Forskning og anvendelse af adaptiv skærteknologi til reparation af skader på turbinebladspiger i flyvemotorer

Reparation af skadede turbineblader har stor betydning for vedligeholdelsen og levetidsudvidelsen af flymotorer. Denne artikel gennemgår forskningsfremskridtene inden for reparationsteknologien for en bestemt nikelbaseret cast højtemperaturslegeme turbinearbejdsblad, med fokus på reparationmetoden ved tilpasningsmaskering ved bladspidsen, og behandler dybtgående den eksperimentelle bearbejdning proces og verifikationsresultater, og kigger foran mod udviklingsmulighederne for turbinebladreparationsteknologien.

Flymotorerne udgør kraftkernen af flyet. blandt de forskellige komponenter i flymotoren bestemmer turbinbladernes funktionelle opgave og arbejds karakteristika, at det er en af de rotterende dele med det værste spændingstilstand og største belastning i flymotoren, hvilket forårsager de almindelige fejl og skader på turbinbladene. Blandt disse har spaltfejl den højeste sandsynlighed for at opstå og den største skade, hovedsagelig udmattelsesspalter forårsaget af centrifugalkraft superponeret på bøjespændinger, flimser udmattelsesspalter forårsaget af vibrationsmiljø, og højtemperatur udmattelsesspalter forårsaget af korrosionskader forårsaget af miljømedier. På dette tidspunkt, for at reducere driftskomponentens omkostninger, har genbrugen og reparationen af skadede turbinblad være af stor betydning.

Blant de nøgleteknologier til reparation af turbineblader har adaptiv bearbejdnings teknologi vakt interesse hos mange forskere som en effektiv måde at opnå smooth overgang af skadede grænser og højpræcist formning af reparerede områder. TTL, et britisk firma, indhenter information om bladets tværsnit gennem kontaktmålemetoder og bruger den målte tværsnitprofilinformation til at fuldføre modelleringen af spidsforbrudsområdet ved forskydning langs Z-retningen, og genererer bearbejdningkode til fjernelse af overlægelseslaget. Delcam, et andet britisk firma, foreslog en modelleringmetode til reparation af turbinebladspids ved maskinmåling, hvilket reducerede problemet med akkumulerede positioneringsfejl gennem maskinmåling; to tværsnitdata tæt på overlægelseslaget blev indhentet ved kontaktmåling, og det geometriske model der skulle repareres af det forbrugte bladspids af et lige-kornet blad blev beregnet, således at hele reparationen kunne fuldføres ved sliffing. Basert på grå system teori, forudsagde Ding Huapeng buelinjen og tykkelsen af bladprofilet i skadesområdet, og derefter genopbyggede det komplette bladmodel, og derefter fik reparationsskjult model ved hjælp af boolesk differens, hvilket resulterede i en vis reparationseffekt. Hou F et al. foreslog en adaptiv reparationmetode for bladkroppen, herunder modellering af veldningsfladen og optimeringsmodellering af målreparationsfladen, og endelig brugte simulation til at bevise effektiviteten af reparationmetoden. Zhang X et al. foreslog en automatiseret reparationsskema for skadede områder af motorblader, som direkte dannes ved materialeoverlægning. I sammenligning med traditionelle reparationsteknikker er det på sin plads innovativt, men det er vanskeligt at reparere turbineblader med komplekse overflader.

Den ovenstående forskning viser, at reparation af flymotorblad er et populært emne i den internationale luftfart. Inden for reparationsskæring fokuseres der på at opnå en smooth overgang mellem repareringsområdet og det ikke-skadede område samt præcist formgivning efter reparation. Derfor, baseret på den ovenstående reparationssforskning, behandler denne artikel et skadede turbinarbejdsblad som eksempel på gennemførelse af adaptiv skæringsteknologi til reparation af bladspids-skader, hvilket sikrer, at det bearbejdede område og det ubearbejdede område af det reparerede blad kan opnå en smooth overgangsforbindelse, og at det samlede reparationsoverflade opfylder de endelige tolerancerekrav for det reparerede blad.

1 Analyse af processbarhed for reparation af bladspids-skader

Figur 1 viser et typisk turbinebladets spidskraksdefekt. På baggrund heraf foreslås en metode til genproduktion og reparation af det skadede bladspids af en flymotorsturbineblad. En genproduktions- og reparationsløsning etableres, som omfatter at fjerne den skadede del af bladets spids - smeltende velding og anbringelse af lodd (som vist på figur 2) - opnåelse af bladens punktsky - genopbygning af bladets digitalt model - adaptiv bearbejdning af bladet for at opnå adaptiv reparation af bladets geometriske størrelsespræcision og ydelsesgenopretning. Kvaliteten og ydeevne af det reparerede blad opfylder designkravene og kan bruges til realtid-reparation på reparationstedet, hvilket giver en effektiv løsning for at gennemføre batch-reparation af skadede komponenter i flymotorer.

1.1 Analyse af processvanskeligheder

På grund af problemet med castingsnitspræcision findes der enkelte forskelle mellem den færdige blad og det teoretiske designmodel. Bladets konturstorrelse dannes i den nye tilstand, og efter en arbejds cyklus vil det komme til at deformere og få fejl i forskellige graden. På grund af individualiteten af det bearbejdede objekt, hvis det repareres og bearbejdes efter det teoretiske størrelsesmål på tegningen, vil den oprindelige blads formnøjagtighed blive ødelagt. Hvis et sæt af bearbejdningkoder skal genoprettes ifølge CAD-modellen for hver enkelt bearbejdning, vil det have stor indvirkning på hele bearbejdningssyklussen for delen.

Bladspidsen har en kompleks struktur, med en boss og dækplade 2 til 3 mm under bladspidsen, og den smalteste bredde af efterkantens stjålseam er kun 0,5 mm. Bladet er en indervåg-struktur, og der er mange luftfilm-huller på bladets overflade. Skæringer går nemt ind i indervågen og luftfilm-hullerne, hvilket gør det vanskeligt at rengøre.

1.2 Hovedtekniske krav

(1) Efter at spidsen er repareret, svarer konturerne af de indre og ydre krøllesoverflader til designtegningen og forbinder smooth med den oprindelige grundbladform.

(2) Den mindste væggetykkelse langs bladformen ved efterkanten af spidsen er 0,41 mm, og den mindste væggetykkelse langs bladformen ved andre dele er 0,51 mm (som vist på figur 3).

(3) Bladhøjden garanteres.

(4) Rughed er ikke større end Ra0,8 μm.

(5) Der må ikke forblive nogen skæringer eller andre fremmede stoffer i indervågen og luftfilm-hullerne.

(6) Den reparerede område undersøges ved fluorescens for at sikre, at der ikke er knækker, inklusioner osv., og undersøgelsen udføres i overensstemmelse med fluorescensundersøgningsstandarderne og acceptancenormer.

2 Anpasset bearbejdnings teknologi til reparation af skade på bladspidsen

I forlængelse af de vanskeligheder i reparationssprocessen af bladspidsen på turbinens arbejdsblad, nemlig: deformationen af hvert repareret blad er inkonsekvent, fastgørelsespositionen og vinklen er forskellige, og den oprindelige nøjagtighed ved præcisionsstøbning er problematisk. Sådanne praktiske problemer kan hurtigt opdagtes online gennem adaptiv bearbejdningsteknologi for hver enkelt del eller komponent, der skal behandles, og den faktiske form og placering kan forstås. Herefter genopbygger systemet det målte datas målrettede digitale model, der er konsekvent med designet, genererer en unik personlig sti for at opfylde produktets fremstilling, og sikrer endelig overensstemmelse mellem designet og det faktiske objekt. Routen for adaptiv bearbejdningsteknologi vises på figur 4.

2.2 CAD-modeldataregistreringsteknologi

På grund af de personaliserede egenskaber ved blanken af det bearbejdede objekt mangelte den genopbyggede CAD-model en regulær referenceplan for at finde dets koordinatsystem, og det er nødvendigt at bruge registreringsteknologi til at justere dets koordinatsystem. De to punktmængder i rummet er den teoretiske model X{xi} og måleinformationen P{pi} af det bearbejdede objekt. Punktmængden P roteres og oversættes for at minimere afstanden til punktmængden X, og der etableres en rumlig transformationssammenhæng mellem måleinformationen P{pi} og den teoretiske modellinformation X{xi}. Den rumlige transformationssammenhæng omfatter rotationsmatricen R og translationsmatricen T. Herefter bruges metoden for nærmeste punktpar for at finde et punkt i X, der er tættest på hvert punkt i P for at parre det, hvilket dannemande en ny punktmængde X', som vist på figur 5.

3 Verifikation af adaptiv bearbejdningsteknologi til reparation af løvspids-skader

Det adaptive skær system inkluderer adaptiv skærprogrammeringssoftware og -hardware-systemer såsom maskiner og skæringsværktøjer. Integrationen af de to er nøglen til at opnå adaptiv skæring. Ved reparationen af en bestemt type højtryks turbineblad blev det adaptive skær system brugt til at udføre reparationen af bladene, og reparationen og anvendelsesverifikationen af flere motorblade blev fuldført.

3.1 Testtrin

Trin 1: Efter at den beskadigede del af bladets top, der skal repareres, er udfyldt ved overdragning og overfladevedsvingning, fås måleinformationerne for området tæt på den beskadigede bladspids gennem indbygget måling i maskinen.

Trin 2: Få teoretisk modellinformations før reparationen af bladets spids.

Trin 3: Brug dateregistreringen til at etablere den rumlige transformationsforbindelse mellem måleinformationen og den teoretiske modellinformation (den rumlige transformationsforbindelse omfatter rotation og translation), og få rotationen og translationens korrektion, dvs. rotationen og translationsmængden efter den bedste tilpasning.

Trin 4: Generer CLSF-filen for skæringsværktøjets placeringsspore ud fra den teoretiske modellinformation, og generer den korrekte værktøjsplassering og værktøjsaksevektor i CLSF-filen ud fra korrektionsmængden i XYZ-retningen opnået i trin 3.

Trin 5: Slif og polér det beskadigede område af bladspidsen på turbinbladet ved hjælp af det ændrede værktøjsspore for at opnå fuldstændig genskabelse af den præcise bladspids.

Som vist i figur 6, bruges en RMP40-sonde og en φ6 mm stilusbold til online-måling. Tolv målepunkter fås ved at optimere de to sektioner nær bladets spids. De genererede måledatafiler kan overføres tilbage til computersoftwaren, og bearbejdelsesmodellen kan automatisk genereres i UG baseret på måledataene.

Prøveforeløbet blev udført på en tre-akset vertikal fræser, og bladet var lodret monteret på arbejdsbordet gennem et hurtigskifteværktøjspall, hvilket lettede for gentagen fastgørelsesnøjagtighed under bearbejdning og karakteristisk bearbejdning i den efterfølgende proces, som vist i figur 7.

Den genererede fræsningsværktøjstraject CLSF-fil vises i figur 8.

3.2 Indre hullighed og luftfilmhul beskyttelse

Under testen blev det tekniske krav, at der ikke måtte være nogen chips eller andre forurenninger tilbage i den indre hulrum og luftfilmhuller, opfyldt. Under proces-testen blev den indre hulrum og flere luftfilmhuller på bladet beskyttet. Denne tekniske undersøgelse bruger funktionel lim til at forslutte den indre hulrum og luftfilmhuller, hvilket beskytter hullerne. Det er forstået, at når sådanne blade repareres udlandet, bruges en væske "multifunktional epoksyresin putty lim" til at beskytte hulrummet og luftfilmhullerne. Efter køling solidificerer den for at opnå en beskyttende effekt. Når den opvarmes til over 100°C, smelter den og forvandler sig til "aske", som kan blæses af eller fjernes ved ultralydsskovning. Der er ingen rester i de små huller. I efterfølgende batch-ingeniørapplikationer vil beskyttelsen og rengørelse af hulrum og små huller være særlig vigtig, og det er nødvendigt at fortsætte med at finde mere passende måder at forhindre indtrængen af chips og forurenninger.

3.3 Testresultater

Ved måling af spidsprofilen på den reparerede turbineblad, som vist i figur 9, opfylder formen proces teknologiens krav. Fra visuel inspektion kan det ses, at bladets repareringsområde og den oprindelige profil er smooth overgået efter adaptiv polering, som vist i figur 10. Væggetykkelsen af de indre og ydre huler er kvalificeret, overflade rude er under Ra0.8 μm, og andre tekniske parametre opfylder proceskravene. Gennem fluorescerende inspektion blev der ikke registreret nye sprækker eller andre defekter forårsaget af bearbejdningsprocessen.

Kontakt os

Tak for din interesse i vores virksomhed! Som en professionel producent af gasturbinekomponenter vil vi fortsat være dedikeret til teknologisk innovation og serviceforbedring, for at levere flere højkvalitets løsninger til kunder over hele verden. Hvis du har nogle spørgsmål, forslag eller samarbejdsvilje, vil vi meget gerne hjælpe dig. Kontakt os venligst på følgende måder:

WhatsAPP: +86 135 4409 5201
E-mail: [email protected]