Analisis teknologi pengesanan kecacatan pada bilah turbin tekanan tinggi enjin aero
Bilah turbin adalah komponen utama enjin aero, dan pemprosesannya adalah rumit, yang memerlukan pemeriksaan kualiti yang sangat tinggi. Tulisan langsung laser (LDM) digunakan untuk mengeluarkan bilah turbin tekanan tinggi domestik. Ia mempunyai ciri ketepatan tinggi, ketumpatan tinggi dan resolusi spektrum tinggi, dan boleh digunakan untuk pengukuran 3D, ujian tidak merosakkan dan pembinaan semula 3D produk 3D. Dengan penggunaan teknologi penulisan langsung laser dalam pengeluar bilah turbin tekanan tinggi domestik, bilah turbin tekanan tinggi telah mencapai pengeluaran besar-besaran. Kertas kerja ini memperkenalkan proses pembentukan tulisan langsung laser dan teknologi pengesanan kecacatan bilah turbin tekanan tinggi domestik, dan menganalisis kaedah dan perisian pengesanan kecacatan.
Dengan perkembangan pesat teknologi aero-enjin, aero-enjin mengemukakan keperluan yang lebih tinggi pada kualiti bilah. Kekuatan bilah turbin, hayat lesu dan kerumitan jisim permukaan adalah petunjuk penting untuk mengukur prestasinya. Oleh kerana proses pembuatan bilah turbin tekanan tinggi yang kompleks, kebanyakan bilah dihasilkan oleh tulisan langsung laser. Teknologi penulisan langsung laser menggunakan laser semikonduktor berkuasa tinggi untuk terus menyinari laser di kawasan yang akan diproses, supaya ia membentuk pengedaran seragam pancaran laser di kawasan yang akan diproses. Kaedah ujian tradisional termasuk pemesinan dan ujian tidak merosakkan, yang mempunyai beberapa masalah seperti kos pemprosesan yang tinggi, kecekapan pengesanan yang rendah dan mudah diganggu oleh manusia. Oleh itu, untuk memastikan bilah turbin mempunyai sifat mekanikal yang sangat baik, rintangan kakisan dan rintangan keletihan, ia mesti diuji dengan tepat dan cepat.
1. Pengenalan proses LDM
Tulisan langsung laser (LDM) ialah sejenis pancaran laser dengan keamatan berubah-ubah untuk melaksanakan pendedahan dos berubah-ubah pada bahan rintangan pada permukaan substrat, dan membentuk kontur pelepasan yang diperlukan pada permukaan rintangan selepas pembangunan. Kandungan utamanya termasuk: pilih bahan seramik yang sesuai, pilih kaedah pemprosesan yang sesuai, optimumkan parameter pemprosesan laser. Teknologi LDM ialah kaedah menggunakan laser berkuasa tinggi untuk menulis corak berbeza pada bahan seramik. Ia mengukir struktur mikro pada permukaan bahan seramik untuk mencapai morfologi kompleks, resolusi hiperspektral dan pemodelan produk digital, dan menyepadukannya dengan proses LDM untuk menjana butiran permukaan yang kaya untuk memenuhi keperluan ketepatan tinggi dan kestabilan tinggi peralatan ketepatan seperti enjin pesawat. Teknologi penulisan langsung laser adalah satu set pemprosesan laser, ujian tidak merosakkan, pemprosesan imej, CAD/CAM dalam salah satu teknologi pembuatan baru, berbanding dengan proses tradisional, teknologi mempunyai kelebihan berikut: ① ketepatan pemprosesan yang tinggi; ② Kelajuan pemprosesan yang cepat; ③ Kadar penggunaan bahan yang tinggi; ④ Kualiti permukaan yang baik; ⑤ boleh diperibadikan penyesuaian. Teknologi LDM menggunakan kaedah penulisan langsung laser untuk menulis permukaan bahan seramik, dan tindak balas fotokimia berlaku dalam struktur mikro dalaman bahan (seperti atom, molekul, dll.) di bawah tindakan laser, sekali gus mengubah struktur dan sifat bahan tersebut. bahan. Terdapat banyak cara untuk mencapai teknologi penulisan langsung laser, dan terdapat terutamanya tiga jenis untuk bahan seramik: jenis pertama ialah kaedah tradisional (seperti pemendapan wap kimia, pelindapkejutan cepat lebur, CVD dipertingkatkan plasma, dll.); Kedua, teknologi canggih (seperti percetakan 3D, tulisan langsung laser, dll.); Yang ketiga ialah percetakan 3D + teknologi tiang lebur laser (seperti: percetakan 3D + teknologi anjakan tiang lebur laser, dll.). Terdapat tiga kaedah utama teknologi pembentukan lebur terpilih laser. Salah satunya ialah menggunakan laser untuk menghilangkan bahan seramik untuk menjadikannya mempunyai morfologi tiga dimensi yang kompleks. Yang kedua ialah etching, etching; Yang ketiga ialah menggunakan kaedah etsa langsung laser pada permukaan bahan seramik untuk pemprosesan grafik. Ketumpatan tenaga laser yang digunakan dalam teknologi LDM adalah tinggi, dan ketumpatan tenaga yang tinggi diperlukan untuk mengetsa bahan seramik. Pada masa yang sama, kedalaman ablasi laser mesti dikawal dengan tepat.
2. Teknologi pengesanan kecacatan
Pada masa ini, pengesanan industri kecacatan pisau adalah terutamanya kaedah sinar-X, kaedah ultrasonik dan kaedah perspektif sinar-X. Kaedah sinar-X, kaedah ultrasonik adalah kaedah ujian yang tidak merosakkan, ia dapat mengesan kecacatan dalaman bahan, kaedah perspektif sinar-X adalah penggunaan sinar-X atau sinar gamma yang dipancarkan oleh sumber untuk menyinari objek yang diproses, untuk mengesan kecacatan kecil di dalam bahan, tetapi keupayaan penembusan sinar adalah terhad, tidak dapat mengesan kecacatan kecil. Oleh itu, dalam aplikasi praktikal, kaedah sinar-X dan kaedah ultrasonik adalah cara pengesanan utama. Walau bagaimanapun, dengan perkembangan teknologi, pengesanan CT industri dengan fokus mikro telah digunakan secara meluas dalam bidang pembuatan bilah turbin kerana ia tidak merosakkan, kecekapan tinggi dan ketepatan yang tinggi.
(a) Transiluminasi radiografi tepi masuk
(b) Penembusan radiografi tepi ekzos
(c) Tepi pengambilan ditransliminasi oleh radiografi digital
2.1 Pengesanan sinar-X Pengesanan sinar-X adalah menggunakan tiub sinar-X untuk memancarkan sinar-X pada permukaan objek yang diuji, memerhatikan kecacatan pada permukaan objek yang diuji, dan kemudian menggunakan rakaman imej untuk mengukur dan cari objek. Mengikut kedalaman penembusan yang berbeza, X-ray boleh dibahagikan kepada tiga kaedah: kedalaman penembusan, lebar penembusan dan ketebalan penembusan. Kaedah transiluminasi menggunakan tiub sinar-X untuk menyinari permukaan bahan yang diuji untuk mengesan kecacatan dalaman bahan. Disebabkan oleh keterbatasan peralatan dan teknologi, kaedah ini sukar untuk mencapai kuantiti yang tepat bagi kecacatan dalaman bahagian struktur yang kompleks. Kaedah ini sesuai untuk bahan kerja dengan permukaan licin dan ketumpatan seragam, tetapi ia tidak dapat mengesan dan mengukur komponen dalaman yang kompleks dengan tepat.
2.2 Pengesanan ultrasonik Prinsip asas pengesanan ultrasonik adalah menggunakan pengesan ultrasonik dan siasatan untuk memancarkan gelombang ultrasonik, dan siasatan menerima gema untuk kedudukan. Teknologi pengesanan ultrasonik digunakan secara meluas dalam bidang perindustrian kerana kelebihan kepekaan tinggi, penembusan tinggi, ketepatan tinggi dan pengesanan berterusan. Untuk bahan logam, biasanya menggunakan kepala lurus dan kepala serong dua kaedah, kedalaman pengesanan kepala lurus secara amnya 1mm, kedalaman pengesanan kepala condong biasanya 5mm, dalam aplikasi praktikal, peranti pengesanan ultrasonik mengikut objek yang berbeza untuk diukur, menggunakan probe yang berbeza. Kekonduksian terma bahan bilah turbin adalah tinggi, jadi probe dengan prestasi haba yang baik mesti dipilih untuk pengesanan ultrasonik. Untuk isyarat ultrasonik intensiti rendah, seperti rod seramik kaca suhu bilik, kerana sifat terma yang baik, boleh memenuhi sepenuhnya keperluan pengesanan. Untuk bahan yang mengandungi kecacatan atau kemasukan berketumpatan tinggi, probe dengan penembusan yang kuat dan kepekaan tinggi harus dipilih, dan untuk bahan yang mengandungi kecacatan bersaiz besar, kaedah pelepasan berterusan dan kaedah pantulan nadi boleh digunakan untuk mengesan. Dalam aplikasi praktikal, kaedah gandingan gelombang membujur tunggal, gelombang ricih berganda dan gelombang membujur boleh digunakan, dan ia boleh digunakan untuk menggunakan pengesanan gelombang membujur tunggal untuk bahan yang mengandungi retakan dan kecacatan lain. Pada masa ini, teknologi ujian ultrasonik telah digunakan secara meluas, tetapi kerana peralatan ujiannya yang mahal, ia tidak sesuai untuk ujian lapangan.
2.3 Pengesanan CT Industri Fokus Mikro Pengesanan CT industri fokus mikro terutamanya menggunakan penghantaran sinar-X atau sinar gamma dan pantulan dalam bahan untuk membentuk pancaran sinar, dan kemudian pengesan menerima penyinaran pancaran sinar pada objek yang dikesan untuk menyerap tenaga, ditukar kepada X- sinaran atau sinar gamma, dan kemudian pengesan menukar tenaga kepada isyarat elektrik, dan kemudian imej struktur objek boleh diperolehi selepas pemprosesan. Semasa pengesanan, objek mula-mula diletakkan pada sumber sinar-X, dan kemudian isyarat yang dibentuk oleh pancaran sinar-X yang melalui objek diterima melalui kaedah pengimbasan. Apabila objek pengesanan berada dalam keadaan tidak telus, isyarat yang diterima oleh pengesan akan menjadi jerawatan; Speckle dihasilkan oleh isyarat yang diterima oleh pengesan apabila objek yang dikesan dihantar. Apabila kawasan tempat adalah besar, ia menunjukkan bahawa terdapat kecacatan besar pada objek yang dikesan. Apabila kawasan tempat kecil, ia menunjukkan bahawa terdapat kecacatan kecil pada objek yang dikesan. Untuk menghapuskan kesan bintik pada kualiti imej, kaedah khas boleh digunakan untuk menghapuskan kesan bintik dan meningkatkan kualiti imej. Sebagai contoh, penapis warna boleh ditambah di hadapan pengesan untuk menghilangkan bintik-bintik, di samping itu, bintik-bintik boleh ditindas dengan menukar parameter pengesan, dan pengimbasan linear boleh dilakukan untuk kecacatan saiz kecil; Untuk kecacatan saiz besar, pengimbasan permukaan boleh dilakukan. Untuk pengesanan bilah turbin tekanan tinggi, kaedah ujian dan parameter ujian yang sesuai hendaklah dipilih mengikut keadaan kerja tertentu. Pengesanan cahaya berbilang pancaran biasanya diterima pakai, dan pengesan tatasusunan linear digunakan sebagai unit pengesanan utama dalam sistem pemerolehan imej. X-ray dan sinar gamma digunakan terutamanya untuk pengesanan mengikut bahan bilah yang berbeza.
3. Pengenalan perisian pengesanan kecacatan
Kertas kerja ini memperkenalkan perisian pengimbasan CT mikrofokal yang sesuai untuk pengesanan kecacatan bilah turbin tekanan tinggi. Perisian ini terutamanya melaksanakan fungsi berikut: (1) membaca data imbasan; ② Pengukuran dan analisis imej; ③ Pengesanan kecacatan automatik; ④ Pengurusan data; ⑤ Kawalan kualiti; ⑥ Pembinaan semula tiga dimensi. Antaranya, pembacaan data imbasan merupakan data yang sangat penting, yang menentukan nombor, kedudukan, bentuk, saiz dan maklumat lain titik tengah imej. Berdasarkan keputusan pengesanan, keputusan imbasan CT boleh diselaraskan mengikut keperluan yang berbeza. Untuk mengimbas pemprosesan data, perisian mempunyai klasifikasi kecacatan, penapisan kecacatan, pendaftaran kecacatan, pembetulan kecacatan, pembinaan semula kecacatan dan fungsi lain. Jadual 1 Parameter imbasan CT.
4. Penyelidikan ujian pengesanan bilah LDM
Data operasi sebenar sebelum dan selepas pencampuran ditunjukkan dalam Jadual 6. Dapat dilihat daripada Jadual 6 bahawa dalam keadaan ujian, apabila 100% gas asli dibakar, kuasa keluaran turbin gas ialah 179.8MW dan kecekapan ialah 35.49%. Kuasa keluaran turbin gas ialah 169.0MW dan kecekapan ialah 35.81%, yang pada asasnya konsisten dengan nilai yang dikira.
4.1 Kecacatan pemprosesan sekunder Pemprosesan sekunder merujuk kepada pembaikan bilah, pengisaran, penggilapan dan proses pemprosesan lain, dalam proses pemprosesan sekunder mungkin muncul masalah berikut: (1) kekasaran permukaan tidak mencapai standard: dalam proses penggilapan peralatan penggilap akan menghasilkan. bunyi tertentu, supaya kekasaran permukaan selepas menggilap tidak dapat memenuhi keperluan. Untuk menghapuskan bunyi bising seperti ini, pengeluar biasanya menggunakan kaedah ultrasonik, elektrolisis dan kaedah lain untuk mengeluarkannya, ultrasonik, elektrolisis boleh menghilangkan kekasaran permukaan, tetapi ultrasonik lebih mudah terdedah kepada kesan habuk atau minyak pada permukaan bilah, oleh itu, sama ada ultrasonik atau elektrolisis, tidak sesuai untuk menghilangkan kekasaran permukaan bilah. Dalam pengeluaran sebenar, apabila kekasaran permukaan bilah tidak memenuhi keperluan, pengisaran boleh digunakan. Walaupun kecacatan boleh dihapuskan dengan berkesan, pemprosesan sekunder masih diperlukan selepas pengisaran. (2) Kualiti permukaan yang tidak memenuhi syarat: Dalam proses pengeluaran bilah turbin tekanan tinggi, jika kualiti permukaan bilah gagal memenuhi piawaian, langkah-langkah seperti menggilap dan menggilap boleh diambil untuk menyelesaikan masalah. Walaupun kaedah ini boleh menghapuskan kecacatan, ia mengurangkan prestasi bilah. Untuk meningkatkan prestasinya, pengeluar sering menggilap dan menggilapnya berkali-kali dalam proses pengeluaran, tetapi apabila mengisar dan menggilap, ia adalah mudah untuk menghasilkan kecacatan pemprosesan sekunder.
4.2 Stratifikasi bahan Dalam proses pembuatan bilah turbin tekanan tinggi, disebabkan oleh ketidakpadanan parameter proses, satu atau lebih bahan mentah atau kekotoran memasuki bahagian dalam bilah, mengakibatkan stratifikasi bahan. Dalam ujian sebenar, bilah turbin tekanan tinggi dengan kecacatan delaminasi boleh diletakkan pada cakera sampel, dan cakera sampel boleh dibandingkan dengan cakera sampel biasa untuk mencari kecacatan delaminasi bahan. Sekiranya terdapat masalah semasa proses penentududukan, pemeriksaan lanjut diperlukan untuk menentukan lokasi khususnya, untuk menentukan jenis kecacatan tertentu.
4.3 Kecacatan keliangan dan kemasukan sanga seperti keliangan dan kemasukan sanga adalah masalah kualiti biasa dalam pengeluaran bilah turbin tekanan tinggi. Kecacatan keliangan adalah punca utama penurunan kekuatan bahan, yang mempunyai kesan penting ke atas prestasi bilah turbin tekanan tinggi. Dalam pengeluaran sebenar, kecacatan sering dicirikan oleh gelembung kecil di dalamnya. Berbanding dengan bahan pepejal lain, saiz gelembung adalah sangat kecil berbanding dengan bahan pepejal lain, apabila dinding dalaman gelembung mengalami tekanan yang besar, retak akan berlaku, di samping itu, dinding dalaman gelembung agak lemah, mudah pecah di bawah tindakan tekanan luar. Terdapat beberapa masalah pemindahan haba dalam pemprosesan bilah turbin tekanan tinggi, yang akan menyebabkan fenomena pembakaran pada tahap tertentu. Jika bahagian ablasi tidak dikeluarkan dalam masa, kemasukan boleh terbentuk. Kemasukan sanga adalah bentuk kemasukan yang biasa, dan kecacatan kemasukan sanga adalah lebih serius daripada kecacatan keliangan, yang bukan sahaja menjejaskan prestasi perkhidmatan dan hayat bilah turbin tekanan tinggi dengan serius, tetapi juga boleh menyebabkan kemerosotan kekuatan bilah atau bahkan kegagalan. Dalam pengeluaran sebenar, jika kawasan kemasukan sanga bilah turbin tekanan tinggi tidak besar, kaedah CT industri konvensional boleh digunakan untuk mengesannya; jika kawasan sanga besar atau terdapat kecacatan yang jelas, CT industri mikrokok harus digunakan untuk mengesan dan menganalisis. Dalam proses pengesanan CT industri fokus mikro, untuk mengelakkan kabur imej, imej boleh dipraproses dan dibahagikan untuk mendapatkan maklumat kecacatan yang jelas dan tepat.
Ringkasnya, dengan pembangunan berterusan teknologi enjin aero, pengesanan kualiti bilah turbin tekanan tinggi menjadi semakin penting. Kertas kerja ini memperkenalkan beberapa teknologi pengesanan kecacatan bilah turbin tekanan tinggi biasa. Dalam aplikasi praktikal, teknologi pengesanan kecacatan yang berbeza adalah berbeza. Apabila menggunakan teknologi pengesanan kecacatan yang berbeza, adalah perlu untuk memilih dan menggabungkannya mengikut keadaan khusus bilah. Pembangunan teknologi pengesanan kecacatan bilah turbin tekanan tinggi masih menghadapi banyak cabaran dan kesukaran. Pada masa hadapan, ketepatan peralatan, keupayaan pemprosesan data dan prestasi algoritma perlu dipertingkatkan lagi untuk lebih memenuhi keperluan pengesanan kecacatan bilah turbin tekanan tinggi enjin aero.
