เทคโนโลยีการเชื่อมซ่อมแซมและการผลิตใหม่สำหรับใบกังหันของเครื่องยนต์เครื่องบินและใบพัด/ใบอัดอากาศ

ใบพัดของเครื่องยนต์อากาศยานทำงานในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนและรุนแรงเป็นเวลานาน และมีแนวโน้มที่จะเกิดความเสียหายหลายประเภท การเปลี่ยนใบพัดมีค่าใช้จ่ายสูง ดังนั้นการวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีซ่อมแซมและการผลิตซ้ำใบพัดจึงมีประโยชน์ทางเศรษฐกิจอย่างมาก ใบพัดของเครื่องยนต์อากาศยานแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ ใบพัดเทอร์ไบน์และใบพัดแฟน/คอมเพรสเซอร์ ใบพัดเทอร์ไบน์มักใช้โลหะผสมอุณหภูมิสูงชนิดฐานนิกเกิล ในขณะที่ใบพัดแฟน/คอมเพรสเซอร์ส่วนใหญ่ใช้โลหะผสมไทเทเนียม และบางส่วนใช้โลหะผสมอุณหภูมิสูงชนิดฐานนิกเกิล ความแตกต่างของวัสดุและสภาพการทำงานของใบพัดเทอร์ไบน์และใบพัดแฟน/คอมเพรสเซอร์ทำให้เกิดประเภทความเสียหายที่พบบ่อยแตกต่างกัน ส่งผลให้วิธีการซ่อมแซมและมาตรฐานประสิทธิภาพที่ต้องบรรลุหลังจากการซ่อมแตกต่างกัน บทความนี้วิเคราะห์และอภิปรายถึงวิธีการซ่อมแซมและเทคโนโลยีสำคัญที่ใช้อยู่ในปัจจุบันสำหรับ两类ความเสียหายที่พบบ่อยของใบพัดเครื่องยนต์อากาศยาน โดยมีเป้าหมายเพื่อให้ข้อมูลเชิงทฤษฎีสำหรับการซ่อมแซมและการผลิตซ้ำคุณภาพสูงของใบพัดเครื่องยนต์อากาศยาน

ในเครื่องยนต์อากาศยาน เครื่องบิน เหลี่ยมกังหันและใบพัดโรเตอร์ของพัดลม/คอมเพรสเซอร์ต้องทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงในระยะยาว เช่น แรงเหวี่ยง ความเครียดทางความร้อน และการกัดกร่อน ซึ่งมีข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสูงมาก พวกมันถูกจัดให้เป็นหนึ่งในชิ้นส่วนหลักที่สุดในกระบวนการผลิตเครื่องยนต์อากาศยาน และการผลิตของพวกมันคิดเป็นมากกว่า 30% ของปริมาณงานทั้งหมดของการผลิตเครื่องยนต์ [1 –3] โดยอยู่ในสภาพแวดล้อมการทำงานที่รุนแรงและซับซ้อนเป็นเวลานาน ทำให้ใบพัดโรเตอร์มีแนวโน้มที่จะเกิดข้อบกพร่อง เช่น รอยร้าว การสึกหรอของปลายใบพัด และความเสียหายจากการแตก ต้นทุนในการซ่อมแซมใบพัดเท่ากับเพียง 20% ของต้นทุนในการผลิตใบพัดทั้งหมด ดังนั้น การศึกษาเทคโนโลยีการซ่อมแซมใบพัดเครื่องยนต์อากาศยานจึงช่วยขยายอายุการใช้งานของใบพัด ลดต้นทุนการผลิต และมีประโยชน์ทางเศรษฐกิจอย่างมหาศาล

การซ่อมแซมและการผลิตใหม่ของใบพัดเครื่องยนต์อากาศยานประกอบด้วยขั้นตอนหลักๆ ดังนี้สี่ขั้นตอน [4]: การเตรียมใบพัด (รวมถึงการทำความสะอาดใบพัด [5], การตรวจสอบสามมิติและการสร้างรูปทรงเรขาคณิตใหม่ [6 –7] เป็นต้น); การสะสมวัสดุ (รวมถึงการใช้เทคโนโลยีเชื่อมและเชื่อมต่อขั้นสูงเพื่อเติมและสะสมวัสดุที่หายไป [8 –10] การบำบัดความร้อนเพื่อกู้คืนสมรรถนะ [11 –13] เป็นต้น); การฟื้นฟูใบพัด (รวมถึงวิธีการกลึง เช่น การขัดและทำให้เงา [14]); การบำบัดหลังการซ่อมแซม (รวมถึงการเคลือบผิว [15 –การรักษาและเสริมสร้างความแข็งแรง [17], เป็นต้น) ดังที่แสดงในรูปที่ 1 โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การสะสมของวัสดุเป็นสิ่งสำคัญในการรับประกันคุณสมบัติทางกลของใบพัดหลังการซ่อมแซม องค์ประกอบหลักและวัสดุของใบพัดเครื่องยนต์อากาศยานแสดงอยู่ในรูปที่ 2 สำหรับวัสดุที่แตกต่างกันและการเกิดข้อบกพร่องในรูปแบบต่าง ๆ การศึกษาวิธีการซ่อมแซมที่เหมาะสมเป็นพื้นฐานของการซ่อมแซมและผลิตใหม่อย่างมีคุณภาพสูง บทความนี้ใช้ใบพัดเทอร์ไบน์โลหะผสมอุณหภูมิสูงชนิดเบส.nickel และใบพัดแฟน/คอมเพรสเซอร์โลหะผสมไทเทเนียมเป็นวัตถุประสงค์ เพื่อหารือและวิเคราะห์วิธีการซ่อมแซมและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่ใช้สำหรับประเภทความเสียหายของใบพัดเครื่องยนต์อากาศยานในปัจจุบัน และอธิบายข้อดีข้อเสียของแต่ละวิธี

1. วิธีการซ่อมแซมใบพัดเทอร์ไบน์โลหะผสมอุณหภูมิสูงชนิดเบส.nickel

ใบพัดเทอร์ไบน์ที่ทำจากโลหะผสมอุณหภูมิสูงชนิด Nickel-based ทำงานในสภาพของก๊าซเผาไหม้อุณหภูมิสูงและความเครียดเชิงโครงสร้างที่ซับซ้อนเป็นเวลานาน และใบพัดมักจะมีข้อบกพร่อง เช่น รอยแตกร้าวจากการเหนื่อยล้าทางความร้อน ความเสียหายเล็กน้อยบนผิว (การสึกหรอของปลายใบพัดและการเสียหายจากการกัดกร่อน) และรอยแตกจากการเหนื่อยล้า เมื่อเกิดการแตกจากการเหนื่อยล้าของใบพัดเทอร์ไบน์ ความปลอดภัยของการซ่อมแซมมักจะค่อนข้างต่ำ จึงมักถูกแทนที่โดยตรงหลังจากเกิดการแตก โดยไม่มีการซ่อมแซมด้วยการเชื่อม ประเภทของข้อบกพร่องและวิธีการซ่อมแซมทั่วไปสองแบบของใบพัดเทอร์ไบน์แสดงอยู่ในรูปที่ 3 [4] ต่อไปนี้จะแนะนำวิธีการซ่อมแซมสำหรับ两类ของข้อบกพร่องเหล่านี้ของใบพัดเทอร์ไบน์ที่ทำจากโลหะผสมอุณหภูมิสูง Nickel-based

1.1 การซ่อมแซมรอยแตกร้าวของใบพัดเทอร์ไบน์ Nickel-based superalloy

วิธีการเชื่อมบราสซิ่งและการซ่อมแซมด้วยการเชื่อมเฟสของแข็งทั่วไปใช้เพื่อซ่อมแซมข้อบกพร่องของร่องแตกร้าวบนใบพัดเทอร์ไบน์ โดยหลักๆ แล้วรวมถึง: การเชื่อมแบบสุญญากาศ, การเชื่อมด้วยการแพร่กระจายของของเหลวชั่วคราว, การเชื่อมด้วยการแพร่กระจายที่กระตุ้น และวิธีการซ่อมแซมด้วยการผลิตใหม่แบบผงโลหะ

ชาน และคณะ [18] ใช้วิธีการเชื่อมด้วยลำแสงว่างเปล่าเพื่อซ่อมรอยแตกร้าวในใบพัดโลหะผสมนิกเกิล ChS88 โดยใช้สารเติมเต็มสำหรับการเชื่อม Ni-Cr-B-Si และ Ni-Cr-Zr ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อเปรียบเทียบกับสารเติมเต็มสำหรับการเชื่อม Ni-Cr-B-Si แล้ว Zr ในสารเติมเต็มสำหรับการเชื่อม Ni-Cr-Zr ไม่ง่ายต่อการแพร่กระจาย พื้นผิวฐานไม่ถูกกัดกร่อนอย่างเห็นได้ชัด และความเหนียวของข้อต่อที่เชื่อมสูงกว่า การใช้สารเติมเต็มสำหรับการเชื่อม Ni-Cr-Zr สามารถซ่อมแซมรอยแตกร้าวในใบพัดโลหะผสมนิกเกิล ChS88 ได้ ออยโจ และคณะ [19] ศึกษา的影响ของขนาดช่องว่างและพารามิเตอร์กระบวนการต่อโครงสร้างจุลภาคและความสามารถของข้อต่อที่เชื่อมแบบดิฟฟิวชันของโลหะผสมนิกเกิล Inconel718 เมื่อขนาดช่องว่างเพิ่มขึ้น การปรากฏตัวของเฟーズแข็งและเปราะ เช่น สารประกอบโลหะอินเตอร์เมทาลลิกที่มีฐาน Ni3Al และโบรไมด์ที่มี Ni สูงและ Cr สูง เป็นสาเหตุหลักของการลดลงของความแข็งแรงและความเหนียวของข้อต่อ

การเชื่อมด้วยการแพร่กระจายของของเหลวชั่วคราวเกิดการแข็งตัวภายใต้เงื่อนไขอุณหภูมิเท่ากัน และจัดอยู่ในกลุ่มการผลึกษาภายใต้เงื่อนไขสมดุล ซึ่งส่งเสริมให้เกิดความเป็นเนื้อเดียวกันขององค์ประกอบและโครงสร้าง [20] Pouranvari [21] ได้ศึกษาการเชื่อมด้วยการแพร่กระจายของของเหลวชั่วคราวสำหรับโลหะผสมนิกเกิล Inconel718 พบว่าปริมาณ Cr ในสารเติมแต่งและการแตกตัวของแมทริกซ์เป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อความแข็งแรงของพื้นที่การแข็งตัวที่อุณหภูมิเท่ากัน Lin และคณะ [22] ได้ศึกษาผลกระทบของพารามิเตอร์กระบวนการเชื่อมด้วยการแพร่กระจายของของเหลวชั่วคราวต่อโครงสร้างจุลภาคและความสามารถทางคุณสมบัติของข้อต่อโลหะผสมนิกเกิล GH99 ผลการศึกษากล่าวว่าเมื่ออุณหภูมิเชื่อมเพิ่มขึ้นหรือเวลาขยายออกไป จำนวนของบอร์ไรด์ที่อิเล็กตรอนิก-ริชและโครเมียม-ริชในเขตการตกผลึกจะลดลง และขนาดเม็ดในเขตการตกผลึกจะเล็กลง ความแข็งแรงในการดึงแบบเฉือนที่อุณหภูมิห้องและอุณหภูมิสูงเพิ่มขึ้นตามระยะเวลาของการคงที่ ปัจจุบัน การเชื่อมด้วยการแพร่กระจายของของเหลวชั่วคราวได้ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในการซ่อมแซมรอยร้าวเล็กๆ ในพื้นที่ความเครียดต่ำและการฟื้นฟูความเสียหายบริเวณปลายใบพัดที่ไม่มีมงกุฎแล้ว [23] –24]. แม้ว่าการเชื่อมด้วยการแพร่กระจายของของเหลวชั่วขณะจะถูกนำมาใช้อย่างสำเร็จกับวัสดุหลากหลายชนิด แต่มันจำกัดอยู่ที่การซ่อมรอยร้าวขนาดเล็ก (ประมาณ 250 μ มิลลิเมตร).

เมื่อความกว้างของรอยร้าวมากกว่า 0.5 มม. และแรงดูดผ่านท่อไม่เพียงพอที่จะเติมรอยร้าว การซ่อมใบพัดสามารถทำได้โดยใช้วิธีการเชื่อมด้วยการแพร่กระจายแบบกระตุ้น [24] Su et al. [25] ใช้วิธีการเชื่อมบราสแบบกระตุ้นการแพร่กระจายเพื่อซ่อมใบพัดโลหะผสมนิกเกิล In738 โดยใช้วัสดุเชื่อม DF4B และได้รับข้อต่อที่มีความแข็งแรงสูงและต้านทานการออกซิเดชันได้ดี ข้อต่อนี้มีองค์ประกอบของ γ′ เฟสที่ตกผลึกในข้อต่อมีผลในการเสริมความแข็งแรง และความแข็งแรงดึงสูงสุดถึง 85% ของวัสดุแม่พิมพ์ ข้อต่อจะแตกที่ตำแหน่งของบอไรด์ที่มี Cr สูง Hawk และคณะ [26] ยังได้ใช้วิธีเชื่อมด้วยการแพร่กระจายแบบกระตุ้นเพื่อซ่อมแซมรอยแตกร้าวขนาดกว้างของใบพัดโลหะผสมนิกเกิลชนิดทนความร้อน René 108 เช่นกัน การสร้างใหม่ด้วยผงโลหะ ซึ่งเป็นวิธีใหม่สำหรับการฟื้นฟูพื้นผิวของวัสดุขั้นสูง ได้ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการซ่อมแซมใบพัดโลหะผสมทนความร้อน สามารถฟืนฟูและสร้างความแข็งแรงแบบสามมิติใกล้เคียง isotropic ในช่องว่างที่มีขนาดใหญ่ (มากกว่า 5 มม.) เช่น รอยแตกรอยหลุดลอก การสึกหรอ และรูโหว่ในใบพัด [27] Liburdi บริษัทจากแคนาดา ได้พัฒนาวิธี LPM (Liburdi powder metallurgy) เพื่อซ่อมแซมใบพัดโลหะผสมนิกเกิลที่มี Al และ Ti สูงซึ่งมีสมรรถนะเชื่อมต่ำ กระบวนการนี้แสดงอยู่ในรูปที่ 4 [28] ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา วิธีการเคลือบผงโลหะแนวตั้งที่พัฒนามาจากวิธีนี้สามารถทำการ땜ซ่อมแซมชิ้นงานที่มีความกว้างถึง 25 มม. ได้ในครั้งเดียว [29]

1.2 การซ่อมแซม  ของความเสียหายบนผิวของใบพัดเทอร์ไบน์ที่ทำจากอัลลอยด์ทนความร้อนฐานนิกเกิล

เมื่อมีร่องรอยขูดขีดและสนิมในพื้นที่เล็กๆ บนผิวของใบพัดอัลลอยด์ทนความร้อนฐานนิกเกิล พื้นที่ที่เสียหายสามารถลบออกและเจาะเป็นร่องโดยการกลึง จากนั้นเติมและซ่อมแซมด้วยวิธีเชื่อมที่เหมาะสม การวิจัยปัจจุบันมุ่งเน้นไปที่การฝากรวมด้วยเลเซอร์และการเชื่อมอาร์กอนอาร์คเป็นหลัก

คิมและคณะ [30] จากมหาวิทยาลัยเดลาแวร์ ในสหรัฐอเมริกา ได้ทำการเคลือบด้วยเลเซอร์และการเชื่อมซ่อมด้วยมือบนใบพัดโลหะผสมนิกเกิล Rene80 ที่มีส่วนประกอบของอะลูมิเนียมและไทเทเนียมในปริมาณสูง และเปรียบเทียบชิ้นงานที่ผ่านการบำบัดความร้อนหลังการเชื่อมกับชิ้นงานที่ผ่านการบำบัดความร้อนหลังการเชื่อมและการกดด้วยแรงดันเท่าทุกทิศทาง (HIP) และพบว่า HIP สามารถลดข้อบกพร่องของรูพรุนขนาดเล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ หลิวและคณะ [31] จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งหัวจง ได้ใช้เทคโนโลยีการเคลือบด้วยเลเซอร์เพื่อซ่อมแซมข้อบกพร่องในร่องและรูของชิ้นส่วนกังหันโลหะผสมนิกเกิล 718 และศึกษาผลกระทบของความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์ ความเร็วในการสแกนของเลเซอร์ และรูปแบบของการเคลือบต่อกระบวนการซ่อมแซม ดังที่แสดงในรูปที่ 5

ในด้านการซ่อมแซมด้วยการเชื่อมอาร์กอน Arc คิว เซิง และคณะ [32] จากบริษัทจีน China Aviation Development Shenyang Liming Aero Engine (Group) Co., Ltd. ได้ใช้วิธีการเชื่อมอาร์กอนแบบลวด Wolfram เพื่อซ่อมแซมปัญหาการสึกหรอและการแตกร้าวที่ปลายของใบพัดเทอร์ไบน์โลหะผสมความร้อนสูง DZ125 ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าหลังจากการซ่อมแซมด้วยวัสดุเชื่อมชนิดโคบอลต์ตามแบบฉบับแล้ว พื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนมักเกิดรอยแตกร้าวจากความร้อนและค่าความแข็งของรอยเชื่อมลดลง อย่างไรก็ตาม การใช้วัสดุเชื่อมแบบนิกเกิล MGS-1 ที่พัฒนาขึ้นใหม่ ร่วมกับกระบวนการเชื่อมและการอบร้อนที่เหมาะสม สามารถหลีกเลี่ยงการเกิดรอยแตกร้าวในพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ และยังคงความแข็งแรงในการดึงที่อุณหภูมิ 1000 ° C ถึง 90% ของวัสดุฐาน ส่ง เวньชิ่ง และคณะ [33] ได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับกระบวนการเชื่อมซ่อมรอยบกพร่องของการหล่อโลหะ K4104 อัลลอยด์ทอร์นาโด ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า การใช้ลวดเชื่อม HGH3113 และ HGH3533 เป็นโลหะเติม มีการสร้างรอยเชื่อมที่ยอดเยี่ยม มีความพลาสติกดีและมีความสามารถในการต้านทานรอยร้าวสูง ในขณะที่เมื่อใช้ลวดเชื่อม K4104 ที่มีปริมาณ Zr เพิ่มขึ้น จะทำให้เหล็กหลอมเหลวมีความเป็นของเหลวต่ำ พื้นผิวรอยเชื่อมไม่ได้รูป และเกิดรอยร้าวและข้อบกพร่องจากการไม่หลอมรวมกัน สามารถเห็นได้ว่าในกระบวนการซ่อมใบพัด การเลือกใช้วัสดุเติมนั้นมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง

งานวิจัยปัจจุบันเกี่ยวกับการซ่อมแซมใบพัดเทอร์ไบน์ที่ทำจากโลหะผสมฐานนิกเกิลพบว่า โลหะผสมอุณหภูมิสูงฐานนิกเกิลมีองค์ประกอบที่เสริมความแข็งแรงแบบสารละลาย เช่น Cr, Mo, Al และธาตุแทรกซึมเล็กน้อย เช่น P, S, และ B ซึ่งทำให้เกิดความไวต่อการแตกหักมากขึ้นในกระบวนการซ่อมแซม นอกจากนี้หลังจากการเชื่อม จะมีแนวโน้มที่จะเกิดการแยกโครงสร้างและการก่อตัวของข้อบกพร่องประเภทเฟーズ Laves ที่เปราะได้ง่าย ดังนั้น การวิจัยในลำดับถัดไปเกี่ยวกับการซ่อมแซมโลหะผสมอุณหภูมิสูงฐานนิกเกิลจำเป็นต้องควบคุมโครงสร้างและคุณสมบัติกลของข้อบกพร่องเหล่านี้

2 วิธีการซ่อมแซมใบพัดพัดลม/คอมเพรสเซอร์ที่ทำจากโลหะไทเทเนียม

ในระหว่างการปฏิบัติงาน เหล็กกล้าไทเทเนียมใบพัด/คอมเพรสเซอร์จะถูกแรงเหวี่ยง แรงอากาศพลศาสตร์ และภาระการสั่นสะเทือนเป็นหลัก ในระหว่างการใช้งาน ข้อบกพร่องของผิวหน้า (รอยร้าว การสึกหรอปลายใบพัด เป็นต้น) ข้อบกพร่องของการแตกหักท้องถิ่นของเหล็กกล้าไทเทเนียม และความเสียหายในพื้นที่กว้าง (การแตกจากการเหนื่อยล้า ความเสียหายในพื้นที่กว้างและการกัดกร่อน เป็นต้น) มักเกิดขึ้น ซึ่งจำเป็นต้องเปลี่ยนใบพัดทั้งหมด ประเภทของข้อบกพร่องและวิธีการซ่อมแซมทั่วไปแสดงอยู่ในรูปที่ 6 ด้านล่างนี้จะแนะนำสถานะการวิจัยในการซ่อมแซมของข้อบกพร่องสามประเภทนี้

2.1 การซ่อมแซมข้อบกพร่องของผิวหน้าของใบพัดเหล็กกล้าไทเทเนียม

ในระหว่างการปฏิบัติงาน ใบพัดเหล็กกล้าไทเทเนียมมักมีข้อบกพร่อง เช่น รอยร้าวบนผิวหน้า รอยขูดขีดในพื้นที่เล็กๆ และการสึกหรอของใบพัด การซ่อมแซมข้อบกพร่องเหล่านี้คล้ายกับใบพัดที่ทำจากนิกเกิล-เบส ใช้วิธีการกลึงเพื่อกำจัดพื้นที่ที่บกพร่อง และใช้วิธีการสะสมโลหะด้วยเลเซอร์หรือการเชื่อมอาร์กอนเพื่อเติมและซ่อมแซม

ในสาขาของการหลอมด้วยเลเซอร์ เจ้าจาง Чаオ และคณะ [34] จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีตะวันตกเฉียงเหนือได้ทำการศึกษาการซ่อมแซมด้วยเลเซอร์สำหรับข้อบกพร่องบนผิวที่มีขนาดเล็ก (เส้นผ่านศูนย์กลางผิว 2 มม. ข้อบกพร่องรูปทรงครึ่งวงกลมลึก 0.5 มม.) ของชิ้นงานหล่อโลหะไทเทเนียม TC17 ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า β ผลึกคอลัมนาร์ในเขตการฝากรอยเลเซอร์เติบโตแบบ epitaxially จากอินเทอร์เฟสและขอบเมล็ดผลึกกลายเป็นเบลอ โครงสร้างเข็มเดิมที่เป็น α แท่งและลำดับรอง α เฟーズในโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนเติบโตและหยาบขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับตัวอย่างที่ผ่านการหล่อ ตัวอย่างที่ซ่อมแซมด้วยเลเซอร์มีลักษณะเด่นของความแข็งแรงสูงและความยืดหยุ่นต่ำ ความแข็งแรงในการดึงเพิ่มขึ้นจาก 1077.7 MPa เป็น 1146.6 MPa และการยืดตัวลดลงจาก 17.4% เหลือ 11.7% Pan Bo และคณะ [35] ใช้เทคโนโลยีการเคลือบด้วยเลเซอร์พร้อมการให้อาหารผงแบบโคแอกเซียลเพื่อซ่อมแซมข้อบกพร่องที่กำหนดไว้ล่วงหน้าในรูปทรงรูกลมของโลหะไทเทเนียมชนิด ZTC4 หลายครั้ง ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่ากระบวนการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคจากวัสดุแม่เหล็กไปยังพื้นที่ที่ซ่อมแซมคือแผ่น α เฟーズและระหว่างเม็ด β เฟส → โครงสร้างแบบทอ → มาร์เทนไซต์ → โครงสร้าง Widmanstatten ความแข็งของโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนเพิ่มขึ้นเล็กน้อยตามจำนวนครั้งของการซ่อมแซม ในขณะที่ความแข็งของวัสดุแม่เหล็กและชั้นเคลือบไม่เปลี่ยนแปลงมาก

ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าโซนซ่อมแซมและโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนก่อนการบำบัดความร้อนเป็นเข็มละเอียด α เฟーズที่กระจายอยู่ใน β เมทริกซ์เฟส และโซนของวัสดุฐานเป็นโครงสร้างตะกร้าละเอียด หลังจากการบำบัดความร้อน ไมโครสตรักเจอร์ของแต่ละพื้นที่จะเป็นลักษณะเส้นเรียงตัวเหมือนแผ่น α เฟส + β โครงสร้างการเปลี่ยนแปลงเฟส และความยาวของเฟสหลักในพื้นที่ซ่อมแซมมีขนาดใหญ่กว่าพื้นที่อื่นอย่างเห็นได้ชัด พредел การ-fatigue ของส่วนที่ซ่อมแซมภายใต้การหมุนเวียนแรงสูงคือ 490MPa สูงกว่า fatigue limit ของวัสดุฐาน โดยลดลงประมาณ 7.1% การเชื่อมอาร์กอนด้วยมือยังใช้ในการซ่อมแซมรอยแตกบนผิวลำโพงและปลายที่สึกหรอ ข้อเสียคือการป้อนความร้อนมีปริมาณมาก และการซ่อมแซมพื้นที่ขนาดใหญ่มักเกิดความเครียดทางความร้อนและแรงบิดจากกระบวนการเชื่อม [37] α เฟส ในพื้นที่ซ่อมแซม

งานวิจัยปัจจุบันแสดงให้เห็นว่า ไม่ว่าจะใช้วิธีการหลอมด้วยเลเซอร์หรือการเชื่อมอาร์กอนอาร์คเพื่อซ่อมแซม พื้นที่ซ่อมแซมจะมีลักษณะของความแข็งแรงสูงและความยืดหยุ่นต่ำ และสมรรถนะการ-fatigue ของใบพัดจะลดลงหลังจากการซ่อมแซม การวิจัยขั้นตอนถัดไปควรเน้นไปที่วิธีการควบคุมองค์ประกอบของโลหะผสม ปรับพารามิเตอร์กระบวนการเชื่อม และปรับปรุงวิธีควบคุมกระบวนการ เพื่อควบคุมโครงสร้าง徵พื้นที่ซ่อมแซม ทำให้มีสมดุลระหว่างความแข็งแรงและความยืดหยุ่นในพื้นที่ซ่อมแซม และรับประกันสมรรถนะการ-fatigue ที่ยอดเยี่ยม

2.2 การซ่อมแซมความเสียหายเฉพาะจุดของใบพัดโลหะไทเทเนียม

ไม่มีความแตกต่างที่สำคัญระหว่างการซ่อมแซมข้อบกพร่องของใบพัดโลหะไทเทเนียมกับเทคโนโลยีการผลิตแบบเพิ่มสามมิติสำหรับชิ้นส่วนของแข็งจากโลหะไทเทเนียมในแง่ของกระบวนการ โดยการซ่อมแซมสามารถมองได้ว่าเป็นกระบวนการของการสร้างเพิ่มเติมด้วยการสะสมวัสดุอีกครั้งบนบริเวณรอยแตกและผิวท้องถิ่น โดยใช้ส่วนที่เสียหายเป็นฐาน ดังที่แสดงในรูปที่ 7 ตามแหล่งความร้อนที่แตกต่างกัน การซ่อมแซมจะแบ่งออกเป็น两类หลัก คือ การซ่อมแซมด้วยเลเซอร์และการซ่อมแซมด้วยอาร์กอน สิ่งที่ควรทราบคือในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ศูนย์วิจัยร่วมเยอรมัน 871 ได้ให้ความสำคัญกับเทคโนโลยีการซ่อมแซมด้วยอาร์กอนสำหรับการซ่อมแซมใบพัดโลหะไทเทเนียมแบบรวม[38] และได้ปรับปรุงสมรรถนะการซ่อมแซมโดยการเพิ่มสารกระตุ้นการเกิดผลึกและวิธีการอื่นๆ [39]

ในสาขาของการซ่อมแซมด้วยเลเซอร์ กง ซินหยง และคณะ [40] ได้ใช้ผงโลหะผสม TC11 เพื่อศึกษากระบวนการซ่อมแซมด้วยการสะสมจากการหลอมด้วยเลเซอร์สำหรับโลหะผสมไทเทเนียม TC11 หลังจากการซ่อมแซม พื้นที่การสะสม  ตัวอย่างที่มีผนังบางและพื้นที่หลอมละลายของอินเทอร์เฟซมีลักษณะเฉพาะของโครงสร้างวิดมันสตาเทิน และโครงสร้างโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนของเมทริกซ์เปลี่ยนจากการเป็นโครงสร้างวิดมันสตาเทินไปเป็นโครงสร้างสองสถานะ ความแข็งแรงในการดึงของพื้นที่การสะสมอยู่ที่ประมาณ 1200 MPa สูงกว่าโซนการเปลี่ยนผ่านของอินเทอร์เฟซและเมทริกซ์ ในขณะที่ความยืดหยุ่นต่ำกว่าเมทริกซ์เล็กน้อย ตัวอย่างการดึงทั้งหมดแตกภายในเมทริกซ์ ในที่สุด เปลือกใบพัดจริงได้รับการซ่อมแซมโดยใช้วิธีการสะสมการหลอมละลายทีละจุด ผ่านการประเมินการทดสอบความเร็วเกิน และสามารถนำไปติดตั้งใช้งานได้ Bian Hongyou และคณะ [41] ใช้ผง TA15 เพื่อศึกษาการซ่อมแซมแบบเพิ่มเติมด้วยเลเซอร์สำหรับโลหะไทเทเนียมอัลลอย TC17 และสำรวจผลกระทบของการอบด้วยอุณหภูมิต่างๆ (610 ℃ , 630 ℃ และ 650 ℃ ) ผลจากการศึกษาโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติพบว่าความแข็งแรงดึงของโลหะ TA15/TC17 ที่ซ่อมแซมด้วยการพ่นเลเซอร์สามารถถึง 1029MPa ได้ แต่มีค่าความยืดหยุ่นค่อนข้างต่ำ เพียง 4.3% โดยคิดเป็น 90.2% และ 61.4% ของชิ้นงาน TC17 ที่ผ่านการหล่อขึ้นรูปตามลำดับ หลังจากผ่านกระบวนการบำบัดความร้อนที่อุณหภูมิต่างๆ ความแข็งแรงดึงและความยืดหยุ่นเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด เมื่ออุณหภูมิการอบอยู่ที่ 650 ℃ ความแข็งแรงดึงสูงสุดอยู่ที่ 1102MPa ซึ่งเทียบเท่า 98.4% ของชิ้นงาน TC17 ที่ผ่านการหล่อขึ้นรูป และค่าความยืดตัวหลังแตกหักอยู่ที่ 13.5% ซึ่งเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อเปรียบเทียบกับสภาพหลังการพ่น

ในสาขาการซ่อมแซมแบบเพิ่มวัสดุด้วยอาร์ก เหลียวและคณะ [42] ได้ทำการศึกษาการซ่อมแซมบนตัวอย่างจำลองที่ขาดของใบพัดโลหะไทเทเนียมอัลลอย TC4 ผลลัพธ์ที่ได้คือโครงสร้างเม็ด Kristal แบบผสมระหว่าง Kristal ทรงลูกบาศก์และ Kristal ทรงกระบอกในชั้นที่สะสม โดยมีความแข็งแรงดึงสูงสุดที่ 991 MPa และการยืดตัวร้อยละ 10 จ้วและคณะ [43] ใช้เส้นเชื่อม TC11 เพื่อทำการศึกษาการซ่อมแซมแบบเพิ่มวัสดุด้วยอาร์กบนโลหะไทเทเนียมอัลลอย TC17 และวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคของชั้นที่สะสมและเขตที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน ภายใต้สภาพไม่ถูกความร้อน ความแข็งแรงดึงอยู่ที่ 1015.9 MPa และการยืดตัวร้อยละ 14.8 มีสมรรถนะโดยรวมที่ดี เฉินและคณะ [44] ศึกษา的影响ของอุณหภูมิการอบที่แตกต่างกันต่อโครงสร้างจุลภาคและสมบัติกลของตัวอย่างซ่อมแซมโลหะไทเทเนียมอัลลอย TC11/TC17 ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่า อุณหภูมิการอบที่สูงกว่ามีประโยชน์ต่อการปรับปรุงการยืดตัวของตัวอย่างที่ซ่อมแซม

การวิจัยเกี่ยวกับการใช้เทคโนโลยีการผลิตเพิ่มเติมด้วยโลหะเพื่อซ่อมแซมข้อบกพร่องที่เสียหายเฉพาะท้องถิ่นในใบพัดโลหะไทเทเนียมยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น ใบพัดที่ซ่อมแซมไม่เพียงแต่ต้องให้ความสนใจกับคุณสมบัติกลของชั้นที่POSITINGแต่การประเมินคุณสมบัติกลที่บริเวณ界面ของใบพัดที่ซ่อมแซมก็มีความสำคัญเท่าเทียมกัน

3 ใบพัดโลหะไทเทเนียมที่เสียหายพื้นที่กว้าง การเปลี่ยนและซ่อมแซมใบพัด

เพื่อให้โครงสร้างโรเตอร์ของคอมเพรสเซอร์ง่ายขึ้นและลดน้ำหนัก เบลเดินท์ของเครื่องยนต์อากาศยานสมัยใหม่มักใช้โครงสร้างเบลเดินท์แบบรวมชิ้นเดียว ซึ่งเป็นโครงสร้างชิ้นเดียวที่ทำให้ใบพัดทำงานและแผ่นใบพัดกลายเป็นโครงสร้างเดียวกัน โดยไม่มีร่องและเกล็ดเชื่อม เช่นเดียวกับการบรรลุวัตถุประสงค์ในการลดน้ำหนัก ยังสามารถหลีกเลี่ยงการสึกหรอและการสูญเสียพลังงานอากาศพลศาสตร์ของร่องและเกล็ดเชื่อมในโครงสร้างแบบดั้งเดิมได้อีกด้วย การซ่อมแซมความเสียหายบนผิวและการเสียหายในท้องถิ่นของเบลเดินท์แบบรวมคล้ายกับวิธีการซ่อมแซมใบพัดแยกตามที่กล่าวมาแล้ว ส่วนการซ่อมแซมเบลเดินท์แบบรวมที่แตกหรือขาดชิ้นส่วน มักใช้วิธีการเชื่อมแรงเสียดทานเชิงเส้นเนื่องจากกระบวนการเฉพาะและการได้เปรียบที่โดดเด่นของมัน กระบวนการนี้แสดงอยู่ในรูปที่ 8 [45]

มาเตโอ และคณะ [46] ใช้การเชื่อมแรงเสียดทานเชิงเส้นเพื่อจำลองการซ่อมแซมของโลหะไทเทเนียมชนิด Ti-6246 ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าความเสียหายเดิมที่ถูกซ่อมแซมซ้ำถึงสามครั้งจะมีเขตที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนแคบลงและโครงสร้างเม็ดโลหะจากการเชื่อมละเอียดขึ้น ความแข็งแรงในการดึงลดลงจาก 1048 MPa เหลือ 1013 MPa เมื่อจำนวนครั้งของการซ่อมแซมเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ตัวอย่างที่ทดสอบความเหนียวและ-fatigue แตกในบริเวณวัสดุฐานที่ห่างจากพื้นที่เชื่อม

หม่า และคณะ [47] ศึกษา的影响ของอุณหภูมิการบำบัดความร้อนที่แตกต่างกัน (530 ° องศาเซลเซียส + 4 ชั่วโมง การระบายความร้อนในอากาศ, 610 ° องศาเซลเซียส + 4 ชั่วโมง การระบายความร้อนในอากาศ, 670 ° องศาเซลเซียส + 4 ชั่วโมง การระบายความร้อนในอากาศ) บน ​​ โครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติกลของข้อต่อที่เชื่อมแรงเสียดทานเชิงเส้นของโลหะไทเทเนียมชนิด TC17 ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิการบำบัดความร้อนเพิ่มขึ้น ระดับการรีคริสตาลไลเซชันของเฟส α และเฟส β เพิ่มขึ้นอย่างมาก พฤติกรรมการแตกของตัวอย่างที่ทดสอบความดึงและแรงกระแทกเปลี่ยนจากแบบการแตกแบบเปราะไปเป็นการแตกแบบเหนียว หลังจากบำบัดความร้อนที่อุณหภูมิ 670 ° C, ตัวอย่างการดึงขาดที่วัสดุพื้นฐาน ความแข็งแรงในการดึงคือ 1262MPa แต่การยืดยาวเป็นเพียง 81.1% ของวัสดุพื้นฐาน

ในปัจจุบัน งานวิจัยทั้งในและต่างประเทศแสดงให้เห็นว่า เทคโนโลยีการเชื่อมซ่อมด้วยแรงเสียดทานเชิงเส้นมีหน้าที่ในการทำความสะอาดออกไซด์ได้เอง ซึ่งสามารถกำจัดออกไซด์บนพื้นผิวที่เชื่อมได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยไม่เกิดข้อบกพร่องทางเมทาลลูร์จีจากกระบวนการหลอม นอกจากนี้ยังสามารถเชื่อมต่อวัสดุที่แตกต่างกันเพื่อสร้างใบพัดรวมที่มีโลหะผสมสองชนิด/สมรรถนะสองแบบ และสามารถซ่อมแซมรอยแตกรอยแตกหรือชิ้นส่วนที่หายไปของใบพัดรวมที่ทำจากวัสดุต่างๆ ได้อย่างรวดเร็ว [38] อย่างไรก็ตาม ยังคงมีปัญหามากมายที่ต้องแก้ไขในการใช้เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยแรงเสียดทานเชิงเส้นเพื่อซ่อมแซมใบพัดรวม เช่น การมีความเครียดเหลืออยู่สูงในข้อต่อและความยากลำบากในการควบคุมคุณภาพของการเชื่อมต่อระหว่างวัสดุที่แตกต่างกัน อีกทั้งกระบวนการทำงานของการเชื่อมด้วยแรงเสียดทานเชิงเส้นสำหรับวัสดุใหม่ยังต้องการการศึกษาเพิ่มเติม

ติดต่อเรา

ขอบคุณที่สนใจบริษัทของเรา! ในฐานะบริษัทผลิตชิ้นส่วนกังหันก๊าซมืออาชีพ เราจะยังคงมุ่งมั่นในการนวัตกรรมทางเทคโนโลยีและการปรับปรุงบริการ เพื่อให้สามารถนำเสนอโซลูชันคุณภาพสูงแก่ลูกค้าทั่วโลก หากท่านมีคำถาม ข้อเสนอแนะ หรือความตั้งใจในการร่วมมือ เราพร้อมยินดีช่วยเหลือ กรุณาติดต่อเราผ่านช่องทางต่อไปนี้:

WhatsAPP: +86 135 4409 5201

อีเมล ：[email protected]