ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ ПРОТЯНУТЫХ ДИСКОВ, СОДЕРЖАЩЕЕ ДЕМПФИРУЮЩИЙ ПОЯС, И СПОСОБ ФРИКЦИОННОЙ СВАРКИ
AUXILIARY DEVICE FOR WELDING SPINDLE DISKS, HAVING DAMPING BELT, AND FRICTION WELDING METHOD

Изобретение относится к вспомогательному устройству сварки протянутых дисков, содержащему демпфирующий пояс, а также к соответствующему способу фрикционной сварки.
Часто диски турбореактивных и турбовинтовых двигателей сваривают между собой при помощи трения и в частности инерционного трения в плоскостях соединения, перпендикулярных к оси вращения получаемого таким образом ротора. Часто они содержат на своей периферии ряд ячеек, предназначенных для размещения корней лопаток и, в случае необходимости, крючки для стопорения лопаток, находящиеся на концах ячеек.
Этот способ сварки является исключительно энергоемким и почти всегда сопровождается интенсивными вибрациями высокой частоты. При этом на дне ячеек, а также на дне крючков стопорения лопаток могут появляться усталостные трещины.
Эти недостатки фрикционной сварки известны, и для их устранения было предложено соединять со свариваемыми деталями элементы, демпфирующие эти вибрации. Несколько примеров представлено в документах US 2004/108358 и US 2010/193572 A. Однако, как выяснилось, описанные в этих патентах демпфирующие устройства не приспособлены к частному случаю дисков, содержащих вырезанные периферические ячейки, и не препятствуют появлению вибрационно-усталостных трещин в наиболее чувствительных местах, а именно на сопряжениях между периферическими зубьями, разделяющими ячейки, и главной частью диска, начиная от дна ячеек, а также на дне крючков стопорения лопаток. В документе US 2006/051211 описан демпфирующий элемент более сложной конструкции, чем в изобретении, содержащий два боковых пояса из полимера, удерживаемые между двумя металлическими фланцами, которые сближают друг с другом для удержания поясов на боковых сторонах диска. Этот известный демпфирующий элемент относится к диску, свариваемому трением, но этот диск не имеет следующих друг за другом ячеек, разделенных зубьями, для размещения корней лопаток, так как описанный в этом документе диск является моноблочным лопаточным диском, выполненным за одно целое с лопатками.
Задача изобретения состоит в создании устройства защиты ячеек, вырезанных в дисках, при помощи демпфирования вибраций, подходящего для дисков, имеющих периферические ячейки.
Согласно изобретению новое устройство представляет собой круговой пояс, выполненный из вязкоупругого полимера, при этом пояс включает в себя чередование выступов и впадин и содержит бандаж, располагаемый вокруг периферии диска и стягивающий диск, при этом выступы и впадины находятся на внутренней стороне бандажа.
Пояс и его выступы частично охватывают зубья диска и ограничивают амплитуду их вибраций, тем более что выступы, зажатые между парами смежных зубьев, способствуют вибрации зубьев в одной фазе, что позволяет снизить высокие частоты и одновременно уменьшить амплитуду вибраций благодаря амортизационным свойствам их материалов. Следует подчеркнуть роль замкнутого кругового бандажа, который охватывает диск с радиальным усилием стягивания, способствуя демпфированию. В отличие от устройства из документа US 2006/051211 это устройство является моноблочным, то есть более простым в изготовлении и в применении. Оно является также более легким за счет исключения металлических фланцев, необходимых для удержания бокового пояса на диске, которые могут иметь большую инерцию, мешающую демпфированию.
Согласно усовершенствованному варианту пояс содержит боковые юбки, выполненные во внутреннем радиальном направлении. Они способствуют удержанию пояса на месте во время процесса сварки и одновременно позволяют уменьшить вибрации, которым могут подвергаться крючки стопорения лопаток при их наличии. Одновременно эти боковые юбки защищают обработанные поверхности ячеек от возможных микроскопических выбросов, связанных со сваркой.
Полимер должен обладать достаточными гибкостью и упругостью, чтобы его можно было располагать и стягивать вокруг диска, затем снимать с диска без остаточной деформации. В идеале он должен иметь достаточные характеристики демпфирования для эффективного уменьшения амплитуды вибраций. Для этого можно предложить полиуретаны.
Объектом изобретения является также способ фрикционной сварки протянутого диска, который осуществляют с применением описанного выше вспомогательного устройства, плотно располагая его вокруг диска, при этом выступы заходят в ячейки, выполненные на периферии диска, и сжимаются между зубьями диска, чередующимися с ячейками, во время сварки.
Согласно предпочтительному и факультативному отличительному признаку пояс имеет радиус, меньший наружного радиуса диска, чтобы обеспечивать вытяжку от 3 до 20% после его отделения от диска.
Далее следует описание одного из возможных вариантов осуществления изобретения, представленного исключительно в качестве примера со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показан диск, для которого можно применить изобретение, общий вид;
на фиг. 2 показан пояс в свободном состоянии, общий вид;
на фиг. 3 детально показан диск, оснащенный поясом;
на фиг. 4 представлена сборка ротора с применением изобретения.
Показанный на фиг. 1 диск, на котором можно применить изобретение, имеет периферию, на которой ячейки 1 чередуются со сплошными участками, называемыми в данном случае зубьями 2. Ячейки 1 содержат дно, расширяющееся к центру диска, и более узкую верхнюю часть, образующую горловину 3. Ячейки 1 могут быть протянуты в продольном направлении или под углом. Концевые стороны зубьев 2 могут быть оснащены крючками, которые впоследствии будут удерживать лопатки диска, корни которых, заведенные в ячейки 1, имеют концы, снабженные ответными крючками; в крючки 4 зубьев 2 и в крючки корней лопаток вставляют кольца для их удержания вдоль ячеек 1. Эта конструкция сама по себе известна и на фигуре не показана.
При такой форме диска на сопряжениях 6 между зубьями 2 и главным центральным и сплошным участками 5 диска могут появляться трещины, начинающиеся на боковых сторонах этих сопряжений 6 и в частности в местах, обращенных к дну ячеек 1, где зубья 2 являются более узкими, а также на сопряжениях между крючками 4 и зубьями 2.
Согласно изобретению во время сварки используют демпфирующий пояс 7, показанный на фиг. 2. Он выполнен из полимера, обладающего достаточной вязкостью и упругостью, чтобы быть гибким, эластичным и чтобы значительно демпфировать вибрации. Он содержит бандаж 8, который располагают вокруг периферии диска, выступы 9 или зубцы на внутренней стороне, разделенные впадинами 10, и боковые юбки 11 с двух сторон бандажа 8, которые представляют собой сплошные полосы, проходящие в радиальном направлении внутрь. Выступы 9 заходят между зубьями 2, заполняя горловины 3.
Бандаж 8 давит на зубья 2 со стягивающей силой, зависящей от его расширения, когда его располагают вокруг зубьев 2. Выступы 9 сжимаются между смежными зубьями, удерживая их от смещения и действуя как упор в тангенциальном направлении, что уменьшает тенденцию зубьев 2 к изгибу. Юбки 11 способствуют удержанию пояса 7 вокруг диска во время сварки и служат также для осуществления давления и демпфирования на крючках 4.
Поскольку зубья 2 в меньшей степени могут прогибаться вокруг их сопряжения с главной частью 5 диска, сопряжения 6 подвергаются меньшему напряжению и усталостные трещины на них не появляются или появляются в гораздо меньшей степени.
Предпочтительно пояс 7 выполнен из полиуретана. Courbane 60R (зарегистрированный товарный знак) является материалом, обеспечивающим наиболее подходящие в рамках изобретения характеристики, в частности характеристики демпфирования.
Хорошие результаты демпфирования были получены с бандажом 8, внутренняя сторона которого имела в свободном состоянии радиус, на 3%-20% меньший наружного радиуса диска (радиусы измерены в местах впадин 10 и зубьев 2).
На фиг. 4 показано применение поясов 7, которые в данном случае располагают в нескольких экземплярах на стольких же дисках 12, уже соединенных между собой, но остающихся на месте, пока другие (непоказанные) диски будут соединены сваркой с уже полученной сборкой.
Сварку осуществляют так же, как и в известных решениях.