УДК 621.791.72:669.15.018

Специальность 05.03.06 „Сварка и родственные процессы и технологии"

Работа выполнена в Институте электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины

Научный руководитель:

академик НАН Украины, доктор технических наук, профессор Ющенко Константин Андреевич, Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, заведующий отделом

Официальные оппоненты:

• член-кореспондент НАН України, доктор технічних наук, професор Мільман Юлій Вікторович, Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, завідувач відділу;
• доктор технічних наук, старший науковий співробітник Бондарєв Анатолій Андрійович, Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, провідний науковий співробітник.

Защита состоится 22 Декабря 2011г. в 10:00 по адресу: 03680, г. Киев – 150, МСП, ул. Боженко, 11.

Загрузить автореферат

АННОТАЦИЯ

Гах И.С. Физико-технологические особенности электронно-лучевой   сварки высоконикелевых жаропрочных сплавов с монокристаллической структурой. – На правах рукописи.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.06 «Сварка и родственные процессы и технологии»,  Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины, Киев, 2011 г.

Диссертация посвящена решению проблемы получения неразъемных соединений монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов  при ремонте рабочих лопаток ГТД и укрупнении монокристаллов.

Рассмотрено современное состояние проблемы свариваемости жаропрочных никелевых сплавов и обоснована целесообразность выполнения работы. Определены критерии качества сварных соединений и разработаны методы управления свариваемостью этого класса материалов. Предложено рассматривать свариваемость монокристаллов с позиции степени деградации совершенства монокристаллической структуры.

Изучены особенности формирования структуры сварного соединения  в зависимости от кристаллографических условий на фронте кристаллизации ванны и технологических параметров процесса электронно-лучевой сварки. Установлены закономерности которые используются при управлении структурообразованием металла шва.

Показано, что трещинообразования в шве удается избежать при скорости сварки 10–15 м/ч, предварительный подогрев до 350–450°С позволяет повысить ее до 20–25 м/ч. Установлено влияние расположения сварочной ванны по отношению к кристаллографии подложки на образование зерен случайной ориентации. Определены благоприятные кристаллографические условия формирования монокристалличного шва. Показано что при соединении, когда поверхность сплавления близка к плоскости {111}, количество зерен случайной ориентации в шве может достигать  80 %. При поверхности сплавления {100} и   направлении сварки <001>  доля зерен случайной ориентации снижается до 5–10 %, а при сплавлении {100} в направлении <011>  – до 2–4 %.

Определены ориентационные условия кристаллизации сварочной ванны, при которых достигается формирование монокристаллического сварного соединения. Установлено, что получение монокристалличного сварного соединения достигается при совпадении направления максимального температурного градиента с направлением легкого роста <100> по фронту кристаллизации ванны с разориентацией не более 15º.

Представлена схема адаптации формы ванны к кристаллографической ориентации сварного соединения. Обоснованы и предложены режимы сварки и технологические приемы  их исполнения, позволяющие управлять кристаллизацией сварочной ванны  как при сварке, так и при наплавке присадочного материала.

Решены принципиальные вопросы сварки жаропрочных никелевых монокристаллов,  которые исключают возможность образования зерен случайной ориентации в структуре металла шва и трещин. Показано, что уровень длительной прочности при 900°С  равен σ₅₀ > 300 МПа, что составляет 85 % этого значения для  основного металла.  Предел  прочности  и текучести  в интервале температур 500÷1000°С находятся на уровне значений для основного металла.
Разработана принципиальная технология ремонтной электронно-лучевой сварки рабочих лопаток  из сплава ЖС32 для ГТД  Д18Т.
Ключевые слова: монокристалл, жаропрочные никелевые сплавы, кристаллографическая ориентация, зерна случайной ориентации, высокоугловые границы зерен, трещины, электронно-лучевая сварка, рабочие лопатки.