Flygplansmotorblad befinner sig i en komplex och hård arbetsmiljö under lång tid och är benägna att drabbas av olika typer av skadedefekter. Att byta ut blad är dyrt, och forskning om reparation och återframställningsteknik för blad ger enorma ekonomiska fördelar. Flygplansmotorblad delas huvudsakligen in i två kategorier: turbinblad och ventilator/kompressorsblad. Turbinblad använder vanligtvis nikelbaserade högtemperaturliggamang, medan ventilator/kompressorsblad främst använder titanliggamen, och vissa använder nikelbaserade högtemperaturliggamang. Skillnaderna i material och arbetsmiljö mellan turbinblad och ventilator/kompressorsblad leder till olika vanliga typer av skador, vilket resulterar i olika reparationmetoder och prestandamål som måste uppnås efter reparation. Denna artikel analyserar och diskuterar de reparationmetoder och nyckletekniker som för närvarande används för de två vanligaste typerna av skadedefekter hos flygplansmotorblad, med syftet att ge en teoretisk grund för att uppnå högkvalitativ reparation och återframställning av flygplansmotorblad.
I flygmotorer är turbin- och ventilator-/kompressrorbladen utsatta för hård miljö på lång sikt, såsom centrifugalkrafter, termisk spänning och korrosion, och de har extremt höga prestandakrav. De räknas som en av de mest kärniga komponenterna i tillverkningen av flygmotorer, och deras tillverkning utgör mer än 30% av arbetsbelastningen för hela motortillverkningen [1 –3]. Eftersom de befinner sig i en hård och kompleks arbetsmiljö under lång tid, är rotorbladen lätt utsatta för defekter som sprickor, bladspetsutslitage och frakturskada. Kostnaden för reparation av blad är bara 20% av kostnaden för att tillverka hela bladet. Därför bidrar forskning om reparationsteknik för flygmotorblad till att förlänga bladens livslängd, minska tillverkningskostnaderna och ger stora ekonomiska fördelar.
Reparationen och återförsäljningen av flygmotorblad omfattar huvudsakligen följande fyra steg [4]: bladförberedelse (inklusive rensning av bladet [5], tre-dimensionell inspektion och geometrisk rekonstruktion [6, –7], etc.); materialdeposition (inklusive användning av avancerade svets- och anslutningstekniker för att slutföra fyllnaden och ackumuleringen av saknade material [8, –10], värmehandling för prestandåterställning [11, –13], etc.); bladåterställning (inklusive bearbetningsmetoder som slipning och polering [14]); efterreparationsbehandling (inklusive ytklädnad [15] –16] och förstärkningsbehandling [17], mm.), som visas i figur 1. Därav är materialdeposition nyckeln till att säkerställa mekaniska egenskaper hos bladet efter reparation. De huvudsakliga komponenterna och materialen för flygmotorblad visas i figur 2. För olika material och olika defekter, är motsvarande forskning om reparationsmetoder basen för att uppnå högkvalitativa reparationer och återskapande av skadade blad. I denna artikel behandlas nikkelförbunds-högtemperaturlegerade turbinblad och titanlegerade ventilator/kompressorsblad som objekt, diskuterar och analyserar de reparationstekniker och nyckelteknologier som används för olika typer av skador på flygmotorblad vid denna tidpunkt, och förklarar deras fördelar och nackdelar.
Nikkelbaserade högtemperaturspänningslegerade turbinblad arbetar i en miljö av högtempererad brännkolkolvätska och komplexa spänningar under lång tid, och bladen har ofta defekter som trötthetsvärmecken, småytliga yteskaderingar (spetsutslitasning och korrosionsdamage) och trötthetsbrott. Eftersom säkerheten vid reparation av trötthetsbrott i turbinblad är relativt låg, byts de vanligen ut direkt när ett trötthetsbrott inträffar utan lösningssvarsreparation. De två vanligaste typerna av defekter och reparationmetoder för turbinblad visas i figur 3 [4]. Följande kommer att introducera reparationmetoderna för dessa två typer av defekter hos nikkelbaserade högtemperaturspänningslegerade turbinblad var för sig.
Lötning och fasta fasers värmsammanfogningsreparationsmetoder används generellt för att reparera spaltbrister i turbinblad, vilket huvudsakligen omfattar: vakuumlödning, tillfällig vätskefasdiffusionsfogning, aktiverad diffusionsvärmsammanfogning och pulvermetallurgisk återförsel av reparationer.
Shan et al. [18] använde stråleverbrazeeringsmetoden för att reparera sprickor i ChS88-nickelbaserade lammblad med Ni-Cr-B-Si och Ni-Cr-Zr brazeutfyllningsmaterial. Resultaten visade att jämfört med Ni-Cr-B-Si-brazeutfyllningsmaterialet så diffunderar Zr i Ni-Cr-Zr-brazeutfyllningsmaterialet inte lätt, substaten korroderas inte påtagligt och tågheten hos det brasade ledet är högre. Användningen av Ni-Cr-Zr-brazeutfyllningsmaterialet kan uppnå reparation av sprickor i ChS88-nickelbaserade lammblad. Ojo et al. [19] studerade effekterna av luckstorlek och processparametrar på mikrostrukturen och egenskaperna hos diffusionbrasade led av Inconel718-nickelbaserade legeringar. När luckstorleken ökar är förekomsten av hårda och spröda fasor som Ni3Al-baserade intermetalliska föreningar och nikkel- och kromrikta borider den huvudsakliga anledningen till minskningen av ledstyrka och tåghet.
Transient liquid phase diffusion welding är förenat under isoterma förhållanden och tillhör krystalliseringsprocesser under jämvikt, vilket främjar homogeniseringen av sammansättning och struktur [20]. Pouranvari [21] studerade transient liquid phase diffusion welding av Inconel718-nickelbaserade högtemperaturlegeringar och fann att Cr-innehållet i fyllmetallen och dekompositionsområdet av matrisen är avgörande faktorer för styrkan i den isoterma föreningszonen. Lin et al. [22] undersökte hur processparametrarna för transient liquid phase diffusion welding påverkade mikrostrukturen och egenskaperna hos GH99-nickelbaserade högtemperaturlegeringsfogar. Resultaten visade att med ökad anslutningstemperatur eller förlängd tid minskade antalet Ni-rik och Cr-rika borider i precipitationsområdet, och kornstorleken i precipitationsområdet blev mindre. Rums temperatur och högtemperatur dragsskjuvstyrkan ökade med förlängd hålltid. För närvarande har transient liquid phase diffusion welding framgångsrikt använts för att reparera små sprickor i områden med låg spänning och återuppbygga spetsdammet på okronade blad [23] –24]. Även om transitorisk vätskefas diffusionsvärme har använts framgångsrikt på en mängd material, så är det begränsat till reparation av små sprickor (cirka 250 μ m).
När sprickbredden är större än 0,5 mm och kapillärverkan inte är tillräcklig för att fylla spricken kan loppreparation göras genom att använda aktiverad diffusionsvärme [24]. Su et al. [25] använde aktiverad diffusionsblygning för att reparera In738-nickelbaserade högtemperaturlegerade blad med DF4B-blygningsmaterial och fick en blygningsförening med hög styrka och oxidationsmotstånd. Den γ′ fasen som bildas i ledet har en stärkande effekt, och dragstyrkan når 85 % av modermaterial. Ledet bryts vid positionen av Cr-rik borid. Hawk et al. [26] använde också aktiverad diffusionssvetsning för att reparera breda sprickor i bladen av René 108-nickelbaserade högtemperaturläger. Pulvermetallurgisk återförsäljning, som en nyutvecklad metod för originalrekonstruktion av avancerade materialytor, har använts omfattande vid reparation av högtemperaturlägesbladen. Den kan återställa och rekonstruera den tredimensionella nästan isotropa styrkan hos stora luckor (mer än 5 mm) som sprickor, abrasion, utslitage och hål i bladen [27]. Liburdi, ett kanadensiskt företag, utvecklade LPM-metoden (Liburdi pulvermetallurgi) för att reparera nickelbaserade lägesbladen med höga Al- och Ti-innehåll som har dålig svetsbarhet. Processen visas i figur 4 [28]. I nyligen tid kan den vertikala lagerpulvermetallurgimetoden, baserad på denna metod, utföra engångsbräsingssparation av defekter upp till 25 mm breda [29].
När småare scratchningar och korrosions.skador uppstår på ytan av nikelbaserade högtemperaturspänningsblad kan den skadade området vanligen tas bort och grovas ut genom bearbetning, och sedan fyllas och repareras med en lämplig svetsmetod. Aktuell forskning fokuserar huvudsakligen på laser smältningssättning och argonbågs.svetsning för reparation.
Kim et al. [30] från University of Delaware i USA utförde lasercladding och handsköldningsreparation på Rene80-nickelbaserade löddarblad med höga Al- och Ti-innehåll, och jämförde arbetsstycken som hade genomgått värmeantering efter svetsning med de som hade genomgått värmeantering efter svetsning och varmt isostatiskt tryck (HIP), och fann att HIP kan effektivt minska små pordefekter. Liu et al. [31] från Huazhong University of Science and Technology använde lasercladdingteknik för att reparera grovdjup och håldefekter i 718-nickelbaserade turbinkomponenter, och undersökte effekterna av laserspänningsdensitet, laserscanningshastighet och claddingform på reparationen, som visas i figur 5.
När det gäller reparation med argonbågsvidning har Qu Sheng et al. [32] vid Kina Aviation Development Shenyang Liming Aero Engine (Group) Co., Ltd. använt tungsten-argonbågsvidningsmetoden för att reparera utslitnings- och sprickproblem på spetsen av DZ125-högtemperaturlegerade turbinblad. Resultaten visar att efter reparation med traditionella koboltbaserade loddsmaterial är värmeområde benäget att få termiska sprickor och loddens hårdhet minskar. Dock, genom att använda det nyutvecklade MGS-1-nickelbaserade loddsmaterialet, kombinerat med lämpliga loddnings- och värmeanpassningsprocesser, kan man effektivt undvika att sprickor uppstår i värmeområdet, och dragstyrkan vid 1000 ° C når 90% av basmaterialet. Song Wenqing et al. [33] utförde en studie om reparationssvetsning av gjutningsdefekter hos K4104-högtemperaturslegerings turboledningsblad. Resultaten visade att användandet av HGH3113 och HGH3533-svetsningstråd som fyllnads material ger utmärkt svetsbildning, god plasticitet och stark motståndskraft mot sprickor, medan vid användning av K4104-svetsningstråd med ökad Zr-innehåll har det dålig flytbarhet i det vätskemetallen, den svetsade ytan är inte väl formad, och det uppstår sprickor och icke-fusioneringsdefekter. Det kan ses att i bladreparationsprocessen spelar valet av fyllnads material en avgörande roll.
Närvarande forskning om reparation av nikelbaserade turbinblad har visat att nikelbaserade högtemperaturlegeringar innehåller fastløsningsförmakande element som Cr, Mo, Al och spårelement som P, S och B, vilket gör dem mer sprickkänsliga under reparationen. Efter svetsning är de benägna till strukturell segregation och bildning av bräckliga Laves-fasdefekter. Därför kräver efterföljande forskning om reparation av nikelbaserade högtemperaturlegeringar reglering av strukturen och mekaniska egenskaper hos sådana defekter.
Under drift är titanlegansfläkiga ventilator-/kompressorsblad främst utsatta för centrifugalkraft, aerodynamisk kraft och vibrationsbelastning. Under användning kan yteskadefekter (sprickor, spetsavslitning osv.), lokala brytningsfel av titanlegansbladen och större områdes.skada (matt spricka, större skada och korrosion osv.) ofta inträffa, vilket kräver att bladen ersätts helt. Skildes typer och vanliga repareringsmetoder visas i figur 6. Följande kommer att presentera forskningsstatusen för reparationen av dessa tre typer av defekter.
Under drift har titanlegansbladen ofta defekter som ytesprickor, små ytsår och bladslijning. Reparationen av sådana defekter liknar den av nikelbaserade turbinblad. Bearbetning används för att ta bort det defekta området och laser smältning eller argonbågsvidare används för fyllning och reparering.
Inom området för laser smältningssättning utförde Zhao Zhuang och kollegerna [34] vid Northwestern Polytechnical University en studie om laserreparation av små ytfel (ytdiameter 2 mm, halvklotformade fel med djup 0,5 mm) på TC17-titaniumlegeringspressningar. Resultaten visade att β stolptillstånd i lasersättningszonen växte epitaxialt från gränssnittet och korngränserna blev suddiga. De ursprungliga nålförmiga α lathar och sekundära α faserna i värmeberörda zonen växte och groddes. Jämfört med de smedda proven hade lasarrparerade prov egenskaper av hög styrka och låg plasticitet. Drahets styrka ökade från 1077,7 MPa till 1146,6 MPa, och utsträckningen minskade från 17,4% till 11,7%. Pan Bo et al. [35] använde coaxialpulverförselningslasklämnings teknik för att reparera cirkelformade hålformatade förhandsdefekter hos ZTC4-titaniumalloy flera gånger. Resultaten visade att mikrostrukturens ändringsprocess från modermaterial till reparerad område var plattform α fas och intergranulär β fas - Vad är det? flinthsäcksstruktur - Vad är det? martensit - Vad är det? Widmanstätt-struktur. Hårdheten i värmeberörda zonen ökade lätt med antalet reparaturer, medan hårdheten på modermaterial och klädningsskikt inte förändrades mycket.
Resultaten visar att reparationssonen och värmeberörda zonen innan vedermätning är över-fina nålförmiga α fas fördelad i β fasematris, och basmaterialets zon är en fin korgstruktur. Efter värmebehandling är mikrostrukturen i varje område likt ett lathjul av primär α fas + β fasomvandlingsstruktur, och längden på den primära α fasen i repareringsområdet är betydligt större än i andra områden. Den högcykliska trötthetsgränsen för det reparerade delen är 490MPa, vilket är högre än trötthetsgränsen för basmaterialet. Den ytterligare minskningen är ungefär 7,1%. Manuell argonbågeveldning används också vanligtvis för att reparera bladytans sprickor och spetsutslitning. Dess nackdel är att värmeindata är stor, och större reparationsytor är benägna att orsaka stor termisk spänning och veldningsdeformation [37].
Nuläggande forskning visar att oavsett om laser smältdeposition eller argonbågssvetsning används för reparation, har reparationsområdet egenskaper av hög styrka och låg plasticitet, och bladets utslitningsprestanda minskar lätt efter reparation. Nästa forskningssteg bör fokusera på hur man kan kontrollera allianssammansättningen, justera svetsningsprocessparametrarna och optimera processkontrollmetoderna för att reglera mikrostrukturen i reparationsområdet, uppnå en matchning mellan styrka och plasticitet i reparationsområdet och säkerställa dess utmärkta utslitningsprestanda.
Det finns ingen avgörande skillnad mellan reparationen av skador på titaniumlegerade rotorblad och additiv tillverknings teknik för tre-dimensionella fasta delar av titaniumlegeringar när det gäller process. Reparationen kan ses som en process av sekundär depositionsadditiv tillverkning på frakturerna och lokala ytor, med skadade delarna som matris, som visas i figur 7. Enligt de olika värme-källorna delas det huvudsakligen in i laseradditiv reparation och bågeadditiv reparation. Det är viktigt att notera att under de senaste åren har Tyska forskningscentrum 871 gjort bågeadditiv reparationsteknik till en forskningsfokus för reparation av integrerade titaniumblad[38], och har förbättrat reparationsprestationen genom att lägga till kristallisationsmedel och andra metoder[39].
Inom området för laseradditiv reparation har Gong Xinyong och kollegor [40] använt TC11 legeringspulver för att studera laser smältdepositionsreparationsprocessen för TC11 titaniumlegering. Efter reparationen visar depositionsområdet den tunnväggda provbiten och smältningsområdet vid gränssnittet hade typiska strukturkarakteristik för Widmanstättstruktur, och matrisens värme påverkade zonstruktur övergick från Widmanstättstruktur till tvåfassstruktur. Dragspänningsstyrkan i depositionsområdet var ungefär 1200 MPa, vilket var högre än vid gränsovergångszonerna och matrisen, medan plastisiteten var något lägre än hos matrisen. Dragningsprovmeningen bröt alla inom matrisen. Slutligen reparerades den faktiska lopparn med punktvis smältningssedimentsmetoden, gick igenom överhastighetsprovet utan problem och realiserade installationsanvändningen. Bian Hongyou et al. [41] använde TA15-pulver för att studera laseradditiv reparation av TC17-titaniumallians, och utforska effekterna av olika temperaturer vid annealeringsvärmebehandling (610 ℃ , 630 ℃ och 650 ℃ ) på dess mikrostruktur och egenskaper. Resultaten visade att dragstyrkan för den avlagrade TA15/TC17-alloys som reparerats med lasersmältning kan uppnå 1029MPa, men plastisiteten är relativt låg, bara 4,3%, vilket motsvarar 90,2% och 61,4% av TC17-slipningar respektive. Efter värmebehandling vid olika temperaturer förbättras dragstyrkan och plastisiteten avsevärt. När utjämningstemperaturen är 650 ℃ , så är den högsta dragstyrkan 1102MPa, vilket motsvarar 98,4% av TC17-slipningar, och utsträckningen efter fraktur är 13,5%, vilket är betydligt förbättrat i jämförelse med det avlagrade tillståndet.
Inom området för bågadditiv reparation utförde Liu et al. [42] en reparationstudie på en simulerad provsmälta av en saknad TC4-titaniumlegeringsblad. En blandad kornmorfologi av ekvaksade kristaller och kolonnkristaller erhölls i den deponerade lagret, med en maximal dragstyrka på 991 MPa och en utsträckning på 10%. Zhuo et al. [43] använde TC11-svetsningstråd för att genomföra en bågadditiv reparationstudie på TC17-titaniumlegering och analyserade mikrostrukturens utveckling i det deponerade lagret och värmeberörda zonen. Dragstyrkan var 1015,9 MPa under ohejade förhållanden, och utsträckningen var 14,8%, med goda övergripande egenskaper. Chen et al. [44] studerade effekterna av olika annealerings temperaturer på mikrostrukturen och mekaniska egenskaper hos reparerade provsmältor av TC11/TC17-titaniumlegering. Resultaten visade att en högre annealerings temperatur var fördelaktig för att förbättra utsträckningen av de reparerade provsmältorna.
Forskning om användningen av metalladditiv tillverknings teknik för att reparera lokala skadedefekter i titanlegeringsbladen är fortfarande i sin barndom. De reparerade bladen måste inte bara ta hänsyn till de mekaniska egenskaperna hos den nedsatta lagret, utan även utvärderingen av de mekaniska egenskaperna vid gränssnittet av de reparerade bladen är lika avgörande.
För att förenkla kompressorskvalstrukturerna och minska vikten har moderna flygmotorblad ofta en integrerad bladskaftstruktur, vilket är en enhetsstruktur som gör arbetsbladen och bladskivan till en integrerad struktur, vilket eliminierar tenoner och mortiser. Medan man uppnår målet med viktnedskärning kan man också undvika utslitetningen och aerodynamiska förluster av tenoner och mortiser i den konventionella strukturen. Reparationen av yteskador och lokala skadedefekter på kompressorns integrerade bladskaft liknar ovan nämnda separatbladsreparationsmetod. För reparationen av brutna eller saknade delar på det integrerade bladskaftet används linjärt friktionssvetsning alltmer på grund av dess unika bearbetningsmetod och fördelar. Dess process visas i figur 8 [45].
Mateo et al. [46] använde linjär friktionssvetsning för att simulera reparation av Ti-6246-titaniumalloy. Resultaten visade att samma skada repareras upp till tre gånger hade en smalare värmeberöringszon och en finare svetskornstruktur. Dragspänningen minskade från 1048 MPa till 1013 MPa med ökningen av antalet reparationsförsök. Dock bryttes både dragspecimena och trötthetsprov i basmaterialets område, långt ifrån svetsningsområdet.
Ma et al. [47] studerade effekterna av olika temperaturer vid värmebehandling (530 ° C + 4h luftkylning, 610 ° C + 4h luftkylning, 670 ° C + 4h luftkylning) på mikrostrukturen och mekaniska egenskaper hos linjärt friktionssvetsade ledningar av TC17-titaniumalloy. Resultaten visar att när värmebehandlingsperaturen ökar, ökar graden av rekristallisation av α fasen och β fasen avsevärt. Brottbeteendet hos dragspecimena och kraftspecimena ändrades från brittelt brott till duktilt brott. Efter värmebehandling vid 670 ° C, provet bröt i basmaterialet. Drahfastigheten var 1262MPa, men utsträckningen var bara 81,1% av basmaterialet.
För närvarande visar forskning från hemma och utland att linjärt friktionsvärmsreparations teknik har funktionen att rensa oxider själv, vilket kan effektivt ta bort oxider på bindningsytan utan metallurgiska defekter orsakade av smältning. Samtidigt kan den realisera anslutningen av olikartade material för att få dual-alloy/dual-egenskaps heliga bladskivor och kan utföra snabbreparation av bladbrister eller saknade delar hos heliga bladskivor gjorda av olika material [38]. Dock finns det fortfarande många problem som behöver lösas vid användning av linjärt friktionsvärme för reparation av heliga bladskivor, såsom stora residuella spänningar i lederna och svårigheter att kontrollera kvaliteten på anslutningarna mellan olikartade material. Samtidigt behöver processen för linjärt friktionsvärme för nya material undersökas ytterligare.
Tack för ditt intresse för vår företag! Som ett professionellt tillverkningsföretag av gasturbinkomponenter fortsätter vi att engagera oss i teknisk innovation och serviceförbättringar för att erbjuda fler högkvalitativa lösningar för våra kunder runt om i världen. Om du har några frågor, förslag eller samarbetsintressen, är vi mer än glada att hjälpa dig. Kontakta oss på följande sätt:
WhatsAPP: +86 135 4409 5201
E-post ：[email protected]
Heta Nyheter2024-12-31
2024-12-04
2024-12-03
2024-12-05
2024-11-27
2024-11-26
Vårt professionella säljteam väntar på din konsultation.
EN
AR
BG
HR
CS
DA
NL
FI
FR
DE
EL
HI
IT
JA
KO
NO
PL
PT
RO
RU
ES
SV
TL
IW
LV
LT
SR
SK
SL
UK
VI
ET
HU
TH
TR
AF
MS
GA
IS
