Čepele letadlového motoru jsou po dlouhou dobu ve složitém a drsném pracovním prostředí a jsou náchylné k různým typům vad poškození. Nahradit čepele je drahé a výzkum opravy čepelí a technologie repasování má obrovské ekonomické výhody. Čepele letadlového motoru jsou převážně rozděleny do dvou kategorií: lopatky turbíny a čepele ventilátoru/kompresoru. Čepele turbíny obvykle používají slitiny na bázi niklu na bázi niklu, zatímco čepele ventilátoru/kompresoru používají hlavně slitiny titanu a některé používají slitiny s vysokou teplotou na bázi niklu. Rozdíly v materiálech a pracovním prostředích lopatek turbíny a čepelí ventilátoru/kompresoru mají za následek různé běžné typy poškození, což má za následek různé metody opravy a ukazatele výkonu, kterých je třeba dosáhnout po opravě. Tento článek analyzuje a diskutuje o opravách a klíčových technologiích, které se v současné době používají pro dva typy běžných vad poškození v čepelích letadlových motorů, jejichž cílem je poskytnout teoretický základ pro dosažení vysoce kvalitní opravy a remanufakturizace čepelí letadlových motorů.
U letadlových motorů, lopatky rotoru turbíny a ventilátoru/kompresoru podléhají dlouhodobému drsnému prostředí, jako je odstředivá zatížení, tepelné napětí a koroze a mají extrémně vysoké požadavky na výkon. Jsou uvedeny jako jedna z nejdůležitějších komponent ve výrobě letadlových motorů a jejich výroba představuje více než 30% pracovní zátěže celé výroby motoru [1–3]. Být v drsném a složitém pracovním prostředí po dlouhou dobu, čepele rotoru jsou náchylné k vadám, jako jsou trhliny, opotřebení špičky čepele a poškození zlomeniny. Náklady na opravu nožů jsou pouze 20% nákladů na výrobu celé čepele. Proto výzkum technologie opravy listů letadlových motorů přispívá k prodloužení životnosti lopatek, snižování výrobních nákladů a má obrovské ekonomické výhody.
Oprava a remanufakturizace lopatků letadlového motoru zahrnuje hlavně následující čtyři kroky [4]: předběžné ošetření čepelí (včetně čištění čepele [5], trojrozměrná kontrola a geometrická rekonstrukce [6–7] atd.); Depozice materiálu (včetně použití pokročilé technologie svařování a připojení k dokončení plnění a akumulace chybějících materiálů [8–10], tepelné zpracování výkonu [11–13] atd.); Rekonstrukce Blade (včetně metod obrábění, jako je broušení a leštění [14]); Ošetření po opětovném zabezpečení (včetně povrchového povlaku [15–16] a posilování léčby [17] atd.), Jak je znázorněno na obrázku 1. Mezi nimi je depozice materiálu klíčem k zajištění mechanických vlastností čepele po opravě. Hlavní komponenty a materiály lopatek letadlového motoru jsou znázorněny na obrázku 2. U různých materiálů a různých vad formulářů je odpovídající výzkum metody opravy základem pro dosažení vysoce kvalitní opravy a repasování poškozených čepelí. Tento článek má jako čepele turbíny s vysokou teplotou turbíny na bázi niklu a čepele ventilátoru/kompresoru titanových slitin, protože objekty, diskutuje a analyzuje metody oprav a klíčové technologie používané pro různé typy poškození letadlových motorů v této fázi a vysvětluje jejich výhody a znevýhodnění.
Metoda opravy čepele s vysokou teplotou z nikl
Lopatky z turbíny na bázi niklu na bázi niklu pracují v prostředí vysokoteplotního spalovacího plynu a komplexního napětí po dlouhou dobu a čepele mají často defekty, jako jsou únavové tepelné trhliny, poškození povrchu malé plochy (opotřebení špičky čepele a poškození korozí) a únavové fraktury. Vzhledem k tomu, že bezpečnost opravy lomu únavy turbíny je relativně nízká, je obecně vyměněna hned poté, co dojde k únavové zlomenině bez opravy svařování. Dva běžné typy defektů a metody oprav turbínových lopatek jsou uvedeny na obrázku 3 [4]. Následující zavede metody opravy těchto dvou typů defektů lopatek z turbíny na bázi niklu na bázi niklu.
Oprava trhlin s bazénem na bázi niklu
Metody oprav pájecí a pevné fáze se obecně používají k opravě defektů trhlin turbíny, zejména: vakuové páje, přechodné difúzní vazby kapalné fáze, aktivované difúzní svařování a metody opravné metalurgie s práškem.
Shan et al. [18] použili metodu vakuového pájení paprsků k opravě prasklin v čepelích slitiny na bázi niklu pomocí Ni-Cr-B-Si a Ni-CR-ZR pájecí plniva. Výsledky ukázaly, že ve srovnání s pájeným kovem NI-CR-B-SI není ZR v pásení plnicího kovu Ni-CR-ZR snadné difúzní, substrát není významně zkorodován a houževnatost svařovaného kloubu je vyšší. Použití pájecího plniva NI-CR-ZR může dosáhnout opravy trhlin v čepelích z lehké slitiny na bázi niklu CHS88. Ojo et al. [19] studovali účinky velikosti mezery a procesních parametrů na mikrostrukturu a vlastnosti difúzních pájených spojů slitiny na bázi niklu. Jak se velikost mezery zvětšuje, vzhled tvrdých a křehkých fází, jako jsou intermetalické sloučeniny na bázi Ni3AL a boridy bohaté na NI a CR bohaté na CR, je hlavním důvodem snížení síly a houževnatosti kloubu.
Svařování difúze kapalné fáze je ztuhnuto za izotermálních podmínek a patří k krystalizaci za rovnovážných podmínek, což vede k homogenizaci složení a struktury [20]. Poiranvari [21] studoval přechodné svařování difúze kapalné fáze s vysokoteplotní slitinou na bázi niklu a zjistilo, že obsah CR v plnivu a rozsah rozkladu matrice jsou klíčovými faktory ovlivňujícími sílu izotermální zóny tuhnutí. Lin et al. [22] studovali vliv parametrů procesu svařování difúzních difúzních difúzních difúzí kapaliny na mikrostrukturu a vlastnosti vysokoteplotních slitin na bázi niklu GH99. Výsledky ukázaly, že se zvýšením teploty připojení nebo prodloužením času se počet boridů bohatých na Ni a CR v zóně srážek snížil a velikost zrna zóny srážení byla menší. Strpětí smyku s vysokou teplotou a vysokou teplotou se zvýšila s prodloužením doby držení. V současné době se svařování difúze kapalné fáze úspěšně použilo k opravě malých trhlin v oblastech s nízkým stresem a obnově poškození špičky unrown -lopades [23–24]. Přestože bylo na různé materiály úspěšně aplikováno přechodné difúzní svařování kapalné fáze, je omezeno na opravu malých trhlin (asi 250 μm).
Když je šířka trhliny větší než 0. 5 mm a kapilární účinek nestačí k vyplnění trhliny, oprava čepele lze dosáhnout pomocí aktivovaného difúzního svařování [24]. Su et al. [25] použili metodu aktivovaného difúzního pájení k opravě vysokoteplotního čepele na bázi niklu na bázi niklu pomocí pájecího materiálu DF4B a získaly vysoce pevnou oxidaci odolný pášený spoj. Fáze „fáze se v kloubu má posilovací účinek a pevnost v tahu dosáhne 85% rodičovského materiálu. Kloub se zlomí v poloze boridu bohatého na CR. Hawk et al. [26] také použili aktivované difúzní svařování k opravě široké trhliny vysokoteplotní čepele na bázi niklu na bázi niklu. Při opravě čepelí z lehkých slitin je široce používána repasování práškové metalurgie, jako nově vyvinutá metoda pro původní rekonstrukci pokročilých materiálových povrchů. Může obnovit a rekonstruovat trojrozměrnou téměř izotropní sílu velkých defektů mezery (více než 5 mm), jako jsou praskliny, ablace, opotřebení a otvory v čepelích [27]. Liburdi, kanadská společnost, vyvinula metodu LPM (Liburdi Powder Metallurgy) pro opravu lopatek z slitiny nikl s vysokým obsahem Al a Ti, které mají špatný svařovací výkon. Proces je znázorněn na obrázku 4 [28]. V posledních letech může metalurgická metoda založená na této metodě provést jednorázovou opravu defektů až 25 mm [29].
Opravit povrchové poškození lopatek z turbíny na bázi niklu na bázi niklu
Když se na povrchu vysokoteplotních čepelí na bázi niklu objeví škrábance a poškození koroze a poškození koroze, může být poškozená oblast obvykle odstraněna a drážkována obráběním a poté vyplněna a opravena pomocí vhodné metody svařování. Současný výzkum se zaměřuje hlavně na depozici laserového tání a opravu svařování arg argonu.
Kim et al. [30] z University of Delaware ve Spojených státech provedla laserové opláštění a opravy manuálního svařování na lopatkách slitiny na bázi niklu s vysokým obsahem Al a Ti, a porovnávala obrobky, které podstoupily tepelné ošetření s těmi, které podstoupily pocity, které byly snižovány, a to, že se objevily s těmi, které byly snižovány ty, které byly snižovány ty, které byly snižovány ty, které byly snižovány ty, které byly snižovány ty, které byly snižovány. Liu et al. [31] Z Huazhong University of Science and Technology používaly technologii laserového opláštění k opravě vad drážky a otvorů v 718 komponentách turbíny na bázi niklu a prozkoumaly účinky hustoty laserové výkonu, rychlosti skenování laseru a opláštění v procesu opravy, jak je znázorněno na obrázku 5.
Pokud jde o opravu svařovacího oblouku Argonu, Qu Sheng et al. [32] China Aviation Development Shenyang Liming Aero Engine (Group) Co., Ltd. použila metodu svařování wolframu argonu k opravě problémů s opotřebením a trhlinami na špičce čepelí z turbíny s vysokou teplotou DZ125. . Výsledky ukazují, že po opravě tradičních svařovacích materiálů na bázi kobaltu je zóna postižená teplem náchylná k tepelným trhlinám a snižuje se tvrdost svaru. Avšak použití nově vyvinutých MG -1 svařovacích materiálů založených na niklu, kombinované s vhodnými svařovacími a tepelnými procesy, však může účinně zabránit trhlinám v zóně postižené teplem a pevnost v tahu při 1000 stupňů dosahuje 90% základního materiálu. Song Wenqing et al. [33] provedli studii o procesu svařování opravného svařování lití K4104 s vysokoteplotními čepelemi turbíny. Výsledky ukázaly, že použití svařovacích vodičů HGH3113 a HGH3533 jako kovů plnivy mají vynikající tvorbu svaru, dobrou plasticitu a silnou odolnost proti trhlinám, zatímco používání svařovacího drátu K4104 se zvýšeným obsahem Zr je svařováno, je to přivařována tekutost kapalného kovu. Je vidět, že v procesu opravy čepele hraje výběr plnicích materiálů zásadní roli.
Současný výzkum opravy lopatek turbíny na bázi niklu ukázal, že vysokoteplotní slitiny na bázi niklu obsahují pevné prvky posilování roztoku, jako jsou Cr, MO, AL a stopové prvky, jako jsou P, S a B, což je během procesu opravy činí více citlivé na trhliny. Po svařování jsou náchylné ke strukturální segregaci a tvorbě fázových defektů křehkých laveů. Následující výzkum opravy vysokoteplotních slitin na bázi niklu proto vyžaduje regulaci struktury a mechanických vlastností takových defektů.
2 Metoda opravy čepele Titanium slitiny/kompresor
Během provozu jsou čepele ventilátoru/kompresoru z titanových slitin podrobeny hlavně odstředivé síle, aerodynamické síle a vibračním zatížení. Během používání se dochází k defektům poškození povrchu (trhliny, opotřebení špičky čepele atd.), Často se vyskytují lokální defekty titanových čepelí a poškození únavy, poškození velké plochy a koroze atd.) Často vyžadující celkové výměny čepelí. Různé typy vad a běžné metody opravy jsou uvedeny na obrázku 6. Následující zavede stav výzkumu opravy těchto tří typů defektů.
2.1 Oprava defektů poškození povrchu čepele Titanium slitiny
Během provozu mají čepele z titanových slitin často defekty, jako jsou povrchové praskliny, malé škrábance a opotřebení čepele. Oprava takových vad je podobná opravě lopatků na bázi turbíny na bázi niklu. Pro odstranění vadné oblasti a depozice tání laseru se používá obrábění nebo se svařování oblouku Argonu používá k výplně a opravě.
V oblasti depozice laserového tání Zhao Zhuang et al. [34] severozápadní polytechnické univerzity provedla studii laserové opravy ohledně defektů povrchu malé velikosti (průměr povrchu 2 mm, hemisférické defekty s hloubkou 0. 5 mm) TC17 titanových slitinových vypouštění. Výsledky ukázaly, že sloupcové krystaly v depoziční zóně laseru rostly epitaxiálně z rozhraní a hranice zrn byly rozmazané. Původní a sekundární fáze v tepelně postižené zóně rostly a hrubě rostly a hrubé. Ve srovnání s padělanými vzorky měly vzorky repairované laserem vlastnosti vysoké pevnosti a nízké plasticity. Pevnost v tahu se zvýšila z 1077,7 MPa na 1146,6 MPa a prodloužení se snížilo z 17,4% na 11,7%. Pan Bo et al. [35] Použili technologii laserového pláště koaxiálního prášku k opravě prefabrikovaných defektů slitiny titanu ZTC4 po mnohokrát. Výsledky ukázaly, že proces změny mikrostruktury z nadřazeného materiálu do opravené oblasti byl lamelární fází a intergranulární fáze → Struktura košíku → Martensite → WidManSattenten Struktura. Tvrdost zóny postižené teplem se mírně zvýšila se zvýšením počtu oprav, zatímco tvrdost nadřazeného materiálu a obkladové vrstvy se příliš nezměnily.
Výsledky ukazují, že zóna opravy a zóna postižená teplem před tepelným zpracováním jsou ve fázové matrici distribuovány velmi jemnou fází jehly a zóna základního materiálu je jemná struktura košíku. Po tepelném ošetření je mikrostruktura každé oblasti LATH podobnou primární fázi + fázovou transformační strukturu a délka primární fáze v oblasti opravy je výrazně větší než v jiných oblastech. Hlavní limit únavy vysokého cyklu opravné části je 490 MPA, což je vyšší než únavová limit základního materiálu. Extrémní pokles je asi 7,1%. Manuální svařování arc Arc Arc se také běžně používá k opravě trhlin povrchu čepele a opotřebení špiček. Nevýhodou je, že vstup tepla je velký a opravy velkého rozsahu jsou náchylné k velkému tepelnému napětí a deformaci svařování [37].
Současný výzkum ukazuje, že bez ohledu na to, zda se k opravě používá depozice tání laserového tání nebo svařování arc argonu, má oblast opravy vlastnosti vysoké pevnosti a nízké plasticity a únavová výkon čepele se po opravě snadno sníží. Další krok výzkumu by se měl zaměřit na to, jak ovládat složení slitiny, upravit parametry procesu svařování a optimalizovat metody řízení procesů pro regulaci mikrostruktury oblasti opravy, dosáhnout porovnávání síly a plasticity v oblasti opravy a zajistit její vynikající únavovou výkonnost.
2.2 Oprava místního poškození čepelí z titanových slitin
Neexistuje žádný zásadní rozdíl mezi opravou defektů poškození čepele titanového slitiny a technologií aditivní výroby titanových slitiny trojrozměrných pevných částí z hlediska procesu. Oprava lze považovat za proces sekundární výroby aditiv depozice na zlomeninovém sekci a místního povrchu s poškozenými částmi jako matice, jak je znázorněno na obrázku 7. Podle různých zdrojů tepla je hlavně rozdělena na laserovou aditivní opravu a obloukovou aditivní opravu. Stojí za zmínku, že v posledních letech německé výzkumné středisko pro spolupráci 871 učinilo technologii oprav ARC aditiv výzkumným zaměřením na opravu integrálních čepelí z titanových slitin [38] a zlepšilo opravu přidáním nukleačních látek a jiných prostředků [39].
V oblasti opravy laserové aditivy Gong Xinyong et al. [40] použili prášek ze slitiny TC11 ke studiu procesu opravy depozice laserového tavení titanové slitiny TC11. Po opravě měla depoziční oblast tenkostěnného vzorku a rozhraní přemísťovací oblast typické struktury WidmanSatten Structure a struktura ovlivněná maticová teplem přecházela z šířkové struktury na strukturu duálního stavu. Pevnost v tahu v depoziční oblasti byla asi 1200 MPa, která byla vyšší než pevnost v přechodové zóně rozhraní a matrici, zatímco plasticita byla o něco nižší než u matice. Vzorky v tahu byly rozbité uvnitř matrice. Nakonec byl skutečný oběžné kolo opraveno metodou depozice tání bodu po bodě, prošel super rychlostním posouzením testu a realizoval instalační aplikaci. Bian Hongyou et al. [41] použili prášek TA15 ke studiu laserové aditivní opravy slitiny titanu TC17 a prozkoumali účinky různých teplot tepelného zpracování žíhání (610 stupňů, 630 stupňů a 650 stupňů) na jeho mikrostrukturu a vlastnosti. Výsledky ukázaly, že pevnost v tahu uložené slitiny TA15/TC17 opravené laserovou depozicí může dosáhnout 1029MPA, ale plasticita je relativně nízká, pouze 4,3%, dosahující 90,2% a 61,4% zmátků TC17. Po tepelném zpracování při různých teplotách se výrazně zlepšuje pevnost v tahu a plasticita. Když je teplota žíhání 650 stupňů, nejvyšší pevnost v tahu je 1102MPa, dosahuje 98,4% výkojů TC17 a prodloužení po zlomenině je 13,5%, což je ve srovnání s uloženým stavem výrazně zlepšeno.
V oblasti opravy přísady ARC, Liu et al. [42] provedli opravnou studii na simulovaném vzorku chybějící čepele titanové slitiny TC4. V uložené vrstvě byla získána smíšená morfologie zrna ekviaxovaných krystalů a sloupcových krystalů, s maximální pevností v tahu 991 MPa a prodloužením 10%. Zhuo et al. [43] použili svařovací drát TC11 k provedení studie oprav aditiv ARC na titanové slitině TC17 a analyzovali mikrostrukturální vývoj usazené vrstvy a tepelně postižené zóny. Pevnost v tahu byla 1015,9 MPa za nevyhřívaných podmínek a prodloužení bylo 14,8%, s dobrým komplexním výkonem. Chen et al. [44] studovali účinky různých teplot žíhání na mikrostrukturu a mechanické vlastnosti vzorků oprav titanové slitiny TC11/TC17. Výsledky ukázaly, že vyšší teplota žíhání byla prospěšná pro zlepšení prodloužení opravených vzorků.
Výzkum využití technologie výroby kovových aditiv k opravě lokálních vad poškození u lopatek z titanových slitin je právě v plenkách. Opravené čepele musí nejen věnovat pozornost mechanickým vlastnostem uložené vrstvy, ale také hodnocení mechanických vlastností na rozhraní opravených lopatek je stejně zásadní.
3 Titanium slitiny čepele s velkou plochou náhradou a opravy čepele
Za účelem zjednodušení struktury rotoru kompresoru a snižování hmotnosti, moderní čepele letadlového motoru často přijímají integrální strukturu disků čepele, což je jednodílná struktura, která způsobuje pracovní čepele a disky čepele do integrální struktury, což eliminuje čep a zamlču. Při dosahování účelu snižování hmotnosti se může také vyhnout opotřebení a aerodynamické ztrátě fenónu a zamlčování v konvenční struktuře. Oprava poškození povrchu a vady místních poškození integrálního kotouče kompresoru je podobná výše uvedené metodě samostatné opravy čepele. Pro opravu rozbitých nebo chybějících kusů integrálního kotouče čepele se lineární svařování tření široce používá díky své jedinečné metodě a výhodách zpracování. Jeho proces je znázorněn na obrázku 8 [45].
Mateo et al. [46] použili svařování lineárního tření pro simulaci opravy titaniové slitiny Ti -6246. Výsledky ukázaly, že stejné poškození opravené až třikrát mělo užší zónu postiženou teplem a jemnější strukturu svaru. Pevnost v tahu se snížila z 1048 MPa na 1013 MPa se zvýšením počtu oprav. Vzorky tahu i únavy však byly přerušeny v oblasti základního materiálu od oblasti svaru.
Ma et al. [47] studovali účinky různých teplot tepelného zpracování (530 stupňů + 4 H vzduchové chlazení, 610 stupňů + 4 H vzduchové chlazení, 670 stupňů + 4 H vzduchové chlazení) na mikrostrukturu a mechanické vlastnosti TC17 Titium Lineární tření. Výsledky ukazují, že se zvyšováním teploty tepelného zpracování se výrazně zvyšuje stupeň fáze a fáze rekrystalizace. Chování zlomenin a nárazových vzorků se změnilo z křehké zlomeniny na tažnou zlomeninu. Po tepelném zpracování při 670 stupňů se vzorek v tahu zlomil v základním materiálu. Pevnost v tahu byla 1262MPa, ale prodloužení bylo pouze 81,1% základního materiálu.
V současné době domácí a zahraniční výzkum ukazuje, že technologie opravy svařování lineárního tření má funkci oxidů samočištění, které mohou účinně odstranit oxidy na vazebné ploše bez metalurgických defektů způsobených tání. Současně si může uvědomit, že spojení heterogenních materiálů pro získání dvouslovských/duálních výkonných integrálních disků, a může dokončit rychlou opravu zlomenin těla čepele nebo chybějící kusy integrálních lišků z různých materiálů [38]. Při použití technologie lineárního třecího svařování však stále existuje mnoho problémů, které je třeba vyřešit k opravě integrálních disků, jako je velké zbytkové napětí v kloubech a potíže s kontrolou kvality heterogenních materiálových spojení. Současně vyžaduje další průzkum svařování lineárního tření pro nové materiály.
Kontaktujte nás
Děkujeme za váš zájem o naši společnost! Jako profesionální společnost pro výrobu dílů plynových turbín se budeme i nadále odhodlána technologické inovace a zlepšování služeb, abychom poskytovali kvalitnější řešení pro zákazníky po celém světě. Pokud máte jakékoli dotazy, návrhy nebo záměry spolupráce, můžeme vám pomoci. Kontaktujte nás následujícími způsoby:
WhatsApp: +86 135 4409 5201
E-mail:peter@turbineblade.net
