Lennuki mootori kõrgsurveturbiini laba defektide tuvastamise tehnoloogia analüüs
Turbiini laba on lennukimootori põhikomponent ja selle töötlemine on keeruline, mis nõuab väga kvaliteetset kontrolli. Laser otsekirjutamist (LDM) kasutatakse kodumaiste kõrgsurveturbiinide labade tootmiseks. Sellel on suure täpsuse, suure tiheduse ja kõrge spektraaleraldusvõime omadused ning seda saab kasutada 3D-mõõtmiseks, mittepurustavaks testimiseks ja 3D-toodete 3D-rekonstrueerimiseks. Laseri otsekirjutustehnoloogia rakendamisega kodumaistes kõrgsurveturbiinide labade tootjates on kõrgsurveturbiinide labad saavutanud masstootmise. Selles artiklis tutvustatakse kodumaiste kõrgsurveturbiinide labade laseriga otsekirjutamise protsessi ja defektide tuvastamise tehnoloogiat ning analüüsitakse defektide tuvastamise meetodit ja tarkvara.
Lennumootorite tehnoloogia kiire arenguga seab lennukimootoritele kõrgemad nõuded labade kvaliteedile. Turbiini labade tugevus, väsimuse eluiga ja pinnamassi keerukus on selle jõudluse mõõtmiseks olulised näitajad. Kõrgsurveturbiini labade keeruka tootmisprotsessi tõttu toodetakse enamik labasid laseriga otsekirjutamise teel. Laser-otsekirjutustehnoloogia kasutab suure võimsusega pooljuhtlaserit, et kiiritada laserit pidevalt töödeldavas piirkonnas, nii et see moodustab laserkiirte ühtlase jaotuse töödeldavas piirkonnas. Traditsioonilised testimismeetodid hõlmavad töötlemist ja mittepurustavat testimist, millel on mõned probleemid, nagu kõrge töötlemiskulu, madal tuvastamise tõhusus ja inimeste poolt kergesti häiritav. Seetõttu tuleb turbiini labade suurepäraste mehaaniliste omaduste, korrosiooni- ja väsimuskindluse tagamiseks neid täpselt ja kiiresti testida.
1.LDM protsessi tutvustus
Laser otsekirjutamine (LDM) on omamoodi muutuva intensiivsusega laserkiir, et rakendada muutuva doosiga kokkupuudet resistmaterjaliga substraadi pinnal ja moodustada pärast väljatöötamist resistpinnale vajalik reljeefne kontuur. Selle põhisisu sisaldab järgmist: sobiva keraamilise materjali valimine, sobiva töötlemismeetodi valimine, lasertöötluse parameetrite optimeerimine. LDM-tehnoloogia on meetod suure võimsusega laseri kasutamiseks erinevate mustrite kirjutamiseks keraamilistele materjalidele. See söövitas keraamiliste materjalide pinnale mikrostruktuure, et saavutada keerukat morfoloogiat, hüperspektraalset eraldusvõimet ja toote digitaalset modelleerimist, ning integreeris selle LDM-protsessiga, et luua rikkalikke pinna detaile, mis vastavad täppisseadmete (nt lennukimootorid) suure täpsuse ja kõrge stabiilsuse nõuetele. Laseri otsekirjutamise tehnoloogia on lasertöötluse, mittepurustava testimise, pilditöötluse, CAD/CAM-i komplekt ühes uues tootmistehnoloogias, võrreldes traditsioonilise protsessiga, on tehnoloogial järgmised eelised: ① kõrge töötlemise täpsus; ② kiire töötlemiskiirus; ③ kõrge materjali kasutusmäär; ④ hea pinnakvaliteet; ⑤ saab isikupärastada. LDM-tehnoloogia kasutab laser-otsekirjutusmeetodit keraamiliste materjalide pinnale kirjutamiseks ning laseri toimel toimuvad materjali sisemises mikrostruktuuris (nagu aatomid, molekulid jne) fotokeemilised reaktsioonid, muutes seeläbi materjali struktuuri ja omadusi. materjalist. Laseri otsekirjutamise tehnoloogia saavutamiseks on palju viise ja keraamiliste materjalide puhul on peamiselt kolme tüüpi: esimene tüüp on traditsiooniline meetod (nt keemiline aurustamine-sadestamine, sulamise kiire karastamine, plasmaga täiustatud CVD jne); Teiseks arenenud tehnoloogia (nagu 3D-printimine, laseriga otsekirjutamine jne); Kolmas on 3D printimine + lasersulatuspooluse tehnoloogia (näiteks: 3D printimine + lasersulatuspostide nihutamise tehnoloogia jne). Laseri selektiivse sulamisvormimise tehnoloogial on kolm peamist meetodit. Üks neist on laseri kasutamine keraamiliste materjalide denudeerimiseks, et muuta need keeruka kolmemõõtmelise morfoloogiaga. Teine on söövitus, söövitamine; Kolmas on laser-otse söövitamise meetodi kasutamine keraamiliste materjalide pinnal graafiliseks töötlemiseks. LDM-tehnoloogias kasutatav laserenergia tihedus on kõrge ja keraamiliste materjalide söövitamiseks on vaja suurt energiatihedust. Samal ajal tuleb laserablatsiooni sügavust täpselt kontrollida.
2. Defektide tuvastamise tehnoloogia
Praegu kasutatakse tera defektide tööstuslikuks tuvastamiseks peamiselt röntgenimeetodit, ultrahelimeetodit ja röntgenikiirguse perspektiivmeetodit. Röntgenimeetod, ultrahelimeetod on mittepurustav testimismeetod, see suudab tuvastada materjali sisemisi defekte, röntgenikiirguse perspektiivmeetod on allika poolt kiiratava röntgen- või gammakiirguse kasutamine töödeldud objekti kiiritamiseks, materjali sees olevate väikeste defektide tuvastamiseks, kuid kiirte läbitungimisvõime on piiratud, ei suuda tuvastada väikseid defekte. Seetõttu on praktilistes rakendustes peamised tuvastamisvahendid röntgen- ja ultrahelimeetod. Tehnoloogia arenedes on aga tööstuslikku mikrofookusega CT-tuvastust laialdaselt kasutatud turbiini labade valmistamisel tänu selle mittepurustavale, suurele efektiivsusele ja suurele täpsusele.
(a) Sisselaskeava serva radiograafiline läbivalgustus
b) Heitgaasi serva radiograafiline läbitung
(c) Sisselaske serv valgustatakse läbi digitaalse radiograafia abil
2.1 Röntgenikiirguse tuvastamine Röntgenikiirguse tuvastamiseks kasutatakse röntgentoru abil röntgenikiirgust katsetatava objekti pinnale, vaadeldakse testitava objekti pinnal esinevaid defekte ja seejärel kasutatakse kujutise salvestamist kvantifitseerimiseks. ja leidke objekt. Erineva läbitungimissügavuse järgi saab röntgenikiirgust jagada kolmeks: läbitungimissügavus, läbitungimislaius ja läbitungimispaksus. Läbivalgustusmeetodil kiiritatakse röntgentoru abil testitava materjali pinda, et tuvastada materjali sisemised defektid. Seadmete ja tehnoloogia piiratuse tõttu on meetodiga keeruline saavutada keeruliste konstruktsiooniosade sisemiste defektide täpset kvantifitseerimist. See meetod sobib sileda pinna ja ühtlase tihedusega tooriku jaoks, kuid see ei suuda täpselt määrata ja kvantifitseerida keerulisi sisemisi komponente.
2.2 Ultraheli tuvastamine Ultraheli tuvastamise põhiprintsiip on ultraheli detektori ja sondi kasutamine ultrahelilainete väljastamiseks ning sond võtab positsioneerimiseks vastu kaja. Ultraheli tuvastamise tehnoloogiat kasutatakse laialdaselt tööstusvaldkondades, kuna sellel on kõrge tundlikkus, kõrge läbitungimisvõime, kõrge täpsus ja pidev tuvastamine. Metallmaterjalide puhul kasutage tavaliselt sirge ja kaldus peaga kahte meetodit, sirge pea tuvastamise sügavus on tavaliselt 1 mm, kaldpea tuvastamise sügavus on tavaliselt 5 mm, praktilistes rakendustes ultrahelituvastusseade vastavalt erinevatele mõõdetavatele objektidele, kasutades erinevaid sonde. Turbiini laba materjali soojusjuhtivus on kõrge, seetõttu tuleb ultraheli tuvastamiseks valida hea soojustõhususega sond. Madala intensiivsusega ultrahelisignaali jaoks, näiteks toatemperatuuril klaaskeraamiline varras, suudab oma heade termiliste omaduste tõttu täielikult vastata tuvastamisnõuetele. Suure tihedusega defekte või inklusioone sisaldavate materjalide puhul tuleks valida tugeva läbitungimisvõimega ja kõrge tundlikkusega sond ning suurte defektidega materjalide puhul saab tuvastamiseks kasutada pideva emissiooni meetodit ja impulsi peegeldusmeetodit. Praktilises rakenduses saab kasutada ühe pikisuunalise laine, kahe nihkelaine ja pikisuunalise laine sidumismeetodit ning pragusid ja muid defekte sisaldavate materjalide puhul on võimalik kasutada ühe pikisuunalise laine tuvastamist. Praegu on ultraheli testimise tehnoloogiat laialdaselt kasutatud, kuid kallite testimisseadmete tõttu ei sobi see välikatseteks.
2.3 Mikrofookuse tööstuslik CT tuvastus Mikrofookuse tööstuslik CT tuvastus kasutab peamiselt röntgen- või gammakiirguse edastamist ja peegeldust aines, et moodustada kiirkiire, ning seejärel võtab detektor vastu tuvastatud objektile kiiritatud kiiritust, et neelata energiat, mis muundatakse röntgenikiirguseks. kiirtega või gammakiirtega ning seejärel muundab detektor energia elektrilisteks signaalideks ning seejärel saab peale töötlemist saada objekti struktuuripildi. Tuvastamise käigus asetatakse objekt esmalt röntgeniallikale ning seejärel võetakse skaneerimismeetodil vastu objekti läbiva röntgenikiire poolt moodustatud signaal. Kui tuvastamisobjekt on läbipaistmatus olekus, on detektori poolt vastuvõetud signaal täpiline; Täpi tekitab signaal, mille detektor võtab tuvastatud objekti edastamisel. Kui täpiala on suur, näitab see, et tuvastatud objektil on suur defekt. Kui koha pindala on väike, näitab see, et tuvastatud objektil on väike defekt. Et kõrvaldada täppide mõju pildikvaliteedile, saab täpiefekti kõrvaldamiseks ja pildikvaliteedi parandamiseks kasutada spetsiaalseid meetodeid. Näiteks saab detektori ette lisada värvifiltri täppide kõrvaldamiseks, lisaks saab detektori parameetreid muutes täppide tekkimist maha suruda ning väikeste mõõtmetega defektide puhul teostada lineaarset skaneerimist; Suurte defektide korral on võimalik pinna skaneerimine. Kõrgsurveturbiini labade tuvastamiseks tuleks vastavalt konkreetsetele töötingimustele valida sobivad katsemeetodid ja katseparameetrid. Tavaliselt kasutatakse mitmekiirelist valgustuvastust ja kujutise kogumise süsteemis kasutatakse peamise tuvastusüksusena lineaarmassiividetektoreid. Röntgen- ja gammakiirgust kasutatakse peamiselt tuvastamiseks vastavalt erinevatele tera materjalidele.
3.Defektide tuvastamise tarkvara tutvustus
Selles artiklis tutvustatakse mikrofokaalset CT-skaneerimise tarkvara, mis sobib kõrgsurveturbiini labade defektide tuvastamiseks. Tarkvara täidab peamiselt järgmisi funktsioone: (1) skannib andmete lugemine; ② pildi mõõtmine ja analüüs; ③ Automaatne defektide tuvastamine; ④ Andmehaldus; ⑤ kvaliteedikontroll; ⑥ Kolmemõõtmeline rekonstrueerimine. Nende hulgas on väga oluline andmestik skaneerimisandmete lugemine, mis määrab pildi keskpunkti arvu, asukoha, kuju, suuruse ja muu teabe. Tuvastamistulemuste põhjal saab CT-uuringu tulemusi kohandada vastavalt erinevatele nõuetele. Skaneerimisandmete töötlemiseks on tarkvaral defektide klassifitseerimine, defektide filtreerimine, defektide registreerimine, defektide parandamine, defektide rekonstrueerimine ja muud funktsioonid. Tabel 1 CT-skannimise parameetrid.
4.LDM-i tera tuvastamise katseuuringud
Tegelikud tööandmed enne ja pärast segamist on toodud tabelis 6. Tabelist 6 on näha, et katsetingimustes 100% maagaasi põletamisel on gaasiturbiini väljundvõimsus 179,8MW ja efektiivsus on 35,49%. Gaasiturbiini väljundvõimsus on 169,0 MW ja kasutegur 35,81%, mis on põhimõtteliselt kooskõlas arvutatud väärtusega.
4.1 Teisese töötlemise vead Sekundaarne töötlemine viitab tera parandamisele, lihvimisele, poleerimisele ja muudele töötlemisprotsessidele, sekundaarses töötlemisprotsessis võivad ilmneda järgmised probleemid: (1) pinna karedus ei vasta standardile: poleerimisprotsessis toodavad poleerimisseadmed teatud müra, nii et pinna karedus pärast poleerimist ei vasta nõuetele. Sellise müra kõrvaldamiseks kasutavad tootjad selle eemaldamiseks tavaliselt ultraheli, elektrolüüsi ja muid meetodeid, ultraheli, elektrolüüs võib eemaldada pinna kareduse, kuid ultraheli on vastuvõtlikum tolmu või õli mõjule tera pinnale, seetõttu, olgu ultraheli või elektrolüüs, ei sobi tera pinnakareduse eemaldamiseks. Tegelikus tootmises, kui tera pinnakaredus ei vasta nõuetele, võib kasutada lihvimist. Kuigi defekte saab tõhusalt kõrvaldada, on pärast jahvatamist siiski vaja sekundaarset töötlemist. (2) Kvalifitseerimata pinnakvaliteet: kõrgsurveturbiinilabade tootmisprotsessis, kui labade pinna kvaliteet ei vasta standardile, võib probleemi lahendamiseks võtta selliseid meetmeid nagu poleerimine ja poleerimine. Kuigi see meetod võib defekte kõrvaldada, vähendab see terade jõudlust. Selle jõudluse parandamiseks lihvivad ja poleerivad tootjad seda tootmisprotsessis sageli mitu korda, kuid lihvimisel ja poleerimisel on lihtne tekitada sekundaarseid töötlemisvigu.
4.2 Materjali kihistumine Kõrgsurveturbiini labade tootmisprotsessis satub protsessi parameetrite mittevastavuse tõttu labade sisemusse üks või mitu toorainet või lisandeid, mille tulemuseks on materjali kihistumine. Tegelikus katses saab kihistumise defektidega kõrgsurveturbiini laba asetada proovikettale ja prooviketast võrrelda tavalise proovikettaga, et leida materjali delaminatsioonidefektid. Kui positsioneerimisprotsessi ajal ilmneb probleem, on vaja täiendavat kontrolli selle konkreetse asukoha kindlaksmääramiseks, et teha kindlaks konkreetset tüüpi defekt.
4.3 Poorsus ja räbu lisamise defektid, nagu poorsus ja räbu lisamine, on kõrgsurveturbiinide labade tootmisel tavalised kvaliteediprobleemid. Poorsusdefekt on materjali tugevuse vähenemise peamine põhjus, millel on oluline mõju kõrgsurveturbiini labade jõudlusele. Tegelikus tootmises iseloomustavad defekte sageli väikesed mullid sees. Võrreldes teiste tahkete ainetega on mulli suurus võrreldes teiste tahkete ainetega väga väike, kui mulli sisesein on suure pinge all, tekivad praod, lisaks on mulli sisesein suhteliselt nõrk, kergesti purunev välise pinge toimel. Kõrgsurveturbiini labade töötlemisel esineb mõningaid soojusülekande probleeme, mis põhjustavad teatud määral põlemisnähtusi. Kui ablatsiooniosa ei eemaldata õigeaegselt, võivad tekkida kandmised. Räbu lisamine on levinud lisandite vorm ja räbu lisamise defektid on tõsisemad kui poorsusdefektid, mis mitte ainult ei mõjuta tõsiselt kõrgsurveturbiini labade töövõimet ja eluiga, vaid võivad põhjustada ka labade tugevuse vähenemist või isegi rikke. Tegelikus tootmises, kui kõrgsurveturbiini labade räbu inklusiooniala ei ole suur, saab selle tuvastamiseks kasutada tavapärast tööstuslikku CT-meetodit; kui räbu pindala on suur või ilmnevad ilmsed defektid, tuleks avastamiseks ja analüüsimiseks kasutada mikrokoksi tööstuslikku CT-d. Mikrofookusega tööstusliku CT tuvastamise protsessis saab kujutise hägususe vältimiseks pilti eeltöödelda ja segmenteerida, et saada selge ja täpne defektiteave.
Kokkuvõtteks võib öelda, et lennukimootorite tehnoloogia pideva arenguga muutub kõrgsurveturbiini labade kvaliteedi tuvastamine üha olulisemaks. Selles artiklis tutvustatakse mitmeid levinud kõrgsurveturbiini labade defektide tuvastamise tehnoloogiaid. Praktilistes rakendustes on erinevad defektide tuvastamise tehnoloogiad erinevad. Erinevate defektide tuvastamise tehnoloogiate rakendamisel on vaja need valida ja kombineerida vastavalt terade spetsiifilistele tingimustele. Kõrgsurveturbiini labade defektide tuvastamise tehnoloogia arendamine seisab endiselt silmitsi paljude väljakutsete ja raskustega. Tulevikus tuleb seadmete täpsust, andmetöötlusvõimet ja algoritmi jõudlust veelgi parandada, et see vastaks paremini lennukimootori kõrgsurveturbiini labade defektide tuvastamise nõuetele.
