Технологија поправке и рефабрикације заваривања за лопатице турбина авиона и лопатице вентилатора/компресора

Летнички лопатице мотора су дуго у сложеном и суровом радном окружењу и подложне су различитим врстама оштећења. Замена оштрице је скупа, а истраживање о технологији поправке и рефабрикације оштрице има огромне економске користи. Огласници мотора авиона углавном су подељени у две категорије: огласници турбина и огласници вентилатора/компресора. Турбинске лопате обично користе легуре високе температуре на бази никла, док лопате вентилатора / компресора углавном користе легуре титана, а неки користе легуре високе температуре на бази никла. Разлике у материјалима и радним окружењима лопате турбине и лопате вентилатора/компресора резултирају различитим уобичајеним врстама оштећења, што резултира различитим методама поправке и показатељима перформанси које се морају постићи након поправке. Овај рад анализира и расправља о методама поправке и кључним технологијама које се тренутно користе за две врсте уобичајених оштећења у лопатима авиона, чиме се има за циљ да се обезбеди теоријска основа за постизање висококвалитетне поправке и рефабрикације лопатака авиона.

У авионачким моторима, лопатице турбина и вентилатора/компресора су подложне дуготрајним тешким окружењима као што су центрифугална оптерећења, топлотни стрес и корозија, и имају изузетно високе захтеве за перформансе. Они су на листу као једна од најосновнијих компоненти у производњи авиона мотора, а њихова производња чини више од 30% радног оптерећења у целој производњи мотора [1] –3]. Будући да су дуго времена у суровом и сложеном радном окружењу, лопатице ротора подлоге су дефектима као што су пукотине, знојење врха лопата и оштећење крчања. Трошкови поправке оштрица су само 20% трошкова производње целог оштрица. Зато истраживање о технологији поправке лопаћа авиона доприноси продужењу трајања лопаћа, смањењу производних трошкова и има огромне економске користи.

Репарација и рефабрикација лопастица авиона углавном обухвата следеће четири корака [4]:препратка лопастица (укључујући чишћење лопастица [5], тродимензионална инспекција и геометријска реконструкција [6]. –7], итд.); одлагање материјала (укључујући употребу напредне технологије заваривања и повезивања за завршетак напуњавања и акумулације недостајућих материјала [8] –10], топлотна обработка за рекуперацију перформанси [11 –13], итд.); реконструисање лопате (укључујући методе обраде као што су шлифовање и полирање [14]); постремонтна третмана (укључујући површинско премазивање [15 –16] и јачање обраде [17], итд.), као што је приказано на слици 1. Међу њима је одлагање материјала кључ за обезбеђивање механичких својстава оштрице након поправке. Главне компоненте и материјали лопастица мотора авиона приказани су на слици 2. За различите материјале и различите облике недостатака, одговарајуће истраживање методе поправке је основа за постизање висококвалитетне поправке и рефабрикације оштећених лопаћа. Овај рад узима као објекте турбинске лопате са високом температуром на бази никла и лопате вентилатора / компресора од титанијумске легуре, расправља и анализира методе поправке и кључне технологије које се користе за различите врсте оштећења лопате авиона у овој фази и обја

1. Метода поправке лопате турбине из легуре на бази никла

Турбинске лопате од високотемпературних легова на бази никела дуго раде у окружењу високотемпературних гасова за сагоревање и сложеног стреса, а лопате често имају дефекте као што су уморна топлотна пукотина, оштећење површине мале површине (одвеза на вр Пошто је сигурност поправке уморног кршења лопате турбине релативно ниска, они се генерално замењују директно након што се појави уморно кршење без поправке заваривања. Две уобичајене врсте дефеката и методе поправке лопате турбина приказане су на слици 3 [4]. Следеће ће представити методе поправке ове две врсте дефеката високотемпературних лагираних турбинских лопасти на бази никла.

1.1 Репарација пукотина у турбинским лопатима од суперлеги на бази никла

Методе поправке за заваривање чврстог фазе и заваривање чврстог фазе се углавном користе за поправку дефеката пукотина на лопатима турбина, углавном укључују: вакуумско заваривање, транзиторно дифузијско везивање течне фазе, активирано дифузијско завари

Шан и колеги [1] користили су методу вакуумског лемења греда за поправку пукотина у лагиним лопатима на бази никела ЦС88 користећи Ни-Цр-Б-Си и Ни-Цр-Зр пуњаче за лемење. Резултати су показали да у поређењу са Ни-Цр-Б-Си металом за пуњење за лечење, Зр у Ни-Цр-Зр металу за пуњење за лечење није лако дифузирати, субстрат није значајно кородиран, а чврстоћа завариваног зглоба је већа. Употреба Ни-Цр-Зр леминог метала за пуњење може постићи поправку пукотина у лаги на бази никела ChS88. Оџо и сарадници су проучавали ефекте величине празнине и параметара процеса на микроструктуру и својства дифузијских лембених зглобова Inconel718 легуре на бази никла. Како се величина јаза повећава, појава тврде и крхке фазе као што су интерметални једињења на бази Ни3АЛ и бориди богати Ни и ЦР-ом је главни разлог за смањење чврстоће и чврстоће зглобова.

Пролазно дифузијско заваривање течне фазе се зацврсти у изотрмним условима и припада кристализацији у условима равнотеже, што је повољно за хомогенизацију композиције и структуре [20]. Пуранвари [21] је проучавао транзитивно дифузијско заваривање течне фазе високотемпературне легуре Инцонел718 на бази никела и утврдио да су садржај Цр у пунилу и опсег распада матрице кључни фактори који утичу на чврстоћу зоне изотермалне Лин и др. [22] проучавали су утицај параметара процеса заваривања транзиторне течне фазе дифузијом на микроструктуру и својства гидроизолиранних гидроизолиранних гидроизолиранних гидроизолиранних гидроизолиранних гидроизолиранних Резултати су показали да се са повећањем температуре повезивања или продужењем времена, број борида богатих Ни и Цр у зони падања смањује, а величина зрна у зони падања је мања. Температура просторије и чврстоћа за сечење на високу температуру повећана су са продужењем времена држања. Тренутно се успјешно користи дифузијско заваривање транзиторне течне фазе за поправку малих пукотина у подручјима са ниским напором и обнављање оштећења врха некронисаних лопаћа [23]. –24]. Иако је транзиторно дифузијско заваривање течне фазе успешно примењено на различитим материјалима, ограничено је на поправку малих пукотина (око 250 μ м).

Када је ширина пукотине већа од 0,5 mm и капиларна акција није довољна да попуни пукотину, поправка лопате се може постићи коришћењем активираног дифузијског заваривања [24]. Су и др. [25] користили су методу активиране дифузије за лечење за поправку биљке из високотемпературне легуре на бази никла In738 користећи материјал за лечење DF4B и добили су високојаки, отпорни на оксидацију лемени зглоб. У г′ фаза која се упречи у зглобу има појачавајуће дејство, а чврстоћа на истезање достиже 85% извора. Здружење се крши на положају борида богатог Крем. Хоук и сарадници су такође користили активирано дифузијско заваривање за поправку широке пукотине лежице из високотемпературне легуре на бази никела Рене 108. Ремануфактурација металлургије праха, као ново развијена метода за оригиналну реконструкцију напредних материјалних површина, широко се користи у поправци високотемпературних лагираних лопаћа. Може да обнови и реконструише тродимензионалну скоро изотропну чврстоћу великих дефеката (више од 5 мм), као што су пукотине, аблације, знојење и рупе у лопатима [27]. Либурди, канадска компанија, развила је методу ЛПМ (Либурди прашно металлургије) за поправку лагиних лопаћа на бази никла са високим садржајем Ал и Ти који имају лошу перформансу заваривања. Процес је приказан на слици 4 [28]. У последњих неколико година, метода вертикалне ламинације на основу ове методе може да изврши једнократну поправку бражевања дефеката ширине до 25 мм [29].

1.2 Репарација  од оштећења површине лопасти турбина из високотемпературне легуре на бази никла

Када се на површини биљака високотемпературне легуре на бази никла појаве огребци и оштећења од корозије мале површине, оштећено подручје се обично може уклонити и извући обрадом, а затим напунити и поправити помоћу одговарајуће методе заваривања. Тренутно истраживање се углавном фокусира на ласерско топљење и аргонско заваривање.

Ким и сарадници из Универзитета у Делаверу у Сједињеним Државама извршили су ласерско обложење и ручно заваривање на леђима из легуре на бази никела Rene80 са високим садржајем Ал и Ти, и упоредили радни комади који су били подвргнути топлотној обради након Лиу и др. [31] са Универзитета за науку и технологију Хуаџонг користили су технологију ласерског обложења за поправку дефеката жлебова и рупа у 718 компоненти турбина из легуре на бази никла, и истражили су ефекте густине ласерске снаге, брзине ласер

У погледу поправке заваривања аргонским луком, Цу Шенг и др. [32] из компаније Цхина Авиациони Девелопмент Шенјанг Лиминг Аеро Енџин (Груп) Цо, Лтд. користили су методу заваривања аргонским луком вольфрама за поправ Резултати показују да је након поправке традиционалним материјалима за заваривање на бази кобальта, зона погођена топлотом подложна топлотним пуковима и да се тврдоћа заваривања смањује. Међутим, коришћењем новоразвијених МГС-1 заваривање материјала на бази никла, у комбинацији са одговарајућим заваривање и топлотне обраде процеса, може ефикасно избећи пукотине се јављају у топлоте погођен зоне, а чврстоћа на трајање на 1000 °Ц достиже 90% основног материјала. Сонг Венцхинг и сарадници [33] су спровели студију о процесу поправке заваривања дефеката ливења високотемпературних лагиних турбинских водича K4104. Резултати су показали да употреба заваривачких жица HGH3113 и HGH3533 као метала за пуњење има одличну формирање заваривања, добру пластичност и јаку отпорност на пукотине, док се користи Када се заварива заваривачка жица К4104 са повећаним садржајем Зр, ф Може се видети да у процесу поправке оштрице, избор материјала за пуњење игра виталну улогу.

Тренутно истраживање о поправци лопасти турбина на бази никла показало је да високотемпературне легуре на бази никла садрже елементе за јачање чврстог раствора као што су Cr, Mo, Al и елементе у траговима као што су P, S и B, што их чини осет Након заваривања, они су склони структурној сегрегацији и формирању крхких лавеских фазних дефеката. Стога су заследни истраживања о поправци високотемпературних легура на бази никла неопходна регулација структуре и механичких својстава таквих дефеката.

2 Метода поправке лагера титана

Током рада, лажи од титанијумске легуре/компресора углавном су изложени центрифугалним силама, аеродинамичким силама и вибрационим оптерећењима. Током употребе, често се јављају повърхностни оштећења (крке, зношење врха ножева итд.), локални оштећења лажи од титанијумске легуре и оштећења велике површине (прелома од умора, оштећења и корозија велике површине итд.), што захтева потпуну за Различите врсте дефекта и уобичајене методе поправке приказане су на слици 6. Следеће ће представити студијски статус поправке ових три врсте недостатака.

2.1 Поправка оштећења површине легла титанијумске легуре

Током рада, оштрице од титанијумске легуре често имају дефекте као што су расколе на површини, огребљења на малим подручјима и зношење оштрице. Поправка таквих дефеката је слична поправци турбинских лопата на бази никла. Машинарска обрада се користи за уклањање дефектне области, а за пуњење и поправку се користи ласерска топљење или аргонско лучко заваривање.

У области ласерског топљења, Цхао Цхуанг итл. [34] са Северозападног политехничког универзитета спровео је студије о ласерској поправци на малим повјерским дефектима (површински дијаметар 2 мм, хемисферни дефекти дубином 0,5 мм) ковања титани Резултати су показали да β колонарни кристали у зони ласерског одлагања порасли су епитаксиално од интерфејса и граници зрна су биле замагљене. Оригинални иглични α лати и секундарни α фазе у зони погођеној топлотом порасла су и грубо. У поређењу са фалсификованим узорцима, узорци поправљени ласером имали су карактеристике високе чврстоће и ниске пластичности. Трчања чврстоћа је порасла са 1077.7 МПа на 1146.6 МПа, а продужење се смањило са 17.4% на 11.7%. Пан Бо и сарадници [1] користили суаксиалну технологију ласерског обложења за храњење праха за поправку кружног дупљења у облику предфабрикованих дефеката титанијумске легуре ЗТЦ4 много пута. Резултати су показали да је процес промене микроструктуре од матичног материјала до поправљеног подручја био ламеларни α фаза и међугрануларна β фаза → структура кошнице → мартензит → Видманштатен структура. Тврдоћа топлотно погођене зоне је мало повећана са повећањем броја поправки, док се тврдоћа матичног материјала и слоја облога није много променила.

Резултати показују да су зона поправке и зона погођена топлотом пре топлотне обраде ултрафине игле α фазе расподељене у β фаза матрица, а зона основног материјала је фина структура кошнице. Након топлотне обраде, микроструктура сваке области је лат-лике примарне α фаза + β фаза трансформације структуре, и дужина примарне α фаза у подручју поправке је знатно већа од оне у другим областима. Предостављена је укупна вредност за производњу и производњу. Екстремни пад је око 7,1%. Ручно заваривање аргонским луком се такође обично користи за поправку пукотина на површини лопате и знојења врха. Недостатак је у томе што је улаз топлоте велики, а поправке на великом подручју подлоге су великим топлотним напорима и деформацијама заваривања [37].

Тренутно истраживање показује да без обзира на то да ли се за поправку користи ласерска топљење или аргонско лучко заваривање, подручје за поправку има карактеристике високе чврстоће и ниске пластичности, а перформансе за умору се лако смањују након поправке. Следећи корак истраживања треба да се фокусира на то како контролисати састав легуре, прилагодити параметре процеса заваривања и оптимизовати методе контроле процеса како би се регулисала микроструктура подручја за поправку, постигла усаглашеност чврстоће и пластичности у подручју за поправку и осигурала његова одлична

2.2 Поправка локалних оштећења леђа од титанијумске легуре

Нема суштинске разлике између поправке оштећења лопате ротора титанијеве легуре и технологије адитивне производње тродимензионалних чврстих делова титанијеве легуре у погледу процеса. Поправка се може сматрати процесом производње додатног секундарног одлагања на пресек фрактуре и локалну површину са оштећеним деловима као матрицом, као што је приказано на слици 7. Према различитим изворима топлоте, углавном се дели на ласерско адитивно поправљање и адитивно поправљање лука. Вреди напоменути да је у последњих неколико година немачки истраживачки центар 871 направио технологију адитивног поправљања лука фокусом истраживања за поправку интегралних лоја титанијумске легуре[38], и побољшао перформансе поправке додавањем нуклеатирајућих агенса и других средстава[39].

У области ласерског адитивног поправљања, Гонг Синьонг и др. [40] користили су прах из легуре ТЦ11 за проучавање процеса поправљања ласерског топљења депозиције легуре титана ТЦ11. Након поправке, подручје одлагања  узорак са танким зидовима и површина за преплављење интерфејса имали су типичне карактеристике структуре Видманштатена, а структура матрице зоне погођене топлотом прешла је са структуре Видманштатена на структуру двосједног стања. Трпивост подручја депозиције била је око 1200 МПа, што је било више од интерфејс транзиционе зоне и матрице, док је пластичност била нешто нижа од матрице. Узори за истезање су били срушени унутар матрице. На крају, стварни прстен је поправљен методом тачке по тачки, прошао је процену супербрзинског испита и остварио апликацију инсталације. Биан Хонгју и др. [41] користили су ПА15 прах за проучавање ласерског адитивног поправљања титанијумске легуре ТЦ17 и истражили ефекте различитих температура топлотне обраде одгријавања (610 ℃, 630 ℃ и 650 ℃) о његовој микроструктури и својствима. Резултати су показали да чврстоћа на истезање депониране легуре ТА15/ТЦ17 поправљене ласерским депонирањем може достићи 1029МПа, али пластичност је релативно ниска, само 4,3%, достижући 90,2% и 61,4% ТЦ17 ковања, респективно. Након топлотне обраде на различитим температурама, чврстоћа на истезање и пластичност се значајно побољшавају. Када је температура одгревања 650 ℃, највећа чврстоћа на истезање је 1102МПа, достижући 98,4% ТЦ17 ковања, а продужење након кршења је 13,5%, што је значајно побољшано у поређењу са депонираним стањем.

У области поправке луковиним адитивима, Лиу и сарадници [42] су спровели исправну студију на симулираном узорку недостајећег легла титанијумске легуре ТЦ4. У одложеном слоју добијена је мешана морфологија зрна равноосиних кристала и колонарних кристала, са максималном чврстоћом на истезање од 991 МПа и продужењем од 10%. Цхуо и сарадници [43] користили су течност за заваривање ТЦ11 за спровођење студије адитивног поправљања лука на титанијумској легури ТЦ17 и анализирали микроструктурну еволуцију одложеног слоја и зоне која је погођена топлотом. Тракција је била 1015.9 МПа у негрејеним условима, а продужење је било 14.8%, са добром свеобухватним перформансима. Чен и сарадници [44] су проучавали ефекте различитих температура одгревања на микроструктуру и механичка својства титанијумских легура за поправку ТЦ11/ТЦ17. Резултати су показали да је већа температура нагњењавања била повољна за побољшање продужености поправљених примерака.

Истраживање о употреби технологије производње метала за поправку локалних оштећења у титанијумским легурим је у ранијим фазама. Репарације се не могу извршити само на механичким својствима слоја, већ и на механичким својствима на интерфејсу.

3 Оштри леђи од титанијумске леговице са оштећењем велике површине Замена и поправка леђа

Да би се поједноставила структура ротора компресора и смањила тежина, савремене лопате мотора авиона често усвајају интегралну структуру диска лопате, што је структура из једног комада која радне лопате и диске лопате чини интегралном структуром, елиминишући тенон и Док постиже сврху смањења тежине, такође може избећи зношење и аеродинамички губитак терона и мортзе у конвенционалној конструкцији. Репарација повјерне оштећења и локалних оштећења диска интегралног лопате компресора је слична горе поменутом методом поправке одвојених лопате. За поправку сломљених или недостајућих комада интегралног диска лопате, линеарно заваривање трњем се широко користи због своје јединствене методе обраде и предности. Његов процес је приказан на слици 8 [45].

Матео и сарадници [46] користили су линеарно заваривање трњењем како би симулирали поправку титанијеве легуре Ти-6246. Резултати су показали да је иста оштећења поправљена до три пута имала уску зону погођену топлотом и финија структура зрна заварке. Трчања чврстоћа је опала са 1048 МПа на 1013 МПа са повећањем броја поправки. Међутим, и узори за истезање и за умор су били сломљени у подручју основног материјала далеко од подручја заваривања.

Ма ет ал. [47] проучавали су ефекте различитих температура топлотне обраде (530 °Ц + 4х ваздушно хлађење, 610 °Ц + 4х ваздушно хлађење, 670 °Ц + 4х ваздух хлађење) на , микроструктура и механичка својства линеарних завариваних зглобова од титанове легуре ТЦ17. Резултати показују да са повећањем температуре топлотне обраде, степен рекристализације α фаза и β значајно повећава фазу. Повођење на прелом на узорцима из тежег и удара променило се од крхког до доктилног преломка. После топлотне обраде на 670 °Ц, пробир за истезање је преломљен у основном материјалу. Тракција је била 1262МПа, али је продужење било само 81,1% од основног материјала.

Тренутно, домаће и стране студије показују да технологија поправке заваривања линеарним тријањем има функцију самочишћења оксида, који ефикасно могу уклонити оксиде на површини везивања без металургијских дефеката узрокованих топљењем. Истовремено, може да оствари повезивање хетерогенних материјала како би се добили дио легуре/двојне перформансе интегрални дискови лопате, и може да заврши брзо поправљање фрактура тела лопате или недостајућих комада интегралних дискова лопате израђених од различитих материја Међутим, још увек постоје многи проблеми који треба да се реше при употреби технологије линеарног заваривања трњењем за поправку интегралних дискова лопате, као што су велики остатак напетости у зглобовима и тешкоћа у контроли квалитета хетерогенних материјалних веза. Истовремено, процес линеарног заваривања трњењем за нове материјале треба даље истражити.

Контактирајте нас

Хвала вам што се интересујете за нашу компанију! Као професионална компанија за производњу делова за гасне турбине, наставићемо да се посвећујемо технолошким иновацијама и побољшању услуга, како бисмо пружили више висококвалитетних решења за купце широм света. Ако имате било каквих питања, предлога или намера за сарадњу, више него смо срећни да вам помогнемо. Молимо вас да нас контактирате на следећи начин:

WhatsAPP: +86 135 4409 5201

Е-пошта ：[email protected]