เทคโนโลยีการซ่อมแซมและการผลิตใหม่ด้วยการเชื่อมสำหรับใบพัดกังหันและใบพัดพัดลม/คอมเพรสเซอร์ของเครื่องยนต์เครื่องบิน

ใบพัดของเครื่องบินต้องทำงานในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนและรุนแรงเป็นเวลานาน และมักเกิดความเสียหายได้หลายประเภท การเปลี่ยนใบพัดนั้นมีราคาแพง และการวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการซ่อมแซมและการผลิตใบพัดใหม่นั้นมีประโยชน์ทางเศรษฐกิจมหาศาล ใบพัดของเครื่องบินแบ่งออกเป็นสองประเภทหลักๆ คือ ใบพัดกังหันและใบพัดพัดลม/คอมเพรสเซอร์ ใบพัดกังหันมักใช้โลหะผสมนิกเกิลที่ทนอุณหภูมิสูง ในขณะที่ใบพัดพัดลม/คอมเพรสเซอร์มักใช้โลหะผสมไททาเนียม และบางส่วนใช้โลหะผสมนิกเกิลที่ทนอุณหภูมิสูง ความแตกต่างของวัสดุและสภาพแวดล้อมการทำงานของใบพัดกังหันและใบพัดพัดลม/คอมเพรสเซอร์ทำให้เกิดความเสียหายประเภทต่างๆ ที่แตกต่างกัน ส่งผลให้มีวิธีการซ่อมแซมและตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน ซึ่งจำเป็นต้องทำหลังการซ่อมแซม เอกสารนี้วิเคราะห์และอภิปรายเกี่ยวกับวิธีการซ่อมแซมและเทคโนโลยีหลักที่ใช้ในปัจจุบันสำหรับความเสียหายทั่วไปสองประเภทในใบพัดของเครื่องยนต์เครื่องบิน โดยมุ่งหวังที่จะให้พื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการซ่อมแซมและการผลิตใบพัดของเครื่องยนต์เครื่องบินใหม่ที่มีคุณภาพสูง

ในเครื่องยนต์อากาศยาน ใบพัดของกังหันและใบพัดของพัดลม/คอมเพรสเซอร์ต้องเผชิญสภาพแวดล้อมที่รุนแรงในระยะยาว เช่น แรงเหวี่ยง ความเครียดจากความร้อน และการกัดกร่อน และต้องมีประสิทธิภาพการทำงานสูงมาก ใบพัดเหล่านี้ถูกจัดให้เป็นหนึ่งในส่วนประกอบหลักที่สำคัญที่สุดในการผลิตเครื่องยนต์อากาศยาน และการผลิตใบพัดเหล่านี้คิดเป็นมากกว่า 30% ของปริมาณงานในการผลิตเครื่องยนต์ทั้งหมด [1-3] การอยู่ในสภาพแวดล้อมการทำงานที่รุนแรงและซับซ้อนเป็นเวลานาน ใบพัดโรเตอร์จึงมีแนวโน้มที่จะมีข้อบกพร่อง เช่น รอยแตก การสึกหรอของปลายใบพัด และความเสียหายจากการแตกหัก ค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมใบพัดมีเพียง 20% ของต้นทุนการผลิตใบพัดทั้งหมด ดังนั้น การวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการซ่อมใบพัดของเครื่องยนต์เครื่องบินจึงเอื้อต่อการยืดอายุการใช้งานของใบพัด ลดต้นทุนการผลิต และมีประโยชน์ทางเศรษฐกิจมหาศาล

การซ่อมแซมและการผลิตใหม่ของใบพัดเครื่องยนต์เครื่องบินประกอบด้วยขั้นตอนหลักสี่ขั้นตอนดังต่อไปนี้ [4]: ​​การบำบัดใบพัดล่วงหน้า (รวมถึงการทำความสะอาดใบพัด [5] การตรวจสอบสามมิติ และการสร้างรูปทรงเรขาคณิตใหม่ [6-7] เป็นต้น); การสะสมวัสดุ (รวมถึงการใช้เทคโนโลยีการเชื่อมและการเชื่อมต่อขั้นสูงเพื่อเติมเต็มและสะสมวัสดุที่ขาดหายไปให้เสร็จสมบูรณ์ [8-10], การอบชุบด้วยความร้อนเพื่อฟื้นฟูประสิทธิภาพ [11-13] เป็นต้น); การปรับปรุงใบมีด (รวมถึงวิธีการตัดเฉือน เช่น การเจียรและการขัด [14]); การบำบัดหลังการซ่อมแซม (รวมถึงการเคลือบผิว [15-16] และการเสริมความแข็งแรง [17] เป็นต้น) ตามที่แสดงในรูปที่ 1 การสะสมวัสดุเป็นกุญแจสำคัญในการรับรองคุณสมบัติเชิงกลของใบพัดหลังการซ่อมแซม ส่วนประกอบและวัสดุหลักของใบพัดเครื่องยนต์เครื่องบินแสดงไว้ในรูปที่ 2 สำหรับวัสดุที่แตกต่างกันและรูปแบบข้อบกพร่องที่แตกต่างกัน การวิจัยวิธีการซ่อมแซมที่สอดคล้องกันเป็นพื้นฐานสำหรับการบรรลุการซ่อมแซมและการผลิตใบพัดที่เสียหายที่มีคุณภาพสูง บทความนี้ใช้ใบพัดกังหันโลหะผสมนิกเกิลที่ทนต่ออุณหภูมิสูงและใบพัดพัดลม/คอมเพรสเซอร์โลหะผสมไททาเนียมเป็นวัตถุ หารือและวิเคราะห์วิธีการซ่อมแซมและเทคโนโลยีหลักที่ใช้สำหรับประเภทใบพัดเครื่องยนต์เครื่องบินที่เสียหายต่างกันในขั้นตอนนี้ และอธิบายข้อดีและข้อเสียของสิ่งเหล่านี้

1. วิธีการซ่อมใบพัดกังหันโลหะผสมทนอุณหภูมิสูงที่ทำจากนิกเกิล

ใบพัดกังหันที่ทำจากโลหะผสมนิกเกิลที่ทนอุณหภูมิสูงจะทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีก๊าซเผาไหม้ที่อุณหภูมิสูงและมีความเค้นที่ซับซ้อนเป็นเวลานาน และใบพัดมักจะมีข้อบกพร่อง เช่น รอยแตกร้าวจากความล้า ความเสียหายบนพื้นผิวพื้นที่เล็ก (การสึกหรอของปลายใบพัดและการกัดกร่อน) และรอยแตกร้าวจากความล้า เนื่องจากความปลอดภัยในการซ่อมแซมรอยแตกร้าวจากความล้าของใบพัดกังหันค่อนข้างต่ำ โดยทั่วไปแล้ว ใบพัดกังหันจะต้องเปลี่ยนใหม่ทันทีหลังจากรอยแตกร้าวจากความล้าเกิดขึ้นโดยไม่ต้องเชื่อมซ่อมแซม รูปที่ 3 [4] แสดงข้อบกพร่องทั่วไป XNUMX ประเภทและวิธีการซ่อมแซมใบพัดกังหัน ต่อไปนี้จะแนะนำวิธีการซ่อมแซมข้อบกพร่อง XNUMX ประเภทนี้ของใบพัดกังหันที่ทำจากโลหะผสมนิกเกิลที่ทนอุณหภูมิสูงตามลำดับ

1.1 การซ่อมแซมรอยแตกร้าวของใบพัดกังหันโลหะผสมนิกเกิล

วิธีการซ่อมแซมด้วยการบัดกรีและการเชื่อมเฟสแข็งโดยทั่วไปจะใช้เพื่อซ่อมแซมข้อบกพร่องของรอยแตกร้าวของใบพัดกังหัน โดยหลักๆ แล้วได้แก่ การบัดกรีสูญญากาศ การเชื่อมแบบแพร่กระจายเฟสของเหลวชั่วคราว การเชื่อมแบบแพร่กระจายแบบกระตุ้น และวิธีการซ่อมแซมการผลิตซ้ำด้วยผงโลหะ

Shan et al. [18] ใช้การเชื่อมด้วยสูญญากาศแบบลำแสงเพื่อซ่อมแซมรอยแตกร้าวในใบมีดโลหะผสมนิกเกิล ChS88 โดยใช้สารตัวเติมการเชื่อมแบบ Ni-Cr-B-Si และ Ni-Cr-Zr ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อเทียบกับโลหะตัวเติมการเชื่อมแบบ Ni-Cr-B-Si แล้ว Zr ในโลหะตัวเติมการเชื่อมแบบ Ni-Cr-Zr นั้นไม่แพร่กระจายได้ง่าย พื้นผิวไม่สึกกร่อนอย่างมีนัยสำคัญ และความเหนียวของรอยเชื่อมจะสูงกว่า การใช้โลหะตัวเติมการเชื่อมแบบ Ni-Cr-Zr สามารถซ่อมแซมรอยแตกร้าวในใบมีดโลหะผสมนิกเกิล ChS88 ได้ Ojo et al. [19] ศึกษาผลกระทบของขนาดช่องว่างและพารามิเตอร์กระบวนการต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของรอยเชื่อมแบบแพร่กระจายของโลหะผสมนิกเกิล Inconel718 เมื่อขนาดช่องว่างเพิ่มขึ้น การปรากฏของเฟสที่แข็งและเปราะ เช่น สารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกที่มีส่วนประกอบเป็น Ni3Al และโบไรด์ที่อุดมด้วย Ni และ Cr เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้ความแข็งแรงและความเหนียวของข้อต่อลดลง

การเชื่อมแบบกระจายเฟสของเหลวชั่วคราวจะแข็งตัวภายใต้สภาวะอุณหภูมิคงที่และจัดอยู่ในกลุ่มของการตกผลึกภายใต้สภาวะสมดุล ซึ่งเอื้อต่อการทำให้ส่วนผสมและโครงสร้างเป็นเนื้อเดียวกัน [20] Pouranvari [21] ศึกษาการเชื่อมแบบกระจายเฟสของเหลวชั่วคราวของโลหะผสม Inconel718 อุณหภูมิสูงที่มีฐานเป็นนิกเกิลและพบว่าปริมาณโครเมียมในสารตัวเติมและช่วงการสลายตัวของเมทริกซ์เป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อความแข็งแรงของโซนการแข็งตัวที่อุณหภูมิคงที่ Lin et al. [22] ศึกษาอิทธิพลของพารามิเตอร์กระบวนการเชื่อมแบบกระจายเฟสของเหลวชั่วคราวต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของข้อต่อโลหะผสม GH99 อุณหภูมิสูงที่มีฐานเป็นนิกเกิล ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิการเชื่อมต่อเพิ่มขึ้นหรือเวลาขยายออก จำนวนของโบไรด์ที่อุดมด้วยนิกเกิลและโครเมียมในโซนการตกตะกอนจะลดลง และขนาดเกรนของโซนการตกตะกอนจะเล็กลง ความแข็งแรงแรงเฉือนแรงดึงที่อุณหภูมิห้องและอุณหภูมิสูงจะเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาการยึดขยายออก ปัจจุบัน การเชื่อมแบบกระจายเฟสของเหลวชั่วคราวได้รับการใช้เพื่อซ่อมแซมรอยแตกร้าวเล็กๆ ในพื้นที่ที่มีแรงเครียดต่ำ และสร้างความเสียหายที่ปลายของใบมีดที่ยังไม่ได้สวมมงกุฎขึ้นใหม่ได้สำเร็จ [23-24] แม้ว่าการเชื่อมแบบกระจายเฟสของเหลวชั่วคราวจะประสบความสำเร็จในการนำไปใช้กับวัสดุต่างๆ มากมาย แต่การเชื่อมแบบกระจายเฟสของเหลวชั่วคราวยังจำกัดอยู่แค่การซ่อมแซมรอยแตกร้าวเล็กๆ เท่านั้น (ประมาณ 250μม.)

เมื่อความกว้างของรอยแตกร้าวมากกว่า 0.5 มม. และแรงดูดของเส้นเลือดฝอยไม่เพียงพอที่จะเติมรอยแตกร้าว การซ่อมแซมใบมีดสามารถทำได้โดยใช้การเชื่อมแบบแพร่กระจายแบบเปิดใช้งาน [24] Su et al. [25] ใช้การเชื่อมแบบแพร่กระจายแบบเปิดใช้งานเพื่อซ่อมแซมใบมีดโลหะผสมนิกเกิล In738 ที่ทนอุณหภูมิสูงโดยใช้สารบัดกรี DF4B และได้ข้อต่อบัดกรีที่มีความแข็งแรงสูงและทนต่อการเกิดออกซิเดชัน γ′ เฟสที่ตกตะกอนในข้อต่อมีผลในการเสริมความแข็งแรง และความแข็งแรงในการดึงจะถึง 85% ของวัสดุต้นทาง ข้อต่อจะแตกที่ตำแหน่งของโบไรด์ที่มีโครเมียมสูง Hawk et al. [26] ยังใช้การเชื่อมแบบกระจายตัวแบบเปิดใช้งานเพื่อซ่อมแซมรอยแตกร้าวขนาดใหญ่ของใบมีดโลหะผสมนิกเกิลทนอุณหภูมิสูง René 108 การผลิตซ้ำด้วยผงโลหะวิทยา ซึ่งเป็นวิธีการที่พัฒนาขึ้นใหม่สำหรับการสร้างพื้นผิววัสดุขั้นสูงแบบเดิม ได้รับการใช้กันอย่างแพร่หลายในการซ่อมแซมใบมีดโลหะผสมทนอุณหภูมิสูง วิธีนี้จะช่วยฟื้นฟูและสร้างความแข็งแรงแบบไอโซทรอปิกสามมิติของข้อบกพร่องในช่องว่างขนาดใหญ่ (มากกว่า 5 มม.) เช่น รอยแตกร้าว การสึกกร่อน การสึกหรอ และรูบนใบมีดขึ้นมาใหม่ [27] Liburdi ซึ่งเป็นบริษัทในแคนาดา ได้พัฒนาวิธี LPM (Liburdi powder metallurgy) เพื่อซ่อมแซมใบมีดโลหะผสมนิกเกิลที่มีปริมาณ Al และ Ti สูงซึ่งมีประสิทธิภาพการเชื่อมที่ไม่ดี กระบวนการนี้แสดงอยู่ในรูปที่ 4 [28] ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา วิธีการเคลือบผงโลหะแนวตั้งที่ใช้หลักการนี้สามารถทำการซ่อมแซมข้อบกพร่องด้วยการบัดกรีครั้งเดียวที่มีความกว้างถึง 25 มม. ได้ [29]

1.2 ซ่อมแซม ความเสียหายต่อพื้นผิวของใบพัดกังหันที่ทำจากโลหะผสมนิกเกิลที่ทนความร้อนสูง

เมื่อเกิดรอยขีดข่วนเล็กๆ และความเสียหายจากการกัดกร่อนบนพื้นผิวของใบมีดโลหะผสมนิกเกิลที่ทนอุณหภูมิสูง โดยทั่วไปแล้วสามารถขจัดบริเวณที่เสียหายออกและทำร่องด้วยเครื่องจักร จากนั้นอุดและซ่อมแซมโดยใช้วิธีการเชื่อมที่เหมาะสม การวิจัยปัจจุบันมุ่งเน้นไปที่การหลอมด้วยเลเซอร์และการซ่อมแซมด้วยการเชื่อมด้วยอาร์กอนเป็นหลัก

Kim et al. [30] จาก University of Delaware ในสหรัฐอเมริกาได้ทำการหุ้มด้วยเลเซอร์และการซ่อมแซมด้วยการเชื่อมด้วยมือบนใบมีดโลหะผสมนิกเกิล Rene80 ที่มีปริมาณ Al และ Ti สูง และเปรียบเทียบชิ้นงานที่ได้รับการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อมกับชิ้นงานที่ได้รับการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อมและการกดแบบไอโซสแตติกร้อน (HIP) และพบว่า HIP สามารถลดข้อบกพร่องของรูพรุนขนาดเล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ Liu et al. [31] จาก Huazhong University of Science and Technology ใช้เทคโนโลยีหุ้มด้วยเลเซอร์เพื่อซ่อมแซมข้อบกพร่องของร่องและรูในชิ้นส่วนกังหันโลหะผสมนิกเกิล 718 และสำรวจผลกระทบของความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์ ความเร็วในการสแกนด้วยเลเซอร์ และรูปแบบของหุ้มต่อกระบวนการซ่อมแซม ดังที่แสดงในรูปที่ 5

ในแง่ของการซ่อมแซมการเชื่อมด้วยอาร์กอาร์กอน Qu Sheng และคณะ [32] ของ China Aviation Development Shenyang Liming Aero Engine (Group) Co., Ltd. ได้ใช้วิธีการเชื่อมด้วยอาร์กอาร์กอนทังสเตนเพื่อซ่อมแซมปัญหาการสึกหรอและรอยแตกร้าวที่ปลายใบพัดกังหันโลหะผสมทนอุณหภูมิสูง DZ125 ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าหลังจากซ่อมแซมด้วยวัสดุเชื่อมแบบโคบอลต์แบบดั้งเดิมแล้ว บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจะเกิดรอยแตกร้าวจากความร้อนได้ง่ายและความแข็งของรอยเชื่อมจะลดลง อย่างไรก็ตาม การใช้วัสดุเชื่อมแบบนิกเกิล MGS-1 ที่พัฒนาขึ้นใหม่ร่วมกับกระบวนการเชื่อมและการอบชุบด้วยความร้อนที่เหมาะสมสามารถหลีกเลี่ยงรอยแตกร้าวที่เกิดขึ้นในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ และความแข็งแรงในการดึงที่ 1000°C เข้าถึง 90% ของวัสดุพื้นฐาน Song Wenqing และคณะ [33] ได้ทำการศึกษากระบวนการเชื่อมซ่อมแซมข้อบกพร่องในการหล่อของใบพัดนำกังหันโลหะผสมอุณหภูมิสูง K4104 ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าการใช้ลวดเชื่อม HGH3113 และ HGH3533 เป็นโลหะเติมทำให้มีการสร้างรอยเชื่อมที่ยอดเยี่ยม มีความเป็นพลาสติกที่ดี และทนต่อการแตกร้าวได้ดี ในขณะที่เมื่อใช้ลวดเชื่อม K4104 ที่มีปริมาณ Zr สูงในการเชื่อม การไหลของโลหะเหลวจะต่ำ พื้นผิวรอยเชื่อมจะไม่ก่อตัวดี และเกิดรอยแตกร้าวและข้อบกพร่องที่ไม่หลอมละลาย จะเห็นได้ว่าในกระบวนการซ่อมใบพัด การเลือกวัสดุเติมมีบทบาทสำคัญ

งานวิจัยปัจจุบันเกี่ยวกับการซ่อมใบพัดกังหันที่ทำจากนิกเกิลแสดงให้เห็นว่าโลหะผสมนิกเกิลที่ทนอุณหภูมิสูงประกอบด้วยธาตุที่เสริมความแข็งแรงด้วยสารละลาย เช่น โครเมียม โมลิบดีนัม อัล และธาตุรอง เช่น ฟอสฟอรัส ซัลเฟอร์ และบี ซึ่งทำให้โลหะผสมมีความไวต่อรอยแตกร้าวมากขึ้นในระหว่างกระบวนการซ่อมแซม หลังจากการเชื่อม โลหะผสมนิกเกิลจะมีแนวโน้มที่จะแยกตัวออกจากโครงสร้างและเกิดข้อบกพร่องในเฟสลาฟที่เปราะบาง ดังนั้น การวิจัยในภายหลังเกี่ยวกับการซ่อมโลหะผสมนิกเกิลที่ทนอุณหภูมิสูงจึงต้องมีการควบคุมโครงสร้างและคุณสมบัติเชิงกลของข้อบกพร่องดังกล่าว

วิธีซ่อมใบพัดพัดลม/คอมเพรสเซอร์อัลลอยด์ไททาเนียม 2

ระหว่างการทำงาน ใบพัดของพัดลม/คอมเพรสเซอร์ที่ทำจากโลหะผสมไททาเนียมจะต้องรับแรงเหวี่ยง แรงอากาศพลศาสตร์ และแรงสั่นสะเทือนเป็นหลัก ในระหว่างการใช้งาน มักเกิดข้อบกพร่องที่พื้นผิว (รอยแตก การสึกหรอของปลายใบพัด เป็นต้น) ข้อบกพร่องที่เกิดจากการแตกเฉพาะที่ของใบพัดที่ทำจากโลหะผสมไททาเนียม และความเสียหายเป็นบริเวณกว้าง (รอยแตกจากความล้า ความเสียหายเป็นบริเวณกว้างและการกัดกร่อน เป็นต้น) ซึ่งจำเป็นต้องเปลี่ยนใบพัดทั้งหมด ประเภทของข้อบกพร่องที่แตกต่างกันและวิธีการซ่อมแซมทั่วไปแสดงไว้ในรูปที่ 6 ต่อไปนี้จะแนะนำสถานะการวิจัยการซ่อมแซมข้อบกพร่องทั้งสามประเภทนี้

2.1 การซ่อมแซมข้อบกพร่องของพื้นผิวใบมีดโลหะผสมไททาเนียม

ระหว่างการใช้งาน ใบมีดโลหะผสมไททาเนียมมักมีข้อบกพร่อง เช่น รอยแตกร้าวบนพื้นผิว รอยขีดข่วนเล็กๆ บนพื้นที่ และการสึกหรอของใบมีด การซ่อมแซมข้อบกพร่องดังกล่าวจะคล้ายกับใบพัดกังหันที่ทำจากนิกเกิล การตัดเฉือนใช้เพื่อขจัดบริเวณที่ชำรุด และใช้การหลอมด้วยเลเซอร์หรือการเชื่อมด้วยอาร์กอาร์กอนเพื่ออุดและซ่อมแซม

ในสาขาการสะสมหลอมด้วยเลเซอร์ Zhao Zhuang และคณะ [34] จากมหาวิทยาลัยโพลีเทคนิคนอร์ทเวสเทิร์นได้ทำการศึกษาการซ่อมแซมด้วยเลเซอร์กับข้อบกพร่องบนพื้นผิวขนาดเล็ก (เส้นผ่านศูนย์กลางพื้นผิว 2 มม. ข้อบกพร่องทรงครึ่งวงกลมที่มีความลึก 0.5 มม.) ของการตีขึ้นรูปโลหะผสมไททาเนียม TC17 ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่า β ผลึกคอลัมน์ในโซนการสะสมด้วยเลเซอร์เติบโตแบบเอพิแทกเซียลจากอินเทอร์เฟซ และขอบเกรนจะเบลอ รูปเข็มดั้งเดิม α ระแนงและรอง α เฟสในโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจะขยายใหญ่และหยาบขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับตัวอย่างที่หลอมแล้ว ตัวอย่างที่ซ่อมแซมด้วยเลเซอร์จะมีลักษณะความแข็งแรงสูงและความยืดหยุ่นต่ำ ความแข็งแรงในการดึงเพิ่มขึ้นจาก 1077.7 MPa เป็น 1146.6 MPa และการยืดตัวลดลงจาก 17.4% เป็น 11.7% Pan Bo และคณะ [35] ใช้เทคโนโลยีการหุ้มด้วยเลเซอร์แบบป้อนผงแบบโคแอกเซียลเพื่อซ่อมแซมข้อบกพร่องที่ผลิตล่วงหน้าเป็นรูปรูกลมของโลหะผสมไททาเนียม ZTC4 หลายครั้ง ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่ากระบวนการเปลี่ยนโครงสร้างจุลภาคจากวัสดุต้นทางไปยังพื้นที่ที่ซ่อมแซมนั้นเป็นแบบแผ่น α เฟสและระหว่างเกรน β ระยะ → โครงสร้างสานตะกร้า → มาร์เทนไซต์ → โครงสร้าง Widmanstatten ความแข็งของบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่อจำนวนการซ่อมแซมเพิ่มขึ้น ในขณะที่ความแข็งของวัสดุต้นทางและชั้นหุ้มไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก

ผลการทดลองพบว่าบริเวณซ่อมแซมและบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนก่อนการอบด้วยความร้อนมีลักษณะเป็นเข็มขนาดเล็กมาก α เฟสกระจายตัวใน β เมทริกซ์เฟสและโซนวัสดุฐานเป็นโครงสร้างตะกร้าละเอียด หลังจากการอบด้วยความร้อน โครงสร้างจุลภาคของแต่ละพื้นที่จะเป็นแบบระแนงหลัก α เฟส+ β โครงสร้างการแปลงเฟสและความยาวของเฟสหลัก α เฟสในพื้นที่ซ่อมแซมมีขนาดใหญ่กว่าในพื้นที่อื่นอย่างเห็นได้ชัด ขีดจำกัดความล้าของรอบสูงของชิ้นส่วนซ่อมแซมคือ 490 MPa ซึ่งสูงกว่าขีดจำกัดความล้าของวัสดุฐาน การลดลงอย่างมากอยู่ที่ประมาณ 7.1% การเชื่อมด้วยอาร์กอาร์กอนแบบแมนนวลยังใช้กันทั่วไปในการซ่อมแซมรอยแตกร้าวบนพื้นผิวใบมีดและการสึกหรอของปลาย ข้อเสียคือความร้อนเข้ามาก และการซ่อมแซมพื้นที่ขนาดใหญ่มีแนวโน้มที่จะเกิดความเค้นจากความร้อนและการเสียรูปจากการเชื่อมมาก [37]

งานวิจัยปัจจุบันแสดงให้เห็นว่าไม่ว่าจะใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์หรือการเชื่อมด้วยอาร์กอนในการซ่อมแซม พื้นที่ซ่อมแซมก็มีลักษณะของความแข็งแรงสูงและความยืดหยุ่นต่ำ และประสิทธิภาพความล้าของใบมีดก็ลดลงได้ง่ายหลังการซ่อมแซม ขั้นตอนต่อไปของการวิจัยควรเน้นที่วิธีการควบคุมองค์ประกอบของโลหะผสม ปรับพารามิเตอร์กระบวนการเชื่อม และปรับวิธีการควบคุมกระบวนการให้เหมาะสมเพื่อควบคุมโครงสร้างจุลภาคของพื้นที่ซ่อมแซม ให้ได้ความแข็งแรงและความยืดหยุ่นที่ตรงกันในพื้นที่ซ่อมแซม และรับรองประสิทธิภาพความล้าที่ยอดเยี่ยม

2.2 การซ่อมแซมความเสียหายเฉพาะที่ของใบมีดโลหะผสมไททาเนียม

ไม่มีความแตกต่างที่สำคัญระหว่างการซ่อมแซมข้อบกพร่องของใบพัดโรเตอร์โลหะผสมไททาเนียมและเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมแต่งของชิ้นส่วนแข็งสามมิติที่ทำจากโลหะผสมไททาเนียมในแง่ของกระบวนการ การซ่อมแซมสามารถถือได้ว่าเป็นกระบวนการผลิตแบบเติมแต่งแบบสะสมรองบนส่วนที่แตกหักและพื้นผิวในท้องถิ่นโดยใช้ชิ้นส่วนที่เสียหายเป็นเมทริกซ์ ดังที่แสดงในรูปที่ 7 เมื่อพิจารณาจากแหล่งความร้อนที่แตกต่างกัน จะแบ่งได้เป็นการซ่อมแซมแบบเติมแต่งด้วยเลเซอร์และการซ่อมแซมแบบเติมแต่งด้วยอาร์ก เป็นที่น่าสังเกตว่าในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ศูนย์วิจัยร่วม 871 ของเยอรมนีได้ทำให้เทคโนโลยีการซ่อมแซมแบบเติมแต่งด้วยอาร์กเป็นจุดสนใจในการวิจัยสำหรับการซ่อมแซมใบมีดแบบรวมที่ทำจากโลหะผสมไททาเนียม[38] และได้ปรับปรุงประสิทธิภาพการซ่อมแซมโดยการเพิ่มตัวแทนสร้างนิวเคลียสและวิธีการอื่นๆ[39]

ในสาขาการซ่อมแซมสารเติมแต่งด้วยเลเซอร์ Gong Xinyong และคณะ [40] ใช้ผงโลหะผสม TC11 เพื่อศึกษาขั้นตอนการซ่อมแซมด้วยเลเซอร์ของโลหะผสมไททาเนียม TC11 หลังจากการซ่อมแซม พื้นที่การสะสมของ ตัวอย่างที่มีผนังบางและพื้นที่หลอมใหม่ที่อินเทอร์เฟซมีลักษณะโครงสร้าง Widmanstatten ทั่วไป และโครงสร้างโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนของเมทริกซ์เปลี่ยนจากโครงสร้าง Widmanstatten ไปเป็นโครงสร้างแบบสองสถานะ ความแข็งแรงแรงดึงของพื้นที่การสะสมอยู่ที่ประมาณ 1200 MPa ซึ่งสูงกว่าความแข็งแรงของโซนการเปลี่ยนผ่านอินเทอร์เฟซและเมทริกซ์ ในขณะที่ความเป็นพลาสติกต่ำกว่าความแข็งแรงของเมทริกซ์เล็กน้อย ตัวอย่างแรงดึงทั้งหมดแตกหักภายในเมทริกซ์ ในที่สุด ใบพัดจริงได้รับการซ่อมแซมโดยใช้วิธีการสะสมด้วยการหลอมแบบจุดต่อจุด ผ่านการประเมินการทดสอบความเร็วสูง และตระหนักถึงการใช้งานในการติดตั้ง Bian Hongyou และคณะ [41] ใช้ผง TA15 เพื่อศึกษาการซ่อมแซมสารเติมแต่งด้วยเลเซอร์ของโลหะผสมไททาเนียม TC17 และสำรวจผลกระทบของอุณหภูมิการอบชุบด้วยความร้อนที่แตกต่างกัน (610℃, 630℃ และ 650℃) ตามโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าความแข็งแรงแรงดึงของโลหะผสม TA15/TC17 ที่สะสมและซ่อมแซมด้วยการสะสมด้วยเลเซอร์สามารถไปถึง 1029 MPa แต่ความเป็นพลาสติกค่อนข้างต่ำ โดยอยู่ที่เพียง 4.3% ซึ่งสูงถึง 90.2% และ 61.4% ของโลหะผสม TC17 ตามลำดับ หลังจากการอบชุบด้วยความร้อนที่อุณหภูมิต่างๆ ความแข็งแรงแรงดึงและความเป็นพลาสติกจะดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ เมื่ออุณหภูมิการอบอ่อนอยู่ที่ 650℃ความแข็งแรงแรงดึงสูงสุดอยู่ที่ 1102 MPa ซึ่งสูงถึง 98.4% ของการขึ้นรูป TC17 และการยืดตัวหลังจากแตกหักอยู่ที่ 13.5% ซึ่งดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับสถานะการสะสม

ในสาขาการซ่อมแซมสารเติมแต่งอาร์ก Liu et al. [42] ได้ทำการศึกษาการซ่อมแซมตัวอย่างจำลองของใบมีดโลหะผสมไททาเนียม TC4 ที่หายไป โดยได้ผลึกที่มีแกนเท่ากันและผลึกคอลัมน์ที่มีรูปร่างผสมกันในชั้นที่สะสม โดยมีความแข็งแรงแรงดึงสูงสุดที่ 991 MPa และการยืดตัว 10% Zhuo et al. [43] ใช้ลวดเชื่อม TC11 เพื่อทำการศึกษาการซ่อมแซมสารเติมแต่งอาร์กบนโลหะผสมไททาเนียม TC17 และวิเคราะห์วิวัฒนาการของโครงสร้างจุลภาคของชั้นที่สะสมและโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน ความแข็งแรงแรงดึงอยู่ที่ 1015.9 MPa ในสภาวะที่ไม่ได้รับความร้อน และการยืดตัวอยู่ที่ 14.8% โดยมีประสิทธิภาพโดยรวมที่ดี Chen et al. [44] ศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิการอบชุบที่แตกต่างกันต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติเชิงกลของตัวอย่างการซ่อมแซมโลหะผสมไททาเนียม TC11/TC17 ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิการอบอ่อนที่สูงขึ้นมีประโยชน์ต่อการปรับปรุงการยืดตัวของชิ้นงานที่ซ่อมแซม

การวิจัยเกี่ยวกับการใช้เทคโนโลยีการผลิตแบบเติมแต่งโลหะเพื่อซ่อมแซมข้อบกพร่องเฉพาะที่ของใบมีดโลหะผสมไททาเนียมยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น ใบมีดที่ซ่อมแซมไม่เพียงแต่ต้องใส่ใจกับคุณสมบัติเชิงกลของชั้นที่สะสมเท่านั้น แต่ยังต้องให้ความสำคัญกับการประเมินคุณสมบัติเชิงกลที่ส่วนต่อประสานของใบมีดที่ซ่อมแซมด้วยเช่นกัน

ใบมีดโลหะผสมไททาเนียม 3 ใบ เสียหายพื้นที่ขนาดใหญ่ เปลี่ยนและซ่อมใบมีด

เพื่อลดความซับซ้อนของโครงสร้างโรเตอร์คอมเพรสเซอร์และลดน้ำหนัก ใบพัดของเครื่องบินสมัยใหม่จึงมักใช้โครงสร้างแผ่นใบพัดแบบชิ้นเดียว ซึ่งเป็นโครงสร้างชิ้นเดียวที่ทำให้ใบพัดทำงานและแผ่นใบพัดเป็นโครงสร้างชิ้นเดียว โดยขจัดลิ่มและร่องเข้าไป ขณะเดียวกันก็ช่วยลดน้ำหนักได้ และหลีกเลี่ยงการสึกหรอและการสูญเสียอากาศพลศาสตร์ของลิ่มและร่องเข้าไปในโครงสร้างแบบเดิมได้ด้วย การซ่อมแซมความเสียหายที่พื้นผิวและข้อบกพร่องเฉพาะที่ของแผ่นใบพัดแบบชิ้นเดียวของคอมเพรสเซอร์นั้นคล้ายกับวิธีการซ่อมแซมใบพัดแยกที่กล่าวถึงข้างต้น สำหรับการซ่อมแซมชิ้นส่วนที่หักหรือหายไปของแผ่นใบพัดแบบชิ้นเดียว การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานเชิงเส้นนั้นใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากวิธีการประมวลผลที่เป็นเอกลักษณ์และข้อดีต่างๆ กระบวนการดังกล่าวแสดงไว้ในรูปที่ 8 [45]

Mateo et al. [46] ใช้การเชื่อมแรงเสียดทานเชิงเส้นเพื่อจำลองการซ่อมแซมโลหะผสมไททาเนียม Ti-6246 ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าการซ่อมแซมความเสียหายเดียวกันสูงสุดสามครั้งจะมีบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนที่แคบลงและโครงสร้างเกรนเชื่อมที่ละเอียดขึ้น ความแข็งแรงแรงดึงลดลงจาก 1048 MPa เป็น 1013 MPa เมื่อจำนวนการซ่อมแซมเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ทั้งชิ้นงานที่รับแรงดึงและความล้าจะแตกหักในบริเวณวัสดุฐานที่อยู่ห่างจากบริเวณเชื่อม

Ma et al. [47] ศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิการอบด้วยความร้อนที่แตกต่างกัน (530°C+4h ระบายความร้อนด้วยอากาศ 610°C+4h ระบายความร้อนด้วยอากาศ 670°C+4h ระบายความร้อนด้วยอากาศ) บน ​​โครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติเชิงกลของข้อต่อเชื่อมแบบเส้นตรงด้วยแรงเสียดทานของโลหะผสมไททาเนียม TC17 ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิในการอบชุบด้วยความร้อนเพิ่มขึ้น ระดับการตกผลึกใหม่ของ α เฟสและ β เฟสเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ พฤติกรรมการแตกหักของชิ้นงานที่รับแรงดึงและแรงกระแทกเปลี่ยนจากการแตกหักแบบเปราะเป็นแตกหักแบบเหนียว หลังจากการอบด้วยความร้อนที่ 670°C ชิ้นงานดึงแตกหักในวัสดุฐาน ความแข็งแรงในการดึงอยู่ที่ 1262 MPa แต่การยืดตัวอยู่ที่ 81.1% ของวัสดุฐานเท่านั้น

ปัจจุบัน การวิจัยในและต่างประเทศแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีการซ่อมแซมการเชื่อมด้วยแรงเสียดทานเชิงเส้นมีฟังก์ชั่นของออกไซด์ที่ทำความสะอาดตัวเอง ซึ่งสามารถกำจัดออกไซด์บนพื้นผิวการยึดติดได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่เกิดข้อบกพร่องทางโลหะวิทยาที่เกิดจากการหลอมละลาย ในเวลาเดียวกัน ยังสามารถเชื่อมต่อวัสดุที่แตกต่างกันเพื่อให้ได้ดิสก์ใบมีดแบบคู่ผสม/ประสิทธิภาพคู่ และสามารถซ่อมแซมรอยแตกของตัวใบมีดหรือชิ้นส่วนที่หายไปของดิสก์ใบมีดแบบรวมที่ทำจากวัสดุที่แตกต่างกันได้อย่างรวดเร็ว [38] อย่างไรก็ตาม ยังคงมีปัญหาอีกมากมายที่ต้องแก้ไขในการใช้เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยแรงเสียดทานเชิงเส้นเพื่อซ่อมแซมดิสก์ใบมีดแบบรวม เช่น ความเค้นตกค้างจำนวนมากในข้อต่อและความยากลำบากในการควบคุมคุณภาพของการเชื่อมต่อวัสดุที่แตกต่างกัน ในเวลาเดียวกัน กระบวนการเชื่อมด้วยแรงเสียดทานเชิงเส้นสำหรับวัสดุใหม่ยังต้องการการสำรวจเพิ่มเติม

ติดต่อเรา

ขอขอบคุณที่สนใจบริษัทของเรา! ในฐานะบริษัทผู้ผลิตชิ้นส่วนกังหันก๊าซมืออาชีพ เราจะมุ่งมั่นอย่างต่อเนื่องในการสร้างสรรค์นวัตกรรมทางเทคโนโลยีและการปรับปรุงบริการ เพื่อมอบโซลูชันคุณภาพสูงยิ่งขึ้นให้กับลูกค้าทั่วโลก หากคุณมีคำถาม ข้อเสนอแนะ หรือความตั้งใจที่จะร่วมมือ เรายินดีเป็นอย่างยิ่งที่จะช่วยเหลือคุณ โปรดติดต่อเราตามช่องทางต่อไปนี้:

วอทส์แอพ: +86 135 4409 5201

E-mail:ปีเตอร์@turbineblade.net