Schweißreparatur- und Wiederaufbereitungstechnologie für Turbinenschaufeln und Fan-/Kompressorschaufeln von Flugzeugtriebwerken

Triebwerksschaufeln von Flugzeugen sind über lange Zeit einer komplexen und rauen Arbeitsumgebung ausgesetzt und anfällig für verschiedene Arten von Schäden. Der Austausch von Schaufeln ist teuer, und die Forschung im Bereich der Reparatur- und Wiederaufbereitungstechnologie von Schaufeln bietet enorme wirtschaftliche Vorteile. Triebwerksschaufeln von Flugzeugen werden hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt: Turbinenschaufeln und Lüfter-/Kompressorschaufeln. Turbinenschaufeln bestehen normalerweise aus hochtemperaturfesten Legierungen auf Nickelbasis, während Lüfter-/Kompressorschaufeln hauptsächlich aus Titanlegierungen und einige aus hochtemperaturfesten Legierungen auf Nickelbasis bestehen. Die Unterschiede in den Materialien und Arbeitsumgebungen von Turbinenschaufeln und Lüfter-/Kompressorschaufeln führen zu unterschiedlichen häufigen Schadensarten, was unterschiedliche Reparaturmethoden und Leistungsindikatoren zur Folge hat, die nach der Reparatur erreicht werden müssen. In diesem Artikel werden die Reparaturmethoden und Schlüsseltechnologien analysiert und erörtert, die derzeit für die beiden Arten häufiger Schadensdefekte bei Triebwerksschaufeln von Flugzeugen verwendet werden, um eine theoretische Grundlage für die Erzielung einer qualitativ hochwertigen Reparatur und Wiederaufbereitung von Triebwerksschaufeln von Flugzeugen zu schaffen.

In Flugzeugtriebwerken sind Turbinen- und Fan-/Kompressorrotorschaufeln langfristig rauen Umgebungen wie Zentrifugallasten, thermischer Belastung und Korrosion ausgesetzt und müssen extrem hohe Leistungsanforderungen erfüllen. Sie gelten als eine der wichtigsten Komponenten im Flugzeugtriebwerksbau, und ihre Herstellung macht mehr als 30 % der Arbeitslast der gesamten Triebwerksherstellung aus [1-3]. Rotorblätter sind über lange Zeit einer rauen und komplexen Arbeitsumgebung ausgesetzt und daher anfällig für Defekte wie Risse, Blattspitzenverschleiß und Bruchschäden. Die Kosten für die Reparatur von Blättern betragen nur 20 % der Herstellungskosten des gesamten Blattes. Daher trägt die Forschung zur Reparaturtechnologie von Flugzeugtriebwerksblättern dazu bei, die Lebensdauer der Blätter zu verlängern, die Herstellungskosten zu senken und enorme wirtschaftliche Vorteile zu erzielen.

Die Reparatur und Wiederaufbereitung von Flugzeugtriebwerksschaufeln umfasst im Wesentlichen die folgenden vier Schritte [4]:Vorbehandlung der Schaufel (einschließlich Reinigung der Schaufel [5], dreidimensionale Inspektion und geometrische Rekonstruktion [6-7] usw.); Materialablagerung (einschließlich der Verwendung moderner Schweiß- und Verbindungstechnologie zum Auffüllen und Ansammeln fehlender Materialien [8-10], Wärmebehandlung zur Leistungswiederherstellung [11-13] usw.); Schaufelaufarbeitung (einschließlich spanender Bearbeitung wie Schleifen und Polieren [14]); Nachbehandlung (einschließlich Oberflächenbeschichtung [15-16] und Verstärkungsbehandlung [17] usw.), wie in Abbildung 1 gezeigt. Unter diesen ist die Materialabscheidung der Schlüssel zur Sicherstellung der mechanischen Eigenschaften der Schaufel nach der Reparatur. Die Hauptkomponenten und Materialien von Flugzeugtriebwerksschaufeln sind in Abbildung 2 dargestellt. Bei unterschiedlichen Materialien und unterschiedlichen Defektformen ist die entsprechende Reparaturmethodenforschung die Grundlage für die qualitativ hochwertige Reparatur und Wiederaufbereitung beschädigter Schaufeln. Dieses Dokument befasst sich mit Turbinenschaufeln aus nickelbasierten Hochtemperaturlegierungen und Lüfter-/Kompressorschaufeln aus Titanlegierungen als Objekten. Es erörtert und analysiert die Reparaturmethoden und Schlüsseltechnologien, die derzeit für unterschiedliche Schadensarten an Flugzeugtriebwerksschaufeln zum Einsatz kommen, und erläutert ihre Vor- und Nachteile.

1. Reparaturverfahren für Turbinenschaufeln aus nickelbasierter Hochtemperaturlegierung

Turbinenschaufeln aus nickelbasierten Hochtemperaturlegierungen arbeiten über lange Zeit in einer Umgebung mit hochtemperierten Verbrennungsgasen und komplexen Belastungen. Die Schaufeln weisen häufig Defekte wie thermische Ermüdungsrisse, kleinflächige Oberflächenschäden (Verschleiß und Korrosionsschäden an den Schaufelspitzen) und Ermüdungsbrüche auf. Da die Reparatursicherheit von Ermüdungsbrüchen an Turbinenschaufeln relativ gering ist, werden sie im Allgemeinen direkt nach dem Auftreten des Ermüdungsbruchs ohne Schweißreparatur ausgetauscht. Die beiden häufigsten Arten von Defekten und Reparaturmethoden von Turbinenschaufeln sind in Abbildung 3 [4] dargestellt. Im Folgenden werden die Reparaturmethoden für diese beiden Arten von Defekten an Turbinenschaufeln aus nickelbasierten Hochtemperaturlegierungen vorgestellt.

1.1 Reparatur von Rissen in Turbinenschaufeln aus Nickel-basierter Superlegierung

Zur Reparatur von Rissen in Turbinenschaufeln werden im Allgemeinen Löt- und Festphasenschweißverfahren eingesetzt. Dazu gehören vor allem Vakuumlöten, TLP-Diffusionsschweißen, aktiviertes Diffusionsschweißen und pulvermetallurgische Reparaturverfahren zur Wiederaufbereitung.

Shan et al. [18] verwendeten das Strahlvakuumlöten, um Risse in Klingen aus einer Nickelbasislegierung ChS88 unter Verwendung von Ni-Cr-B-Si- und Ni-Cr-Zr-Hartlötzusätzen zu reparieren. Die Ergebnisse zeigten, dass Zr in Ni-Cr-Zr-Hartlötzusätzen im Vergleich zu Ni-Cr-B-Si-Hartlötzusätzen nicht so leicht diffundiert, das Substrat nicht nennenswert korrodiert und die Zähigkeit der Schweißverbindung höher ist. Durch die Verwendung von Ni-Cr-Zr-Hartlötzusätzen können Risse in Klingen aus einer Nickelbasislegierung ChS88 repariert werden. Ojo et al. [19] untersuchten die Auswirkungen von Spaltgröße und Prozessparametern auf die Mikrostruktur und Eigenschaften von diffusionsgelöteten Verbindungen der Nickelbasislegierung Inconel718. Mit zunehmender Spaltgröße ist die Entstehung harter und spröder Phasen, wie beispielsweise intermetallischer Verbindungen auf Ni3Al-Basis und Ni- und Cr-reicher Boride, der Hauptgrund für die Abnahme der Festigkeit und Zähigkeit der Verbindung.

Beim transienten Flüssigphasendiffusionsschweißen wird die Verfestigung unter isothermen Bedingungen durchgeführt und gehört zur Kristallisation unter Gleichgewichtsbedingungen, was der Homogenisierung von Zusammensetzung und Struktur förderlich ist [20]. Pouranvari [21] untersuchte das transiente Flüssigphasendiffusionsschweißen der nickelbasierten Hochtemperaturlegierung Inconel718 und fand heraus, dass der Cr-Gehalt im Füllstoff und der Zersetzungsbereich der Matrix die wichtigsten Faktoren sind, die die Festigkeit der isothermen Erstarrungszone beeinflussen. Lin et al. [22] untersuchten den Einfluss der Prozessparameter des transienten Flüssigphasendiffusionsschweißens auf die Mikrostruktur und Eigenschaften von Verbindungen der nickelbasierten Hochtemperaturlegierung GH99. Die Ergebnisse zeigten, dass mit zunehmender Verbindungstemperatur oder Verlängerung der Zeit die Anzahl der Ni- und Cr-reichen Boride in der Niederschlagszone abnahm und die Korngröße der Niederschlagszone kleiner wurde. Die Zugscherfestigkeit bei Raumtemperatur und hoher Temperatur nahm mit Verlängerung der Haltezeit zu. Zurzeit wird das transiente Flüssigphasendiffusionsschweißen erfolgreich eingesetzt, um kleine Risse in Bereichen mit geringer Spannung zu reparieren und Spitzenschäden an Schaufelblättern ohne Krone zu beheben [23-24]. Obwohl das transiente Flüssigphasendiffusionsschweißen erfolgreich auf eine Vielzahl von Materialien angewendet wurde, ist es auf die Reparatur kleiner Risse (ca. 250μm).

Wenn die Rissbreite größer als 0.5 mm ist und die Kapillarwirkung nicht ausreicht, um den Riss zu füllen, kann die Klinge durch aktiviertes Diffusionsschweißen repariert werden [24]. Su et al. [25] verwendeten das aktivierte Diffusionslötverfahren, um die Klinge aus der hochtemperaturfesten Nickellegierung In738 mit dem Lötmaterial DF4B zu reparieren und erhielten eine hochfeste, oxidationsbeständige Lötverbindung. Die γ′ Die in der Verbindung ausgeschiedene Phase hat eine verstärkende Wirkung und die Zugfestigkeit erreicht 85 % des Grundmaterials. Die Verbindung bricht an der Stelle des Cr-reichen Borids. Hawk et al. [26] verwendeten auch aktiviertes Diffusionsschweißen, um den breiten Riss einer Klinge aus einer nickelbasierten Hochtemperaturlegierung René 108 zu reparieren. Die pulvermetallurgische Wiederaufbereitung, ein neu entwickeltes Verfahren zur ursprünglichen Rekonstruktion von Oberflächen moderner Materialien, wird häufig bei der Reparatur von Klingen aus Hochtemperaturlegierungen eingesetzt. Damit kann die dreidimensionale nahezu isotrope Festigkeit von großen Spaltdefekten (mehr als 5 mm) wie Rissen, Ablation, Verschleiß und Löchern in Klingen wiederherstellen und rekonstruieren [27]. Das kanadische Unternehmen Liburdi hat das LPM-Verfahren (Liburdi Powder Metallurgy) entwickelt, um Klingen aus nickelbasierten Legierungen mit hohem Al- und Ti-Gehalt zu reparieren, die eine schlechte Schweißleistung aufweisen. Der Prozess ist in Abbildung 4 dargestellt [28]. Seit einigen Jahren ist es mit der auf dieser Methode basierenden Pulvermetallurgiemethode der vertikalen Laminierung möglich, Defekte mit einer Breite von bis zu 25 mm durch einmaliges Löten zu reparieren [29].

1.2 Reparatur von Oberflächenschäden an Turbinenschaufeln aus nickelbasierten Hochtemperaturlegierungen

Wenn auf der Oberfläche von Klingen aus nickelbasierten Hochtemperaturlegierungen kleine Kratzer und Korrosionsschäden auftreten, kann der beschädigte Bereich normalerweise durch maschinelle Bearbeitung entfernt und gerillt und dann mit einem geeigneten Schweißverfahren gefüllt und repariert werden. Die aktuelle Forschung konzentriert sich hauptsächlich auf die Reparatur durch Laserschmelzabscheidung und Argonlichtbogenschweißen.

Kim et al. [30] von der University of Delaware in den USA führten Laserauftragschweißen und manuelle Schweißreparaturen an Schaufelblättern aus einer Nickelbasislegierung Rene80 mit hohem Al- und Ti-Gehalt durch und verglichen die Werkstücke, die nach dem Schweißen einer Wärmebehandlung unterzogen wurden, mit denen, die nach dem Schweißen einer Wärmebehandlung und heißisostatischem Pressen (HIP) unterzogen wurden. Dabei stellten sie fest, dass sich durch HIP kleine Porenfehler wirksam verringern lassen. Liu et al. [31] von der Huazhong University of Science and Technology verwendeten Laserauftragschweißtechnologie, um Rillen- und Lochfehler in 718 Turbinenbauteilen aus einer Nickelbasislegierung zu reparieren, und untersuchten die Auswirkungen der Laserleistungsdichte, der Laserscangeschwindigkeit und der Auftragschweißform auf den Reparaturprozess, wie in Abbildung 5 dargestellt.

In Bezug auf die Reparatur durch Argonlichtbogenschweißen verwendeten Qu Sheng et al. [32] von China Aviation Development Shenyang Liming Aero Engine (Group) Co., Ltd. das Wolfram-Argon-Lichtbogenschweißen, um die Verschleiß- und Rissprobleme an der Spitze von Turbinenschaufeln aus DZ125-Hochtemperaturlegierung zu reparieren. Die Ergebnisse zeigen, dass nach der Reparatur mit herkömmlichen Schweißmaterialien auf Kobaltbasis die Wärmeeinflusszone anfällig für thermische Risse ist und die Härte der Schweißnaht abnimmt. Durch die Verwendung der neu entwickelten Schweißmaterialien auf Nickelbasis MGS-1 in Kombination mit geeigneten Schweiß- und Wärmebehandlungsprozessen können jedoch Risse in der Wärmeeinflusszone wirksam vermieden und die Zugfestigkeit bei 1000°C erreicht 90 % des Grundmaterials. Song Wenqing et al. [33] untersuchten den Schweißprozess zur Reparatur von Gussfehlern an Turbinenleitschaufeln aus hochtemperaturbeständiger Legierung K4104. Die Ergebnisse zeigten, dass die Schweißdrähte HGH3113 und HGH3533 als Füllmetalle eine ausgezeichnete Schweißnahtbildung, gute Plastizität und hohe Rissbeständigkeit aufweisen, während beim Schweißen mit K4104-Schweißdrähten mit erhöhtem Zr-Gehalt die Fließfähigkeit des flüssigen Metalls schlecht ist, die Schweißnahtoberfläche nicht gut geformt ist und Risse und nicht schmelzende Defekte auftreten. Es ist ersichtlich, dass die Auswahl der Füllmaterialien beim Reparaturprozess der Schaufeln eine entscheidende Rolle spielt.

Aktuelle Forschungen zur Reparatur von Turbinenschaufeln auf Nickelbasis haben gezeigt, dass Nickelbasis-Hochtemperaturlegierungen feste Lösungsverstärkungselemente wie Cr, Mo, Al und Spurenelemente wie P, S und B enthalten, die sie während des Reparaturprozesses rissempfindlicher machen. Nach dem Schweißen neigen sie zu struktureller Entmischung und der Bildung spröder Laves-Phasendefekte. Daher erfordert die nachfolgende Forschung zur Reparatur von Nickelbasis-Hochtemperaturlegierungen die Regulierung der Struktur und der mechanischen Eigenschaften solcher Defekte.

2 Reparaturmethode für Lüfter-/Kompressorschaufeln aus Titanlegierung

Während des Betriebs sind Lüfter-/Kompressorschaufeln aus Titanlegierungen hauptsächlich Zentrifugalkräften, aerodynamischen Kräften und Vibrationsbelastungen ausgesetzt. Während des Betriebs treten häufig Oberflächenschäden (Risse, Verschleiß an den Schaufelspitzen usw.), lokale Bruchschäden an Schaufeln aus Titanlegierungen und großflächige Schäden (Ermüdungsbrüche, großflächige Schäden und Korrosion usw.) auf, die einen vollständigen Austausch der Schaufeln erforderlich machen. In Abbildung 6 sind verschiedene Defekttypen und gängige Reparaturmethoden dargestellt. Im Folgenden wird der Forschungsstand zur Reparatur dieser drei Defekttypen vorgestellt.

2.1 Reparatur von Oberflächenschäden an Klingen aus Titanlegierungen

Während des Betriebs treten bei Schaufelblättern aus Titanlegierungen häufig Defekte wie Oberflächenrisse, kleine Kratzer und Schaufelverschleiß auf. Die Reparatur solcher Defekte ähnelt der von Turbinenschaufeln auf Nickelbasis. Der defekte Bereich wird durch maschinelle Bearbeitung entfernt und zum Füllen und Reparieren wird Laserschmelzabscheidung oder Argonlichtbogenschweißen verwendet.

Auf dem Gebiet der Laserschmelzabscheidung führten Zhao Zhuang et al. [34] von der Northwestern Polytechnical University eine Laserreparaturstudie an kleinen Oberflächendefekten (Oberflächendurchmesser 2 mm, halbkugelförmige Defekte mit einer Tiefe von 0.5 mm) von Schmiedestücken aus TC17-Titanlegierung durch. Die Ergebnisse zeigten, dass β Säulenförmige Kristalle in der Laserabscheidungszone wuchsen epitaktisch von der Grenzfläche aus und die Korngrenzen verwischten. Die ursprünglich nadelförmigen α Latten und Sekundär α Phasen in der Wärmeeinflusszone wuchsen und vergröberten sich. Im Vergleich zu den geschmiedeten Proben wiesen die laserreparierten Proben die Eigenschaften hoher Festigkeit und geringer Plastizität auf. Die Zugfestigkeit stieg von 1077.7 MPa auf 1146.6 MPa und die Dehnung sank von 17.4 % auf 11.7 %. Pan Bo et al. [35] verwendeten mehrfach die koaxiale Pulverzufuhr-Laserauftragschweißtechnologie, um die kreisförmigen, lochförmigen, vorgefertigten Defekte der Titanlegierung ZTC4 zu reparieren. Die Ergebnisse zeigten, dass der Prozess der Mikrostrukturänderung vom Grundmaterial zum reparierten Bereich lamellar war α Phase und intergranulare β Phase → Korbgeflechtstruktur → Martensit → Widmanstätten-Struktur. Die Härte der Wärmeeinflusszone nahm mit zunehmender Anzahl der Reparaturen leicht zu, während sich die Härte des Grundmaterials und der Mantelschicht kaum änderte.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Reparaturzone und die Wärmeeinflusszone vor der Wärmebehandlung ultrafeine nadelartige α Phase verteilt in der β Phasenmatrix und die Basismaterialzone ist eine feine Korbstruktur. Nach der Wärmebehandlung ist die Mikrostruktur jedes Bereichs lattenartig primär α Phase + β Phasentransformationsstruktur und die Länge des Primärteils α Die Phase im Reparaturbereich ist deutlich größer als in anderen Bereichen. Die Dauerfestigkeit des Reparaturteils beträgt 490 MPa und ist damit höher als die Dauerfestigkeit des Grundmaterials. Der extreme Abfall beträgt etwa 7.1 %. Manuelles Argonlichtbogenschweißen wird auch häufig verwendet, um Risse in der Schaufeloberfläche und Spitzenverschleiß zu reparieren. Sein Nachteil ist, dass der Wärmeeintrag groß ist und großflächige Reparaturen zu großer thermischer Spannung und Schweißverformung neigen [37].

Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass unabhängig davon, ob zur Reparatur Laserschmelzabscheidung oder Argonlichtbogenschweißen verwendet wird, der Reparaturbereich die Eigenschaften hoher Festigkeit und geringer Plastizität aufweist und die Ermüdungsbeständigkeit der Klinge nach der Reparatur leicht nachlässt. Der nächste Forschungsschritt sollte sich darauf konzentrieren, wie die Legierungszusammensetzung kontrolliert, die Schweißprozessparameter angepasst und die Prozesskontrollmethoden optimiert werden können, um die Mikrostruktur des Reparaturbereichs zu regulieren, Festigkeit und Plastizität im Reparaturbereich anzupassen und seine hervorragende Ermüdungsbeständigkeit sicherzustellen.

2.2 Reparatur lokaler Schäden an Klingen aus Titanlegierungen

Es gibt keinen wesentlichen Unterschied zwischen der Reparatur von Schäden an Rotorblättern aus Titanlegierungen und der additiven Fertigungstechnologie für dreidimensionale feste Teile aus Titanlegierungen in Bezug auf den Prozess. Die Reparatur kann als ein Prozess der additiven Fertigung mit sekundärer Abscheidung auf dem Bruchabschnitt und der lokalen Oberfläche mit den beschädigten Teilen als Matrix betrachtet werden, wie in Abbildung 7 dargestellt. Je nach den unterschiedlichen Wärmequellen wird hauptsächlich in additive Laserreparatur und additive Lichtbogenreparatur unterteilt. Es ist erwähnenswert, dass der deutsche Sonderforschungsbereich 871 in den letzten Jahren die additive Lichtbogenreparaturtechnologie zu einem Forschungsschwerpunkt für die Reparatur von Integralblättern aus Titanlegierungen gemacht hat[38] und die Reparaturleistung durch Zugabe von Keimbildnern und anderen Mitteln verbessert hat[39].

Auf dem Gebiet der additiven Laserreparatur untersuchten Gong Xinyong et al. [40] mithilfe von TC11-Legierungspulver den Reparaturprozess der TC11-Titanlegierung durch Laserschmelzen. Nach der Reparatur wurde der Ablagerungsbereich von Die dünnwandige Probe und der Bereich der umgeschmolzenen Schnittstelle wiesen typische Widmanstätten-Strukturmerkmale auf, und die Struktur der Wärmeeinflusszone der Matrix ging von der Widmanstätten-Struktur in eine Dual-State-Struktur über. Die Zugfestigkeit des Abscheidungsbereichs betrug etwa 1200 MPa, was höher war als die der Übergangszone an der Schnittstelle und der Matrix, während die Plastizität etwas niedriger war als die der Matrix. Die Zugproben waren alle innerhalb der Matrix gebrochen. Schließlich wurde das eigentliche Laufrad mit der Punkt-für-Punkt-Schmelzabscheidungsmethode repariert, bestand die Super-Speed-Testbewertung und realisierte die Installationsanwendung. Bian Hongyou et al. [41] verwendeten TA15-Pulver, um die Laser-Additivreparatur der Titanlegierung TC17 zu untersuchen, und untersuchten die Auswirkungen unterschiedlicher Glühwärmebehandlungstemperaturen (610℃, 630℃ und 650℃) auf seine Mikrostruktur und Eigenschaften. Die Ergebnisse zeigten, dass die Zugfestigkeit der durch Laserabscheidung reparierten TA15/TC17-Legierung 1029 MPa erreichen kann, die Plastizität jedoch relativ gering ist und nur 4.3 % beträgt, während sie bei TC90.2-Schmiedestücken 61.4 % bzw. 17 % erreicht. Nach der Wärmebehandlung bei unterschiedlichen Temperaturen werden die Zugfestigkeit und die Plastizität deutlich verbessert. Bei einer Glühtemperatur von 650℃, die höchste Zugfestigkeit beträgt 1102 MPa und wird von 98.4 % der TC17-Schmiedestücke erreicht. Die Bruchdehnung beträgt 13.5 %, was im Vergleich zum abgelagerten Zustand eine deutliche Verbesserung darstellt.

Auf dem Gebiet der additiven Lichtbogenreparatur führten Liu et al. [42] eine Reparaturstudie an einer simulierten Probe einer fehlenden Klinge aus einer TC4-Titanlegierung durch. In der abgeschiedenen Schicht wurde eine gemischte Kornmorphologie aus gleichachsigen Kristallen und säulenförmigen Kristallen mit einer maximalen Zugfestigkeit von 991 MPa und einer Dehnung von 10 % erhalten. Zhuo et al. [43] führten mit TC11-Schweißdraht eine additive Lichtbogenreparaturstudie an einer TC17-Titanlegierung durch und analysierten die mikrostrukturelle Entwicklung der abgeschiedenen Schicht und der Wärmeeinflusszone. Die Zugfestigkeit betrug unter unbeheizten Bedingungen 1015.9 MPa und die Dehnung 14.8 % bei guter Gesamtleistung. Chen et al. [44] untersuchten die Auswirkungen unterschiedlicher Glühtemperaturen auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von Reparaturproben aus einer TC11/TC17-Titanlegierung. Die Ergebnisse zeigten, dass eine höhere Glühtemperatur sich positiv auf die Dehnung der reparierten Proben auswirkte.

Die Forschung zum Einsatz von additiver Metallfertigungstechnologie zur Reparatur lokaler Schäden an Schaufelblättern aus Titanlegierungen steckt noch in den Kinderschuhen. Bei der Reparatur von Schaufelblättern müssen nicht nur die mechanischen Eigenschaften der aufgebrachten Schicht berücksichtigt werden, sondern auch die Bewertung der mechanischen Eigenschaften an der Schnittstelle der reparierten Schaufelblätter ist von entscheidender Bedeutung.

3 Titanlegierungsklingen mit großflächigen Schäden Klingenaustausch und Reparatur

Um die Struktur des Kompressorrotors zu vereinfachen und Gewicht zu reduzieren, werden für moderne Flugzeugtriebwerksschaufeln häufig eine Integralschaufelscheibenstruktur verwendet. Dabei handelt es sich um eine einteilige Struktur, bei der die Laufschaufeln und die Schaufelscheiben eine integrale Struktur bilden und Zapfen und Nuten entfallen. Dadurch wird nicht nur das Ziel der Gewichtsreduzierung erreicht, sondern auch der Verschleiß und die aerodynamischen Verluste der Zapfen und Nuten bei herkömmlichen Strukturen vermieden. Die Reparatur von Oberflächenschäden und lokalen Beschädigungen der Integralschaufelscheibe des Kompressors ähnelt der oben beschriebenen Reparaturmethode für separate Schaufeln. Aufgrund seiner einzigartigen Verarbeitungsmethode und Vorteile wird zur Reparatur gebrochener oder fehlender Teile der Integralschaufelscheibe häufig das Linearreibschweißen verwendet. Der Prozess ist in Abbildung 8 [45] dargestellt.

Mateo et al. [46] verwendeten lineares Reibschweißen, um die Reparatur der Titanlegierung Ti-6246 zu simulieren. Die Ergebnisse zeigten, dass derselbe Schaden, der bis zu dreimal repariert wurde, eine schmalere Wärmeeinflusszone und eine feinere Schweißkornstruktur aufwies. Die Zugfestigkeit nahm mit zunehmender Anzahl der Reparaturen von 1048 MPa auf 1013 MPa ab. Allerdings brachen sowohl die Zug- als auch die Ermüdungsproben im Bereich des Grundmaterials abseits des Schweißbereichs.

Ma et al. [47] untersuchten die Auswirkungen unterschiedlicher Wärmebehandlungstemperaturen (530°C + 4h Luftkühlung, 610°C + 4h Luftkühlung, 670°C + 4h Luftkühlung) an â € <â € <die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von linearen Reibschweißverbindungen aus Titanlegierung TC17. Die Ergebnisse zeigen, dass mit zunehmender Wärmebehandlungstemperatur der Rekristallisationsgrad von α Phase und β Phase nimmt deutlich zu. Das Bruchverhalten der Zug- und Schlagproben änderte sich von sprödem Bruch zu duktilem Bruch. Nach der Wärmebehandlung bei 670°C, die Zugprobe brach im Grundmaterial. Die Zugfestigkeit betrug 1262 MPa, die Dehnung betrug jedoch nur 81.1 % des Grundmaterials.

Derzeit zeigen in- und ausländische Forschungsergebnisse, dass die Reparaturtechnologie durch lineares Reibschweißen die Funktion selbstreinigender Oxide besitzt, wodurch Oxide auf der Verbindungsfläche wirksam entfernt werden können, ohne dass durch das Schmelzen metallurgische Defekte entstehen. Gleichzeitig kann sie die Verbindung heterogener Materialien realisieren, um integrierte Schaufelscheiben mit dualer Legierung/doppelter Leistung zu erhalten, und kann die schnelle Reparatur von Schaufelkörperbrüchen oder fehlenden Teilen integrierter Schaufelscheiben aus unterschiedlichen Materialien abschließen [38]. Bei der Verwendung der linearen Reibschweißtechnologie zur Reparatur integrierter Schaufelscheiben sind jedoch noch viele Probleme zu lösen, wie z. B. große Restspannungen in den Verbindungen und Schwierigkeiten bei der Kontrolle der Qualität heterogener Materialverbindungen. Gleichzeitig muss das lineare Reibschweißverfahren für neue Materialien weiter erforscht werden.

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