Остриетата на двигателя на самолетите са в сложна и сурова работна среда за дълго време и са склонни към различни видове дефекти на щетите. Скъпо е да се заменят остриетата, а изследванията за технологията за ремонт и реконструкция на остриета имат огромни икономически ползи. Остриетата на двигателя на самолета са разделени главно на две категории: остриета на турбините и остриета на вентилатора/компресора. Турбинните остриета обикновено използват високотемпературни сплави на базата на никел, докато остриетата на вентилатора/компресора използват главно титанови сплави, а някои използват високотемпературни сплави на базата на никел. Разликите в материалите и работните среди на лопатките на турбината и остриетата на вентилатора/компресора водят до различни общи видове щети, което води до различни методи на ремонт и показатели за производителност, които трябва да бъдат постигнати след ремонта. Настоящият документ анализира и обсъжда методите за ремонт и ключовите технологии, които понастоящем се използват за двата вида дефекти на общи щети в остриетата на двигателя на самолетите, като се стреми да предостави теоретична основа за постигане на висококачествен ремонт и реконструкция на остриета на двигателя на самолета.
В двигателите на самолетите остриетата на ротора на турбината и вентилатора/компресора са обект на дългосрочни сурови среди като центробежни товари, термично напрежение и корозия и имат изключително високи изисквания за производителност. Те са изброени като един от най -основните компоненти в производството на двигатели на самолети, а производственият им представлява повече от 30% от натоварването на цялото производство на двигатели [1–3]. За дълго време, като са в сурова и сложна работна среда, остриетата на ротора са склонни към дефекти като пукнатини, износване на върха на острието и увреждане на счупването. Цената за ремонт на остриета е само 20% от разходите за производство на цялото острие. Следователно, изследванията върху технологията за ремонт на остриета на самолетите са благоприятни за удължаване на живота на остриетата, намаляване на производствените разходи и имат огромни икономически ползи.
Ремонтът и реконструкцията на остриетата на самолетните двигатели включват главно следните четири стъпки [4]: предварителна обработка на острието (включително почистване на острието [5], триизмерна проверка и геометрична реконструкция [6–7] и др.); Отлагане на материали (включително използването на напреднала заваръчна и връзка технология за завършване на пълнене и натрупване на липсващи материали [8–10], топлинна обработка на производителността на топлината [11–13] и др.); обновяване на острието (включително методи за обработка като шлифоване и полиране [14]); След възстановяване на третирането (включително повърхностното покритие [15–16] и укрепването на обработката [17] и др.), Както е показано на фигура 1. Сред тях отлагането на материал е ключът за осигуряване на механичните свойства на острието след ремонт. Основните компоненти и материали на остриетата на двигателя на въздухоплавателните средства са показани на фигура 2. За различни материали и различни форми на дефекти съответният метод за ремонт е основата за постигане на висококачествен ремонт и реконструкция на повредени остриета. Тази статия взема остриета на турбината с високотемпературна сплав на базата на никел и остриета на вентилатора/компресора на титан сплав като предмети, обсъжда и анализира методите за ремонт и ключовите технологии, използвани за различни видове щети на двигателя на самолета на този етап и обяснява техните предимства и недостатъци.
Метод за възстановяване на турбината на базата на никел на базата на никел
Никеловите остриета с високотемпературна сплав работят в среда на газов газ с висока температура и сложен стрес от дълго време, а остриетата често имат дефекти като термични пукнатини на умора, увреждане на повърхността на малките райони (износване на върха на острието и увреждане на корозия) и счупване на умора. Тъй като безопасността на възстановяването на разрушаване на умора на турбинната острие е сравнително ниска, те обикновено се заменят директно след счупване на умора, без да се възстанови заваряване. Двата често срещани типа дефекти и методи за възстановяване на лопатките на турбината са показани на фигура 3 [4]. Следното ще въведе методите за ремонт на тези два типа дефекти на никел на базата на никел съответно сплав на турбинни остриета.
Никел на базата на никелово турбинно острие за ремонт на пукнатини
Методите за възстановяване на заваряване и твърдо фаза се използват за поправяне на дефекти на пукнатината на турбинното острие, включително главно: вакуумно спояване, преходна течна фазова дифузионна връзка, активирано дифузионно заваряване и прахови металургии за реконструкция на реконструкция.
Shan et al. [18] използва метода на вакуумно спомване на лъча за възстановяване на пукнатини в алуминални остриета на базата на ник88, използвайки Ni-CR-B-SI и NI-CR-ZR пълнежи за спояване. Резултатите показват, че в сравнение с метала Ni-Cr-B-Si Brazing Filler Metal, ZR в метала на пълнеж на Ni-CR-ZR не е лесен за дифузен, субстратът не е значително корозирал и здравината на заварената фуга е по-висока. Използването на метал за пълнене на Ni-CR-ZR може да постигне ремонт на пукнатини в алуминиеви лопатки на основата на никел. Ojo et al. [19] изследва ефектите на размера на пропастта и параметрите на процеса върху микроструктурата и свойствата на дифузионните спомени стави на сплавта на базата на никел на encon718. Тъй като размерът на пропастта се увеличава, появата на твърди и чупливи фази като интерметални съединения на базата на NI3AL и богати на Ni и богати на CR е основната причина за намаляването на силата и здравината на ставата.
Преходното заваряване на течната фаза се втвърдява при изотермични условия и принадлежи към кристализация при равновесни условия, което е благоприятно за хомогенизацията на състава и структурата [20]. Pouranvari [21] изследва преходното заваряване на течна фаза на сплав с високотемпературна на базата на никел и установи, че съдържанието на CR в пълнителя и обхвата на разлагане на матрицата са ключовите фактори, влияещи върху силата на изотермичната зона за втвърдяване. Lin et al. [22] изследва влиянието на параметрите на процеса на заваряване на преходна течна фаза върху микроструктурата и свойствата на високотемпературните фуги на базата на никел на базата на GH99. Резултатите показват, че с повишаването на температурата на връзката или удължаването на времето, броят на богатите на Ni и богатите на CR бориди в зоната на валежи намалява, а размерът на зърното на зоната на валежи е по-малък. Рамната температура и якостта на срязване на опън с висока температура се увеличиха с удължаването на времето на задържане. Понастоящем преходното заваряване на течната фаза се използва успешно за поправяне на малки пукнатини в зони с нисък стрес и възстановяване на увреждането на върха на некороните [23–24]. Въпреки че заваряването на преходна течна фаза е успешно приложено върху различни материали, то е ограничено до възстановяването на малки пукнатини (около 250 μm).
Когато ширината на пукнатината е по -голяма от 0. 5 mm и капилярното действие е недостатъчно за запълване на пукнатината, възстановяването на острието може да бъде постигнато чрез използване на активирано дифузионно заваряване [24]. Su et al. [25] използва метода на активиран дифузион, за да поправи ножът с високотемпературна сплав на базата на никел, използвайки материал за спояване на DF4B, и получи високо якост, устойчива на окисляване на запълнена става. Фазата, утаената в ставата, има укрепващ ефект и якостта на опън достига 85% от родителския материал. Съвместният се счупва на позицията на богата на CR борид. Hawk et al. [26] също използва активирано дифузионно заваряване, за да поправи широката пукнатина на високотемпературното легирано острие на базата на никел на René 108. Преработката на металургия на прах, като новоразработен метод за оригиналната реконструкция на усъвършенствани материали повърхности, е широко използвана при възстановяването на високотемпературни сплави. Той може да възстанови и реконструира триизмерната близо-изотропна сила на големи дефекти на пролуката (повече от 5 mm), като пукнатини, аблация, износване и дупки в остриетата [27]. Liburdi, канадска компания, разработи метода LPM (Liburdi Powder Metallurgy) за поправяне на алуминиеви остриета на базата на никел с високо съдържание на AL и TI, които имат лоши заваръчни характеристики. Процесът е показан на фигура 4 [28]. През последните години методът на металургия на вертикалния ламиниращ прах, базиран на този метод, може да извърши еднократно спортно ремонт на дефекти до 25 mm [29].
Ремонт на повърхностно увреждане на остриета с високотемпературна алуирна на базата на никел
Когато се появят драскотини и корозионни щети на повърхността на остриета с високотемпературна сплав на базата на никел, повредената зона обикновено може да бъде отстранена и изрязана чрез обработка, а след това да се запълни и ремонтира, като се използва подходящ метод за заваряване. Настоящите изследвания се фокусират главно върху отлагането на лазерно топене и възстановяването на дъговите дъги.
Kim et al. [30] from the University of Delaware in the United States performed laser cladding and manual welding repair on Rene80 nickel-based alloy blades with high Al and Ti contents, and compared the workpieces that had undergone post-weld heat treatment with those that had undergone post-weld heat treatment and hot isostatic pressing (HIP), and found that HIP can effectively reduce small-sized pore defects. Liu et al. [31] От Университета за наука и технологии на Huazhong използваха технологията за лазерна облицовка за поправяне на дефекти на жлеб и дупки в 718 никелови компоненти на турбината на базата на никел и изследваха ефектите на плътността на мощността на лазера, скоростта на лазерно сканиране и формата на облицовка върху процеса на ремонт, както е показано на фигура 5.
По отношение на ремонта на заваряване на Argon Arc, Qu Sheng et al. [32] от Китайската авиационна разработка Shenyang Limering Aero Engine (Group) Co., Ltd. Използва се метод на заваряване на волфрамов аргун за поправяне на проблемите с износване и пукнатина на върха на турбинните остриета на високотемпературната алюбилна алюбилна алуирна. . Резултатите показват, че след ремонт с традиционни заваръчни материали на базата на кобалт, зоната, засегната от топлина, е предразположена към топлинни пукнатини и твърдостта на заваряването се намалява. Въпреки това, използвайки новоразработените MGS -1 заваръчни материали на базата на никел, комбинирани с подходящи заваръчни и топлинни процеси, може ефективно да избегне пукнатини в зоната, засегната от топлина, а якостта на опън при 1000 градуса достига 90% от основния материал. Song Wenqing et al. [33] проведоха проучване на процеса на ремонт на заваряване на дефекти на леене на K4104 с високотемпературна сплав на турбината. Резултатите показват, че използването на HGH3113 и HGH3533 заваръчни проводници като метали за пълнене има отлично образуване на заваряване, добра пластичност и силна устойчивост на пукнатина, докато се използва, когато заваръчването на K4104 за заваряване с повишено съдържание на ZR е заварена, течността на течността е лоша, повърхността на заваръчната заварка не се образува добре и пукнатини и нефузионни дефекти. Вижда се, че в процеса на ремонт на острието изборът на пълнене на материали играе жизненоважна роля.
Настоящите изследвания на ремонта на турбинни остриета на базата на никел показват, че високотемпературните сплави на никел съдържат твърди елементи за укрепване на разтвора като CR, MO, AL и следи като P, S и B, които ги правят по-чувствителни към пукнатини по време на процеса на ремонт. След заваряване те са предразположени към структурна сегрегация и образуването на фазови дефекти на крехките лави. Следователно последващите изследвания за поправяне на високотемпературни сплави на базата на никел изискват регулиране на структурата и механичните свойства на такива дефекти.
2 метод за възстановяване на вентилатора на титаниев сплав/компресор
По време на работа титановата сплав вентилатор/компресорни остриета се подлагат главно на центробежна сила, аеродинамична сила и вибрационно натоварване. По време на употреба дефектите на повърхностните увреждания (пукнатини, износване на върха на острието и др.), Локални дефекти на счупване на титанови сплави и увреждане на големи райони (счупване на умора, увреждане на големи райони и корозия и т.н.), изискващи цялостната подмяна на остриетата. Различните типове дефекти и общите методи за ремонт са показани на фигура 6. Следното ще въведе състоянието на изследване на ремонта на тези три типа дефекти.
2.1 Поправяне на дефекти на увреждането на повърхността на острието на титан
По време на работа остриетата от титанови сплави често имат дефекти като повърхностни пукнатини, драскотини с малка площ и износване на острието. Ремонтът на такива дефекти е подобен на този на турбинните остриета на базата на никел. Машината се използва за отстраняване на дефектната зона и отлагането на лазерно топене или аргуновото дъгово заваряване се използва за пълнене и ремонт.
В областта на отлагането на лазерно топене, Zhao Zhuang et al. [34] от северозападния политехнически университет проведе проучване за лазерно възстановяване на повърхностни дефекти с малки размери (повърхностна диаметър 2 mm, полусферични дефекти с дълбочина 0. 5 mm) от TC17 Titanium Alloy Throvings. Резултатите показват, че колонните кристали в зоната на лазерно отлагане се разрастват епитаксиално от интерфейса и границите на зърното са замъглени. Оригиналните летви с форма на игла и вторичните фази в засегнатата от топлина зона растат и омагьосани. В сравнение с подправените проби, лазерните ремонтирани проби имат характеристиките на висока якост и ниска пластичност. Силата на опън се увеличава от 1077,7 MPa до 1146,6 MPa, а удължението намалява от 17,4% на 11,7%. Pan Bo et al. [35] Използва се коаксиален прах за хранене на лазерна облицовка за поправяне на кръговите сглобяеми дефекти с форма на Ztc4 титаниев сплав много пъти. Резултатите показват, че процесът на промяна на микроструктурата от родителския материал към ремонтираната зона е ламеларна фаза и междугрануларна фаза → структура на кошницата → мартензит → структура на widmanstatten. Твърдостта на засегнатата от топлина зона се увеличи леко с увеличаването на броя на ремонтите, докато твърдостта на родителския материал и облицовния слой не се промениха много.
Резултатите показват, че зоната на ремонт и засегнатата от топлина зона преди топлинната обработка са ултра фини игла, разпределена във фазовата матрица, а зоната на основния материал е фина структура на кошницата. След топлинната обработка, микроструктурата на всяка област е подобна на летвата първична фаза + фазова трансформация, а дължината на първичната фаза в зоната за ремонт е значително по-голяма от тази в други области. Ограничението на умора с висок цикъл на ремонтната част е 490MPa, което е по -високо от границата на умора на основния материал. Екстремният спад е около 7,1%. Ръчното заваряване на аргонова дъга също обикновено се използва за поправяне на повърхностни пукнатини на острието и износване на върха. Недостатъкът му е, че входът на топлина е голям, а ремонтите с големи райони са предразположени към голям топлинен стрес и деформация на заваряване [37].
Настоящите изследвания показват, че независимо от това дали заваряването на лазерно топене или заваряването на аргунова дъга се използва за ремонт, зоната за ремонт има характеристиките на висока якост и ниска пластичност, а характеристиката на умората на острието лесно се намалява след ремонт. Следващата стъпка на изследване трябва да се съсредоточи върху това как да се контролира състава на сплав, да регулира параметрите на процеса на заваряване и да оптимизира методите за контрол на процеса, за да регулира микроструктурата на зоната за ремонт, да постигне съвпадение на здравина и пластичност в зоната за ремонт и да гарантира отличните му характеристики на умора.
2.2 Ремонт на местни щети на остриетата с титаниеви сплави
Няма съществена разлика между поправянето на дефектите на увреждането на ротовата сплав от титан и технологията за производство на добавки на триизмерни твърди части от титанова сплав по отношение на процеса. Ремонтът може да се разглежда като процес на производство на добавки за вторично отлагане на секцията за счупване и локалната повърхност с повредените части като матрицата, както е показано на фигура 7. Според различните източници на топлина, той е разделен главно на лазерен ремонт на добавки и ремонт на дъга. Заслужава да се отбележи, че през последните години немският изследователски център 871 е направил технологията за ремонт на ARC Additive Advitive в изследователския фокус за ремонт на интегрални остриета на титаниевата сплав [38] и подобри ефективността на ремонта чрез добавяне на нуклеиращи агенти и други средства [39].
В областта на лазерния ремонт на добавки, Gong Xinyong et al. [40] използва TC11 сплав на прах за изследване на процеса на възстановяване на лазерното топене на TC11 титаниев сплав. След ремонт, зоната на отлагане на тънки стени и интерфейсната зона за премахване има типични характеристики на структурата на WidmanStatten, а матричната топлинна структура, засегната на зоната, преминава от структурата на Widmanstatten към структурата на двойно състояние. Якостта на опън на зоната на отлагане е била около 1200 MPa, която е по -висока от тази на преходна зона на интерфейса и матрицата, докато пластичността е малко по -ниска от тази на матрицата. Всички образци на опън бяха счупени вътре в матрицата. И накрая, действителното колело беше поправено по метода на отлагане на топене по точка, преминаваше суперскоростната оценка на теста и реализира приложението за инсталиране. Bian Hongyou et al. [41] използва Ta15 Powder за изследване на лазерния адитивен ремонт на TC17 титанов сплав и изследва ефектите на различните температури на топлинното обработка на топлината (610 градуса, 630 градуса и 650 градуса) върху неговата микроструктура и свойства. Резултатите показват, че якостта на опън на депозираната сплав TA15/TC17, поправена чрез лазерно отлагане, може да достигне 1029MPa, но пластичността е сравнително ниска, само 4,3%, достигаща съответно 90,2% и 61,4% от TC17, съответно. След топлинната обработка при различни температури, якостта на опън и пластичността са значително подобрени. Когато температурата на отгряване е 650 градуса, най -високата якост на опън е 1102MPa, достигайки 98,4% от TC17 Fultings, а удължението след счупване е 13,5%, което се подобрява значително в сравнение с отложеното състояние.
В полето на Arc Additive Repair, Liu et al. [42] проведе проучване за ремонт на симулиран образец на липсващ TC4 титанов сплав. Смесена морфология на зърното на равнопоставени кристали и колонарни кристали е получена в отложения слой с максимална якост на опън 991 MPa и удължаване от 10%. Zhuo et al. [43] използва TC11 заваръчен проводник за провеждане на проучване за ремонт на ARC Additive на TC17 Titanium Alloy и анализира микроструктурната еволюция на отложен слой и зоната, засегната от топлина. Якостта на опън е 1015,9 MPa при неотопняващи условия, а удължението е 14,8%, с добро цялостно представяне. Chen et al. [44] изследва ефектите на различните температури на отгряване върху микроструктурата и механичните свойства на TC11/TC17 титанови сплав за възстановяване на екземпляри. Резултатите показват, че по -високата температура на отгряване е полезна за подобряване на удължаването на ремонтираните образци.
Изследванията за използването на метална технология за производство на добавки за поправяне на дефекти на местните щети в остриетата на титановите сплави са точно в начален стадий. Ремонтираните остриета не само трябва да обърнат внимание на механичните свойства на депозирания слой, но и оценката на механичните свойства на интерфейса на ремонтираните остриета е еднакво от решаващо значение.
3 титанови сплав с подмяна и ремонт на остриета с големи площи
За да се опрости структурата на ротора на компресора и да се намали теглото, модерните остриета на двигателя на самолета често приемат интегрална структура на дисковете на острието, която е структура от една част, която превръща работните остриета и дисковете на острието в неразделна структура, елиминирайки тенона и морската. Докато постига целта на намаляване на теглото, той може също така да избегне износване и аеродинамична загуба на тенона и морската в конвенционалната структура. Поправянето на повърхностните увреждания и локалните дефекти на увреждането на интегралния диск на компресора е подобен на гореспоменатия отделен метод за възстановяване на острието. За ремонта на счупените или липсващите парчета на интегралния диск за острие, линейното заваряване на триене се използва широко поради уникалния си метод за обработка и предимства. Неговият процес е показан на фигура 8 [45].
Mateo et al. [46] използва линейно заваряване на триене, за да симулира ремонта на Ti -6246 сплав от титаниев. Резултатите показват, че същите щети, ремонтирани до три пъти, имат по-тясна зона, засегната от топлина, и по-фина заваръчна структура на зърното. Якостта на опън намалява от 1048 MPa до 1013 MPa с увеличаването на броя на ремонтите. Въпреки това, и образците на опън, и умора бяха счупени в основния материал, далеч от областта на заваряването.
Ma et al. [47] изследва ефектите на различните температури на топлинната обработка (530 градуса + 4 H охлаждане на въздуха, 610 градуса + 4 h охлаждане на въздуха, 670 градуса + 4 H въздушно охлаждане) върху микроструктурата и механичните свойства на TC17 титаний сплав на сплав на заваръчните съединения и механичните свойства на TC17 титанийните линейни заваръчни стави и механичните свойства на TC17 титаний сплав на сплав на заваръчните съединения и механичните свойства на TC17 титаний сплав с линейни фуги и механични свойства на TC17 титаний сплав с линейни фуги и механични свойства на TC17 титаний сплав с линейни фуги и механични свойства на TC17 титаний сплав с линейни фуги и механични свойства. Резултатите показват, че с увеличаването на температурата на топлинната обработка, степента на прекристализация на фазата и фазата се увеличава значително. Поведението на счупване на образците на опън и удар се промени от чуплива фрактура до пластична фрактура. След топлинна обработка на 670 градуса, образецът на опън се разрушава в основния материал. Якостта на опън е била 1262MPa, но удължението е само 81,1% от основния материал.
Понастоящем вътрешните и чуждестранните изследвания показват, че технологията за възстановяване на линейно заваряване на триене има функция на самопочистващи се оксиди, които могат ефективно да премахнат оксидите върху свързващата повърхност без металургични дефекти, причинени от топене. В същото време той може да осъзнае връзката на хетерогенни материали за получаване на интегрални дискове за острие с двойни/двойно изпълнение и може да завърши бързото поправяне на фрактури на тялото на острието или липсващи парчета от интегрални дискове на острието, направени от различни материали [38]. Въпреки това, все още има много проблеми, които трябва да бъдат решени при използването на линейна технология за заваряване на триене за поправяне на интегрални дискове на острието, като голямо остатъчно напрежение в ставите и трудност при контролирането на качеството на хетерогенните материали. В същото време процесът на заваряване на линейно триене на нови материали се нуждае от допълнително проучване.
Свържете се с нас
Благодарим ви за интереса към нашата компания! Като професионална компания за производство на части за газови турбини, ние ще продължим да бъдем ангажирани с технологичните иновации и подобряване на услугите, за да предоставим по-висококачествени решения за клиентите по целия свят. Ако имате въпроси, предложения или намерения за сътрудничество, ние сме повече от щастливи да ви помогнем. Моля, свържете се с нас по следните начини:
WhatsApp: +86 135 4409 5201
E-mail:peter@turbineblade.net
