Наибольшее распространение на НЗЛ получили сварные колеса, у которых лопатки выфрезеровываются за одно целое с основным диском, а покрывающий диск приваривается к лопаткам. Такая конструкция позволяет существенно упростить технологию изготовления колеса, выполнять сопряжение лопатки с диском с большой точностью и высокой чистотой поверхности, удалить сварной шов от наиболее напряженных сечений (сечений сопряжения лопатки с основным диском), легко изменять проточную часть колеса.
Для колес, работающих в запыленных средах, такая конструкция позволяет вводить большой радиус сопряжения лопатки с основным диском и повышать износостойкость деталей за счет увеличения толщин лопатки и основного диска в наиболее уязвимых сечениях и создавать более благоприятные условия для рассеяния твердых частиц. Эго мероприятие повышает также конструктивный предел выносливости основного диска и лопаток и снижает напряжённость последних. Таким образом, колесо с лопатками» выфрезероваиными за одно целое с диском, обеспечивает более высокие прочностные, аэродинамические и противоэрозионные характеристики.
В настоящее время на НЗЛ внедряются в производство сварные колеса с лопатками, привариваемыми как к основному, так и к покрывающему дискам (рис. 1, в). При этом отпадает необходимость фрезерования лопаток из тела диска, поэтому масса заготовки основного диска снижается. Например, масса поковки диска с лопатками колеса с И 2= 1700 мм составляет 3900 кг, а диска без лопаток — 2900 кг. Однако эта конструкция требует специальных штампов и приспособлений для изготовления лопаток и установки их на диске перед сваркой. Расчеты показывают, что колеса с привариваемыми лопатками целесообразно использовать при И2> 1000—1200 мм.
Для колес с относительно малой шириной канала (&2/^2<0»03), в которых не удается качественно приварить лопатку на всей протяженности, входные участки лопаток крепятся к покрывающему диску заклепками. К такой конструкции прибегают, в частности, для колес насосного типа с малыми углами выхода р=22—30°. Закрепление входных участков лопаток с помощью заклепок снижает напряженность лопаток и устраняет нежелательные зазоры по сопрягаемым поверхностям. По данным расчета не провар участка лопатки на входе протяженностью 0,25 от общей длины лопатки приводит к увеличению напряженности ее в 1,7 раза. Вместе с тем, приварка лопаток на выходной части колеса устраняет концентраторы напряжений в опасных периферийных зонах и позволяет использовать профильные лопатки с утоненными на выходе участками. Наличие заклепочных отверстий и заклепок на входных участках, где переменные напряжения практически отсутствуют, не снижает прочности колеса.
Выбор материала для сварных колес. Кроме металлургических и металлографических исследований проведен цикл испытаний для определения конструктивного предела выносливости сварного соединения лопатки с дисками [3]. Образцы из сталей марок 34ХНЗМ, 03Х11Н10М2 (ЭП842) и 14Х2ГМР испытывались при симметричных и асимметричных циклах нагружения. Асимметрия достигалась за счет сочленения исследуемого образца с пластиной. Величина начального смещения пластины определяла уровень статических напряжений в образце.