Præcisionsreparation af gasturbines enkeltkrystalblade: Nøglen til forbedret ydeevne og pålidelighed
Fremskridt inden for turbinevingeteknologi har øget prisen på nye komponenter. Prisen for et enkelt krystalblad er to til tre gange så meget som et konventionelt støbt blad af lignende størrelse og kompleksitet. De høje omkostninger ved en enkelt krystalkomponent kan tilskynde ejeren til at maksimere komponentens levetid.
Som en løsning til at reducere omkostningerne ved at udskifte komponenter har vores virksomhed skabt processer designet til at forlænge komponenternes levetid. En sådan proces er fuld opløsning regenerativ varmebehandling (FSR). FSR genopretter legeringens mikrostruktur og mekaniske egenskaber til en ny tilstand. Hovedproblemet ved varmebehandling af enkeltkrystallegering FSR er dannelsen af omkrystalliserede korn på overfladen med resterende spænding. Dette er en risiko i betragtning af det lave indhold af korngrænseforstærkende legeringsadditiver i enkeltkrystallegeringer. Omkrystallisation og/eller omstrejfende korn i enkeltkrystallegeringer resulterer i reduceret udmattelseslevetid og spændingsbrudstyrke ved høje temperaturer. Som følge heraf bliver de inspiceret af den oprindelige producent og afvist. Dette er en af faktorerne for prisstigningen på enkeltkrystalstøbegods!
Vores virksomhed gennemførte en forsøgsreparation for yderligere at evaluere gennemførligheden af FSR varmebehandling af enkeltkrystal turbinevinger, hvor det var afgørende at sikre, at de kritiske overflader på vingerne ikke undergik plastisk deformation for at undgå efterfølgende omkrystallisation. Derudover er det nødvendigt at bruge effektive ikke-destruktive testmetoder til at kontrollere omkrystallisationen af kritiske overflader. Demonstrationsreparation og destruktiv analyse blev udført ved hjælp af en pensioneret Siemens SGT-100 HP turbinevinge bestående af CMSX-4 enkeltkrystallegering, som vist i figur 2. Vingerne var i drift i 28,{{5} } timer. Efter én reparation virkede den i yderligere 12,000 timer. Samlet servicetid er 36,000 timer, og OEM giver operatøren besked om, at delen er udløbet!
En repræsentativ klinge i gruppen blev udsat for en destruktiv inspektion i "når modtaget" tilstand for at etablere en basislinje for metallurgiske forhold. De resterende fem klinger trænger til reparation, herunder:
Fjernelse af belægning
Størrelses- og penetrationsdetektion
Fuld opløsning foryngende varmebehandling
Udskift ekstern platina-aluminatbelægning
En repræsentativ klinge i gruppen blev udsat for en destruktiv inspektion i "når modtaget" tilstand for at etablere en basislinje for metallurgiske forhold. De resterende fem klinger trænger til reparation, herunder:
Scanningelektronmikroskopi af basislegeringer (gammaform)
Spændingsfrakturtest af mikropladeprøver taget fra bæreblade
Mikroskopisk undersøgelse af indvendige og udvendige overflader.
Den ydre overflade af bærefladen indeholder en aluminiseret platinbelægning, som vist i figur. Selvom belægningen var delvist opbrugt, gav den effektiv beskyttelse til tidligere serviceintervaller, da der ikke blev observeret skade på den underliggende basislegering.
Indvendig bæreflade overflade ubelagt, figur 3 til højre. Let oxidation af basislegeringen blev observeret på den indre overflade med en indtrængningsdybde på<25 microns (0.001 in).
Efter at belægningen er fjernet, kontrolleres bladene for overfladeeksponerede revner eller defekter ved fluorescerende penetrationstest (FPI). Ingen tegn blev fundet.
Undersøgelsen viste, at disse blade var gode genstande til reparation. Ultralydsteknologi bruges til at måle vægtykkelsen.
Efter FSR-varmebehandling blev de omkrystalliserede korn i vingernes nøgleområder ikke-destruktivt undersøgt ved kemisk ætsning. I fire af de fem blade vises omkrystalliserede korn i nøgleområder (eksempel vist i figur 4).
Destruktiv inspektion bekræftede, at omkrystallisationsdybden af mindst én vinge overskred den anvendelige grænse (ikke alle omkrystallisationsområder blev ødelagt).
Baseret på dette fund blev yderligere 12 udtjente blade indsendt til yderligere analyse. Gruppen består af syv knive fra den samme indledende testgruppe på seks knive og fem knive fra forskellige vingegrupper. Alle klinger blev repareret, inklusive belægningsfjernelse og en FSR-varmebehandlingsproces, efterfulgt af en makroskopisk ætsningsinspektion af de omkrystalliserede korn.
Alle bladene havde i begyndelsen nogle omkrystalliserede korn i varierende grad i nøgleregionerne. Vingen gennemgår en cyklus med mekanisk fjernelse af korn og geninspektion, indtil de omkrystalliserede korn er elimineret fra alle kritiske områder. Til sidst blev der udført en destruktiv inspektion af de otte vinger (fem i en gruppe på syv og tre i en gruppe på fem) for at verificere inspektionsresultaterne og vurdere den resterende vægtykkelse. Alle syv vinger i den første gruppe viste sig at være inden for vedligeholdelsesgrænserne, og fire femtedele af vingerne i den anden gruppe blev fundet at være inden for vedligeholdelsesgrænserne.
