Analyse av defektdeteksjonsteknologi for høytrykksturbinblad for flymotorer
Turbinblad er en nøkkelkomponent i flymotorer, og behandlingen er komplisert, noe som krever inspeksjon av svært høy kvalitet. Laser direkte skriving (LDM) brukes til å produsere innenlandske høytrykksturbinblader. Den har egenskapene til høy presisjon, høy tetthet og høy spektral oppløsning, og kan brukes til 3D-måling, ikke-destruktiv testing og 3D-rekonstruksjon av 3D-produkter. Med bruk av laser direkteskrivingsteknologi i innenlandske høytrykksturbinbladprodusenter, har høytrykksturbinblader oppnådd masseproduksjon. Denne artikkelen introduserer laser-direkteskrivingsformingsprosessen og defektdeteksjonsteknologien til innenlandske høytrykksturbinblader, og analyserer defektdeteksjonsmetoden og programvaren.
Med den raske utviklingen av flymotorteknologi, stiller flymotoren høyere krav til bladkvalitet. Turbinbladstyrke, utmattelseslevetid og overflatemassekompleksitet er viktige indikatorer for å måle ytelsen. På grunn av den komplekse produksjonsprosessen til høytrykksturbinblader, produseres de fleste bladene ved laser-direkteskriving. Laser-direkteskrivingsteknologi bruker en høyeffekts halvlederlaser for å kontinuerlig bestråle laseren i området som skal behandles, slik at den danner en jevn fordeling av laserstråler i området som skal behandles. De tradisjonelle testmetodene inkluderer maskinering og ikke-destruktiv testing, som har noen problemer som høye prosesseringskostnader, lav deteksjonseffektivitet og lett å bli forstyrret av mennesker. Derfor, for å sikre at turbinbladene har utmerkede mekaniske egenskaper, korrosjonsmotstand og tretthetsmotstand, må de testes nøyaktig og raskt.
1. LDM prosessintroduksjon
Laser direkte skriving (LDM) er en slags laserstråle med variabel intensitet for å implementere variabel doseeksponering på resistmaterialet på substratoverflaten, og danner den nødvendige relieffkonturen på resistoverflaten etter utvikling. Hovedinnholdet inkluderer: velg riktig keramisk materiale, velg riktig behandlingsmetode, optimaliser laserbehandlingsparameterne. LDM-teknologi er en metode for å bruke høyeffektlaser for å skrive forskjellige mønstre på keramiske materialer. Den etset mikrostrukturer på overflaten av keramiske materialer for å oppnå kompleks morfologi, hyperspektral oppløsning og digital produktmodellering, og integrert den med LDM-prosessen for å generere rike overflatedetaljer for å møte kravene til høy presisjon og høy stabilitet til presisjonsutstyr som flymotorer. Laser direkte skriving teknologi er et sett med laserbehandling, ikke-destruktiv testing, bildebehandling, CAD/CAM i en av de nye produksjonsteknologiene, sammenlignet med den tradisjonelle prosessen, har teknologien følgende fordeler: ① høy prosesseringsnøyaktighet; ② Rask behandlingshastighet; ③ Høy materialutnyttelsesgrad; ④ God overflatekvalitet; ⑤ kan tilpasses personlig tilpasning. LDM-teknologi bruker laser-direkte skrivemetode for å skrive overflaten til keramiske materialer, og fotokjemiske reaksjoner oppstår i materialets indre mikrostruktur (som atomer, molekyler, etc.) under påvirkning av laser, og endrer dermed strukturen og egenskapene til materialet. materiale. Det er mange måter å oppnå laser-direkteskrivingsteknologi på, og det er hovedsakelig tre typer for keramiske materialer: den første typen er den tradisjonelle metoden (som kjemisk dampavsetning, smeltende hurtig quenching, plasmaforsterket CVD, etc.); For det andre avansert teknologi (som 3D-utskrift, laser direkteskriving, etc.); Den tredje er 3D-utskrift + lasersmeltepolteknologi (som: 3D-utskrift + lasersmeltepolskifteteknologi, etc.). Det er tre hovedmetoder for laserselektiv smelteformingsteknologi. Den ene er å bruke laser for å denude keramiske materialer for å få dem til å ha kompleks tredimensjonal morfologi. Det andre er etsing, etsning; Den tredje er å bruke laserdirekte-etsemetode på overflaten av keramiske materialer for grafisk behandling. Laserenergitettheten som brukes i LDM-teknologi er høy, og det kreves høy energitetthet for å etse keramiske materialer. Samtidig må laserablasjonsdybden kontrolleres nøyaktig.
2. Defektdeteksjonsteknologi
For tiden er industriell påvisning av bladdefekter hovedsakelig røntgenmetode, ultralydmetode og røntgenperspektivmetode. Røntgenmetode, ultralydmetode er en ikke-destruktiv testmetode, den kan oppdage interne defekter i materialet, røntgenperspektivmetode er bruk av røntgen- eller gammastråler som sendes ut av kilden for å bestråle det behandlede objektet, for å oppdage de små defektene inne i materialet, men strålepenetrasjonsevnen er begrenset, kan ikke oppdage de små defektene. Derfor, i praktiske applikasjoner, er røntgenmetoden og ultralydmetoden de viktigste deteksjonsmidlene. Med utviklingen av teknologi har imidlertid industriell CT-deteksjon med mikrofokus blitt mye brukt innen turbinbladproduksjon på grunn av dens ikke-destruktive, høye effektivitet og høye presisjon.
(a) Radiografisk gjennomlysning av innløpskanten
(b) Radiografisk penetrasjon av eksoskanten
(c) Inntakskanten gjennomlyses av digital radiografi
2.1 Røntgendeteksjon Røntgendeteksjon er å bruke et røntgenrør for å sende ut røntgenstråler på overflaten av objektet som testes, observere defektene på overflaten av objektet som testes, og deretter bruke bildeopptak for å kvantifisere og finn objektet. I henhold til de forskjellige penetrasjonsdybdene kan røntgen deles inn i tre metoder: penetreringsdybde, penetrasjonsbredde og penetrasjonstykkelse. Transillumineringsmetoden bruker røntgenrør for å bestråle overflaten av det testede materialet for å oppdage de indre defektene til materialet. På grunn av begrensningen av utstyr og teknologi, er metoden vanskelig å oppnå nøyaktig kvantifisering av de interne defektene til komplekse strukturelle deler. Denne metoden er egnet for arbeidsstykket med jevn overflate og jevn tetthet, men den kan ikke nøyaktig lokalisere og kvantifisere de komplekse interne komponentene.
2.2 Ultralyddeteksjon Grunnprinsippet for ultralyddeteksjon er å bruke ultralyddetektoren og sonden til å sende ut ultralydbølger, og sonden mottar ekkoet for posisjonering. Ultralyddeteksjonsteknologi er mye brukt i industrielle felt på grunn av fordelene med høy følsomhet, høy penetrasjon, høy presisjon og kontinuerlig deteksjon. For metallmaterialer, bruk vanligvis rett hode og skrå hode to metoder, rett hodedeteksjonsdybde er vanligvis 1 mm, skråhodedeteksjonsdybde er vanligvis 5 mm, i praktiske applikasjoner, ultralyddeteksjonsenhet i henhold til de forskjellige objektene som skal måles, ved hjelp av forskjellige sonder. Den termiske ledningsevnen til turbinbladmaterialet er høy, så sonden med god termisk ytelse må velges for ultralyddeteksjon. For lavintensitets ultralydsignaler, for eksempel romtemperatur glasskeramisk stang, kan på grunn av sine gode termiske egenskaper fullt ut oppfylle deteksjonskravene. For materialer som inneholder defekter eller inneslutninger med høy tetthet, bør en sonde med sterk penetrasjon og høy følsomhet velges, og for materialer som inneholder store defekter kan kontinuerlig emisjonsmetode og pulsrefleksjonsmetode brukes for å detektere. I praktisk anvendelse kan koblingsmetoden for enkel langsgående bølge, dobbel skjærbølge og langsgående bølge brukes, og det er mulig å bruke enkelt langsgående bølgedeteksjon for materialer som inneholder sprekker og andre defekter. For tiden har ultralydtestingsteknologi blitt mye brukt, men på grunn av det dyre testutstyret er det ikke egnet for felttesting.
2.3 Mikrofokus industriell CT-deteksjon Microfocus industriell CT-deteksjon bruker hovedsakelig røntgen- eller gammastråleoverføring og refleksjon i stoffet for å danne en strålestråle, og deretter mottar detektoren strålestrålebestrålingen på det detekterte objektet for å absorbere energi, omdannet til røntgen- stråler eller gammastråler, og så konverterer detektoren energien til elektriske signaler, og deretter kan strukturbildet av objektet fås etter prosessering. Under deteksjonen plasseres objektet først på røntgenkilden, og deretter mottas signalet som dannes av røntgenstrålen som passerer gjennom objektet ved skannemetode. Når deteksjonsobjektet er i en ikke-gjennomsiktig tilstand, vil signalet som mottas av detektoren være flekkete; Flekk genereres av signalet som mottas av detektoren når det detekterte objektet sendes. Når punktområdet er stort, indikerer det at det er en stor defekt i det oppdagede objektet. Når punktområdet er lite, indikerer det at det er en liten defekt i det oppdagede objektet. For å eliminere effekten av flekk på bildekvaliteten, kan spesielle metoder brukes for å eliminere flekkeffekten og forbedre bildekvaliteten. For eksempel kan et fargefilter legges til foran detektoren for å eliminere flekker, i tillegg kan flekker undertrykkes ved å endre detektorparametrene, og lineær skanning kan utføres for små defekter; For store defekter er overflateskanning mulig. For påvisning av høytrykksturbinblader bør passende testmetoder og testparametere velges i henhold til de spesifikke arbeidsforholdene. Multi-beam lysdeteksjon brukes vanligvis, og lineære array-detektorer brukes som hoveddeteksjonsenheten i bildeopptakssystemet. Røntgen- og gammastråler brukes hovedsakelig til deteksjon i henhold til forskjellige bladmaterialer.
3.Introduksjon av programvare for defektdeteksjon
Denne artikkelen introduserer en mikrofokal CT-skanningsprogramvare som er egnet for høytrykksturbinbladdefektdeteksjon. Programvaren utfører hovedsakelig følgende funksjoner: (1) skanne datalesing; ② Bildemåling og analyse; ③ Automatisk oppdagelse av defekter; ④ Databehandling; ⑤ Kvalitetskontroll; ⑥ Tredimensjonal rekonstruksjon. Blant dem er lesing av skannedata en svært viktig data, som bestemmer antall, posisjon, form, størrelse og annen informasjon til bildets midtpunkt. Basert på deteksjonsresultatene kan CT-skanningsresultatene justeres i henhold til ulike krav. For skanning av databehandling har programvaren defektklassifisering, defektfiltrering, feilregistrering, feilretting, feilrekonstruksjon og andre funksjoner. Tabell 1 CT-skanningsparametere.
4.LDM bladdeteksjon test forskning
De faktiske driftsdataene før og etter blanding er vist i tabell 6. Det kan sees fra tabell 6 at under testforhold, når 100 % naturgass brennes, er utgangseffekten til gassturbinen 179,8 MW og effektiviteten er 35,49 %. Utgangseffekten til gassturbinen er 169,0 MW og virkningsgraden er 35,81 %, noe som i utgangspunktet stemmer overens med den beregnede verdien.
4.1 Sekundære prosesseringsfeil Sekundær prosessering refererer til bladreparasjon, sliping, polering og andre prosesseringsprosesser, i den sekundære prosesseringsprosessen kan følgende problemer vises: (1) overflateruhet er ikke opp til standarden: i poleringsprosessen vil poleringsutstyr produsere en viss støy, slik at overflateruheten etter polering ikke kan oppfylle kravene. For å eliminere denne typen støy, bruker produsenter generelt ultralyd, elektrolyse og andre metoder for å fjerne den, ultralyd, elektrolyse kan fjerne overflateruheten, men ultralyd er mer utsatt for påvirkning av støv eller olje på overflaten av bladet, Derfor, enten ultralyd eller elektrolyse, er ikke egnet for å fjerne overflateruheten til bladet. I faktisk produksjon, når overflateruheten til bladet ikke oppfyller kravene, kan sliping brukes. Selv om feilene effektivt kan elimineres, er det fortsatt behov for sekundær behandling etter sliping. (2) Ukvalifisert overflatekvalitet: I produksjonsprosessen av høytrykksturbinblader, hvis overflatekvaliteten til bladene ikke oppfyller standarden, kan tiltak som polering og polering tas for å løse problemet. Selv om denne metoden kan eliminere defekter, reduserer den ytelsen til bladene. For å forbedre ytelsen polerer og polerer produsentene den ofte mange ganger i produksjonsprosessen, men ved sliping og polering er det lett å produsere sekundære bearbeidingsfeil.
4.2 Materiallagdeling I produksjonsprosessen av høytrykksturbinblader, på grunn av misforhold mellom prosessparametere, kommer ett eller flere råmaterialer eller urenheter inn i bladene, noe som resulterer i materialstratifisering. I selve testen kan høytrykksturbinbladet med delamineringsdefekter plasseres på prøveskiven, og prøveskiven kan sammenlignes med den ordinære prøveskiven for å finne delamineringsdefektene til materialet. Hvis det er et problem under posisjoneringsprosessen, er ytterligere inspeksjon nødvendig for å bestemme dens spesifikke plassering, for å bestemme den spesifikke typen defekt.
4.3 Porøsitets- og slagginkluderingsdefekter som porøsitet og slagginklusjon er vanlige kvalitetsproblemer ved produksjon av høytrykksturbinblader. Porøsitetsfeil er hovedårsaken til materialstyrkenedgang, som har en viktig innvirkning på ytelsen til høytrykksturbinblader. I selve produksjonen er defekter ofte preget av små bobler inni. Sammenlignet med andre faste stoffer er størrelsen på boblen veldig liten sammenlignet med andre faste stoffer, når den indre veggen av boblen utsettes for stor spenning, vil det oppstå sprekker, i tillegg er boblens indre vegg relativt svak, lett å sprekke under påvirkning av ytre stress. Det er noen varmeoverføringsproblemer ved prosessering av høytrykksturbinblader, som til en viss grad vil forårsake brennende fenomen. Hvis ablasjonsdelen ikke fjernes i tide, kan det dannes inneslutninger. Slagginkludering er en vanlig form for inneslutninger, og slagginklusjonsdefekter er mer alvorlige enn porøsitetsdefekter, som ikke bare alvorlig påvirker ytelsen og levetiden til høytrykksturbinblader, men også kan føre til redusert bladstyrke eller til og med svikt. I faktisk produksjon, hvis slagg-inkluderingsområdet til høytrykksturbinblader ikke er stort, kan den konvensjonelle industrielle CT-metoden brukes til å oppdage det; hvis slaggområdet er stort eller det er åpenbare defekter, bør mikrokoks industriell CT brukes til å oppdage og analysere. I prosessen med industriell CT-deteksjon med mikrofokus, for å forhindre uskarphet, kan bildet forhåndsbehandles og segmenteres for å oppnå klar og nøyaktig feilinformasjon.
Oppsummert, med den kontinuerlige utviklingen av flymotorteknologi, blir kvalitetsdeteksjon av høytrykksturbinblader mer og mer viktig. Denne artikkelen introduserer flere vanlige høytrykksturbinbladdefektdeteksjonsteknologier. I praktiske applikasjoner er forskjellige defektdeteksjonsteknologier forskjellige. Når du bruker forskjellige defektdeteksjonsteknologier, er det nødvendig å velge og kombinere dem i henhold til de spesifikke forholdene til bladene. Utviklingen av høytrykksturbinbladdefektdeteksjonsteknologi står fortsatt overfor mange utfordringer og vanskeligheter. I fremtiden må utstyrsnøyaktigheten, databehandlingsevnen og algoritmeytelsen forbedres ytterligere for å bedre møte kravene til høytrykksturbinbladdefekter på flymotorer.
