Клетки двигателей самолета долгое время находятся в сложной и суровой рабочей среде и склонны к различным типам дефектов повреждений. Заменить лезвия дорого, а исследования по ремонту лезвий и восстановлению лезвий имеют огромные экономические выгоды. Лезвие двигателя самолета в основном разделены на две категории: лопасти турбины и лопасти вентилятора/компрессора. Турбинные лезвия обычно используют высокотемпературные сплавы на основе никеля, в то время как лопасти вентилятора/компрессора в основном используют титановые сплавы, а некоторые используют высокотемпературные сплавы на основе никеля. Различия в материалах и рабочей среде турбинных лопастей и лопастей вентилятора/компрессора приводят к различным распространенным типам повреждений, что приводит к различным методам ремонта и показателям производительности, которые необходимо достичь после ремонта. В этой статье анализируются и обсуждаются методы ремонта и ключевые технологии, которые в настоящее время используются для двух типов общих дефектов ущерба в лезвиях самолетов, с целью обеспечения теоретической основы для достижения высококачественного ремонта и восстановления лопастей самолета.
В авиационных двигателях лопасти ротора турбины и вентилятора/компрессора подвержены долгосрочным суровым средам, таким как центробежные нагрузки, тепловое напряжение и коррозия, и имеют чрезвычайно высокие требования к производительности. Они указаны в качестве одного из наиболее основных компонентов в производстве самолетов, и их производственные учетные записи составляют более 30% рабочей нагрузки всего производства двигателей [1–3]. Находясь в суровой и сложной рабочей среде в течение длительного времени, лопасти ротора склонны к дефектам, таким как трещины, износ кончика лезвия и повреждение переломов. Стоимость ремонта лезвий составляет всего 20% от стоимости производства всего лезвия. Таким образом, исследования технологии ремонта лезвий самолетов способствуют продлению срока службы лезвий, снижению производственных затрат и имеют огромные экономические выгоды.
Ремонт и восстановление лезвий самолетов в основном включает в себя следующие четыре этапа [4]: предварительная обработка лезвия (включая очистку лезвий [5], трехмерную проверку и геометрическую реконструкцию [6–7] и т. Д.); Отложение материала (включая использование передовой сварки и технологии соединения для завершения заполнения и накопления недостающих материалов [8–10], термообработки восстановления производительности [11–13] и т. Д.); Реконструкция лезвия (включая методы обработки, такие как шлифовка и полировка [14]); Обработка после повторения (включая поверхностное покрытие [15–16] и укрепление обработки [17] и т. Д.), Как показано на рисунке 1. Среди них отложение материала является ключом к обеспечению механических свойств лезвия после восстановления. Основные компоненты и материалы лезвий самолетов показаны на рисунке 2. Для различных материалов и различных форм дефекта соответствующее исследование метода ремонта является основой для достижения высококачественного ремонта и восстановления поврежденных лезвий. Эта статья принимает лопасти с высокотемпературными турбинными турбинами на основе никеля и лезвия сплавов титановых сплавов/компрессорные лопасти в качестве объектов, обсуждает и анализирует методы ремонта и ключевые технологии, используемые для различных типов повреждений лезвия самолета на данном этапе, и объясняет их преимущества и недостатки.
Никелевый метод ремонта лезвий с лезвием сплавных турбин
На основе никелевых высокотемпературных турбинных лопастей сплавов работают в среде высокотемпературного газа сжигания и сложного напряжения в течение длительного времени, а лезвия часто имеют дефекты, такие как усталость тепловых трещин, повреждение поверхности малой области (износ наконечника лезвия и повреждение коррозии) и усталость. Поскольку безопасность лезвия турбинного лезвия восстановления перелома перелома является относительно низкой, они, как правило, заменяются непосредственно после того, как возникает перелом усталости без ремонта сварки. Два общих типа дефектов и методов восстановления лопастей турбины показаны на рисунке 3 [4]. Следующее введет методы восстановления этих двух типов дефектов лезвий с высокотемпературными турбинами с помощью никеля соответственно.
Ремонт трещин турбины на основе никеля на основе никеля
Методы восстановления сварки пайки и твердой фазы обычно используются для восстановления дефектов трещин турбинного лезвия, в основном, включая: вакуумную пабу, переходную жидкую диффузионную диффузионную диффузионную связь, активированную диффузионную сварку и методы восстановления металлургии порошковой металлургии.
Shan et al. [18] использовали метод вакуума Beam Vacuum для ремонта трещин в лезвиях из сплава на основе никеля CHS88 с использованием наполнителей Ni-CR-B-Si и Ni-CR-ZR Brazing. Результаты показали, что по сравнению с металлом наполнителя Ni-CR-B-Si Mrawing ZR в металле Ni-CR-ZR Brausing Filler нелегко диффундировать, субстрат существенно не коррозируется, а вязкость сварного сустава выше. Использование металла наполнителя Ni-CR-ZR может достичь ремонта трещин в лезвиях из сплава на основе никеля CHS88. Ojo et al. [19] изучили влияние размера зазора и параметров процесса на микроструктуру и свойства диффузионных сплав сплавного сплава на основе никеля INSEL718. По мере увеличения размера зазора появление твердых и хрупких фаз, таких как интерметаллические соединения на основе NI3AL, и бориды, богатые NI, являются основной причиной снижения прочности и прочности суставов.
Временная диффузионная сварка жидкости укрепляется в изотермических условиях и относится к кристаллизации в условиях равновесия, что способствует гомогенизации состава и структуры [20]. Douranvari [21] изучил диффузионную диффузионную диффузию жидкости жидкой фазы сплава с помощью высокотемпературного сплава на основе никеля Inconel718 и обнаружил, что содержание Cr в наполнителе и диапазон разложения матрицы являются ключевыми факторами, влияющими на силу изотермической зоны затвердевания. Lin et al. [22] изучили влияние параметров процесса диффузионной диффузии жидкой фазы на микроструктуру и свойства высокотемпературных сплавов на основе никеля GH99. Результаты показали, что с повышением температуры соединения или расширением времени количество боридов, богатых Ni, и богатых CR в зоне осадков уменьшилось, и размер зерна зоны осаждения был меньше. Температура в комнатной температуре и высокая температурная прочность на растяжение сдвиг увеличивались с продолжением времени удержания. В настоящее время сварка диффузии переходной жидкой фазы была успешно использована для восстановления небольших трещин в зонах с низким напряжением и восстановления повреждения кончиков неровных лезвий [23–24]. Хотя переходная жидкая фазовая диффузионная сварка была успешно применена к различным материалам, она ограничена восстановлением небольших трещин (около 250 мкм).
Когда ширина трещины больше, чем 0. 5 мм, а капиллярное действие недостаточно для заполнения трещины, восстановление лезвия может быть достигнуто с помощью активированной диффузионной сварки [24]. Su et al. [25] использовали метод активированной диффузионной пайки для восстановления лопасти с высокотемпературным сплавом на основе никеля в IN738 с использованием пайкового материала DF4B, и получили высокопрочный, устойчивый к окислению патронный сустав. Фаза, осажденная в суставе, имеет усиливающий эффект, а прочность на растяжение достигает 85% родительского материала. Сустав ломается в положении борида, богатого CR. Hawk et al. [26] также использовали активированную диффузионную сварку для восстановления широкой трещины лезвия с сплавами на основе никеля René 108. Порошковая металлургия восстановления, в качестве недавно разработанного метода оригинальной реконструкции передовых поверхностей материала, широко использовался при восстановлении высокотемпературных лезвий сплава. Он может восстановить и реконструировать трехмерную почти изотропную силу больших дефектов зазоров (более 5 мм), таких как трещины, абляция, износ и отверстия в лезвиях [27]. Liburdi, канадская компания, разработала метод LPM (Liburdi Powder Metallurry) для ремонта лезвий на основе никеля с высоким содержанием Al и Ti, которые имеют плохую сварку. Процесс показан на рисунке 4 [28]. В последние годы метод металлургии с вертикальным ламинированным порошком, основанный на этом методе, может выполнять одноразовое восстановление дефектов в размере 25 мм [29].
Ремонт поверхностного повреждения никелевых лопастей сплавных турбин на основе никеля
Когда царапины в малой области и повреждения коррозии возникают на поверхности высокотемпературных лезвий с сплавами на основе никеля, поврежденная область обычно можно удалить и назовать путем обработки, а затем заполнять и отремонтировать с помощью соответствующего метода сварки. Текущее исследование в основном фокусируется на лазерном расложении плавления и ремонте сварки аргона.
Kim et al. [30] из Университета штата Делавэр в Соединенных Штатах выполняли лазерную облицовку и ручную сварку на лезвиях на основе никеля Rene80 с высоким содержанием Al и Ti, и сравнили проработчики, которые подвергались термическому тепловой обработке после Weld с теми, которые были недооценены после утечки и горячих нажима (HIP), и обнаружили, что уточнения могут эффективно уменьшать определение малого уровня. Лю и соавт. [31] из Университета науки и технологии Хуажонга использовали технологию лазерной облицовки для восстановления дефектов канавки и отверстий в 718 компонентах сплавных турбин на основе никеля, а также изучали влияние лазерной плотности мощности, скорости лазерного сканирования и формы оболочки на процесс ремонта, как показано на рисунке 5.
С точки зрения ремонта сварки аргона, Queng et al. [32] Китайская авиационная разработка Shenyang Liming Aero Engine (Group) Co., Ltd. использовал метод сварки аргона вольфрамового аргона для восстановления проблем с износом и трещинами на кончике высокотемпературных турбинных турбинных лопастей DZ125. Анкет Результаты показывают, что после ремонта с помощью традиционных сварочных материалов на основе кобальта зона, затронутая тепловой, подвержена тепловым трещинах, а твердость сварного шва снижается. Однако использование недавно разработанных MGS -1 сварки на основе никеля в сочетании с соответствующими процессами сварки и термической обработки может эффективно избегать трещин, возникающих в зоне, затронутой теплом, и прочность на растяжение при 1000 градусов достигает 90% основного материала. Song Wenqing et al. [33] провели исследование о процессе ремонта сварки дефектов литья дефектов K4104 высокотемпературных турбинных турбин. Результаты показали, что использование сварочных проводов HGH3113 и HGH3533 в качестве металлов наполнителя имеет превосходное образование сварного шва, хорошую пластичность и сильную сопротивление трещин, используя при использовании сварочного провода K4104 с повышенным содержанием ZR сварки, текучесть жидкого металла плохая, поверхность сварного шва не образуется хорошо, а трещины и дефекты не слияния возникают. Можно видеть, что в процессе ремонта лезвия выбор материалов наполнителя играет жизненно важную роль.
Текущие исследования по восстановлению турбинных лопастей на основе никеля показали, что высокотемпературные сплавы на основе никеля содержат элементы укрепления твердых растворов, такие как CR, MO, AL и микроэлементы, такие как P, S и B, которые делают их более чувствительными к трещинам во время процесса восстановления. После сварки они склонны к структурной сегрегации и формированию хрупких дефектов фаз лав. Следовательно, последующие исследования по восстановлению высокотемпературных сплавов на основе никеля требуют регуляции структуры и механических свойств таких дефектов.
2 метод ремонта лезвий вентилятора/компрессора титана
Во время работы лезвия вентилятора/компрессора титанового сплава в основном подвергаются центробежной силе, аэродинамической силе и вибрационной нагрузке. Во время использования дефекты повреждения поверхности (трещины, износ наконечника лезвия и т. Д.), Локальные дефекты лопаток титановых сплавов и повреждение в большой области (утомляемый перелом, повреждение в большой области и коррозия и т. Д.), Для общей замены лезвий. Различные типы дефектов и общие методы восстановления показаны на рисунке 6. Следующее введет в исследование состояния восстановления этих трех типов дефектов.
2.1 Ремонт дефектов повреждения поверхности лезвия титанового сплава.
Во время работы лезвия с сплава титана часто имеют дефекты, такие как поверхностные трещины, небольшие царапины и износ лезвий. Ремонт таких дефектов похож на ремонт турбинных лопастей на основе никеля. Обработка используется для удаления дефектной области, и для заполнения и ремонта используется сварка дуги аргонов или аргона.
В поле лазерного таяния Zhao Zhuang et al. [34] Северо-западного политехнического университета провел исследование по ремонту лазера на поверхностных дефектах малого размера (диаметр поверхности 2 мм, полусферические дефекты с глубиной 0. 5 мм) прощаний титана TC17. Результаты показали, что столбчатые кристаллы в зоне осаждения лазерного осаждения эпитаксиально выросли из границы зерна, а границы зерна размывали. Оригинальные игольчатые планки и вторичные фазы в зоне, затронутой теплом, росли и уютно. По сравнению с коваными образцами, лазерные образцы имели характеристики высокой прочности и низкой пластичности. Прочность на растяжение увеличилась с 1077,7 МПа до 1146,6 МПа, а удлинение уменьшилось с 17,4% до 11,7%. Pan Bo et al. [35] использовали технологию лазерной облицовки коаксиальной порошковой кормления для восстановления спланированных дефектов титана в форме круговых отверстий в течение многих раз. Результаты показали, что процесс изменения микроструктуры от родительского материала в ремонтированную область была пластинчатой фазой и межгранулярной фазой → структура плетения корзины → мартенсит → Структура Widmanstatten. Твердость затронутой тепловой зоны немного увеличилась с увеличением числа ремонтов, в то время как твердость родительского материала и слой облицовки не сильно изменились.
Результаты показывают, что зона восстановления и затронутая тепловой зоной перед термической обработкой представляют собой ультразлостную игольчатую фазу, распределенную в фазовой матрице, а базовая зона материала является тонкой структурой корзины. После термической обработки микроструктура каждой области представляет собой, похожая на лат-подобную первичную фазу + структуру фазы, а длина первичной фазы в зоне восстановления значительно больше, чем в других областях. Высокий предел усталости в цикле восстановительной части составляет 490 МПа, что выше предела усталости базового материала. Экстремальная падение составляет около 7,1%. Ручная сварка аргона также обычно используется для восстановления трещин поверхности лезвия и износа наконечника. Его недостаток заключается в том, что тепловой вход большой, а ремонт большой области подвержено большим тепловым напряжению и деформации сварки [37].
Текущие исследования показывают, что независимо от того, используется ли лазерное осаждение плавления или сварка аргона для ремонта, область ремонта имеет характеристики высокой прочности и низкой пластичности, а усталостная производительность лезвия легко снижается после ремонта. Следующий этап исследований должен сосредоточиться на том, как управлять составом сплава, регулировать параметры процесса сварки и оптимизировать методы управления процессом для регулирования микроструктуры зоны ремонта, достижения прочности и пластичности в зоне ремонта и обеспечения превосходной производительности усталости.
2.2 Ремонт местных повреждений лезвий из титановых сплавов
Нет существенной разницы между восстановлением дефектов повреждений лезвия титанового сплава и технологией аддитивного производства трехмерных сплавных сплавов с точки зрения процесса. Ремонт можно рассматривать как процесс вторичного отложения аддитивного производства на секции перелома и локальной поверхности с поврежденными частями в качестве матрицы, как показано на рисунке 7. Согласно различным источникам тепла, в основном он разделен на лазерное аддитивное ремонт и аддитивное ремонт дуговых. Стоит отметить, что в последние годы Немецкий 871 Collaborative Research Center сделал технологию ремонта ARC присадками ориентированием на ремонт интегральных лезвий титановых сплавов [38] и улучшил производительность ремонта, добавив зародышевые агенты и другие средства [39].
В поле лазерного аддитивного восстановления Gong Xinyong et al. [40] использовал порошок сплава TC11 для изучения процесса восстановления отложения лазерного таяния титанового сплава TC11. После восстановления площадь осаждения тонкостенного образца и площадь перевода границы раздела имела типичные характеристики структуры Widmanstatten, а структура зоны тепловизионного воздействия матрицы, переходящей от структуры Widmanstatten в структуру двойного состояния. Прочность на растяжение площади осаждения составляла около 1200 МПа, что было выше, чем у зоны перехода интерфейса и матрицы, в то время как пластичность была немного ниже, чем у матрицы. Растягивающие образцы были сломаны внутри матрицы. Наконец, фактическое рабочее колесо было отремонтировано с помощью метода точечного таяния, проходила суперскорочную оценку теста и реализовал применение установки. Bian Hongyou et al. [41] использовал порошок TA15 для изучения лазерного аддитивного восстановления титанового сплава TC17 и исследовал влияние различных температур тепловой обработки отжига (610 градусов, 630 градусов и 650 градусов) на ее микроструктуру и свойства. Результаты показали, что прочность на растяжение сплава сплава TA15/TC17, ремонтируемого лазерным осаждением, может достигать 1029 МПа, но пластичность относительно низкая, только 4,3%, достигая 90,2% и 61,4% от прощения TC17, соответственно. После термообработки при разных температурах прочность и пластичность растягивания значительно улучшаются. Когда температура отжига составляет 650 градусов, самая высокая прочность на растяжение составляет 1102 МПа, достигнув 98,4% от расколов TC17, а удлинение после перелома составляет 13,5%, что значительно улучшается по сравнению с депонированным состоянием.
В поле ARC Additive Repair Liu et al. [42] провели ремонтное исследование на смоделированном образце пропущенного лезвия сплавов титана TC4. Морфология смешанного зерна в экведите кристаллов и столбчатых кристаллов была получена в отложенном слое, с максимальной прочностью растяжения 991 МПа и удлинением 10%. Zhuo et al. [43] использовали сварочную проволоку TC11 для проведения исследования Add Additive Repair на сплаве TC17 титанового сплава и проанализировал микроструктурную эволюцию осажденного слоя и затронутой тепловой зоны. Прочность на растяжение составляла 1015,9 МПа в неотапливаемых условиях, а удлинение составило 14,8%, с хорошей комплексной эффективностью. Chen et al. [44] изучили влияние различных температур отжига на микроструктуру и механические свойства образцов восстановления титановых сплавов TC11/TC17. Результаты показали, что более высокая температура отжига была полезна для улучшения удлинения восстановленных образцов.
Исследования по использованию технологии производства металлических добавок для ремонта местных дефектов повреждения в лезвиях сплавов титановых сплавов находятся только в зачаточном состоянии. Отремонтированные лезвия должны не только обращать внимание на механические свойства депонированного слоя, но и оценка механических свойств на границе разъясненных лопастей, одинаково важна.
3 лезвия сплава титана с заменой и ремонтом лезвий с большим повреждением.
Чтобы упростить структуру ротора компрессора и уменьшить вес, современные лезвия двигателей самолета часто применяют интегральную структуру диска лезвия, которая представляет собой целую структуру, которая превращает рабочие лопасти и лезвия в интегральную структуру, устраняя ширину и вторжение. При достижении цели снижения веса это также может избежать износа и аэродинамической потери тензона и Mortise в обычной структуре. Ремонт повреждения поверхности и локальных дефектов повреждения диска интегрального лезвия компрессора аналогична вышеупомянутому отдельному методу ремонта лезвия. Для ремонта сломанных или отсутствующих кусочков интегрального лезвия диска лезвия широко используется линейная сварка трения из -за его уникального метода обработки и преимуществ. Его процесс показан на рисунке 8 [45].
Mateo et al. [46] использовал сварку линейной трения для моделирования ремонта Ti -6246 титанового сплава. Результаты показали, что тот же урон, отремонтированный до трех раз, имел более узкую зону, затронутую теплом и более тонкую структуру сварного шва. Прочность на растяжение уменьшилась с 1048 МПа до 1013 МПа с увеличением числа ремонтов. Тем не менее, как образцы растяжения, так и на усталость были нарушены в области основной материала вдали от площади сварного шва.
Ma et al. [47] изучали эффекты различных температур термической обработки (530 градусов + 4 H Воздушное охлаждение, 610 градусов + 4 H Воздушное охлаждение, 670 градусов {{6} H воздушного охлаждения) на микроструктуре и механических свойствах линового фар -шва для титанового алкоголя TC17. Результаты показывают, что при повышении температуры тепловой обработки степень перекристаллизации фазы и фазы значительно увеличивается. Поведение перелома образцов на растяжение и воздействие изменилось от хрупкого перелома до пластичного перелома. После термообработки при 670 градусах образец растягивания сломался в основном материале. Прочность на растяжение составляла 1262 МПа, но удлинение составляло всего 81,1% от базового материала.
В настоящее время внутренние и зарубежные исследования показывают, что технология восстановления линейных сварки трения имеет функцию самоочищающихся оксидов, которые могут эффективно удалять оксиды на поверхности связывания без металлургических дефектов, вызванных плавлением. В то же время он может реализовать соединение гетерогенных материалов для получения интегральных дисков лезвия с двумя сплавами/двойным производителем, и может завершить быстрое восстановление переломов тела лезвия или отсутствующие кусочки интегральных лопатных дисков, изготовленных из разных материалов [38]. Тем не менее, есть еще много проблем, которые необходимо решить при использовании технологии линейной сварки трения для ремонта интегральных дисков лезвия, таких как большое остаточное напряжение в суставах и трудности с контролем качества гетерогенных материалов. В то же время процесс сварки линейного трения для новых материалов нуждается в дальнейшем разведке.
Связаться с нами
Спасибо за ваш интерес к нашей компании! Будучи профессиональной компанией по производству запчастей газовых турбин, мы будем продолжать быть приверженными технологическим инновациям и улучшению услуг, чтобы предоставить более качественные решения для клиентов по всему миру. Если у вас есть какие-либо вопросы, предложения или намерения сотрудничества, мы более чем рады вам помочь. Пожалуйста, свяжитесь с нами следующими способами:
WhatsApp: +86 135 4409 5201
E-mail:peter@turbineblade.net
