A légi hajtóművek nagynyomású turbinalapátjainak hibaészlelési technológiájának elemzése
A turbinalapát az aeromotorok kulcseleme, feldolgozása bonyolult, ami nagyon magas minőségi ellenőrzést igényel. A lézeres közvetlen írást (LDM) háztartási nagynyomású turbinalapátok gyártására használják. Jellemzői a nagy pontosság, a nagy sűrűség és a nagy spektrális felbontás, és használható 3D mérésekhez, roncsolásmentes teszteléshez és 3D termékek 3D rekonstrukciójához. A lézeres közvetlen írási technológia alkalmazásával a hazai nagynyomású turbinalapát-gyártóknál a nagynyomású turbinalapátok tömeggyártást értek el. Ez a cikk bemutatja a hazai nagynyomású turbinalapátok lézeres közvetlen írásalakítási eljárását és hibaészlelési technológiáját, valamint elemzi a hibaészlelés módszerét és szoftverét.
Az aero-motor technológia gyors fejlődésével az aero-motor magasabb követelményeket támaszt a lapátok minőségével szemben. A turbina lapátjának szilárdsága, a fáradási élettartam és a felületi tömeg összetettsége fontos mutatók a teljesítmény mérésére. A nagynyomású turbinalapátok bonyolult gyártási folyamata miatt a lapátok többsége lézeres közvetlen írással készül. A lézeres közvetlen írástechnika nagy teljesítményű félvezető lézer segítségével folyamatosan besugározza a lézert a feldolgozandó területen, így az egyenletes lézersugarak eloszlást alakít ki a feldolgozandó területen. A hagyományos vizsgálati módszerek közé tartozik a megmunkálás és a roncsolásmentes tesztelés, amelyeknek néhány problémája van, mint például a magas feldolgozási költség, az alacsony észlelési hatékonyság és az ember által könnyen megzavarható. Ezért annak biztosítása érdekében, hogy a turbinalapátok kiváló mechanikai tulajdonságokkal, korrózióállósággal és fáradtságállósággal rendelkezzenek, pontosan és gyorsan tesztelni kell őket.
1.LDM folyamat bemutatása
A lézeres közvetlen írás (LDM) egyfajta változó intenzitású lézersugár, amely változó dózisú expozíciót valósít meg a szubsztrát felületén lévő ellenálló anyagon, és a fejlesztés után a szükséges domborzati kontúrt alakítja ki az ellenálló felületen. Fő tartalma: a megfelelő kerámiaanyag kiválasztása, a megfelelő feldolgozási mód kiválasztása, a lézeres feldolgozási paraméterek optimalizálása. Az LDM technológia nagy teljesítményű lézer használatával különböző mintákat írnak kerámia anyagokra. Mikrostruktúrákat maratott a kerámia anyagok felületére, hogy komplex morfológiát, hiperspektrális felbontást és digitális termékmodellezést érjen el, és integrálta az LDM-eljárással, hogy gazdag felületi részleteket hozzon létre, hogy megfeleljen a precíziós berendezések, például a repülőgép-hajtóművek nagy pontosságú és nagy stabilitásának követelményeinek. A lézeres közvetlen írási technológia egy sor lézeres feldolgozás, roncsolásmentes tesztelés, képfeldolgozás, CAD/CAM az egyik új gyártási technológiában, a hagyományos eljáráshoz képest a technológia a következő előnyökkel rendelkezik: ① nagy feldolgozási pontosság; ② Gyors feldolgozási sebesség; ③ Magas anyagfelhasználási arány; ④ Jó felületi minőség; ⑤ személyre szabható. Az LDM technológia lézeres direkt írási módszert alkalmaz a kerámia anyagok felületének felírásához, és az anyag belső mikrostruktúrájában (például atomokban, molekulákban stb.) lézer hatására fotokémiai reakciók mennek végbe, ezáltal megváltozik a kerámia anyagok szerkezete és tulajdonságai. anyag. A lézeres direkt írási technológia megvalósításának számos módja van, és a kerámia anyagok esetében főként három típus létezik: az első típus a hagyományos módszer (például kémiai gőzleválasztás, olvadásos gyors kioltás, plazmafokozott CVD stb.); Másodszor, fejlett technológia (például 3D nyomtatás, lézeres közvetlen írás stb.); A harmadik a 3D nyomtatás + lézeres olvasztó pólustechnológia (például: 3D nyomtatás + lézeres olvasztó póluseltolásos technológia stb.). A lézeres szelektív olvasztásos formázási technológia három fő módszere létezik. Az egyik a kerámia anyagok lézerrel történő denudálása, hogy összetett háromdimenziós morfológiájúak legyenek. A második a rézkarc, rézkarc; A harmadik a lézeres direkt maratási módszer alkalmazása kerámia anyagok felületén grafikai feldolgozáshoz. Az LDM technológiában használt lézerenergia-sűrűség magas, és nagy energiasűrűség szükséges a kerámia anyagok maratásához. Ugyanakkor a lézeres ablációs mélységet pontosan szabályozni kell.
2. Hibafelismerési technológia
Jelenleg a pengehibák ipari kimutatása elsősorban röntgen-, ultrahang- és röntgen-perspektivikus módszer. Röntgen-módszer, ultrahangos módszer roncsolásmentes vizsgálati módszer, képes kimutatni az anyag belső hibáit, a röntgen-perspektivikus módszer a forrás által kibocsátott röntgen- vagy gamma-sugárzás alkalmazása a feldolgozott tárgy besugárzására, az anyagon belüli apró hibák észlelése érdekében, de a sugár behatolási képessége korlátozott, nem tudja észlelni az apró hibákat. Ezért a gyakorlati alkalmazásokban a röntgen- és az ultrahangos módszer a fő kimutatási eszköz. A technológia fejlődésével azonban a mikrofókuszos ipari CT-detektálást széles körben alkalmazzák a turbinalapátok gyártása területén, köszönhetően annak roncsolásmentes, nagy hatékonyságának és nagy pontosságának.
a) A bemeneti él radiográfiás átvilágítása
b) Radiográfiai behatolás a kipufogó szélén
(c) A bemeneti élt digitális radiográfia átvilágítja
2.1 Röntgen-detektálás A röntgensugár-detektálás során röntgencső segítségével röntgensugarakat bocsátanak ki a vizsgált tárgy felületére, megfigyelik a vizsgált tárgy felületén lévő hibákat, majd képrögzítést használnak a számszerűsítéshez. és keresse meg az objektumot. A különböző behatolási mélységek szerint a röntgensugár három módszerre osztható: behatolási mélység, behatolási szélesség és behatolási vastagság. Az átvilágító módszer röntgencsövet használ a vizsgált anyag felületének besugárzására az anyag belső hibáinak kimutatására. A módszerrel a berendezések és a technológia korlátozottsága miatt nehéz az összetett szerkezeti részek belső hibáinak pontos számszerűsítését elérni. Ez a módszer alkalmas a sima felületű és egyenletes sűrűségű munkadarabokra, de nem tudja pontosan lokalizálni és számszerűsíteni az összetett belső alkatrészeket.
2.2 Ultrahangos érzékelés Az ultrahangos detektálás alapelve, hogy az ultrahangos detektort és szondát ultrahanghullámok kibocsátására használják, és a szonda fogadja a visszhangot a pozicionáláshoz. Az ultrahangos detektálási technológiát széles körben használják az ipari területeken a nagy érzékenység, a nagy penetráció, a nagy pontosság és a folyamatos érzékelés előnyei miatt. Fémanyagok esetén általában egyenes fejet és ferde fejet használjon, az egyenes fej érzékelési mélysége általában 1 mm, a ferde fej érzékelési mélysége általában 5 mm, a gyakorlati alkalmazásokban ultrahangos érzékelőeszköz a különböző mérendő tárgyaknak megfelelően, különböző szondák használatával. A turbinalapát anyagának hővezető képessége magas, ezért az ultrahangos detektáláshoz a jó hőteljesítményű szondát kell kiválasztani. Alacsony intenzitású ultrahangos jelek esetén, mint például a szobahőmérsékletű üvegkerámia rúd, jó termikus tulajdonságai miatt teljes mértékben megfelel az észlelési követelményeknek. A nagy sűrűségű hibákat vagy zárványokat tartalmazó anyagoknál erős behatolású és nagy érzékenységű szondát kell választani, a nagy méretű hibákat tartalmazó anyagoknál pedig folyamatos emissziós módszerrel és impulzusreflexiós módszerrel lehet kimutatni. A gyakorlati alkalmazásban az egyszeres longitudinális hullám, a kettős nyíróhullám és a longitudinális hullám csatolási módszere használható, és repedéseket és egyéb hibákat tartalmazó anyagok esetén megvalósítható az egyszeri longitudinális hullám detektálása. Jelenleg az ultrahangos vizsgálati technológiát széles körben alkalmazzák, de drága vizsgálóberendezései miatt nem alkalmas terepi tesztelésre.
2.3 Mikrofókuszos ipari CT-detektálás A mikrofókuszos ipari CT-detektálás főként röntgen- vagy gamma-sugárzást és visszaverődést használ az anyagban, hogy sugárnyalábot képezzen, majd a detektor megkapja a sugárnyaláb besugárzását az észlelt tárgyon, hogy elnyelje az energiát, amelyet röntgenlé alakítanak át. sugarak vagy gamma sugarak, majd a detektor az energiát elektromos jelekké alakítja át, majd feldolgozás után megkapható a tárgy szerkezeti képe. Az észlelés során először a röntgenforrásra helyezik a tárgyat, majd a tárgyon áthaladó röntgensugár által alkotott jelet pásztázó módszerrel fogadják. Ha az észlelési objektum nem átlátszó állapotban van, a detektor által vett jel foltos lesz; A foltokat a detektor által az észlelt tárgy továbbításakor kapott jel generálja. Ha a folt területe nagy, az azt jelzi, hogy az észlelt objektumban nagy hiba van. Ha a folt területe kicsi, az azt jelzi, hogy az észlelt objektumban kis hiba van. A foltok képminőségre gyakorolt hatásának kiküszöbölésére speciális módszerekkel lehet megszüntetni a folthatást és javítani a képminőséget. Például a detektor elé színszűrőt lehet felhelyezni a foltok kiküszöbölésére, emellett a detektor paramétereinek változtatásával el lehet nyomni a foltokat, kis méretű hibák esetén pedig lineáris pásztázást lehet végezni; Nagy méretű hibák esetén felületi szkennelés lehetséges. A nagynyomású turbinalapátok kimutatásához a megfelelő vizsgálati módszereket és vizsgálati paramétereket kell kiválasztani az adott munkakörülményeknek megfelelően. Általában a többsugaras fényérzékelést alkalmazzák, és a lineáris tömbdetektorokat használják fő észlelési egységként a képgyűjtő rendszerben. A röntgen- és gamma-sugarakat elsősorban a különböző pengeanyagok szerinti detektálásra használják.
3. Hibafelismerő szoftver bevezetése
Ez a cikk egy mikrofokális CT-szkennelő szoftvert mutat be, amely alkalmas a nagynyomású turbina lapáthibáinak észlelésére. A szoftver főként a következő funkciókat látja el: (1) beolvasási adatok; ② Képmérés és -elemzés; ③ A hibák automatikus felismerése; ④ Adatkezelés; ⑤ Minőségellenőrzés; ⑥ Háromdimenziós rekonstrukció. Közülük nagyon fontos adat a szkennelt adatok kiolvasása, amely meghatározza a kép felezőpontjának számát, helyzetét, alakját, méretét és egyéb információit. Az észlelési eredmények alapján a CT-vizsgálat eredményei a különböző követelményeknek megfelelően módosíthatók. A szkennelési adatfeldolgozáshoz a szoftver hibaosztályozással, hibaszűréssel, hibaregisztrációval, hibajavítással, hibarekonstrukcióval és egyéb funkciókkal rendelkezik. 1. táblázat CT-vizsgálati paraméterek.
4.LDM pengedetektáló tesztkutatás
A keverés előtti és utáni tényleges üzemi adatokat a 6. táblázat tartalmazza. A 6. táblázatból látható, hogy tesztkörülmények között 100% földgáz elégetésekor a gázturbina kimenő teljesítménye 179,8 MW a hatásfoka pedig 35,49%. A gázturbina kimenő teljesítménye 169,0 MW, hatásfoka 35,81%, ami alapvetően megfelel a számított értéknek.
4.1 Másodlagos feldolgozási hibák A másodlagos feldolgozás a pengejavítási, csiszolási, polírozási és egyéb feldolgozási folyamatokra vonatkozik, a másodlagos feldolgozási folyamatban a következő problémák merülhetnek fel: (1) a felületi érdesség nem felel meg a szabványnak: a polírozási folyamat során a polírozó berendezések egy bizonyos zaj, így a felületi érdesség a polírozás után nem felel meg a követelményeknek. Az ilyen típusú zajok kiküszöbölése érdekében a gyártók általában ultrahangot, elektrolízist és egyéb módszereket alkalmaznak annak eltávolítására, ultrahang, elektrolízis eltávolíthatja a felületi érdességeket, de az ultrahang érzékenyebb a por vagy az olaj hatására a penge felületén, ezért legyen szó ultrahangról vagy elektrolízisről, nem alkalmasak a penge felületi érdességeinek eltávolítására. A tényleges gyártás során, ha a penge felületi érdessége nem felel meg a követelményeknek, köszörülés alkalmazható. Bár a hibák hatékonyan kiküszöbölhetők, az őrlés után még szükség van másodlagos feldolgozásra. (2) Minősítés nélküli felületminőség: A nagynyomású turbinalapátok gyártási folyamata során, ha a lapátok felületi minősége nem felel meg a szabványnak, a probléma megoldására olyan intézkedéseket lehet tenni, mint a polírozás és polírozás. Ez a módszer ugyan kiküszöbölheti a hibákat, de csökkenti a pengék teljesítményét. A teljesítmény javítása érdekében a gyártók a gyártási folyamat során gyakran többször polírozzák, polírozzák, de köszörüléskor, polírozáskor könnyen másodlagos feldolgozási hibák keletkezhetnek.
4.2 Anyagrétegződés A nagynyomású turbinalapátok gyártási folyamata során a folyamatparaméterek eltérése miatt egy vagy több nyersanyag vagy szennyeződés kerül a lapátok belsejébe, ami anyagrétegződést eredményez. A tényleges vizsgálat során a delaminációs hibákkal rendelkező nagynyomású turbina lapátja a mintatárcsára helyezhető, és a mintatárcsa összehasonlítható a szokásos mintatárcsával, hogy megtalálja az anyag delaminációs hibáit. Ha a pozicionálási folyamat során probléma adódik, további vizsgálatra van szükség a konkrét hely meghatározásához, hogy meghatározzuk a konkrét hibatípust.
4.3 A porozitás és a salakzáródási hibák, például a porozitás és a salakzáródás gyakori minőségi problémák a nagynyomású turbinalapátok gyártása során. A porozitáshiba az anyagszilárdság csökkenésének fő oka, ami jelentős hatással van a nagynyomású turbinalapátok teljesítményére. A tényleges gyártás során a hibákat gyakran kis buborékok jellemzik. Más szilárd anyagokkal összehasonlítva a buborék mérete nagyon kicsi más szilárd anyagokhoz képest, amikor a buborék belső fala nagy igénybevételnek van kitéve, repedések keletkeznek, ráadásul a buborék belső fala viszonylag gyenge, külső igénybevétel hatására könnyen felszakad. A nagynyomású turbinalapátok feldolgozása során bizonyos hőátadási problémák lépnek fel, amelyek bizonyos mértékig égési jelenséget okoznak. Ha az ablációs részt nem távolítják el időben, zárványok képződhetnek. A salakzárvány a zárványok gyakori formája, és a salakzárvány hibái súlyosabbak, mint a porozitási hibák, amelyek nemcsak a nagynyomású turbinalapátok üzemi teljesítményét és élettartamát befolyásolják súlyosan, hanem a lapátok szilárdságának csökkenéséhez vagy akár meghibásodásához is vezethetnek. A tényleges gyártás során, ha a nagynyomású turbinalapátok salakzárvány-területe nem nagy, annak kimutatására a hagyományos ipari CT módszer alkalmazható; Ha nagy a salakfelület vagy nyilvánvaló hibák vannak, akkor a mikrokoksz ipari CT-t kell használni a kimutatáshoz és elemzéshez. A mikrofókuszos ipari CT-detektálás során a kép elmosódásának megelőzése érdekében a kép előfeldolgozható és szegmentálható, hogy egyértelmű és pontos hibainformációkat kapjunk.
Összefoglalva, a repülőgép-motor-technológia folyamatos fejlődésével egyre fontosabbá válik a nagynyomású turbinalapátok minőségi észlelése. Ez a cikk számos elterjedt nagynyomású turbinalapáthiba-észlelési technológiát mutat be. A gyakorlati alkalmazásokban a különböző hibaészlelési technológiák eltérőek. Különböző hibaészlelési technológiák alkalmazásakor ezeket a pengék adott körülményei szerint kell kiválasztani és kombinálni. A nagynyomású turbina lapáthiba-észlelési technológiájának fejlesztése még mindig számos kihívással és nehézséggel néz szembe. A jövőben tovább kell javítani a berendezések pontosságát, az adatfeldolgozási képességet és az algoritmusok teljesítményét, hogy jobban megfeleljenek a repülőgép-hajtóművek nagynyomású turbinalapát-hibáinak észlelésére vonatkozó követelményeknek.
