Механическая обработка рабочей части лопаток ВД и СД, галтелей у хвоста и полок бандажа осуществлялась на фрезерных станках с ЧПУ. Математическое обеспечение и разработка управляющих программ выполнены при активном участии завода—ВТУЗа при ПО турбостроения «Ленинградский металлический завод».
Впервые в практике завода для обеспечения требуемых вибрационных и прочностных характеристик рабочие лопатки всех ступеней ЦВД и шести ступеней каждого потока ЦСД были соединены с помощью сварки по бандажу и хвостовой части в пакеты. Сложность заключалась в том, что материалом лопаток являются трудно-свариваемые стали марок 15X11МФ и 18Х11МНФБ, а рабочие части лопаток до сварки выполняются в чистовом размере, и имеют шероховатость поверхности девятого класса. Технология сварки должна обеспечивать качественное проплавление по бандажу и хвостовой части с минимальными деформациями, сохранением чистоты поверхности рабочей части лопатки.
Установка для электронно-лучевой сварки типа УЛ-118 спроектирована институтом электросварки имени Е.О. Патона АН УССР. Ее оригинальная конструкция позволила существенно сократить суммарное время на создание вакуума в камере за счет одновременной загрузки в камеру восьми пакетов и сварки бандажных и хвостовых швов, расположенных в разных плоскостях, тремя электронно-лучевыми пушками. Сварка пакетов всех 20 ступеней осуществлялась двумя типами универсальных приспособлений.
Результаты исследований показали, что при электронно-лучевой сварке можно отказаться от предварительного и сопутствующего подогрева, являющихся обязательными при Сварке данных сталей другими способами. Это позволило выбрать способ сварки хвостовой части лопаток встречными швами, обеспечивающий минимальные остаточные деформации. Особенность способа заключается в том, что первым швом сваривают примерно 40% толщины хвостовой части, а затем вторым швом с обратной стороны сваривают 65% толщины, перекрывая первый на 4—5 мм.
Специализированный участок с установкой УЛ-118 включает в себя также специальную термическую печь с контролируемой защитной атмосферой, что позволило сохранить чистоту рабочей части лопаток при термообработке.
Диафрагмы ЦВД и ЦСД выполнены сварными с фрезерованными телесными направляющими лопатками и бандажными лентами. Требования высокой надежности обусловили увеличение момента сопротивления направляющих лопаток, тел и ободов, работающих в зоне высоких температур, а также использование жаропрочных сталей, полученных методом электрошлакового переплава. Повышение точности изготовления сварных решеток было достигнуто за счет использования нового технологического процесса пробивки профильных отверстий в согнутых по радиусу бандажных лентах на установке ЭМ-12, спроектированной ВПТИ-энергомаш и работающей в автоматическом цикле.
Важным мероприятием, обеспечивающим эксплуатационную надежность и повышение прочности ответственных деталей турбин, является использование заготовок, получаемых рафинирующими методами выплавки, в частности методом-электрошлакового переплава (ЭШП). Этот метод обеспечивает более высокую степень чистоты металла, высокую однородность структуры и свойств по сечению заготовки, повышение характеристик пластичности. Применение ЭШП для рабочих лопаток, изготовляемых из стали марок 20X13, 15X11МФ и ЭП291, обеспечило получение заготовок, свободных от типичных дефектов в виде волосовин, существенно снижающих усталостную прочность рабочих лопаток.
Изготовленный таким методом слиток из стали 15Х1М1Ф был использован в качестве исходной заготовки для сварно-кованого корпуса клапана автоматического затвора ВД. При высоком уровне механических свойств поковки металл ЭШП характеризуется высокой однородностью и изотропностью механических характеристик, низким содержанием серы и неметаллических включений.
Недостатком применения сталей ЭШП для корпусных деталей является то, что исходные заготовки получаются в виде крупногабаритных кубических или цилиндрических брусьев. Так при массе готовой детали для паро-впуска турбины К-1200-240-3 равной 3 т, масса кованой заготовки составляет 12 т.
Использование метода электрошлаковой выплавки (ЭШВ) позволило получить заготовки высокого качества и снизить расход металла.
Традиционно используемая для отливок корпусных деталей ЦВД и ЦСД сталь 15Х1М1ФЛ характеризуется достаточной стабильностью структуры и свойств при длительном воздействии рабочих температур до 843 К (570°С). Однако увеличение мощности турбин требует постоянного совершенствования металлургической технологии на всех ее этапах.
Улучшению качества отливок способствуют меры конструктивного характера, определенная ориентация и направленность литья в сечениях детали, а также правильное разрешение противоречивых требований конструкций и литейной технологии.
Корпуса наружных и внутренних цилиндров ВД и СД были отлиты из стали, выплавленной в основной мартеновской печи на традиционных заводах-поставщиках. Исследования показали преимущество принудительного охлаждения отливок в специальных камерах по сравнению о обдувом сжатым воздухом с трех сторон. Существенно уменьшился разброс механических свойств металла и отливок.
