Τεχνολογία επισκευής και ανακατασκευής συγκόλλησης για πτερύγια τουρμπίνας κινητήρων αεροσκαφών και πτερύγια ανεμιστήρα/συμπιεστή

Τα πτερύγια του κινητήρα του αεροσκάφους βρίσκονται σε πολύπλοκο και σκληρό περιβάλλον εργασίας για μεγάλο χρονικό διάστημα και είναι επιρρεπή σε διάφορους τύπους ελαττωμάτων ζημιάς. Η αντικατάσταση των λεπίδων είναι ακριβή και η έρευνα για την τεχνολογία επισκευής και ανακατασκευής λεπίδων έχει τεράστια οικονομικά οφέλη. Τα πτερύγια των κινητήρων αεροσκαφών χωρίζονται κυρίως σε δύο κατηγορίες: πτερύγια τουρμπίνας και πτερύγια ανεμιστήρα/συμπιεστή. Τα πτερύγια των στροβίλων χρησιμοποιούν συνήθως κράματα υψηλής θερμοκρασίας με βάση το νικέλιο, ενώ τα πτερύγια ανεμιστήρα/συμπιεστή χρησιμοποιούν κυρίως κράματα τιτανίου και μερικά χρησιμοποιούν κράματα υψηλής θερμοκρασίας με βάση το νικέλιο. Οι διαφορές στα υλικά και τα περιβάλλοντα εργασίας των πτερυγίων στροβίλου και των πτερυγίων ανεμιστήρα/συμπιεστή έχουν ως αποτέλεσμα διαφορετικούς κοινούς τύπους ζημιών, με αποτέλεσμα διαφορετικές μεθόδους επισκευής και δείκτες απόδοσης που πρέπει να επιτευχθούν μετά την επισκευή. Αυτή η εργασία αναλύει και συζητά τις μεθόδους επισκευής και τις βασικές τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος για τους δύο τύπους κοινών βλαβών στα πτερύγια των κινητήρων αεροσκαφών, με στόχο να παρέχει μια θεωρητική βάση για την επίτευξη υψηλής ποιότητας επισκευής και ανακατασκευής πτερυγίων κινητήρα αεροσκαφών.

Στους κινητήρες αεροσκαφών, τα πτερύγια του στροβίλου και του ρότορα ανεμιστήρα/συμπιεστή υπόκεινται σε μακροχρόνια σκληρά περιβάλλοντα όπως φυγόκεντρα φορτία, θερμική καταπόνηση και διάβρωση και έχουν εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις απόδοσης. Αναφέρονται ως ένα από τα πιο βασικά εξαρτήματα στην κατασκευή κινητήρων αεροσκαφών και η κατασκευή τους αντιπροσωπεύει περισσότερο από το 30% του φόρτου εργασίας ολόκληρης της κατασκευής κινητήρων [1-3]. Όντας σε ένα σκληρό και περίπλοκο περιβάλλον εργασίας για μεγάλο χρονικό διάστημα, τα πτερύγια του ρότορα είναι επιρρεπή σε ελαττώματα όπως ρωγμές, φθορά στο άκρο της λεπίδας και ζημιά κατάγματος. Το κόστος επισκευής λεπίδων είναι μόνο το 20% του κόστους κατασκευής ολόκληρης της λεπίδας. Επομένως, η έρευνα για την τεχνολογία επισκευής λεπίδων κινητήρων αεροσκαφών συμβάλλει στην παράταση της διάρκειας ζωής των λεπίδων, στη μείωση του κόστους κατασκευής και έχει τεράστια οικονομικά οφέλη.

Η επισκευή και η ανακατασκευή λεπίδων κινητήρα αεροσκαφών περιλαμβάνει κυρίως τα ακόλουθα τέσσερα βήματα [4]: ​​προεπεξεργασία λεπίδων (συμπεριλαμβανομένου του καθαρισμού λεπίδων [5], της τρισδιάστατης επιθεώρησης και της γεωμετρικής ανακατασκευής [6-7], κ.λπ.) εναπόθεση υλικού (συμπεριλαμβανομένης της χρήσης προηγμένης τεχνολογίας συγκόλλησης και σύνδεσης για την ολοκλήρωση της πλήρωσης και συσσώρευσης των υλικών που λείπουν [8-10], θερμική επεξεργασία ανάκτησης απόδοσης [11-13], κ.λπ.) ανακαίνιση λεπίδων (συμπεριλαμβανομένων μεθόδων κατεργασίας όπως λείανση και στίλβωση [14]). επεξεργασία μετά την επισκευή (συμπεριλαμβανομένης της επιφανειακής επίστρωσης [15-16] και επεξεργασία ενίσχυσης [17], κ.λπ.), όπως φαίνεται στο Σχήμα 1. Μεταξύ αυτών, η εναπόθεση υλικού είναι το κλειδί για τη διασφάλιση των μηχανικών ιδιοτήτων της λεπίδας μετά την επισκευή. Τα κύρια εξαρτήματα και υλικά των πτερυγίων κινητήρα αεροσκαφών φαίνονται στο Σχήμα 2. Για διαφορετικά υλικά και διαφορετικές μορφές ελαττωμάτων, η αντίστοιχη έρευνα μεθόδου επισκευής αποτελεί τη βάση για την επίτευξη υψηλής ποιότητας επισκευής και ανακατασκευής κατεστραμμένων λεπίδων. Αυτό το άρθρο λαμβάνει ως αντικείμενο τα πτερύγια στροβίλων από κράμα υψηλής θερμοκρασίας με βάση το νικέλιο και τα πτερύγια ανεμιστήρα/συμπιεστή από κράμα τιτανίου, συζητά και αναλύει τις μεθόδους επισκευής και τις βασικές τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται για διαφορετικούς τύπους ζημιάς στα πτερύγια του κινητήρα του αεροσκάφους σε αυτό το στάδιο και εξηγεί τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους.

1. Μέθοδος επισκευής πτερυγίων στροβίλου από κράμα υψηλής θερμοκρασίας με βάση το νικέλιο

Τα πτερύγια στροβίλων από κράμα υψηλής θερμοκρασίας με βάση το νικέλιο λειτουργούν σε περιβάλλον αερίου καύσης υψηλής θερμοκρασίας και πολύπλοκης καταπόνησης για μεγάλο χρονικό διάστημα και τα πτερύγια έχουν συχνά ελαττώματα όπως θερμικές ρωγμές κόπωσης, επιφανειακές βλάβες μικρής περιοχής (φθορά στην άκρη του πτερυγίου και ζημιά διάβρωσης) και σπασίματα κόπωσης. Δεδομένου ότι η ασφάλεια της επισκευής σπασίματος κόπωσης πτερυγίων στροβίλου είναι σχετικά χαμηλή, γενικά αντικαθίστανται αμέσως μετά την εμφάνιση θραύσης κόπωσης χωρίς επισκευή συγκόλλησης. Οι δύο συνήθεις τύποι ελαττωμάτων και οι μέθοδοι επισκευής των πτερυγίων του στροβίλου φαίνονται στο Σχήμα 3 [4]. Στη συνέχεια θα εισαχθούν οι μέθοδοι επισκευής αυτών των δύο τύπων ελαττωμάτων των πτερυγίων τουρμπίνας από κράμα υψηλής θερμοκρασίας με βάση το νικέλιο αντίστοιχα.

1.1 Επισκευή ρωγμής πτερυγίων στροβίλου υπερκράματος με βάση το νικέλιο

Οι μέθοδοι επισκευής συγκόλλησης με συγκόλληση και στερεάς φάσης χρησιμοποιούνται γενικά για την επιδιόρθωση ελαττωμάτων ρωγμών του πτερυγίου στροβίλου, κυρίως όπως: συγκόλληση υπό κενό, πρόσφυση διάχυσης υγρής φάσης, συγκόλληση με ενεργοποιημένη διάχυση και μέθοδοι επισκευής ανακατασκευής μεταλλουργίας σκόνης.

Οι Shan et al. [18] χρησιμοποίησε τη μέθοδο συγκόλλησης με κενό δέσμης για την επιδιόρθωση ρωγμών σε λεπίδες κράματος με βάση το νικέλιο ChS88 χρησιμοποιώντας πληρωτικά συγκόλλησης Ni-Cr-B-Si και Ni-Cr-Zr. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι σε σύγκριση με το μέταλλο πλήρωσης συγκόλλησης Ni-Cr-B-Si, το μέταλλο πλήρωσης συγκόλλησης Zr σε Ni-Cr-Zr δεν διαχέεται εύκολα, το υπόστρωμα δεν διαβρώνεται σημαντικά και η σκληρότητα του συγκολλημένου συνδέσμου είναι υψηλότερη. Η χρήση του μετάλλου πλήρωσης συγκόλλησης Ni-Cr-Zr μπορεί να επιτύχει την επισκευή ρωγμών σε λεπίδες κράματος με βάση το νικέλιο ChS88. Ojo et al. [19] μελέτησε τις επιδράσεις του μεγέθους του διακένου και των παραμέτρων διεργασίας στη μικροδομή και τις ιδιότητες των συγκολλημένων αρμών διάχυσης του κράματος με βάση το νικέλιο Inconel718. Καθώς το μέγεθος του διακένου αυξάνεται, η εμφάνιση σκληρών και εύθραυστων φάσεων όπως διαμεταλλικές ενώσεις με βάση το Ni3Al και βορίδια πλούσια σε Ni και πλούσια σε Cr είναι ο κύριος λόγος για τη μείωση της αντοχής και της σκληρότητας της άρθρωσης.

Η συγκόλληση με διάχυση μεταβατικής υγρής φάσης στερεοποιείται υπό ισοθερμικές συνθήκες και ανήκει στην κρυστάλλωση υπό συνθήκες ισορροπίας, η οποία ευνοεί την ομογενοποίηση της σύνθεσης και της δομής [20]. Ο Pouranvari [21] μελέτησε τη συγκόλληση με διάχυση παροδικής υγρής φάσης του κράματος υψηλής θερμοκρασίας με βάση το νικέλιο Inconel718 και βρήκε ότι η περιεκτικότητα σε Cr στο πληρωτικό και το εύρος αποσύνθεσης της μήτρας είναι οι βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν την αντοχή της ζώνης ισοθερμικής στερεοποίησης. Οι Lin et al. [22] μελέτησε την επίδραση των παραμέτρων της διαδικασίας συγκόλλησης με διάχυση μεταβατικής υγρής φάσης στη μικροδομή και τις ιδιότητες των αρμών κράματος υψηλής θερμοκρασίας με βάση το νικέλιο GH99. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι με την αύξηση της θερμοκρασίας σύνδεσης ή την παράταση του χρόνου, ο αριθμός των πλούσιων σε Ni και των πλούσιων σε Cr βοριδίων στη ζώνη βροχόπτωσης μειώθηκε και το μέγεθος των κόκκων της ζώνης βροχόπτωσης ήταν μικρότερο. Η θερμοκρασία δωματίου και η αντοχή σε εφελκυσμό σε υψηλή θερμοκρασία αυξάνονταν με την επέκταση του χρόνου διατήρησης. Επί του παρόντος, η συγκόλληση με διάχυση παροδικής υγρής φάσης έχει χρησιμοποιηθεί επιτυχώς για την επιδιόρθωση μικρών ρωγμών σε περιοχές χαμηλής τάσης και την αποκατάσταση της ζημιάς στο άκρο των λεπίδων χωρίς στεφάνι [23-24]. Αν και η συγκόλληση με διάχυση μεταβατικής υγρής φάσης έχει εφαρμοστεί με επιτυχία σε μια ποικιλία υλικών, περιορίζεται στην επισκευή μικρών ρωγμών (περίπου 250μΜ).

Όταν το πλάτος της ρωγμής είναι μεγαλύτερο από 0.5 mm και η τριχοειδής δράση είναι ανεπαρκής για την πλήρωση της ρωγμής, η επισκευή της λεπίδας μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας συγκόλληση ενεργοποιημένης διάχυσης [24]. Οι Su et al. [25] χρησιμοποίησε τη μέθοδο συγκόλλησης με ενεργοποιημένη διάχυση για να επισκευάσει τη λεπίδα από κράμα υψηλής θερμοκρασίας με βάση το νικέλιο In738 χρησιμοποιώντας συγκολλητικό υλικό DF4B και απέκτησε μια συγκόλληση υψηλής αντοχής, ανθεκτική στην οξείδωση. Ο γ′ Η φάση που κατακρημνίζεται στην άρθρωση έχει ενισχυτικό αποτέλεσμα και η αντοχή εφελκυσμού φτάνει το 85% του μητρικού υλικού. Η άρθρωση σπάει στη θέση του βοριδίου πλούσιου σε Cr. Hawk et al. [26] χρησιμοποίησε επίσης συγκόλληση με ενεργοποιημένη διάχυση για την επιδιόρθωση της μεγάλης ρωγμής της λεπίδας κράματος υψηλής θερμοκρασίας με βάση το νικέλιο René 108. Η ανακατασκευή μεταλλουργίας σκόνης, ως μια πρόσφατα αναπτυγμένη μέθοδος για την αρχική ανακατασκευή επιφανειών προηγμένου υλικού, έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στην επισκευή λεπίδων κράματος υψηλής θερμοκρασίας. Μπορεί να αποκαταστήσει και να ανακατασκευάσει την τρισδιάστατη σχεδόν ισοτροπική αντοχή μεγάλων ελαττωμάτων διάκενου (πάνω από 5 mm) όπως ρωγμές, αφαίρεση, φθορά και οπές στις λεπίδες [27]. Η Liburdi, μια καναδική εταιρεία, ανέπτυξε τη μέθοδο LPM (Liburdi powder metallurgy) για την επισκευή λεπίδων κράματος με βάση το νικέλιο με υψηλή περιεκτικότητα σε Al και Ti που έχουν κακή απόδοση συγκόλλησης. Η διαδικασία φαίνεται στο Σχήμα 4 [28]. Τα τελευταία χρόνια, η μέθοδος μεταλλουργίας σκόνης κάθετης ελασματοποίησης που βασίζεται σε αυτή τη μέθοδο μπορεί να εκτελέσει μια εφάπαξ επιδιόρθωση ελαττωμάτων πλάτους έως και 25 mm [29].

1.2 επισκευή της επιφανειακής βλάβης των πτερυγίων στροβίλων από κράμα υψηλής θερμοκρασίας με βάση το νικέλιο

Όταν εμφανίζονται γρατσουνιές μικρής περιοχής και ζημιές από διάβρωση στην επιφάνεια των λεπίδων κράματος υψηλής θερμοκρασίας με βάση το νικέλιο, η κατεστραμμένη περιοχή μπορεί συνήθως να αφαιρεθεί και να αυλακωθεί με μηχανική κατεργασία και στη συνέχεια να γεμίσει και να επισκευαστεί χρησιμοποιώντας την κατάλληλη μέθοδο συγκόλλησης. Η τρέχουσα έρευνα επικεντρώνεται κυρίως στην εναπόθεση τήξης με λέιζερ και στην επισκευή συγκόλλησης με τόξο αργού.

Οι Kim et al. [30] από το Πανεπιστήμιο του Ντέλαγουερ των Ηνωμένων Πολιτειών πραγματοποίησε επένδυση με λέιζερ και χειροκίνητη επισκευή συγκόλλησης σε λεπίδες κράματος με βάση το νικέλιο Rene80 με υψηλή περιεκτικότητα σε Al και Ti, και συνέκρινε τα τεμάχια που είχαν υποστεί θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση με αυτά που είχαν υποστεί θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση και θερμή ισοστατική συμπίεση (HIP) και διαπίστωσε ότι η μικρή απολέπιση μειώνει αποτελεσματικά το HIP. Οι Liu et al. [31] από το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας Huazhong χρησιμοποίησε τεχνολογία επένδυσης λέιζερ για να επιδιορθώσει ελαττώματα αυλακώσεων και οπών σε 718 εξαρτήματα τουρμπίνας από κράμα με βάση το νικέλιο και διερεύνησε τις επιπτώσεις της πυκνότητας ισχύος λέιζερ, της ταχύτητας σάρωσης λέιζερ και της μορφής επένδυσης στη διαδικασία επισκευής, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.

Όσον αφορά την επισκευή συγκόλλησης με τόξο αργού, οι Qu Sheng et al. [32] της China Aviation Development Η Shenyang Liming Aero Engine (Group) Co., Ltd. χρησιμοποίησε τη μέθοδο συγκόλλησης με τόξο αργού βολφραμίου για να επιδιορθώσει τα προβλήματα φθοράς και ρωγμών στην άκρη των πτερυγίων του στροβίλου από κράμα υψηλής θερμοκρασίας DZ125. . Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι μετά την επισκευή με παραδοσιακά υλικά συγκόλλησης με βάση το κοβάλτιο, η ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα είναι επιρρεπής σε θερμικές ρωγμές και η σκληρότητα της συγκόλλησης μειώνεται. Ωστόσο, χρησιμοποιώντας τα πρόσφατα αναπτυγμένα υλικά συγκόλλησης με βάση το νικέλιο MGS-1, σε συνδυασμό με κατάλληλες διαδικασίες συγκόλλησης και θερμικής επεξεργασίας, μπορούν αποτελεσματικά να αποφευχθούν ρωγμές στη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα και η αντοχή σε εφελκυσμό στα 1000°Ο C φτάνει το 90% του βασικού υλικού. Τραγούδι Wenqing et al. [33] διεξήγαγε μια μελέτη σχετικά με τη διαδικασία επισκευής συγκόλλησης των ελαττωμάτων χύτευσης των πτερυγίων οδηγών στροβίλου από κράμα υψηλής θερμοκρασίας K4104. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η χρήση συρμάτων συγκόλλησης HGH3113 και HGH3533 ως μέταλλα πλήρωσης έχει εξαιρετικό σχηματισμό συγκόλλησης, καλή πλαστικότητα και ισχυρή αντοχή σε ρωγμές, ενώ όταν χρησιμοποιείται όταν συγκολλάται το σύρμα συγκόλλησης K4104 με αυξημένη περιεκτικότητα σε Zr, η ρευστότητα του υγρού μετάλλου είναι κακή, η επιφάνεια συγκόλλησης δεν σχηματίζεται καλά και παρουσιάζονται ρωγμές και ρωγμές. Μπορεί να φανεί ότι στη διαδικασία επισκευής λεπίδων, η επιλογή των υλικών πλήρωσης παίζει ζωτικό ρόλο.

Η τρέχουσα έρευνα για την επισκευή πτερυγίων στροβίλων με βάση το νικέλιο έδειξε ότι τα κράματα υψηλής θερμοκρασίας με βάση το νικέλιο περιέχουν στοιχεία ενίσχυσης στερεών διαλυμάτων όπως Cr, Mo, Al και ιχνοστοιχεία όπως P, S και B, τα οποία τα καθιστούν πιο ευαίσθητα στις ρωγμές κατά τη διαδικασία επισκευής. Μετά τη συγκόλληση, είναι επιρρεπείς σε δομικό διαχωρισμό και στο σχηματισμό εύθραυστων ελαττωμάτων της φάσης Laves. Επομένως, η μετέπειτα έρευνα για την επισκευή κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας με βάση το νικέλιο απαιτεί τη ρύθμιση της δομής και των μηχανικών ιδιοτήτων τέτοιων ελαττωμάτων.

2 Μέθοδος επισκευής ανεμιστήρα/λεπίδας συμπιεστή από κράμα τιτανίου

Κατά τη λειτουργία, τα πτερύγια ανεμιστήρα/συμπιεστή από κράμα τιτανίου υπόκεινται κυρίως σε φυγόκεντρη δύναμη, αεροδυναμική δύναμη και φορτίο δόνησης. Κατά τη χρήση, συχνά συμβαίνουν ελαττώματα επιφανειακής ζημιάς (ρωγμές, φθορά στο άκρο της λεπίδας, κ.λπ.), τοπικά ελαττώματα θραύσης των λεπίδων από κράμα τιτανίου και ζημιές μεγάλης επιφάνειας (θραύση κόπωσης, μεγάλης έκτασης ζημιά και διάβρωση κ.λπ.), που απαιτούν τη συνολική αντικατάσταση των λεπίδων. Διαφορετικοί τύποι ελαττωμάτων και κοινές μέθοδοι επισκευής φαίνονται στο Σχήμα 6. Τα παρακάτω θα παρουσιάσουν την ερευνητική κατάσταση της επισκευής αυτών των τριών τύπων ελαττωμάτων.

2.1 Επισκευή ελαττωμάτων στην επιφάνεια της λεπίδας από κράμα τιτανίου

Κατά τη λειτουργία, οι λεπίδες από κράμα τιτανίου έχουν συχνά ελαττώματα όπως ρωγμές στην επιφάνεια, γρατσουνιές μικρής περιοχής και φθορά της λεπίδας. Η επισκευή τέτοιων ελαττωμάτων είναι παρόμοια με αυτή των πτερυγίων τουρμπίνας με βάση το νικέλιο. Η μηχανική κατεργασία χρησιμοποιείται για την αφαίρεση της ελαττωματικής περιοχής και η εναπόθεση τήξης με λέιζερ ή η συγκόλληση με τόξο αργού χρησιμοποιείται για πλήρωση και επισκευή.

Στον τομέα της εναπόθεσης τήξης με λέιζερ, οι Zhao Zhuang et al. [34] του Northwestern Polytechnical University διεξήγαγε μια μελέτη επισκευής λέιζερ για μικρού μεγέθους επιφανειακά ελαττώματα (διάμετρος επιφάνειας 2 mm, ημισφαιρικά ελαττώματα με βάθος 0.5 mm) σφυρηλάτησης από κράμα τιτανίου TC17. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι β οι στηλώδεις κρύσταλλοι στη ζώνη εναπόθεσης λέιζερ αναπτύχθηκαν επιταξιακά από τη διεπιφάνεια και τα όρια των κόκκων ήταν ασαφή. Το αρχικό σχήμα βελόνας α πηχάκια και δευτερεύοντα α οι φάσεις στη ζώνη που επηρεάστηκε από τη θερμότητα μεγάλωσαν και αδράχθηκαν. Σε σύγκριση με τα πλαστά δείγματα, τα επισκευασμένα με λέιζερ δείγματα είχαν τα χαρακτηριστικά υψηλής αντοχής και χαμηλής πλαστικότητας. Η αντοχή σε εφελκυσμό αυξήθηκε από 1077.7 MPa σε 1146.6 MPa και η επιμήκυνση μειώθηκε από 17.4% σε 11.7%. Οι Pan Bo et al. [35] χρησιμοποίησε τεχνολογία επένδυσης λέιζερ ομοαξονικής τροφοδοσίας σκόνης για να επιδιορθώσει τα προκατασκευασμένα ελαττώματα σε σχήμα κυκλικής οπής του κράματος τιτανίου ZTC4 για πολλές φορές. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η διαδικασία αλλαγής μικροδομής από το μητρικό υλικό στην επισκευασμένη περιοχή ήταν ελασματοειδής α φάσης και διακοκκώδης β φάση → δομή καλαθιού → μαρτενσίτης → Δομή Widmanstatten. Η σκληρότητα της ζώνης που επηρεάζεται από τη θερμότητα αυξήθηκε ελαφρά με την αύξηση του αριθμού των επισκευών, ενώ η σκληρότητα του μητρικού υλικού και του στρώματος επένδυσης δεν άλλαξε πολύ.

Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η ζώνη επισκευής και η ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα πριν από τη θερμική επεξεργασία είναι εξαιρετικά λεπτής βελόνας α φάση κατανεμημένη στο β μήτρα φάσης και η ζώνη υλικού βάσης είναι μια λεπτή δομή καλαθιού. Μετά τη θερμική επεξεργασία, η μικροδομή κάθε περιοχής είναι πρωταρχική σαν πηχάκι α φάση + β δομή μετασχηματισμού φάσης και το μήκος του πρωτεύοντος α φάση στην περιοχή επισκευής είναι σημαντικά μεγαλύτερη από αυτή σε άλλες περιοχές. Το όριο κόπωσης υψηλού κύκλου του εξαρτήματος επισκευής είναι 490 MPa, το οποίο είναι υψηλότερο από το όριο κόπωσης του βασικού υλικού. Η ακραία πτώση είναι περίπου 7.1%. Η χειροκίνητη συγκόλληση τόξου αργού χρησιμοποιείται επίσης συνήθως για την επισκευή ρωγμών στην επιφάνεια της λεπίδας και τη φθορά των άκρων. Το μειονέκτημά του είναι ότι η εισροή θερμότητας είναι μεγάλη και οι επισκευές μεγάλης περιοχής είναι επιρρεπείς σε μεγάλη θερμική καταπόνηση και παραμόρφωση συγκόλλησης [37].

Η τρέχουσα έρευνα δείχνει ότι ανεξάρτητα από το εάν χρησιμοποιείται εναπόθεση τήξης λέιζερ ή συγκόλληση τόξου αργού για επισκευή, η περιοχή επισκευής έχει τα χαρακτηριστικά υψηλής αντοχής και χαμηλής πλαστικότητας και η απόδοση κόπωσης της λεπίδας μειώνεται εύκολα μετά την επισκευή. Το επόμενο βήμα της έρευνας θα πρέπει να επικεντρωθεί στον έλεγχο της σύνθεσης του κράματος, την προσαρμογή των παραμέτρων της διαδικασίας συγκόλλησης και τη βελτιστοποίηση των μεθόδων ελέγχου της διαδικασίας για τη ρύθμιση της μικροδομής της περιοχής επισκευής, την επίτευξη αντιστοίχισης αντοχής και πλαστικότητας στην περιοχή επισκευής και τη διασφάλιση της εξαιρετικής απόδοσης κόπωσης.

2.2 Επισκευή τοπικής βλάβης λεπίδων από κράμα τιτανίου

Δεν υπάρχει ουσιαστική διαφορά μεταξύ της επισκευής ελαττωμάτων φθοράς του ρότορα από κράμα τιτανίου και της τεχνολογίας κατασκευής πρόσθετων τρισδιάστατων στερεών εξαρτημάτων από κράμα τιτανίου όσον αφορά τη διαδικασία. Η επισκευή μπορεί να θεωρηθεί ως μια διαδικασία παραγωγής δευτερογενούς πρόσθετου εναπόθεσης στο τμήμα θραύσης και στην τοπική επιφάνεια με τα κατεστραμμένα μέρη ως μήτρα, όπως φαίνεται στο σχήμα 7. Ανάλογα με τις διαφορετικές πηγές θερμότητας, χωρίζεται κυρίως σε επισκευή πρόσθετου λέιζερ και επισκευή πρόσθετου τόξου. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα τελευταία χρόνια, το Γερμανικό Κέντρο Συνεργατικής Έρευνας 871 έχει καταστήσει την τεχνολογία επισκευής πρόσθετων τόξου σε ερευνητικό επίκεντρο για την επισκευή ενσωματωμένων λεπίδων από κράμα τιτανίου[38] και έχει βελτιώσει την απόδοση επισκευής προσθέτοντας παράγοντες πυρηνοποίησης και άλλα μέσα[39].

Στον τομέα της επισκευής προσθέτων λέιζερ, οι Gong Xinyong et al. [40] χρησιμοποίησε σκόνη κράματος TC11 για να μελετήσει τη διαδικασία επισκευής εναπόθεσης τήξης με λέιζερ του κράματος τιτανίου TC11. Μετά την επισκευή, η περιοχή εναπόθεσης του το δείγμα λεπτού τοιχώματος και η περιοχή επανατήξης της διεπαφής είχαν τυπικά χαρακτηριστικά δομής Widmanstatten και η δομή ζώνης που επηρεάστηκε από τη θερμότητα μήτρας μεταπήδησε από τη δομή Widmanstatten στη δομή διπλής κατάστασης. Η αντοχή εφελκυσμού της περιοχής εναπόθεσης ήταν περίπου 1200 MPa, η οποία ήταν υψηλότερη από αυτή της ζώνης μετάβασης διεπαφής και της μήτρας, ενώ η πλαστικότητα ήταν ελαφρώς χαμηλότερη από αυτή της μήτρας. Τα δείγματα εφελκυσμού έσπασαν όλα μέσα στη μήτρα. Τέλος, η πραγματική πτερωτή επισκευάστηκε με τη μέθοδο εναπόθεσης τήξης σημείο προς σημείο, πέρασε την αξιολόγηση δοκιμής υπερταχυτήτων και πραγματοποίησε την εφαρμογή εγκατάστασης. Οι Bian Hongyou et al. [41] χρησιμοποίησε σκόνη TA15 για να μελετήσει την επισκευή πρόσθετου λέιζερ του κράματος τιτανίου TC17 και διερεύνησε τα αποτελέσματα των διαφορετικών θερμοκρασιών θερμικής επεξεργασίας ανόπτησης (610℃, 630℃ και 650℃) για τη μικροδομή και τις ιδιότητές του. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η αντοχή εφελκυσμού του εναποτιθέμενου κράματος TA15/TC17 που επισκευάζεται με εναπόθεση λέιζερ μπορεί να φτάσει τα 1029MPa, αλλά η πλαστικότητα είναι σχετικά χαμηλή, μόνο 4.3%, φτάνοντας το 90.2% και το 61.4% των σφυρηλατήσεων TC17, αντίστοιχα. Μετά από θερμική επεξεργασία σε διαφορετικές θερμοκρασίες, η αντοχή εφελκυσμού και η πλαστικότητα βελτιώνονται σημαντικά. Όταν η θερμοκρασία ανόπτησης είναι 650℃, η υψηλότερη αντοχή εφελκυσμού είναι 1102 MPa, φθάνοντας το 98.4% των σφυρηλατήσεων TC17 και η επιμήκυνση μετά τη θραύση είναι 13.5%, η οποία είναι σημαντικά βελτιωμένη σε σύγκριση με την κατάσταση εναπόθεσης.

Στον τομέα της επισκευής πρόσθετων τόξου, οι Liu et al. [42] διεξήγαγε μια μελέτη επισκευής σε ένα προσομοιωμένο δείγμα μιας λεπίδας από κράμα τιτανίου TC4 που λείπει. Μια μικτή μορφολογία κόκκων ισοαξονικών κρυστάλλων και στηλών κρυστάλλων λήφθηκε στο αποτιθέμενο στρώμα, με μέγιστη αντοχή εφελκυσμού 991 MPa και επιμήκυνση 10%. Οι Zhuo et al. [43] χρησιμοποίησε σύρμα συγκόλλησης TC11 για τη διεξαγωγή μελέτης επισκευής πρόσθετου τόξου σε κράμα τιτανίου TC17 και ανέλυσε τη μικροδομική εξέλιξη του αποτιθέμενου στρώματος και της ζώνης που επηρεάζεται από τη θερμότητα. Η αντοχή εφελκυσμού ήταν 1015.9 MPa κάτω από μη θερμαινόμενες συνθήκες και η επιμήκυνση ήταν 14.8%, με καλή συνολική απόδοση. Οι Chen et al. [44] μελέτησε τις επιδράσεις των διαφορετικών θερμοκρασιών ανόπτησης στη μικροδομή και τις μηχανικές ιδιότητες των δειγμάτων επισκευής κράματος τιτανίου TC11/TC17. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι μια υψηλότερη θερμοκρασία ανόπτησης ήταν ευεργετική για τη βελτίωση της επιμήκυνσης των επισκευασμένων δειγμάτων.

Η έρευνα σχετικά με τη χρήση της τεχνολογίας κατασκευής πρόσθετων μετάλλων για την επιδιόρθωση τοπικών ελαττωμάτων ζημιάς στις λεπίδες από κράμα τιτανίου είναι μόλις στα σπάργανα. Οι επισκευασμένες λεπίδες όχι μόνο πρέπει να δώσουν προσοχή στις μηχανικές ιδιότητες του αποτιθέμενου στρώματος, αλλά και η αξιολόγηση των μηχανικών ιδιοτήτων στη διεπαφή των επισκευασμένων λεπίδων είναι εξίσου κρίσιμη.

3 λεπίδες από κράμα τιτανίου με μεγάλη φθορά επιφάνειας Αντικατάσταση και επισκευή λεπίδων

Προκειμένου να απλοποιηθεί η δομή του ρότορα του συμπιεστή και να μειωθεί το βάρος, τα σύγχρονα πτερύγια των κινητήρων αεροσκαφών υιοθετούν συχνά μια ενσωματωμένη δομή δίσκου λεπίδας, η οποία είναι μια μονοκόμματη δομή που κάνει τις λεπίδες εργασίας και τους δίσκους λεπίδων σε μια ενιαία δομή, εξαλείφοντας το τέντωμα και την πέτρα. Ενώ επιτυγχάνεται ο σκοπός της μείωσης του βάρους, μπορεί επίσης να αποφύγει τη φθορά και την αεροδυναμική απώλεια του τένοντα και τη θραύση στη συμβατική κατασκευή. Η επισκευή της επιφανειακής ζημιάς και των τοπικών ελαττωμάτων βλάβης του ενσωματωμένου δίσκου λεπίδας του συμπιεστή είναι παρόμοια με την προαναφερθείσα μέθοδο επισκευής ξεχωριστής λεπίδας. Για την επισκευή των σπασμένων ή ελλειπόντων κομματιών του ενσωματωμένου δίσκου λεπίδας, η γραμμική συγκόλληση τριβής χρησιμοποιείται ευρέως λόγω της μοναδικής μεθόδου επεξεργασίας και των πλεονεκτημάτων της. Η διαδικασία του φαίνεται στο Σχήμα 8 [45].

Οι Mateo et al. [46] χρησιμοποίησε γραμμική συγκόλληση τριβής για να προσομοιώσει την επισκευή του κράματος τιτανίου Ti-6246. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ίδια ζημιά που επισκευάστηκε έως και τρεις φορές είχε μια στενότερη ζώνη επηρεασμένη από τη θερμότητα και μια λεπτότερη δομή κόκκων συγκόλλησης. Η αντοχή σε εφελκυσμό μειώθηκε από 1048 MPa σε 1013 MPa με την αύξηση του αριθμού των επισκευών. Ωστόσο, τόσο τα δείγματα εφελκυσμού όσο και τα δείγματα κόπωσης έσπασαν στην περιοχή του υλικού βάσης μακριά από την περιοχή συγκόλλησης.

Οι Ma et al. [47] μελέτησε τις επιπτώσεις των διαφορετικών θερμοκρασιών θερμικής επεξεργασίας (530°C + 4h air cooling, 610°C + 4h air cooling, 670°C + 4h air cooling) ενεργοποιημένο ​​τη μικροδομή και τις μηχανικές ιδιότητες των συγκολλημένων αρμών γραμμικής τριβής από κράμα τιτανίου TC17. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι όσο αυξάνεται η θερμοκρασία θερμικής επεξεργασίας, ο βαθμός ανακρυστάλλωσης του α φάση και β η φάση αυξάνεται σημαντικά. Η συμπεριφορά θραύσης των δειγμάτων εφελκυσμού και κρούσης άλλαξε από εύθραυστο κάταγμα σε όλκιμο. Μετά από θερμική επεξεργασία στους 670°C, το δείγμα εφελκυσμού έσπασε στο υλικό βάσης. Η αντοχή σε εφελκυσμό ήταν 1262 MPa, αλλά η επιμήκυνση ήταν μόνο 81.1% του υλικού βάσης.

Επί του παρόντος, η εγχώρια και η ξένη έρευνα δείχνει ότι η τεχνολογία επισκευής γραμμικής τριβής συγκόλλησης έχει τη λειτουργία αυτοκαθαριζόμενων οξειδίων, τα οποία μπορούν να αφαιρέσουν αποτελεσματικά τα οξείδια στην επιφάνεια συγκόλλησης χωρίς μεταλλουργικά ελαττώματα που προκαλούνται από την τήξη. Ταυτόχρονα, μπορεί να πραγματοποιήσει τη σύνδεση ετερογενών υλικών για την απόκτηση δίσκων ενσωματωμένης λεπίδας διπλού κράματος/διπλής απόδοσης και μπορεί να ολοκληρώσει την ταχεία επισκευή των θραυσμάτων του σώματος της λεπίδας ή τα κομμάτια που λείπουν από ενσωματωμένους δίσκους λεπίδων από διαφορετικά υλικά [38]. Ωστόσο, υπάρχουν ακόμη πολλά προβλήματα που πρέπει να επιλυθούν στη χρήση της τεχνολογίας γραμμικής συγκόλλησης τριβής για την επισκευή ενσωματωμένων δίσκων λεπίδων, όπως μεγάλη υπολειμματική τάση στους αρμούς και δυσκολία στον έλεγχο της ποιότητας των συνδέσεων ετερογενών υλικών. Ταυτόχρονα, η διαδικασία γραμμικής συγκόλλησης τριβής για νέα υλικά χρειάζεται περαιτέρω διερεύνηση.

Επικοινωνήστε μαζί μας

Σας ευχαριστούμε για το ενδιαφέρον σας για την εταιρεία μας! Ως επαγγελματική εταιρεία κατασκευής ανταλλακτικών αεριοστροβίλων, θα συνεχίσουμε να δεσμευόμαστε για την τεχνολογική καινοτομία και τη βελτίωση των υπηρεσιών, για να παρέχουμε περισσότερες λύσεις υψηλής ποιότητας για πελάτες σε όλο τον κόσμο. Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις, προτάσεις ή προθέσεις συνεργασίας, είμαστε περισσότερο από ευχαρίστως να σε βοηθήσω. Επικοινωνήστε μαζί μας με τους παρακάτω τρόπους:

WhatsAPP:+86 135 4409 5201

Ε-mail:[email protected]