Analyse af defektdetektionsteknologi af aeromotor højtryksturbineblad
Turbineblad er en nøglekomponent i flymotorer, og dens behandling er kompliceret, hvilket kræver inspektion af meget høj kvalitet. Laser Direct Write (LDM) bruges til at fremstille højtryksturbineblade til hjemmebrug. Det har karakteristika af høj præcision, høj tæthed og høj spektral opløsning og kan bruges til 3D-måling, ikke-destruktiv testning og 3D-rekonstruktion af 3D-produkter. Med anvendelsen af laser direkte skrivningsteknologi hos indenlandske producenter af højtryksturbineblade har højtryksturbineblade opnået masseproduktion. Dette papir introducerer laser-direkteskrivningsformningsprocessen og defektdetekteringsteknologien for husholdningshøjtryksturbineblade og analyserer defektdetekteringsmetoden og softwaren.
Med den hurtige udvikling af aero-motor teknologi, stiller aero-motor højere krav til vingekvalitet. Turbinebladstyrke, udmattelseslevetid og overflademassekompleksitet er vigtige indikatorer for at måle dens ydeevne. På grund af den komplekse fremstillingsproces af højtryksturbinevinger produceres de fleste vinger ved laser-direkte skrivning. Laser Direct Write-teknologi anvender en højeffekts halvlederlaser til kontinuerligt at bestråle laseren i det område, der skal behandles, så den danner en ensartet fordeling af laserstråler i det område, der skal behandles. De traditionelle testmetoder omfatter bearbejdning og ikke-destruktiv testning, som har nogle problemer såsom høje behandlingsomkostninger, lav detektionseffektivitet og let at blive forstyrret af mennesker. For at sikre, at turbinevinger har fremragende mekaniske egenskaber, korrosionsbestandighed og udmattelsesbestandighed, skal de derfor testes nøjagtigt og hurtigt.
1.LDM proces introduktion
Laser Direct Write (LDM) er en slags laserstråle med variabel intensitet til at implementere variabel dosiseksponering på resistmaterialet på substratoverfladen og danne den nødvendige reliefkontur på resistoverfladen efter udvikling. Dets hovedindhold omfatter: vælg det passende keramiske materiale, vælg den passende behandlingsmetode, optimer laserbehandlingsparametrene. LDM-teknologi er en metode til at bruge højeffektlaser til at skrive forskellige mønstre på keramiske materialer. Det ætsede mikrostrukturer på overfladen af keramiske materialer for at opnå kompleks morfologi, hyperspektral opløsning og digital produktmodellering, og integreret det med LDM-processen for at generere rige overfladedetaljer for at opfylde kravene til høj præcision og høj stabilitet af præcisionsudstyr såsom flymotorer. Laser direkte skrivning teknologi er et sæt af laserbehandling, ikke-destruktiv testning, billedbehandling, CAD/CAM i en af de nye fremstillingsteknologier, sammenlignet med den traditionelle proces, teknologien har følgende fordele: ① høj behandlingsnøjagtighed; ② Hurtig behandlingshastighed; ③ Høj materialeudnyttelsesgrad; ④ God overfladekvalitet; ⑤ kan være personlig tilpasning. LDM-teknologi anvender laser-direkte-skrivemetode til at skrive overfladen af keramiske materialer, og fotokemiske reaktioner forekommer i materialets indre mikrostruktur (såsom atomer, molekyler osv.) under påvirkning af laser, hvilket ændrer strukturen og egenskaberne af materialet. materiale. Der er mange måder at opnå laser-direkte skrivningsteknologi på, og der er hovedsageligt tre typer til keramiske materialer: den første type er den traditionelle metode (såsom kemisk dampaflejring, smeltende hurtig quenching, plasmaforstærket CVD osv.); For det andet avanceret teknologi (såsom 3D-print, laser direkte skrivning osv.); Den tredje er 3D-print + lasersmeltepolteknologi (såsom: 3D-print + lasersmeltepolskifteteknologi osv.). Der er tre hovedmetoder til laserselektiv smelteformningsteknologi. Den ene er at bruge laser til at denude keramiske materialer for at få dem til at have kompleks tredimensionel morfologi. Den anden er ætsning, ætsning; Den tredje er at bruge laserdirekte ætsningsmetode på overfladen af keramiske materialer til grafisk behandling. Laserenergitætheden anvendt i LDM-teknologi er høj, og der kræves en høj energitæthed for at ætse keramiske materialer. Samtidig skal laserablationsdybden styres præcist.
2. Defektdetektionsteknologi
På nuværende tidspunkt er den industrielle påvisning af bladfejl hovedsageligt røntgenmetode, ultralydmetode og røntgenperspektivmetode. Røntgenmetode, ultralydsmetode er en ikke-destruktiv testmetode, den kan detektere materialets indre defekter, røntgenperspektivmetode er en brug af røntgen- eller gammastråler udsendt af kilden for at bestråle det behandlede objekt, for at opdage de små defekter inde i materialet, men strålegennemtrængningsevnen er begrænset, kan de små defekter ikke opdages. Derfor er røntgenmetoden og ultralydsmetoden i praktiske applikationer de vigtigste detektionsmidler. Men med udviklingen af teknologien er industriel CT-detektion med mikrofokus blevet meget brugt inden for fremstilling af turbineblade på grund af dens ikke-destruktive, høje effektivitet og høje præcision.
(a) Radiografisk gennemlysning af indløbskanten
(b) Radiografisk gennemtrængning af udstødningskanten
(c) Indsugningskanten gennemlyses ved digital radiografi
2.1 Røntgenopdagelse Røntgenopdagelse er at bruge et røntgenrør til at udsende røntgenstråler på overfladen af det testede objekt, observere defekterne på overfladen af det testede objekt og derefter bruge billedoptagelse til at kvantificere og lokaliser objektet. I henhold til de forskellige penetrationsdybder kan røntgen opdeles i tre metoder: penetrationsdybde, penetrationsbredde og penetrationstykkelse. Transillumineringsmetoden bruger røntgenrør til at bestråle overfladen af det testede materiale for at detektere materialets indre defekter. På grund af begrænsningen af udstyr og teknologi er metoden vanskelig at opnå nøjagtig kvantificering af de interne defekter af komplekse strukturelle dele. Denne metode er velegnet til emnet med glat overflade og ensartet tæthed, men den kan ikke nøjagtigt lokalisere og kvantificere de komplekse interne komponenter.
2.2 Ultralydsdetektion Det grundlæggende princip for ultralydsdetektion er at bruge ultralydsdetektoren og sonden til at udsende ultralydsbølger, og sonden modtager ekkoet til positionering. Ultralydsdetektionsteknologi er meget udbredt i industrielle områder på grund af dens fordele med høj følsomhed, høj penetration, høj præcision og kontinuerlig detektion. For metalmaterialer, brug normalt lige hoved og skrå hoved to metoder, lige hoveddetektionsdybde er generelt 1 mm, skrå hoveddetektionsdybde er generelt 5 mm, i praktiske applikationer, ultralydsdetektionsenhed i henhold til de forskellige objekter, der skal måles, ved hjælp af forskellige sonder. Den termiske ledningsevne af turbinebladmateriale er høj, så sonden med god termisk ydeevne skal vælges til ultralydsdetektion. Til lav intensitet ultralydssignal, såsom stuetemperatur glaskeramisk stang, på grund af dets gode termiske egenskaber, kan fuldt ud opfylde detektionskravene. For materialer, der indeholder højdensitetsdefekter eller indeslutninger, bør der vælges en sonde med stærk penetration og høj følsomhed, og for materialer, der indeholder store defekter, kan kontinuerlig emissionsmetode og pulsreflektionsmetode bruges til at detektere. I praktisk anvendelse kan koblingsmetoden for enkelt langsgående bølge, dobbelt forskydningsbølge og langsgående bølge anvendes, og det er muligt at bruge enkelt langsgående bølgedetektion for materialer, der indeholder revner og andre defekter. På nuværende tidspunkt er ultralydstestteknologi blevet brugt meget, men på grund af dets dyre testudstyr er det ikke egnet til felttest.
2.3 Mikrofokus industriel CT-detektion Microfocus industriel CT-detektion bruger hovedsageligt røntgen- eller gammastråletransmission og refleksion i stoffet til at danne en strålestråle, og derefter modtager detektoren strålestrålebestrålingen på det detekterede objekt for at absorbere energi, omdannet til røntgen- stråler eller gammastråler, og så omdanner detektoren energien til elektriske signaler, og så kan strukturbilledet af objektet opnås efter bearbejdning. Under detektionen placeres objektet først på røntgenkilden, og derefter modtages signalet dannet af røntgenstrålen, der passerer gennem objektet, ved scanningsmetode. Når detektionsobjektet er i en ikke-gennemsigtig tilstand, vil signalet modtaget af detektoren være plettet; Speckle genereres af signalet modtaget af detektoren, når det detekterede objekt transmitteres. Når spotområdet er stort, indikerer det, at der er en stor defekt i det detekterede objekt. Når pletområdet er lille, indikerer det, at der er en lille defekt i det detekterede objekt. For at eliminere effekten af pletter på billedkvaliteten kan specielle metoder bruges til at eliminere plettereffekten og forbedre billedkvaliteten. For eksempel kan et farvefilter tilføjes foran detektoren for at eliminere pletter, desuden kan pletter undertrykkes ved at ændre detektorparametrene, og lineær scanning kan udføres for små størrelsesdefekter; Ved store størrelsesdefekter er overfladescanning mulig. Til detektering af højtryksturbinevinger bør passende testmetoder og testparametre vælges i henhold til de specifikke arbejdsforhold. Multi-beam lysdetektion anvendes normalt, og lineære array-detektorer bruges som hoveddetektionsenheden i billedoptagelsessystemet. Røntgen- og gammastråler bruges hovedsageligt til detektion i henhold til forskellige bladmaterialer.
3.Introduktion af software til defektdetektering
Dette papir introducerer en mikrofokal CT-scanningssoftware, der er egnet til detektering af højtryksturbinebladsdefekter. Softwaren udfører hovedsageligt følgende funktioner: (1) scanning af datalæsning; ② Billedmåling og analyse; ③ Automatisk detektering af defekter; ④ Datastyring; ⑤ Kvalitetskontrol; ⑥ Tredimensionel rekonstruktion. Blandt dem er læsningen af scanningsdata en meget vigtig data, som bestemmer antallet, positionen, formen, størrelsen og andre oplysninger af billedets midtpunkt. Baseret på detektionsresultaterne kan CT-scanningsresultaterne justeres efter forskellige krav. Til scanning af databehandling har softwaren fejlklassificering, defektfiltrering, fejlregistrering, fejlkorrektion, fejlrekonstruktion og andre funktioner. Tabel 1 CT-scanningsparametre.
4.LDM blade detektion test forskning
De faktiske driftsdata før og efter blanding er vist i tabel 6. Det kan ses af tabel 6, at under testbetingelser, når 100 % naturgas afbrændes, er gasturbinens udgangseffekt 179,8 MW og effektiviteten er 35,49%. Gasturbinens udgangseffekt er 169,0MW og virkningsgraden er 35,81%, hvilket grundlæggende stemmer overens med den beregnede værdi.
4.1 Sekundære bearbejdningsfejl Sekundær bearbejdning refererer til klingereparation, slibning, polering og andre bearbejdningsprocesser, i den sekundære bearbejdningsproces kan følgende problemer forekomme: (1) overfladeruhed er ikke op til standarden: i poleringsprocessen vil poleringsudstyr producere en vis støj, så overfladeruheden efter polering ikke kan opfylde kravene. For at eliminere denne form for støj bruger producenter generelt ultralyd, elektrolyse og andre metoder til at fjerne det, ultralyd, elektrolyse kan fjerne overfladens ruhed, men ultralyd er mere modtagelig for påvirkningen af støv eller olie på overfladen af bladet, Derfor, uanset om det er ultralyd eller elektrolyse, er det ikke egnet til at fjerne overfladeruheden af bladet. I den faktiske produktion, når bladets overfladeruhed ikke opfylder kravene, kan slibning anvendes. Selvom fejlene effektivt kan elimineres, er sekundær bearbejdning stadig nødvendig efter slibning. (2) Ukvalificeret overfladekvalitet: I produktionsprocessen af højtryksturbineblade, hvis overfladekvaliteten af vingerne ikke opfylder standarden, kan der træffes foranstaltninger som polering og polering for at løse problemet. Selvom denne metode kan eliminere defekter, reducerer den knivenes ydeevne. For at forbedre dens ydeevne polerer og polerer producenter det ofte mange gange i produktionsprocessen, men ved slibning og polering er det let at producere sekundære bearbejdningsfejl.
4.2 Materiale lagdeling I fremstillingsprocessen af højtryks turbinevinger, på grund af misforhold mellem procesparametre, kommer et eller flere råmaterialer eller urenheder ind i vingerne, hvilket resulterer i materiale lagdeling. I selve testen kan højtryksturbinebladet med delamineringsfejl placeres på prøveskiven, og prøveskiven kan sammenlignes med den almindelige prøveskive for at finde materialets delamineringsfejl. Hvis der er et problem under positioneringsprocessen, er yderligere inspektion nødvendig for at bestemme dens specifikke placering, for at bestemme den specifikke type defekt.
4.3 Porøsitets- og Slaginklusionsdefekter såsom porøsitet og slaggeinklusion er almindelige kvalitetsproblemer ved produktion af højtryksturbinevinger. Porøsitetsfejl er hovedårsagen til faldende materialestyrke, hvilket har en vigtig indflydelse på ydeevnen af højtryksturbineblade. I den faktiske produktion er defekter ofte karakteriseret ved små bobler indeni. Sammenlignet med andre faste stoffer er boblens størrelse meget lille sammenlignet med andre faste stoffer, når boblens indre væg udsættes for stor belastning, vil der opstå revner, desuden er boblens indre væg relativt svag, let at briste under påvirkning af ekstern stress. Der er nogle varmeoverførselsproblemer ved bearbejdning af højtryksturbinevinger, som vil forårsage forbrændingsfænomen til en vis grad. Hvis ablationsdelen ikke fjernes i tide, kan der dannes indeslutninger. Slaggeinklusion er en almindelig form for indeslutninger, og slaggeinklusionsdefekter er mere alvorlige end porøsitetsdefekter, som ikke kun alvorligt påvirker driftsydelsen og levetiden for højtryksturbineblade, men også kan føre til vingestyrkefald eller endda svigt. I den faktiske produktion, hvis slaggeinkluderingsområdet af højtryksturbineblade ikke er stort, kan den konventionelle industrielle CT-metode bruges til at detektere det; hvis slaggeområdet er stort, eller der er åbenlyse defekter, skal mikrokoks industrielle CT anvendes til at detektere og analysere. I processen med mikrofokus industriel CT-detektion, for at forhindre billedsløring, kan billedet forbehandles og segmenteres for at opnå klar og præcis defektinformation.
Sammenfattende, med den kontinuerlige udvikling af flymotorteknologi bliver kvalitetsdetektion af højtryksturbineblade mere og mere vigtigt. Dette papir introducerer adskillige almindelige teknologier til detektering af højtryksturbinebladedefekter. I praktiske applikationer er forskellige defektdetektionsteknologier forskellige. Ved anvendelse af forskellige defektdetekteringsteknologier er det nødvendigt at vælge og kombinere dem i henhold til knivenes specifikke forhold. Udviklingen af højtryksteknologi til detektering af vingevinger står stadig over for mange udfordringer og vanskeligheder. I fremtiden skal udstyrsnøjagtighed, databehandlingsevne og algoritmeydelse forbedres yderligere for bedre at kunne opfylde kravene til detektering af defekter ved højtryksturbineblade.
