Analiza tehnologiei de detectare a defectelor lamei turbinei de înaltă presiune a motorului aero
Paleta turbinei este o componentă cheie a motorului aerodinamic, iar procesarea acestuia este complicată, ceea ce necesită o inspecție de foarte înaltă calitate. Scrierea directă cu laser (LDM) este utilizată pentru fabricarea paletelor casnice de turbine de înaltă presiune. Are caracteristicile de înaltă precizie, densitate mare și rezoluție spectrală ridicată și poate fi utilizat pentru măsurarea 3D, testarea nedistructivă și reconstrucția 3D a produselor 3D. Odată cu aplicarea tehnologiei de scriere directă cu laser la producătorii autohtoni de palete de turbine de înaltă presiune, paletele de turbine de înaltă presiune au realizat producție în masă. Această lucrare prezintă procesul de formare cu scriere directă cu laser și tehnologia de detectare a defectelor a paletelor de turbine de înaltă presiune casnice și analizează metoda și software-ul de detectare a defectelor.
Odată cu dezvoltarea rapidă a tehnologiei motoarelor aeronautice, motorul aerodinamic impune cerințe mai mari privind calitatea lamei. Rezistența palelor turbinei, durata de viață la oboseală și complexitatea masei de suprafață sunt indicatori importanți pentru măsurarea performanței acesteia. Datorită procesului complex de fabricație a palelor de turbine de înaltă presiune, majoritatea palelor sunt produse prin scriere directă cu laser. Tehnologia de scriere directă cu laser folosește un laser semiconductor de mare putere pentru a iradia continuu laserul în zona de prelucrat, astfel încât să formeze o distribuție uniformă a fasciculelor laser în zona de prelucrat. Metodele tradiționale de testare includ prelucrarea prin prelucrare și testarea nedistructivă, care au unele probleme, cum ar fi costul ridicat de procesare, eficiența scăzută de detectare și ușor de deranjat de către om. Prin urmare, pentru a se asigura că paletele turbinei au proprietăți mecanice excelente, rezistență la coroziune și rezistență la oboseală, acestea trebuie testate cu acuratețe și rapiditate.
1. Introducerea procesului LDM
Scrierea directă cu laser (LDM) este un fel de fascicul laser cu intensitate variabilă pentru a implementa expunerea la doze variabile pe materialul de rezistență de pe suprafața substratului și pentru a forma conturul de relief necesar pe suprafața de rezistență după dezvoltare. Conținutul său principal include: selectarea materialului ceramic adecvat, selectarea metodei de procesare adecvate, optimizarea parametrilor de prelucrare cu laser. Tehnologia LDM este o metodă de utilizare a laserului de mare putere pentru a scrie diferite modele pe materiale ceramice. A gravat microstructuri pe suprafața materialelor ceramice pentru a obține o morfologie complexă, rezoluție hiperspectrală și modelare digitală a produselor și a integrat-o cu procesul LDM pentru a genera detalii bogate de suprafață pentru a îndeplini cerințele de înaltă precizie și stabilitate ridicată a echipamentelor de precizie, cum ar fi motoarele de avioane. Tehnologia de scriere directă cu laser este un set de procesare cu laser, testare nedistructivă, procesare a imaginii, CAD/CAM într-una dintre noile tehnologii de fabricație, în comparație cu procesul tradițional, tehnologia are următoarele avantaje: ① precizie ridicată de procesare; ② Viteză rapidă de procesare; ③ Rată ridicată de utilizare a materialului; ④ Calitate bună a suprafeței; ⑤ poate fi personalizat personalizat. Tehnologia LDM folosește metoda de scriere directă cu laser pentru a scrie suprafața materialelor ceramice, iar reacțiile fotochimice au loc în microstructura internă a materialului (cum ar fi atomii, moleculele etc.) sub acțiunea laserului, modificând astfel structura și proprietățile material. Există multe modalități de a realiza tehnologia de scriere directă cu laser și există în principal trei tipuri de materiale ceramice: primul tip este metoda tradițională (cum ar fi depunerea chimică în vapori, stingerea rapidă prin topire, CVD îmbunătățită cu plasmă etc.); În al doilea rând, tehnologie avansată (cum ar fi imprimarea 3D, scrierea directă cu laser etc.); Al treilea este imprimarea 3D + tehnologia polilor de topire cu laser (cum ar fi: imprimare 3D + tehnologia de schimbare a polului de topire cu laser etc.). Există trei metode principale de tehnologie de formare prin topire selectivă cu laser. Una este să folosiți laserul pentru a denuda materiale ceramice pentru a le face să aibă o morfologie tridimensională complexă. Al doilea este gravura, gravura; Al treilea este de a folosi metoda de gravare directă cu laser pe suprafața materialelor ceramice pentru prelucrarea grafică. Densitatea de energie laser utilizată în tehnologia LDM este mare și este necesară o densitate mare de energie pentru gravarea materialelor ceramice. În același timp, adâncimea de ablație cu laser trebuie controlată cu precizie.
2. Tehnologia de detectare a defectelor
În prezent, detectarea industrială a defectelor lamei este în principal metoda cu raze X, metoda cu ultrasunete și metoda perspectivei cu raze X. Metoda cu raze X, metoda cu ultrasunete este o metodă de testare nedistructivă, poate detecta defectele interne ale materialului, metoda perspectivei cu raze X este o utilizare a razelor X sau a razelor gamma emise de sursă pentru a iradia obiectul procesat, pentru a detecta defecte mici din interiorul materialului, dar capacitatea de penetrare a razelor este limitată, nu poate detecta defecte mici. Prin urmare, în aplicațiile practice, metoda cu raze X și metoda cu ultrasunete sunt principalele mijloace de detectare. Cu toate acestea, odată cu dezvoltarea tehnologiei, detectarea CT industrială cu micro-focalizare a fost utilizată pe scară largă în domeniul producției de palete de turbină datorită eficienței sale nedistructive, înaltei și preciziei ridicate.
(a) Transiluminarea radiografică a marginii de intrare
(b) Pătrunderea radiografică a marginii de evacuare
(c) Marginea de admisie este transiluminată prin radiografie digitală
2.1 Detectarea cu raze X Detectarea cu raze X constă în utilizarea unui tub cu raze X pentru a emite raze X pe suprafața obiectului testat, observarea defectelor de pe suprafața obiectului testat și apoi utilizarea înregistrării imaginilor pentru a cuantifica și localizați obiectul. În funcție de adâncimea de penetrare diferită, razele X pot fi împărțite în trei metode: adâncimea de penetrare, lățimea de penetrare și grosimea de penetrare. Metoda de transiluminare folosește un tub cu raze X pentru a iradia suprafața materialului testat pentru a detecta defectele interne ale materialului. Datorită limitării echipamentelor și tehnologiei, metoda este dificil de realizat cuantificarea precisă a defectelor interne ale pieselor structurale complexe. Această metodă este potrivită pentru piesa de prelucrat cu suprafață netedă și densitate uniformă, dar nu poate localiza și cuantifica cu precizie componentele interne complexe.
2.2 Detectarea cu ultrasunete Principiul de bază al detectării cu ultrasunete este utilizarea detectorului cu ultrasunete și a sondei pentru a emite unde ultrasonice, iar sonda primește ecoul pentru poziționare. Tehnologia de detectare cu ultrasunete este utilizată pe scară largă în domeniile industriale datorită avantajelor sale de sensibilitate ridicată, penetrare ridicată, precizie ridicată și detecție continuă. Pentru materiale metalice, utilizați de obicei două metode de cap drept și cap oblic, adâncimea de detectare a capului drept este în general de 1 mm, adâncimea de detectare a capului înclinat este în general de 5 mm, în aplicații practice, dispozitiv de detectare cu ultrasunete în funcție de diferitele obiecte care trebuie măsurate, folosind diferite sonde. Conductivitatea termică a materialului paletei turbinei este ridicată, astfel încât sonda cu performanțe termice bune trebuie selectată pentru detectarea cu ultrasunete. Pentru semnalul ultrasonic de intensitate scăzută, cum ar fi tija ceramică din sticlă la temperatura camerei, datorită proprietăților sale termice bune, poate îndeplini pe deplin cerințele de detectare. Pentru materialele care conțin defecte sau incluziuni de înaltă densitate, trebuie selectată o sondă cu penetrare puternică și sensibilitate ridicată, iar pentru materialele care conțin defecte de dimensiuni mari, se poate utiliza metoda de emisie continuă și metoda de reflexie a impulsului. În aplicații practice, poate fi utilizată metoda de cuplare a undei longitudinale unice, undă dublă de forfecare și undă longitudinală și este fezabilă utilizarea detectării undei longitudinale unice pentru materialele care conțin fisuri și alte defecte. În prezent, tehnologia de testare cu ultrasunete a fost utilizată pe scară largă, dar din cauza echipamentului său scump de testare, nu este potrivită pentru testarea pe teren.
2.3 Detectarea CT industrială cu microfocus Detecția CT industrială cu microfocus utilizează în principal transmisia și reflectarea razelor X sau gamma în substanță pentru a forma un fascicul de raze, iar apoi detectorul primește iradierea fasciculului de raze asupra obiectului detectat pentru a absorbi energie, convertită în X- raze sau raze gamma, iar apoi detectorul transformă energia în semnale electrice, iar apoi imaginea structurii obiectului poate fi obținută după procesare. În timpul detectării, obiectul este mai întâi plasat pe sursa de raze X, iar apoi semnalul format de fasciculul de raze X care trece prin obiect este recepționat prin metoda de scanare. Când obiectul de detectare este într-o stare netransparentă, semnalul primit de detector va fi neregulat; Speckle este generat de semnalul primit de detector atunci când obiectul detectat este transmis. Când zona spotului este mare, indică faptul că există un defect mare în obiectul detectat. Când zona spotului este mică, indică faptul că există un mic defect în obiectul detectat. Pentru a elimina efectul petei asupra calității imaginii, pot fi utilizate metode speciale pentru a elimina efectul petei și pentru a îmbunătăți calitatea imaginii. De exemplu, un filtru de culoare poate fi adăugat în fața detectorului pentru a elimina petele, în plus, petele pot fi suprimate prin modificarea parametrilor detectorului, iar scanarea liniară poate fi efectuată pentru defecte de dimensiuni mici; Pentru defecte de dimensiuni mari, este posibilă scanarea suprafeței. Pentru detectarea palelor de turbină de înaltă presiune, trebuie selectate metode de testare adecvate și parametrii de testare în funcție de condițiile specifice de lucru. Detectarea luminii cu mai multe fascicule este de obicei adoptată, iar detectoarele cu matrice liniară sunt utilizate ca unitate principală de detectare în sistemul de achiziție a imaginii. Razele X și razele gamma sunt utilizate în principal pentru detectarea în funcție de diferite materiale ale lamei.
3. Introducere software de detectare a defectelor
Această lucrare prezintă un software de scanare CT microfocal adecvat pentru detectarea defectelor lamelor turbinei de înaltă presiune. Software-ul îndeplinește în principal următoarele funcții: (1) citirea datelor de scanare; ② Măsurarea și analiza imaginii; ③ Detectarea automată a defectelor; ④ Gestionarea datelor; ⑤ Controlul calității; ⑥ Reconstrucție tridimensională. Printre acestea, citirea datelor scanate este o dată foarte importantă, care determină numărul, poziția, forma, dimensiunea și alte informații ale punctului de mijloc al imaginii. Pe baza rezultatelor detectării, rezultatele scanării CT pot fi ajustate în funcție de diferite cerințe. Pentru prelucrarea datelor de scanare, software-ul are clasificare defectelor, filtrare defectelor, înregistrarea defectelor, corectarea defectelor, reconstrucția defectelor și alte funcții. Tabelul 1 Parametrii scanării CT.
4. Cercetarea testului de detectare a lamei LDM
Datele efective de funcționare înainte și după amestecare sunt prezentate în Tabelul 6. Din Tabelul 6 se poate observa că, în condiții de testare, când este ars 100% gaz natural, puterea de ieșire a turbinei cu gaz este de 179,8MW. iar randamentul este de 35,49%. Puterea de ieșire a turbinei cu gaz este de 169,0 MW și eficiența este de 35,81%, ceea ce este practic în concordanță cu valoarea calculată.
4.1 Defecte de prelucrare secundară Prelucrarea secundară se referă la repararea lamei, șlefuirea, lustruirea și alte procese de prelucrare, în procesul de prelucrare secundară pot apărea următoarele probleme: (1) rugozitatea suprafeței nu este la standard: în procesul de lustruire echipamentele de lustruire vor produce un anumit zgomot, astfel încât rugozitatea suprafeței după lustruire nu poate îndeplini cerințele. Pentru a elimina acest tip de zgomot, producătorii folosesc, în general, ultrasunete, electroliză și alte metode pentru a-l elimina, ultrasunete, electroliza pot elimina rugozitatea suprafeței, dar ultrasunetele sunt mai susceptibile la impactul prafului sau uleiului pe suprafața lamei, prin urmare, indiferent dacă sunt ultrasunete sau electroliza, nu sunt potrivite pentru îndepărtarea rugozității suprafeței lamei. În producția efectivă, atunci când rugozitatea suprafeței lamei nu îndeplinește cerințele, se poate folosi șlefuirea. Deși defectele pot fi eliminate eficient, o prelucrare secundară este încă necesară după măcinare. (2) Calitate necalificată a suprafeței: în procesul de producție a palelor de turbine de înaltă presiune, dacă calitatea suprafeței palelor nu îndeplinește standardul, pot fi luate măsuri precum lustruirea și lustruirea pentru a rezolva problema. Deși această metodă poate elimina defectele, reduce performanța lamelor. Pentru a-și îmbunătăți performanța, producătorii îl lustruiesc și lustruiesc adesea de multe ori în procesul de producție, dar la șlefuire și lustruire, este ușor să produci defecte secundare de prelucrare.
4.2 Stratificarea materialului În procesul de fabricație a paletelor de turbine de înaltă presiune, din cauza nepotrivirii parametrilor de proces, una sau mai multe materii prime sau impurități pătrund în interiorul palelor, rezultând stratificarea materialului. În testul propriu-zis, paleta turbinei de înaltă presiune cu defecte de delaminare poate fi plasată pe discul de probă, iar discul de probă poate fi comparat cu discul de probă obișnuit pentru a găsi defectele de delaminare ale materialului. Dacă există o problemă în timpul procesului de poziționare, este necesară o inspecție suplimentară pentru a determina locația sa specifică, astfel încât să se determine tipul specific de defect.
4.3 Defectele de porozitate și incluziunea de zgură, cum ar fi porozitatea și incluziunea de zgură, sunt probleme comune de calitate în producția de pale de turbine de înaltă presiune. Defectul de porozitate este cauza principală a scăderii rezistenței materialului, care are un impact important asupra performanței palelor de turbine de înaltă presiune. În producția efectivă, defectele sunt adesea caracterizate de bule mici în interior. În comparație cu alte substanțe solide, dimensiunea bulei este foarte mică în comparație cu alte substanțe solide, atunci când peretele interior al bulei este supus la o presiune mare, vor apărea fisuri, în plus, peretele interior al bulei este relativ slab, usor de rupere sub actiunea stresului extern. Există unele probleme de transfer de căldură în procesarea palelor de turbine de înaltă presiune, care vor provoca într-o anumită măsură fenomenul de ardere. Dacă partea de ablație nu este îndepărtată la timp, se pot forma incluziuni. Incluziunea de zgură este o formă comună de incluziuni, iar defectele de incluziune de zgură sunt mai grave decât defectele de porozitate, care nu numai că afectează serios performanța de serviciu și durata de viață a palelor turbinei de înaltă presiune, dar pot duce și la scăderea rezistenței palelor sau chiar la defecțiune. În producția efectivă, dacă aria de includere a zgurii a palelor turbinei de înaltă presiune nu este mare, metoda CT industrială convențională poate fi utilizată pentru a o detecta; dacă suprafața de zgură este mare sau există defecte evidente, CT industrial cu micrococs trebuie utilizat pentru detectarea și analiza. În procesul de detectare CT industrială cu microfocus, pentru a preveni estomparea imaginii, imaginea poate fi preprocesată și segmentată pentru a obține informații clare și precise despre defect.
Pe scurt, odată cu dezvoltarea continuă a tehnologiei motoarelor aeriene, detectarea calității paletelor de turbine de înaltă presiune devine din ce în ce mai importantă. Această lucrare prezintă câteva tehnologii comune de detectare a defectelor palelor de înaltă presiune a turbinei. În aplicațiile practice, diferitele tehnologii de detectare a defectelor sunt diferite. Atunci când se aplică diferite tehnologii de detectare a defectelor, este necesar să le selectați și să le combinați în funcție de condițiile specifice ale lamelor. Dezvoltarea tehnologiei de detectare a defectelor lamelor turbinei de înaltă presiune se confruntă încă cu multe provocări și dificultăți. În viitor, precizia echipamentului, capacitatea de procesare a datelor și performanța algoritmului trebuie îmbunătățite în continuare pentru a îndeplini mai bine cerințele de detectare a defectelor lamelor turbinei de înaltă presiune a motoarelor aeriene.
