Precizní oprava monokrystalických lopatek plynové turbíny: Klíč ke zlepšení výkonu a spolehlivosti
Pokroky v technologii turbínových lopatek zvýšily náklady na nové komponenty. Cena jednokrystalové čepele je dvakrát až třikrát vyšší než u běžné lité čepele podobné velikosti a složitosti. Vysoké náklady na monokrystalovou součást mohou motivovat vlastníka k maximalizaci životnosti součásti.
Jako řešení pro snížení nákladů na výměnu komponentů vytvořila naše společnost procesy určené k prodloužení životnosti komponent. Jedním takovým procesem je regenerativní tepelné zpracování v plném roztoku (FSR). FSR obnovuje mikrostrukturu a mechanické vlastnosti slitiny do nového stavu. Hlavním problémem tepelného zpracování monokrystalické slitiny FSR je tvorba rekrystalizovaných zrn na povrchu se zbytkovým napětím. Toto je riziko vzhledem k nízkému obsahu slitinových přísad zpevňujících hranice zrn v monokrystalických slitinách. Rekrystalizace a/nebo rozptýlená zrna v monokrystalických slitinách mají za následek sníženou únavovou životnost a pevnost při přetržení při vysokých teplotách. Výsledkem je, že jsou zkontrolovány původním výrobcem a odmítnuty. To je jeden z faktorů růstu cen monokrystalických odlitků!
Naše společnost provedla zkušební opravu za účelem dalšího vyhodnocení proveditelnosti tepelného zpracování FSR monokrystalických lopatek turbíny, při které bylo klíčové zajistit, aby kritické povrchy lopatek neprošly plastickou deformací, aby nedošlo k následné rekrystalizaci. Kromě toho je nutné používat účinné nedestruktivní zkušební metody pro kontrolu rekrystalizace kritických povrchů. Demonstrační oprava a destruktivní analýza byly provedeny pomocí vyřazené turbínové lopatky Siemens SGT-100 HP z monokrystalické slitiny CMSX-4, jak je znázorněno na obrázku 2. Lopatky byly v provozu 28,{{5} } hodin. Po jedné opravě fungoval dalších 12,000 hodin. Celková doba servisu je 36,000 hodin a výrobce OEM upozorní operátora, že platnost dílu vypršela!
Reprezentativní čepel ve skupině byla podrobena destruktivní kontrole ve stavu „při obdržení“, aby se stanovila základní linie metalurgických podmínek. Zbývajících pět čepelí potřebuje opravu, včetně:
Odstranění povlaku
Detekce velikosti a penetrace
Kompletní omlazovací tepelná úprava
Vyměňte vnější platino-hlinitou vrstvu
Reprezentativní čepel ve skupině byla podrobena destruktivní kontrole ve stavu „při obdržení“, aby se stanovila základní linie metalurgických podmínek. Zbývajících pět čepelí potřebuje opravu, včetně:
Rastrovací elektronová mikroskopie základních slitin (gama forma)
Zkoušky napěťových lomů vzorků mikrodestičky odebraných z nosných ploch
Mikroskopické vyšetření vnitřních a vnějších povrchů.
Vnější povrch profilu křídla obsahuje pohliníkovaný platinový povlak, jak je znázorněno na obrázku . Přestože byl povlak částečně spotřebován, poskytoval účinnou ochranu po předchozí servisní intervaly, protože nebylo pozorováno žádné poškození podkladové základní slitiny.
Vnitřní povrch profilu nepotažený, obrázek 3 vpravo. Na vnitřním povrchu byla pozorována mírná oxidace základní slitiny s hloubkou průniku<25 microns (0.001 in).
Po odstranění povlaku jsou listy kontrolovány na povrchové exponované trhliny nebo defekty pomocí fluorescenčního penetračního testu (FPI). Nebyly nalezeny žádné známky.
Zkoumání zjistilo, že tyto listy jsou vhodné k opravě. K měření tloušťky stěny se používá ultrazvuková technologie.
Po tepelném zpracování FSR byla rekrystalizovaná zrna v klíčových oblastech lopatek nedestruktivně zkoumána chemickým leptáním. Ve čtyřech z pěti čepelí se v klíčových oblastech objevují rekrystalizovaná zrna (příklad na obrázku 4).
Destruktivní inspekce potvrdila, že hloubka rekrystalizace alespoň jedné čepele překročila mez použitelnosti (nebyly zničeny všechny oblasti rekrystalizace).
Na základě tohoto zjištění bylo dalších 12 čepelí s ukončenou životností předloženo k další analýze. Skupina se skládá ze sedmi čepelí ze stejné počáteční testovací skupiny šesti čepelí a pěti čepelí z různých skupin čepelí. Všechny čepele byly opraveny, včetně odstranění povlaku a procesu tepelného zpracování FSR s následnou makroskopickou kontrolou leptání rekrystalizovaných zrn.
Všechny listy zpočátku měly některá rekrystalizovaná zrna v různé míře v klíčových oblastech. Čepel prochází cyklem mechanického odstraňování zrn a opětovné kontroly, dokud nejsou rekrystalizovaná zrna odstraněna ze všech kritických oblastí. Nakonec byla provedena destruktivní kontrola osmi lopatek (pět ve skupině po sedmi a tři ve skupině po pěti) za účelem ověření výsledků kontroly a posouzení zbývající tloušťky stěny. Všech sedm čepelí první skupiny bylo shledáno v rámci limitů údržby a čtyři pětiny čepelí druhé skupiny byly shledány v rámci limitů údržby.
