других отраслях промышленности,Известен способ нагрева в тлеющем разряде, применяемый при соединении массивных деталей с тонколистовыми, при котором равномерный нагрев деталей под сварку обеспечивается конструкцией анода и экрана, Этот способ не позволяет при изготовлении лопаток использовать вальцованое перо иэ-за деформации его при общем нагреве и потери геометрии пера,Известен способ диффузионной сварки, согласно которому при изготовлении тавровых конструкций деформируемую часть стенки тавра выполняют толщиной, равной 0,8 - 0.95 ее толщины, а выступ выполняют на вышение качества сварного соединения, снижение металлоемкости и трудоемкости. Для осуществления способа производят предварительное сжатие упругим элементом, устанавливаемым между свариваемыми деталями и ограничительными элементами оснастки. Затем осуществляют нагрев, например, электронным лучом только зоны соединения до температуры, на 80 - 200 С ниже температуры полиморфного превращения титанового сплава. Изотермическую выдержку производят до окончания пластической деформации, затем температуру снижают до 650 - 550 С и осуществляют вторую изотермическую выдержку до окончания пластической деформации, повторяя указанный цикл до получения заданной степени пластической деформации в зоне соединения. 2 ил. полке высотой 0,4 - 1,0 высоты деформируемой части стенки и шириной, равной толщине этой части, Сварка с высокими температурали нагрева по данному способу вызывает перегрев титановых сплавов и рост составляющих фаэ, кроме того, в зоне стыка возникает возможность высокой степени деформации, что неприемлемо для его использования при изготовлении лопаток газотурбинных двигателей,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ изготовления диффузионной сваркой направляющих лопаток осевого компрессора, согласно которому сварку полки с пером осуществляют, сдавливая полку цапфы, в профильный паэ которой вставлено перо лопатки, Сжатие производят в стапеле, обеспечивающем при совместном егонагреве с сзбранной лс и:-кои тер; на.с При такой технологии степень деформиро. вэнич по свариваемым плоскостям различна что не обеспечивает надежного качества сварки по сечению шва, а применение оснастки, обеспечивающей термонатяг за счет нагрева не обеспечивает постоянство воспроизводимости процесса, Кроме того, технологическая оснастка п ри сравнительнс небольшом цикле эксплуатации выходит из строя, изменяя свои геометрические параметры.Цель изобретения - повышение качества сварного соединения, снижение металпоемкости и трудоемкости.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления диффузионной сваркой газотурбинных лопаток из двухфазных титановых сплавов перо и перпендикулярные ему полку и цапфу устанавливают с предварительным сжатием между ограничительными элементами оснастки, нагревают их до температуры ниже температуры попиморфного превращения свариваемого материала, сдавливают за счет расширения при нагреве свариваемых деталей и осуществляют зотермическую выдержку, предварительное сжатие осуществляют упругим элементом, устанавливаемым между свар наемыми деталями и ограничительными элементами оснастки, осуществляют нагрев только зоны соединения до телературы на 80-200 С ниже тел- ператчры полил 1 опт ного превращен: т 1 тан-".с сплава, з. - ".ескс в.- -=: - жку прозд; дят до оконания пласт ческой деформации затем те "пературу сн 1,а.зт до 650-6: " и осч: , -;,от вто- ю изотермическую выдержку до окончания пгастическод де, ;сции, пос-;рая укаэанный цикл до получения заданной степени ппа тическзй дефор",ации в зоне соединения,При нагреве электронным лучом зоны соединения до температуры на 80-200"С ниже температуры попиморфного превращения титанового сплава происходит удлинение нагретого участка и полка или цапфа перемещаются вдоль оси пера, дополнительно сжимая упругий элемент. При некоторой выдержке при этой температуре за счет релаксационных и диффузионных процессов и под действием упругого элемента начинается пластическая деформация эоны соединения в режиме сверхпластичности при сравнительно незначитеяьном нагружении. После накопления определенной степени деФормации процесс пластической деформации в зоне соединения прекращается, после чего снижением температуры до 10 15 20 25 ЗО 40 45 50 55,:-0 560 "С в зоне соединения и выдержкойпри этой температуре процесс деформирования возобновляется за счет выделенияпластичных метастабильных фаз. В ходеизотермической выдержки метастабильн ыеФазы переходят в стабильное состояние ипроцесс пластической деформации прекращается.Нагрев зоны соединения до температуры на 80 - 200 С ниже температуры полиморфного превращения (Тп и.) титановогосплава обеспечивает получение равномерной структуры как в зоне соединения, так ивне ее с исключением роста структурныхсоставляющих. При этом ограничение температуры нагрева (до Тп,п. 80 С) исключаетвакуумное растравливание границ зерен ифаз при нагреве электронным лучом, чтоявляется необходимым условием при изготовлении лопаток с бесприпусковым пером,с другой стороны снижение температурыобеспечивает выделение пластичной метастабильной фазы, ускоряющей процесс дефор;1 ирования под нагрузкои.Ограничение температуры (до Тп,п,200 С) обусловлено замедленной скоростью пластической деформации при сваркепод нагрузкой, а также ухудшением качества сварного шва. Одновременно ограничениее температуры (до Тп. п. 200"С)обусловлено тем, что нагрев до этой температуры при последующем охлаждении резко чменьшает количество метастабипьнойпластической Фазы.Г:,", охлажден. и двухи аз-.титан-в:сплавов, нагретых до температуры на 80200 С ниже температуры поп морфного пресращеия пр:исходит выпадениеметастабильных фаз, а при снижении темпе,".-:.тусы до 650-550 С процесс выделен, сФаз прекращается и они фиксируются втвердом состоянии. В ходе изотермическиевьдержки при температуре 650-550 С метастабипьные фазы переходят в стабильноесостояние и процесс пластической деформации прекращается. В связи с этим снижение температуры ниже 650-550 Снецелесообразно из-за замедления процесса пластической деформации,На фиг.1 представлена заготовка лопатки с приваренными полкой и цапфой к перу,на фиг.2 - лопатка после сварки.Способ осуществляется следующим образом.Подготовленные к сварке перо и перпендикулярные ему полку и цапфу устанавливают с предварительным сжатием междуограничительными элементами оснасткиУсилие сжатия определяют по площади подлежащей сварке, обеспечивая удельное дав.ленв в сопрягаелых поверхностях в пределах Р=О,Е,0 кг/мм Оснастку с собранными элементами лопати помещают в камеруэлектроннолучевой установки и после ее вакуумирования осуществляют нагрев только 5эон соединения до температуры на 80200 С ниже температуры полиморфногопревращения свариваемого металла, Иэотермическую выдержку при этой температуре производят в процессе подготовки 10материала к пластической деформации и деформации зоны соединения до моментапрекращения пластической деформации,начало и конец которой фиксируют по индикатору. Затем температуру снижают до 650 - 15550 С путем уменьшения мощностиэлектронного луча и осуществляют вторуюизотермическую выдержку (аналогично укаэанной) до окончания пластической деформации. Указанный цикл повторяют до 20получения заданной степени пластическойдеформации в зоне, соединения, затем нагрев стыков прекращают и после охлаждения электроннолучевой установкиразвакуумируют камеру и извлекают из нее 25готовую лопатку,П р и м е р. Элементы лопатки; полку,цапфу и перо, подлежащие сварке и обработанные с шероховатостью=40 мкм, передсборкой под сварку подвергают травлению 30в течение 2 - 4 мин, промывают в проточнойводе. сушат горячим воздухом и собирают воснастке, Затем производят предварительное прижатие полки к перу через упругийэлемент с усилием 160-240 кг, а цапфы к 35перу - с усилием 130-150 кг. Закрывают ивакуумируют камеру до давления Р=(2 -4) 10 мл ртутного столба, после чего осу ществляют нагрев свариваемых зонсоединения электрон н 5 . лучом, сканируя 40им вдоль зон, до температуры на 80-200 Сниже температуры пол глорфного превращения титанового сплава. Изотерлическуювыдержку производят до окончания пластической деформации, которую фиксируют по 45индикатору. После прекращения пластической деформации температуру снижают до650-550 С со скоростью не более 20 С в секунду и осуществляют вторую изотермицескую выдержку до окончания пластической деформации, Указанный цикл повторяют до получения заданной степени пластической деформации, которая составляет 0,4-0,6 мм в зоне соединения. При такой технологии в зависимости от химического состава сплава процесс сварки завершается за 2-4 цикла. Время сварки соединения занимает 6-12 мин, После приварки полки и цапфы к перу камеру раэвакуумируют и извлекают из нее готовую лопатку.Изобретение обеспечивает повышение качества сварного шва, снижение металло- емкости и трудоемкости,Формула изобретения Способ изготовления диффузионноЧ сваркой газотурбинных лопаток из двухфазных титановых сплавов, при котором пера и перпендикулярные ему полку и цапфу устанавливают с предварительным сжатием между ограничительными элементами оснастки, нагревают их до температуры ниже температуры полиморфного превращения свариваемого материала. сдавливают за счет расширения при нагреве свариваемых деталей и осуществляют иэотермическую выдержку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества сварного соединения, снижения металлоемкости и трудоемкости, предварительное сжатие осуществляют упругим элементом, устанавливаемым между свариваемыми деталями и ограничительными элементами оснастки, осуществляют нарев только зоны соединения до температуры на 80-200 С ниже температуры полиморфного превращения титанового сплава, иэотермическую выдержку производят до окончания пластической деформации, затем температуру снижают до 650-550 С и осуществляют вторую изотермическую выдержку до окончания пластической деформации, повторяя указанный цикл до получения заданной степени пластической деформации в зоне Соединения,1706811 аказ 228 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыти113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 КНТ СССР Гагарина. 101 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж Составитель И.СтоляровРедактор С,Патрушева Техред М.Моргентал Корректор М.Дерчик