Способ электронно-лучевой сварки роторных конструкций

СОЮЗ СОВЕТСКИ СОЦИАЛИСТИЧЕ ГОСУДАРСТВЕНН ВЕДОМСТВО ССС РЕСПУБЛИК ОЕ ПАТЕНТНОЕР (ГОспАтет 1 т сссР)АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕН(73 Научно-исследовательский институт технологии и органиэации производства двигателей(54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ РОТОРНЫ КОНСТРУКЦИЙ(57) Изобретение относится к способам электронно-лучевой сварки и может быть использовано вдвигателе-и турбостроении при сварке роторов горячего тракта двигателя Цель изобретения - повышение качества сварки окончательно обработанщ Я 3 (1 Ц 1439870 АЗ(5 Ц 5 ВХЗК 15 00 ных деталеи путем устранения кратеров в начале и конце шва, Для этого в начале и конце стыка 1 устанавливают технологические входные и выходные вкладыши 2 с буртиками 7, которые накладывают на стык (С) 1 и прижимают к торцевым поверхностям лопатки 3. Прямолинейные С 1 в конструкции ротора горячего тракта двигателя расположены под углом а относительно оси изделия Поэтому буртики 7 располагают на краевых участках С 1 под углом наклона сс к оси изделия и изготавливают совместно с вкладышами 2. Длину буртиков выбирают равной длине кратера, исходя из условия полного заполнения кратера объемом металла буртика 1 табл 2 ил.Изобретение относится к электроннолучевой сварке, в частности к технологиисварки роторов горячего тракта двигателя иможет быть использовано в двигателестроении, турбостроении и агрегзтостроении. 5Цель изобретения - повышение качества сварки окончательно обработанных деталей путем устранения кратеров в начале иконце шва.На Фиг.1 показана схема сборки под 10электронно-лучевую сварку ротора (осевойразрез); на Фиг.2 - то же, вид сверху,Способ состоит в установке в начала иконце стыка 1 технологических входнцх ивыходных вкладышей 2, которые накладывзют на стык 1 и прижимают к торцовымповерхностям деталей лопатки 3. Для этогосекторные детали лопатки 3 собирают накольцевой оснастке в виде поддерживающих колец 4 и 5, рзсполагаемых по торцам 20монтируемого из деталей бандажа. В кольцах 4 и 5 оснастки по внутренним их поверхностям, обращеннцм к торцовымповерхностям деталей, предварительно навсю толщину колец выполняют пазы 6, располагая их с шагом, равным расстояниюмежду прямолинейными стыками 1 деталей. лопаток 3. В пазы 6 колец 4 и 5 вставляюттехнологические вкладыши 2 с буртиками 7,имеющими заданные геометрические параметры. Прямолинейные стыки 1 в конструкции ротора горячего тракта двигателярасположены под углом а относительнооси изделия. При этом чем больше угол а,тем в большей степени ухудшаются условия 35теплоотвода от краевых участков прямолинейных стыков в менее нагретые областисвзривеемого узла, Установлено экспериментально, что с увеличением угла наклонаувеличивается длина кратера в начале и конце шва, Поэтому буртики 7 располагают нав раевцх участках стыков 1 под углом наклона а к оси иэделия и изготавливают совместно с вкладышами 2. Ширину а буртиков 7выбирают равной ширине шва в верхней его 45части при сварке стыка 1. Это обусловленотем, что в случае увеличения ширины буртика наблюдается неполное его расплавление, что приводит к необходимостиудаления излишков металла дополнительной механической обработкой, т.е, к увеличению трудоемкости изготовления,онструкции, В случае же уменьшения ширины буртика на краевых участках шва воз- никзют дефекты типа подрезов, которые 55необходимо впоследствии исправлять, что также приводит к увеличению трудоемкости, Высоту буртиков и задают в зависимости от толщины свариваемых деталей на краевых участках стцков 1, так как от этого зависит размер кратера, Экспериментально установлено, что высота буртиков равна 1/10-1/15 толщины детали, что гарантирует заполнение объема кратера жидким металлом расплавленного .буртика, Уменьшение нижнего предела по высоте буртика может привести к недостаточному заполнению объема сварочного кратера. Увеличение верхнего предела по высоте буртика приводит к образованию больших наплывов на концевых участках швов, образующихся изза лишнего объема расплавленного металла буртика.Длину буртиков выбирают равной длине кратера, исходя иэ условия полного Заполнения кратера объемом металла буртика. На основании статистических данных определена эмпирическая зависимость длины ванны от угла а наклона стыков 1 к оси вращения изделия,1 5+3 3 па,где .- длина буртика равная длине кратера,а- угол наклона стыка к оси изделия.Некоторые усредненные размеры буртиков приведены для каждого типоразмера деталей в таблице.Толщина буртика, равная 1/10-1/15 толщины соединения, обеспечивает наряду с другими его геометрическими параметрами, беэдеФектное Формирование швов на краевых участках. При толщине буртика больше 1/10 от свариваемой толщины (1 /9, 1/8) на краевых участках швов из-за избытка расплавленного металла образуются наплывы, требующие дополнительной механической обработки, т,е. повышается трудоемкость изготовления детали. При толщине буртика меньшей 1/15 свариваемой толщины образуется занижение шва в указанных участках, что также недопустимо и требует подварки швов.Вкладыш 2 с буртиками 7 имеют разные размеры эа счет разной толщины деталей лопатки 3 в краевцх участках стыков 1. Устанавливают вкладыши 2 в пазах 6 колец 4 и 5, Кольца стягивают между собой по центру изделия и с помощью винтов 8 вкладыши 2 плотно прижимают к торцовым поверхностям кольцевого стыка. При этом буртики располагают вдоль стыков 1. Собранное изделие с оснасткой помещают в камеру.Фиксацию деталей лопатки 3 относительно другдруга осуществляют прихваткой электронным лучом прямолинейных стыков 1. Длина зоны прихватки располагается в средней части стыков 1 для исключения по-,1439810 Влияние типоразмеров технологических буртиков на качество металла шва Длинабуртика-(5+3 впа) Высота буртика Качество шваПримечание Геометрические параметры кратераТол- Угол щи на наклометал- на стыла,мм как объем,ммрасчетная, мм взятая в долях от толщины металла ширина, мм длина,мм оси вращения детали,о 4,65 1/15 Дефекта нет16,4 5,0 16 1/10 м 25,5 1,4 5,6 15 20 водок в зонах контакта деталей с оснасткой. Сварку продольных стыков 1 начинают и заканчивают на вкладышах 2, после чего снимают кольца и срезают вкладыши.Пример осуществления способа. Выполняли электронно-лучевую сварку роторной конструкции рабочего колеса компрессора, состоящего иэ 35 отдельных лопаток, из титанового сплава ВТ 25 У. Максимальная свариваемая толщина лопаток составляла 42 мм, а со стороны прилегания поддерживающих колец - 15 мм и 37 мм, Сборку осуществления на поддерживающих кольцах из этого же материала. Высота колец составляла 50 мм, а толщина соответствовала толщинам концов обода, т.е. 15 мм и 37.мм. В поддерживающих кольцах перед сборкой предварительно выполнялись пазы на всю толщину колец. Ширина паза составляла 20 мм, а длина - 30 мм. Лопатки собирались в обод на поддерживающих кольцах таким образом, чтобы концы прямолинейных стыков располагались напротив пазов. В пазы вставляли технологические вкладыши, фиксировали их к торцовым поверхностям лопаток, обеспечивая плотное прилегание. Высота вкладышей составляла 15 мм и 37 мм, ширина - 15 мм. длина - 25 мм, Буртики на соответствующих вкладышах выполняли:шириной: а -3 ммвысотой,Н 1 22 мм, Н 2 4 мм длиной: 1 (5+ 3 з 1 п а) - (5+ 3 0,82) 7,5 ммугол наклона а,Вкладыши устанавливали с расположением буртиков по стыку деталей и плотно прижимали их к торцовым поверхностям деталей с зазором не более 0,2 мм,Сверху производили на установке ЗЛУ 20, оснащенной энергоблоком БЭП/15 К,5 Предварительно стыки прихватывали электронным лучом в середине их длины,Режимы прихватки;ускоряющее напряжение 60 кВток луча 45 мА10 ток фокусирующей линзы 460 мАскорость сварки 30 м/чСварку начинали и заканчивали на вкладышах и проводили с той же скоростью иускоряющим напряжением, но с током луча,15 равным 75 - 160 мА в зависимости от толщины деталей,После сварки все прямолинейные швыимеют одинаковую высоту усиления и равномерный по высоте корневой валик.20 Разворот лопаток относительно другдруга находится в пределах требований чер тежа на изготовление данного изделия,По сравнению с базовым объектом, закоторый принят прототип. предлагаемый25 способ позволит получить минимальные деформации от теплового воздействия луча насвариваемые детали. Возможность самоустановки (плавления) вкладышей исключает возникновение напряжения на краевых30 участках прямолинейных швов и тем самымисключается вероятность появления трещин в шве и основном металле лопаток,(56) Авторское свидетельство СССР35 М 976573, кл. В 23 К 15/00, 1981.Патент Швеции ЬЬ 311384, кл. 8 23 К15/00. 18,11.74, 1439870 8Продолжение таблицыизобр Форм я ЭЛТОРНЫорныетыковынасткеолнымаканчивичающачествах детал СПОСОБСВАРКИ РО котором сект сваркой сос кольцевой ос деталей с иначиная и э оснастке, отл повышения к обработанны Е КТР ОН НО-ЛУЧЕ ВОЙ Х КОНСТРУКЦИЙ, при детали лопаток перед вают между собой в и осуществляют сварку проплавлением стыка, ая швы на кольцевой ийся тем, что, с целью сварки окончательно ей путем устраненияльцеостям и на , равпаэах ые и дывам по- длину кратеров в начале и конце шва, в ковой оснастке по внутренним поверхнсопряжения с секторными деталямвсю глубину выполняют пазы с шагомным расстоянию между стыками. а вперед сваркой устанавливают входнвыходные вкладыши, которые наклают на стык и прижимают их к торцовыверхностям деталей, при этомвкладышей . выбирают равной1 =5+3 эпа = 5+Ззпа,где а - угол наклона стыка к оси иэделия,1439070 ректор М. Керецман од, ул. Гагарина, 101 изводственно-из едактор Н. Козловааказ 3351 Составитель В. МорочТехред М.Моргентал Тираж Подписн НПО "Поиск" Роспатента 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5