Анализ на технологията за откриване на дефекти на турбинна лопатка с високо налягане на авиационен двигател
Турбинната лопатка е ключов компонент на авиационния двигател и нейната обработка е сложна, което изисква много висококачествена проверка. Лазерно директно писане (LDM) се използва за производство на домашни турбинни лопатки с високо налягане. Той има характеристиките на висока прецизност, висока плътност и висока спектрална разделителна способност и може да се използва за 3D измерване, безразрушителен тест и 3D реконструкция на 3D продукти. С прилагането на лазерна технология за директно писане в местните производители на турбинни лопатки за високо налягане, турбинните лопатки за високо налягане са постигнали масово производство. Този документ въвежда процеса на формиране с лазерно директно писане и технологията за откриване на дефекти на битови турбинни лопатки с високо налягане и анализира метода и софтуера за откриване на дефекти.
С бързото развитие на технологията на авиационните двигатели, авиационните двигатели поставят по-високи изисквания към качеството на острието. Силата на лопатката на турбината, издръжливостта на умора и сложността на повърхностната маса са важни показатели за измерване на нейната ефективност. Поради сложния производствен процес на турбинни лопатки с високо налягане, повечето от лопатките се произвеждат чрез лазерно директно писане. Технологията за лазерно директно писане използва полупроводников лазер с висока мощност за непрекъснато облъчване на лазера в областта, която ще се обработва, така че да формира равномерно разпределение на лазерните лъчи в областта, която ще се обработва. Традиционните методи за тестване включват механична обработка и безразрушителен тест, които имат някои проблеми като висока цена на обработка, ниска ефективност на откриване и лесно да бъдат смущавани от хора. Следователно, за да се гарантира, че турбинните лопатки имат отлични механични свойства, устойчивост на корозия и устойчивост на умора, те трябва да бъдат тествани точно и бързо.
1.LDM процес въвеждане
Лазерно директно писане (LDM) е вид лазерен лъч с променлив интензитет за прилагане на експозиция с променлива доза върху съпротивителния материал върху повърхността на субстрата и оформяне на необходимия релефен контур върху повърхността на съпротивлението след проявяване. Основното му съдържание включва: избор на подходящия керамичен материал, избор на подходящ метод на обработка, оптимизиране на параметрите на лазерна обработка. LDM технологията е метод за използване на високомощен лазер за писане на различни шарки върху керамични материали. Той гравира микроструктури върху повърхността на керамични материали, за да постигне сложна морфология, хиперспектрална разделителна способност и цифрово моделиране на продукта, и го интегрира с LDM процес, за да генерира богати детайли на повърхността, за да отговори на изискванията за висока прецизност и висока стабилност на прецизно оборудване като самолетни двигатели. Технологията за лазерно директно писане е набор от лазерна обработка, безразрушителен тест, обработка на изображения, CAD/CAM в една от новите производствени технологии, в сравнение с традиционния процес, технологията има следните предимства: ① висока точност на обработка; ② Бърза скорост на обработка; ③ Висока степен на използване на материала; ④ Добро качество на повърхността; ⑤ може да бъде персонализирано персонализиране. Технологията LDM използва лазерен метод за директно писане за писане на повърхността на керамични материали и фотохимични реакции протичат във вътрешната микроструктура на материала (като атоми, молекули и т.н.) под действието на лазера, като по този начин променят структурата и свойствата на материал. Има много начини за постигане на лазерна технология за директно писане и има основно три вида за керамични материали: първият тип е традиционният метод (като химическо отлагане на пари, бързо охлаждане на топене, плазмено подобрено CVD и др.); Второ, усъвършенствана технология (като 3D принтиране, лазерно директно писане и др.); Третият е 3D печат + технология за лазерно топене на полюсите (като: 3D печат + технология за лазерно топене за смяна на полюсите и др.). Има три основни метода на технологията за формоване с лазерно селективно топене. Единият е да се използва лазер за оголване на керамични материали, за да имат сложна триизмерна морфология. Второто е офорт, офорт; Третият е използването на лазерен метод за директно ецване върху повърхността на керамични материали за графична обработка. Лазерната енергийна плътност, използвана в LDM технологията, е висока и е необходима висока енергийна плътност за ецване на керамични материали. В същото време дълбочината на лазерна аблация трябва да се контролира прецизно.
2. Технология за откриване на дефекти
Понастоящем промишленото откриване на дефекти на острието е предимно рентгенов метод, ултразвуков метод и метод с рентгенова перспектива. Рентгенов метод, ултразвуковият метод е метод за безразрушителен тест, той може да открие вътрешните дефекти на материала, методът на рентгенова перспектива е използване на рентгенови или гама лъчи, излъчвани от източника за облъчване на обработвания обект, така че да се открият малките дефекти вътре в материала, но способността за проникване на лъча е ограничена, не може да открие малките дефекти. Следователно в практическите приложения рентгеновият метод и ултразвуковият метод са основните средства за откриване. Въпреки това, с развитието на технологията, промишленото CT откриване с микрофокус се използва широко в областта на производството на турбинни лопатки поради своята неразрушителна, висока ефективност и висока прецизност.
( а ) Радиографско трансилюминиране на входния ръб
(b) Радиографско проникване на изпускателния ръб
(c) Входящият ръб се осветява чрез цифрова радиография
2.1 Откриване на рентгенови лъчи Откриването на рентгенови лъчи е да се използва рентгенова тръба за излъчване на рентгенови лъчи върху повърхността на тествания обект, да се наблюдават дефектите на повърхността на тествания обект и след това да се използва запис на изображение за количествено определяне и намерете обекта. Според различната дълбочина на проникване рентгеновите лъчи могат да бъдат разделени на три метода: дълбочина на проникване, ширина на проникване и дебелина на проникване. Методът на трансилюминация използва рентгенова тръба за облъчване на повърхността на изпитвания материал, за да открие вътрешните дефекти на материала. Поради ограничението на оборудването и технологията, с метода е трудно да се постигне точно количествено определяне на вътрешните дефекти на сложни структурни части. Този метод е подходящ за детайл с гладка повърхност и равномерна плътност, но не може точно да локализира и количествено определи сложните вътрешни компоненти.
2.2 Ултразвуково откриване Основният принцип на ултразвуковото откриване е използването на ултразвуков детектор и сонда за излъчване на ултразвукови вълни, а сондата получава ехото за позициониране. Ултразвуковата технология за откриване се използва широко в индустриалните области поради своите предимства на висока чувствителност, високо проникване, висока точност и непрекъснато откриване. За метални материали обикновено използвайте два метода с права глава и наклонена глава, дълбочината на откриване на права глава обикновено е 1 mm, дълбочина на откриване на наклонена глава обикновено е 5 mm, в практически приложения, ултразвуково устройство за откриване според различните обекти за измерване, като се използват различни сонди. Топлинната проводимост на материала на лопатката на турбината е висока, така че за ултразвуково откриване трябва да се избере сонда с добри топлинни характеристики. За ултразвуков сигнал с нисък интензитет, като стъклена керамична пръчка при стайна температура, поради добрите си термични свойства, може напълно да отговори на изискванията за откриване. За материали, съдържащи дефекти или включвания с висока плътност, трябва да се избере сонда със силно проникване и висока чувствителност, а за материали, съдържащи дефекти с голям размер, за откриване могат да се използват метод на непрекъснато излъчване и метод на импулсно отражение. В практическото приложение може да се използва методът на свързване на единична надлъжна вълна, двойна срязваща вълна и надлъжна вълна и е възможно да се използва откриване на единична надлъжна вълна за материали, съдържащи пукнатини и други дефекти. Понастоящем ултразвуковата технология за тестване е широко използвана, но поради скъпото си оборудване за тестване, тя не е подходяща за полеви тестове.
2.3 Микрофокусно промишлено КТ откриване Микрофокусното промишлено КТ откриване използва основно предаване на рентгенови или гама лъчи и отражение в веществото, за да образува лъчев лъч, след което детекторът получава облъчването на лъчевия лъч върху открития обект, за да абсорбира енергия, преобразувана в рентгенова лъчи или гама лъчи и след това детекторът преобразува енергията в електрически сигнали и след това структурното изображение на обекта може да бъде получено след обработка. По време на детекцията обектът първо се поставя върху източника на рентгенови лъчи и след това сигналът, образуван от преминаващия през обекта рентгенов лъч, се приема чрез сканиращ метод. Когато обектът на детекция е в непрозрачно състояние, сигналът, получен от детектора, ще бъде петнист; Спекъл се генерира от сигнала, получен от детектора, когато откритият обект се предава. Когато площта на петното е голяма, това показва, че има голям дефект в открития обект. Когато площта на петното е малка, това показва, че има малък дефект в открития обект. За да се елиминира ефектът на петна върху качеството на изображението, могат да се използват специални методи за премахване на ефекта на петната и подобряване на качеството на изображението. Например, може да се добави цветен филтър пред детектора, за да се елиминират петна, освен това петната могат да бъдат потиснати чрез промяна на параметрите на детектора и може да се извърши линейно сканиране за дефекти с малък размер; За големи дефекти е възможно повърхностно сканиране. За откриване на турбинни лопатки с високо налягане трябва да се изберат подходящи методи за изпитване и параметри на изпитване в съответствие със специфичните работни условия. Обикновено се приема многолъчева светлинна детекция, а детекторите с линейна решетка се използват като основна единица за детекция в системата за получаване на изображения. Рентгеновите и гама лъчите се използват главно за откриване според различни материали на острието.
3. Представяне на софтуера за откриване на дефекти
Този документ въвежда софтуер за микрофокално CT сканиране, подходящ за откриване на дефекти на турбинни лопатки с високо налягане. Софтуерът изпълнява основно следните функции: (1) четене на сканирани данни; ② Измерване и анализ на изображението; ③ Автоматично откриване на дефекти; ④ Управление на данни; ⑤ Контрол на качеството; ⑥ Триизмерна реконструкция. Сред тях четенето на сканирани данни е много важна информация, която определя броя, позицията, формата, размера и друга информация за средната точка на изображението. Въз основа на резултатите от откриването, резултатите от компютърната томография могат да бъдат коригирани според различни изисквания. За обработка на сканирани данни софтуерът има класификация на дефекти, филтриране на дефекти, регистрация на дефекти, коригиране на дефекти, реконструкция на дефекти и други функции. Таблица 1 Параметри на компютърна томография.
4. LDM тест за откриване на ножове
Действителните работни данни преди и след смесване са показани в таблица 6. От таблица 6 може да се види, че при условия на изпитване, когато се изгаря 100% природен газ, изходната мощност на газовата турбина е 179,8MW и ефективността е 35,49%. Изходната мощност на газовата турбина е 169,0 MW, а коефициентът на полезно действие е 35,81%, което в общи линии съответства на изчислената стойност.
4.1 Дефекти при вторична обработка Вторичната обработка се отнася до процесите на ремонт на острието, шлайфане, полиране и други процеси на обработка, в процеса на вторична обработка може да възникнат следните проблеми: (1) грапавостта на повърхността не отговаря на стандартите: в процеса на полиране оборудването за полиране ще произведе определен шум, така че грапавостта на повърхността след полиране не може да отговори на изискванията. За да премахнат този вид шум, производителите обикновено използват ултразвукови, електролизни и други методи за отстраняването му, ултразвуковата електролиза може да премахне грапавостта на повърхността, но ултразвуковият е по-податлив на въздействието на прах или масло върху повърхността на острието, следователно, независимо дали са ултразвукови или електролиза, не са подходящи за отстраняване на повърхностната грапавост на острието. При реално производство, когато повърхностната грапавост на острието не отговаря на изискванията, може да се използва шлайфане. Въпреки че дефектите могат да бъдат ефективно отстранени, все още е необходима вторична обработка след смилането. (2) Неквалифицирано качество на повърхността: В производствения процес на турбинни лопатки с високо налягане, ако качеството на повърхността на лопатките не отговаря на стандарта, могат да се предприемат мерки като полиране и полиране за решаване на проблема. Въпреки че този метод може да елиминира дефектите, той намалява производителността на остриетата. За да подобрят производителността му, производителите често го полират и полират много пъти в производствения процес, но при шлайфане и полиране е лесно да се произведат вторични дефекти при обработката.
4.2 Стратификация на материала В производствения процес на турбинни лопатки за високо налягане, поради несъответствие на параметрите на процеса, една или повече суровини или примеси навлизат във вътрешността на лопатките, което води до стратификация на материала. При действителния тест лопатката на турбината с високо налягане с дефекти на разслояване може да бъде поставена върху диска за проба и дискът за проба може да се сравни с обикновения диск за проба, за да се намерят дефектите на разслояване на материала. Ако има проблем по време на процеса на позициониране, е необходима допълнителна проверка, за да се определи конкретното му местоположение, така че да се определи конкретният тип дефект.
4.3 Дефекти на порьозността и включването на шлака като порьозност и включването на шлака са често срещани проблеми с качеството при производството на турбинни лопатки с високо налягане. Дефектът на порьозността е основната причина за намаляване на якостта на материала, което оказва важно влияние върху работата на турбинните лопатки с високо налягане. В действителното производство дефектите често се характеризират с малки мехурчета вътре. В сравнение с други твърди вещества, размерът на балона е много малък в сравнение с други твърди вещества, когато вътрешната стена на балона е подложена на голямо напрежение, ще се появят пукнатини, освен това вътрешната стена на балона е относително слаба, лесно се разрушава под действието на външно напрежение. Има някои проблеми с преноса на топлина при обработката на турбинни лопатки с високо налягане, което до известна степен ще доведе до явление на изгаряне. Ако аблационната част не се отстрани навреме, може да се образуват включвания. Включването на шлака е често срещана форма на включвания, а дефектите на включването на шлака са по-сериозни от дефектите на порьозността, които не само сериозно влияят на експлоатационните характеристики и живота на турбинните лопатки с високо налягане, но също така могат да доведат до намаляване на якостта на лопатките или дори до повреда. При действителното производство, ако площта на включването на шлаката на турбинните лопатки с високо налягане не е голяма, конвенционалният промишлен CT метод може да се използва за откриването й; ако площта на шлаката е голяма или има очевидни дефекти, промишленият КТ за микрококс трябва да се използва за откриване и анализ. В процеса на микрофокусно промишлено CT откриване, за да се предотврати размазването на изображението, изображението може да бъде предварително обработено и сегментирано, за да се получи ясна и точна информация за дефекта.
В обобщение, с непрекъснатото развитие на технологията за авиационни двигатели, качественото откриване на турбинни лопатки с високо налягане става все по-важно. Този документ въвежда няколко общи технологии за откриване на дефекти на лопатките на турбините с високо налягане. В практическите приложения различните технологии за откриване на дефекти са различни. При прилагането на различни технологии за откриване на дефекти е необходимо те да се избират и комбинират според специфичните условия на лопатките. Разработването на технология за откриване на дефекти на турбинни лопатки с високо налягане все още е изправено пред много предизвикателства и трудности. В бъдеще точността на оборудването, способността за обработка на данни и ефективността на алгоритъма трябва да бъдат допълнително подобрени, за да отговарят по-добре на изискванията за откриване на дефекти на лопатките на турбините с високо налягане на авиационни двигатели.
