Ars corrigendi et renovandi laminas turbinum motorum aeroplanorum et laminas ventili/compressoris

Paleae motorum aeroplanorum diuturne in ambiente complexo et aspero operantur, unde varia damna et defectus facile oriuntur. Paleas substituere valde pretiosum est; igitur studium technologiae ad paleas reparandas et renovandas magnos fructus oeconomicos habet. Paleae motorum aeroplanorum praecipue in duas classes dividuntur: paleae turbinum et paleae ventiliatorum/compressorum. Paleae turbinum saepe legamina nicalia ad altas temperaturas utuntur, dum paleae ventiliatorum/compressorum praesertim legamina titaniaea, quaedam vero legamina nicalia ad altas temperaturas utuntur. Differentiae in materiis et in condicionibus operis inter paleas turbinum et paleas ventiliatorum/compressorum diversa damna communia efficiunt, quae diversa methoda reparationis et diversos indicatores perficiendi post reparationem requirunt. Hoc opus methodos reparationis et technologias claves nunc adhibitas ad duos typicos defectus damni in paleis motorum aeroplanorum analysat et disputat, ut fundamentum theoricum ad optinendam reparationem et renovationem de alta qualitate palearum motorum aeroplanorum praebeat.

In motoribus aeroplanorum, laminae rotorum turbinum et ventorum/compressorum subiectae sunt diuturnis acerbis condicionibus, ut oneribus centrifugis, tensioni thermalis, et corrosioni, atque exiguntur praestantiae maxime altissimae. Recensentur inter maxime principales partes in fabrica motorum aeroplanorum, et fabricatio earum occupat plus quam tricesimum pro centum totius operis in fabrica motoris [1 –3]. Cum diu in acerba et complexa condicione operis versentur, laminae rotorum facile ad defectus, ut rimae, abrasio apicis laminarum, et fracturae, praesunt. Pretium emendationis laminarum tantum est viginti pro centum pretii fabricandi totam laminam. Itaque studium technologiae emendationis laminarum motorum aeroplanorum conducit ad prolongandum vitam usus laminarum, minuendum pretia fabricandi, et magnos habet fructus oeconomicos.

Reparatio et restitutio lamellarum motorum aeroplanorum praecipue quattuor sequentes gradus includunt [4]: praetractatio lamellarum (inter quas purgatio lamellarum [5], inspectio tridimensionalis et reconstructio geometrica [6 –7], etc.); depositio materiae (inter quas usus technicarum adfectationis et coniunctionis peritorum ad implendum et accumulandum materiam desideratam [8 –10], tractatio calorifica ad restituendam functionem [11 –13], etc.); renovatio lamellarum (inter quas methodi machinalis ut limatio et politura [14]); post-tractatio post reparationem (inter quas recubritio superficiei [15 –16] et curatio fortificans [17], etc.), ut in Figura 1 ostenditur. Inter haec, depositio materiae est clavis ad proprietates mechanicas laminæ post emendationem servandas. Praecipua componentia et materiae laminarum motorum aeroplanorum in Figura 2 demonstrantur. Pro diversis materiis et diversis formis defectuum, investigatio methodorum emendationis correspondentium fundamentum est ad emendationem et remanufacturam laminarum laesarum altae qualitatis consequendas. Hoc opusculum laminas turbinis ex legatura nikelica ad altas temperaturas et laminas ventili/compressoris ex legatura titani ut obiecta suscipit, methodos emendationis et technologias claves pro diversis typis damni laminarum motorum aeroplanorum huius aetatis pertractat et analysat, eorumque praecipua commoda et incommoda explicat.

1. Methodus emendationis laminarum turbinis ex legatura nikelica ad altas temperaturas

Paleae turbinis ex alliatio alto-temperaturae, quae nikel continet, in ambiente gasis combustionis alto-temperaturae et sub stressibus complexis diu operantur; saepe autem defectus in eis apparent, utrimque crepitationes thermicae ex fessura, damnum superficiale parvae regionis (abrasio apicis paleae et damnum corrosionis), et fracturae ex fessura. Quoniam securitas reparationis fracturae ex fessura palearum turbinis comparate parva est, tales paleae post fracturam ex fessura generaliter statim substituuntur, non autem per soldaturam reparantur. Duo communia genera defectuum et methodorum reparationis palearum turbinis in Figura 3 [4] ostenduntur. Sequens tractatio methodos reparationis horum duorum generum defectuum in paleis turbinis ex alliatio alto-temperaturae, quae nikel continet, singillatim explicabit.

1.1 Reparatio crepationum palearum turbinis ex superalliatio, quae nikel continet

Methodi resarcitionis per brasuram et per coniunctionem in fase solida ad defectus rimarum laminarum turbinis corrigendos vulgo utuntur, quae praecipue continent: brasuram sub vacuo, coniunctionem diffusivam per phaseos liquidam transitoriam, coniunctionem diffusivam activatam, et methodos resarcitionis per metallurgiam pulverulentam.

Shan et al. [18] methodum brazeos sub vacuo in forma trabis ad reparanda rimas in lamellis ex ChS88, alligatio niccolum-base, utentes materiis brazeandis Ni-Cr-B-Si et Ni-Cr-Zr, adhibuerunt. Resultata ostenderunt quod, comparato cum materia brazeanda Ni-Cr-B-Si, zirconium in materia brazeanda Ni-Cr-Zr diffundere non facile est, substratum non graviter corrumpitur, et tenacitas iuncturae soldaturae maior est. Usus materiae brazeandae Ni-Cr-Zr rimarum in lamellis ex ChS88, alligatione niccolum-base, reparationem efficit. Ojo et al. [19] effectus magnitudinis interstitii et parametrorum processus in microstructuram proprietatesque iunctionum brazeatarum per diffusionem in alligatione Inconel718, niccolum-base, investigaverunt. Cum magnitudo interstitii crescit, apparitio phasium durarum et friabilium, ut intermetallorum basium Ni₃Al et boridorum richorum in niccolo et chromo, causa principalis decrementi roburis et tenacitatis iunctionis est.

Solutio transitoria per diffusione in statu liquido solidificatur sub condicionibus isothermicis et ad crystallizationem sub condicionibus aequilibri pertinet, quae ad homogenizationem compositionis et structurae favet [20]. Pouranvari [21] solutio transitoria per diffusione in statu liquido super legaturam Inconel718, aleatorii nikelici ad altas temperaturas, investigavit et invenit contentum chro mi in materia implentis et spatium decompositionis matri cis esse factores praecipuos qui vim zonae solidificationis isothermae afficiunt. Lin et al. [22] influentiam parametrorum processus solutionis transitoriae per diffusione in statu liquido super microstructuram et proprietates iunctionum aleatorii nikelici GH99 ad altas temperaturas studuerunt. Resultata ostenderunt quod, cum temperatura coniunctionis augeretur aut tempus protraheretur, numerus boridorum ditiorum in niculo et chro mio in zona praecipitationis minueret, et magnitudo granulorum in zona praecipitationis minor esset. Vis trahens ad temperaturam ambientem et ad altas temperaturas crescebat cum tempus retinendi protraheretur. Nunc solutio transitoria per diffusione in statu liquido iam feliciter adhibita est ad emendationem parvarum rimarum in regionibus pressionis infimae et ad reaedificationem damni apicis laminarum non coronatarum [23] –24]. Licet transiens phasium liquidarum coniunctio per diffusionem feliciter adhibita sit ad varia materia, tamen ad reparationem parvorum rimarum (circiter 250 μ m).

Cum latitudo rima maior sit quam 0,5 mm et actio capillaris insufficiens ad implendum rimam, reparatio laminae obtineri potest per coniunctionem activatam per diffusionem [24]. Su et al. [25] usi sunt methodo activatae coniunctionis per diffusionem ad reparandum laminam ex alligato nikelico In738 ad altas temperaturas, utentes materiam coniungentem DF4B, et iuncturam coniunctam obtinuerunt quae esset altae fortitudinis et resisteret oxidationi. γ′ fase quae in iunctura precipitatur effectum fortificantem habet, et resistentia ad trahendum ad 85% materiae parentis pervenit. iunctura in loco boridis Cr-richei frangitur. Hawk et al. [26] etiam usi sunt saldatura diffusionis activatae ut rimam latam laminæ René 108, aleatoris nikelici ad altas temperaturas, repararent. Remanufactura per pulverum metallurgiam, ut nova methodus reconstruendae superficierum materialium praestantiorum, late iam usurpata est in restauratione laminarum aleatorum ad altas temperaturas. Haec restituere et reconstruere potest tridimensionalem fortitudinem prope isotropicam defectuum magnorum interstitiorum (plus quam 5 mm), utrimque rimarum, ablationum, attritionum et foraminum in laminis [27]. Liburdi, societas Canadensis, methodum LPM (Liburdi pulverum metallurgia) excogitavit ad laminas aleatorum nikelicorum cum alto contentu Al et Ti, quae parum bene saldantur, reparandas. Processus in Figura 4 ostenditur [28]. Annis ultimis, methodus verticalis laminarum per pulverum metallurgiam, quae super hac methodo fundatur, unam tantum operationem brazeandi ad defectus usque ad 25 mm latos perficere potest [29].

1.2 Reparatio  de damno superficiei lamellarum turbinis ex legatura nikellica ad altas temperaturas

Cum in superficie lamellarum ex legatura nikellica ad altas temperaturas leves scrae et damna corrosionis eveniunt, area laesa saepe per machinationem removetur et incidi potest, deinde per aptam methodum soldatur ut impleri et restitui possit. Studia recentiora praecipue in depositione per fusionem laseris et in restauratione per soldaturam arcu argoniferae versantur.

Kim et al. [30] ex Universitate Delaware in Civitatibus Foederatis cladding laseris et reparationem manualem lamellarum ex alligato René80, quod est alligatum ex niccolo cum alto contento aluminium et titani, perfecerunt, atque opuscula quae post soldaturam tractationem thermicam subierant cum iis quae post soldaturam tractationem thermicam et pressionem isostaticam calidam (HIP) subierant comparaverunt, atque invenere HIP efficaciter minuere defectus poros parvos. Liu et al. [31] ex Universitate Scientiae et Technologiae Huazhong cladding laseris technica utiuntur ad reparationem defectuum sulcorum et foraminum in componentibus turbinum ex alligato 718, quod est alligatum ex niccolo, et effectus densitatis potestatis laseris, velocitatis scansionis laseris, et formae cladding in processu reparationis exploraverunt, ut in Figura 5 ostenditur.

Quod ad argon-arcus soldaturam emendatricem attinet, Qu Sheng et al. [32] e China Aviation Development Shenyang Liming Aero Engine (Group) Co., Ltd. methodum tungsten-argon-arcus soldaturae ad emendationem abrasionis et rimarum in apice laminarum turbinis ex legatura DZ125 altae temperaturae usi sunt. Resultata ostendunt quod, post emendationem per traditionales materiales soldaturae cobalti-basatos, zona afflicta calore ad thermalis rimas tendens est et durities iuncturae minuitur. Tamen, utendo novis materialibus soldaturae MGS-1 nici-basatis, una cum idoneis processibus soldaturae et tractationis thermicae, rimae in zona afflicta calore efficaciter evitari possunt, et resistentia ad tractionem ad 1000 °C attingit 90 % materiae basis. Song Wenqing et al. [33] studium fecerunt de processo soldaturae reparationis defectuum in fusione lamellarum directricum turbinum ex legatura K4104 ad altas temperaturas. Resultata ostenderunt, uti filorum soldaturae HGH3113 et HGH3533 ut metallorum implentium excellentem formationem iuncturarum, bonam plasticitatem et fortem resistentiam contra rimas praebere; dum vero filum soldaturae K4104 cum contentu aucto zirconii utitur, fluiditas metalli liquidi est parva, superficies iuncturae bene non formatur, et rima nec non defectus non-fusionis oriuntur. Apparet ergo, in processu reparationis lamellarum, electionem materiarum implentium valde magni momenti esse.

Recentes investigationes de reparatione laminarum turbinearum ex alligatis niccelsis ostenderunt alligata niccelsia ad altas temperaturas continere elementa fortificantia per solutionem solidam, ut sunt Cr, Mo, Al, et elementa tracia, ut sunt P, S, et B, quae eas sensibiliores faciunt ad rimas in processu reparationis. Post soldaturam, eas esse pronas ad segregationem structuralem et formationem defectuum phaseos Laves fragilis. Ideo, investigationes subsequentes de reparatione alligatorum niccelsium ad altas temperaturas requirunt regulatio structurae et proprietatum mechanicarum talium defectuum.

2 Methodus reparationis laminarum ventillatorum/compressorum ex alligato titani

Durante operatione, laminæ ventilatoris/compressoris ex allōtīo titānī praecipuē subiectae sunt vi centrifugā, vi aerodynamica et oneri vibrationis. Durante usu, saepe occurrunt defectūs damni superficiālis (rimæ, abrāsiō apicis laminæ, etc.), defectūs fractūrae localis laminārum ex allōtīo titānī, et damnum latē diffūsum (fractūra per fātigātiōnem, damnum latē diffūsum et corrosiō, etc.), quae necessitant substitutionem totius laminārum. Diversī typī defectuum et commūnēs methodī rēparātiōnis in Figūrā 6 ostenduntur. Sequēns statum investigationis rēparātiōnis horum trium typōrum defectuum praesentābit.

2.1 Rēparātiō defectuum damni superficiālis laminārum ex allōtīo titānī

Durante operatione, laminæ ex allōtīo titānī saepe habent defectūs ut rimæ superficiālēs, scissūrae parvāe āreae et abrāsiō laminārum. Rēparātiō huiusmodī defectuum similis est rēparātiōnī laminārum turbinis ex allōtīo nīcchelī. Excīsusio ad tollendum locum defectuōsum fit, et depositiō per fusionem laser vel soldātiō arcū argōnī ad implendum et rēparandum utitur.

In campo depositionis per fusionem laseris, Zhao Zhuang et al. [34] Universitatis Polytechnicae Occidentalis studium de reparatione laseri conductum est ad parvas superficiales defectus (diametrum superficialem 2 mm, defectus hemisphaerici altitudine 0,5 mm) forgiatorum ex alligatio titani TC17. Resultata ostenderunt quod β cristalla columnaria in zona depositionis laseris crescebant epitaxialiter ab interfacie et limites granulorum erant confusae. Forma originalis acicularis α lamellarum et secundariorum α fases in zona calore affecta creverunt et crassiores factae sunt. Ad comparationem cum exemplaribus forgi, exemplaria laser-reparata proprietates altam fortitudinem et parvam plasticitatem habebant. Fortitudo tractilis ab 1077,7 MPa ad 1146,6 MPa crevit, et elongatio a 17,4% ad 11,7% diminuit. Pan Bo et al. [35] technologiam cladditionis laser per alimentationem coaxialem pulveris ad multas res repetitas ut defectus praefabricatos formae foraminis circularis in alliato titani ZTC4 repararentur usi sunt. Resultata ostenderunt processum mutationis microstructurae a materia parente ad aream reparationis esse lamellarem α fasem et intergranularem β phasis → structuram cestorum intexentem → martensitam → Structuram Widmanstättianam. Duretia in zona calore affecta leviter crevit cum numero reparationum crescente, dum duretia materiae parentis et strati cladditionis vix mutata est.

Resultata ostendunt zonam reparationis et zonam calore affectam ante tractationem thermicam esse ultra-fine aciculares α fases in distributas β matricem phasium et zonam materiae basis, quae est structura subtilis canistriformis. Post tractationem thermicam, microstructura cuiuslibet regionis est lathiformis primaria α phasi + β structura transformationis phasium, et longitudo phasis primariae in regione reparationis multo maior est quam in aliis regionibus. α limes faticae cyclorum altorum partis reparatoriae est 490 MPa, qui superior est limite faticae materiae basis. Decrementum maximum est circa 7,1 %. Arcuum argon manuale etiam saepe adhibetur ad corrigendos rimas superficiales laminae et abradendum apicem. Eius incommodum est magna inpensa calorifica, et reparationes magnae superficiei tendunt ad magnam tensionem thermicam et deformationem per soldaturam [37].

Studia recentia ostendunt quod, sive depositio per fusionem laseris sive soldatio arcu argonico ad reparationem utatur, regio reparata proprietates altam fortitudinem et infimam plasticitatem habet, atque praestantia faticae laminae post reparationem facile deterioratur. Gradus sequens investigationis in eo consistere debet quomodo compositio alligamenti regatur, parametri processus soldationis adiustentur, et methodi controlis processus optimizentur, ut structura microscopica regionis reparatae moderetur, fortitudo et plasticitas in regione reparata concordent, et praestantia faticae eius egregia servetur.

2.2 Reparatio damni localis laminarum ex alligamento titani

Nulla est differentia essentialis inter reparationem defectuum damni in lamina rotoris ex alliatio titani et technicam fabricandi additivi partium solidarum tridimensionalium ex alliatio titani, quod ad processum attinet. Reparatio ut secundariae depositionis processus additivus in sectione fracturae et superficie locali haberi potest, ubi partes laesae pro matrice utuntur, ut in Figura 7 ostenditur. Secundum diversas fontes caloris, praecipue in duas classes dividitur: reparatio additiva laseris et reparatio additiva arcus. Notandum est quod, recentibus annis, Centrum Rerum Investigandarum Collaborativum Germanicum 871 technicam reparandi additivam arcus in focus studii posuit ad reparandum laminas integras ex alliatio titani [38], et per additionem agentium nucleandi aliaque media praestantiam reparationis auxit [39].

In campo reparandi additivi laseris, Gong Xinyong et al. [40] pulverem ex alliatio TC11 adhibuerunt ad processum reparationis per depositionem fusionis laseris in alliatio titani TC11 investigandum. Post reparationem, area depositionis  campionem parietis tenuis et regionem remelting interfaciei typicas habebant proprietates structurae Widmanstättianae, et structurae zona thermice affecta matricis transibat a structura Widmanstättiana ad structuram duarum statuum. Fortitudo tractus in area depositionis erat circiter 1200 MPa, quae maior erat quam fortitudo tractus in zona transitionis interfaciei et matricis, dum tamen plasticitas paulo minor erat quam plasticitas matricis. Omnia specimina tractus fracta sunt intra matricem. Denique impellor realis emendatus est per methodum depositionis per fusionem puncto ad punctum, examen super-velocitatis superavit, et applicatio installationis effecta est. Bian Hongyou et al. [41] usi sunt pulvere TA15 ut studerent emendationem additivam laser TC17, et exploraverunt effectus diversorum temperaturarum tractationis thermalis per recensionem (610 ℃, 630 ℃ et 650 ℃) super microstructuram eius proprietatesque. Rēsultāta ostendēbant quod rēsistentia ad trāctiōnem legāminis TA15/TC17 per depositiōnem lāserī reparātī ad 1029 MPa pervenīre potest, sed ductilitās rēlātīvē parva est, tantum 4,3 %, attingēns 90,2 % et 61,4 % forgiōnum TC17, respective. Post tractātum thermālem ad temperātūrās variās, rēsistentia ad trāctiōnem et ductilitās notābiliter meliōrātae sunt. Cum temperātūra recrystallizātiōnis 650 ℃, rēsistentia ad trāctiōnem maximā est 1102 MPa, attingēns 98,4 % forgiōnum TC17, et longitūdō post frāctūram 13,5 % est, quae signifīcānter meliōrāta est cōnferentēs cum statū depositiōnis.

In campo arcus additivae reparationis, Liu et al. [42] studium reparationis fecerunt in specimine simulato laminae titani alloy TC4 deficiente. In strato deposito morpha granulorum mixta ex cristallis aequiaxialibus et cristallis columnaribus obtenta est, cum maxima resistentia ad trahendum 991 MPa et ductilitate 10%. Zhuo et al. [43] filum soldaturum TC11 adhibuerunt ad studium arcus additivae reparationis super titani alloy TC17, et evolutionem microstructuralem strati depositi et zonae afflictae calore analysaverunt. Resistentia ad trahendum erat 1015,9 MPa sub condicionibus non calefactis, et ductilitas 14,8%, cum optima performance comprehensiva. Chen et al. [44] effectus diversorum temperaturarum recocionis in microstructuram et proprietates mechanicas speciminum reparationis titani alloy TC11/TC17 investigaverunt. Resultata ostenderunt altiorem temperaturam recocionis utilem esse ad meliorandum ductilitatem speciminum reparatorum.

Investigatio de usu technologiae additivae fabricandae metallicae ad reparanda damna localia in lamellis ex alliamento titani adhuc in primordiis est. Lamellae reparatoriae non solum proprietates mechanicas strati depositi, sed etiam aestimatio proprietatum mechanicarum in interfacie lamellarum reparatoriarum aequally crucialis est.

3 Lamellae ex alliamento titani cum damno areae magnae: substitutio et reparatio lamellarum

Ut structura rotoris compressoris simplificetur et pondus minuatur, laminae modernorum motorum aeroplanorum saepe structuram integratam disci cum lamina adoptant, quae est structura unius partis, in qua laminae operantes et disci laminae in structuram integratam conflantur, tenonem et mortisum eliminantes. Dum scopum reductionis ponderis consequitur, etiam abrusionem ac perditam aerodynamicam tenonis et mortisi in structura consueta vitare potest. Reparatio damni superficialis et defectuum localium disci integrati compressoris similis est methodo reparandi laminae separatae supra dictae. Ad reparandum fragmenta fracta vel desiderata disci integrati cum lamina, soldatura per frictionem linearem late adhibetur propter suum proprium modum tractandi et eius praerogativas. Processus eius in Figura 8 [45] ostenditur.

Mateo et al. [46] usi sunt friccionis linearis soldationis ad simulandum reparationem titaniī allōiī Ti-6246. Rēsultāta ostendēbant quod eadem laesio usque ad ter reparatorum habēbat angustiōrem zōnam affēctam calōre et finiōrem structūram grānulōrum soldātūrae. Fortitūdō trahēns dēcrēvit ab 1048 MPa ad 1013 MPa cum augmentō numerī reparationum. Tamen tam specimina trahentia quam fātīgātiōnis fracta sunt in rēgione materiae bāsīs, quae ā zōnā soldātūrae aberat.

Ma et al. [47] studuērunt effectūs diversārum temperātūrārum tractātiōnis calōris (530 °°C + 4 h refrīgerātiōne aēreā, 610 °°C + 4 h refrīgerātiōne aēreā, 670 °°C + 4 h refrīgerātiōne aēreā) in | microstructūram proprietātēsque mechanicas iūnctiōnum allōiī titaniī TC17 per friccionem linearem soldātārum. Rēsultāta ostendunt quod, cum temperātūra tractātiōnis calōris augetur, gradus recrystallīzātiōnis phāsēos α et phāsēos β significē augētur. Comportāmentum fractūrae speciminum trahentium et impactūs mutātum est ā fractūrā friā ad fractūram ductīlem. Post tractātiōnem calōris ad 670 °C, speciminis trahentis fractura in materia basi evenit. Fortitudo trahens erat 1262 MPa, sed elongatio tantum 81,1 % materiae basis erat.

Praesens autem domestica et externa investigatio ostendit technologiam reparationis per salutationem friccionalem linearem functionem habere purgandi oxyda per se, quae efficaciter oxyda in superficie coniunctionis removere potest sine defectibus metallurgicis, quae ex fusione oriuntur. Simul vero coniunctionem materiarum heterogenarum efficiet, ut disci palearum integralis bialloei/biperformantis obtineantur, et rapidam reparationem fracturarum vel partium deessentium corporum palerum in discis palearum integralibus ex diversis materiis perficere potest [38]. Tamen adhuc multa problemata solvenda sunt in usu technologiae salutationis friccionalis linearis ad reparandum discos palearum integralis, ut magnus stress residuus in iuncturis et difficultas in regimine qualitatis coniunctionum materiarum heterogenarum. Simul autem processus salutationis friccionalis linearis pro novis materiis ulterius explorandus est.

Nos Contace

Gratias agimus pro vestro in nostram societatem interesse! Ut societas professionalis fabricans partes turbinum gaseorum, nos ad innovationem technologicam et meliorationem servitii perseverabimus, ut solutiones altioris qualitatis plures praebere possimus clientibus per orbem terrarum. Si quaestiones, consilia aut intentiones de cooperatione habetis, libenter vobis subveniemus. Nos ita contacteritis:

WhatsAPP: +86 135 4409 5201

E-mail ：[email protected]