Anàlisi de la tecnologia de detecció de defectes de la pala de turbina d'alta pressió del motor aerodinàmic
La pala de la turbina és un component clau del motor aerodinàmic i el seu processament és complicat, la qual cosa requereix una inspecció de molt alta qualitat. L'escriptura directa làser (LDM) s'utilitza per fabricar pales domèstiques de turbines d'alta pressió. Té les característiques d'alta precisió, alta densitat i alta resolució espectral, i es pot utilitzar per a mesuraments 3D, proves no destructives i reconstrucció 3D de productes 3D. Amb l'aplicació de la tecnologia d'escriptura directa làser als fabricants nacionals de pales de turbines d'alta pressió, les pales de turbines d'alta pressió han aconseguit una producció en massa. Aquest article presenta el procés de formació d'escriptura directa amb làser i la tecnologia de detecció de defectes de les pales de turbines d'alta pressió domèstiques i analitza el mètode i el programari de detecció de defectes.
Amb el ràpid desenvolupament de la tecnologia dels motors aeronàutics, els motors aeris planteja requisits més alts sobre la qualitat de les fulles. La força de les pales de la turbina, la vida a la fatiga i la complexitat de la massa superficial són indicadors importants per mesurar el seu rendiment. A causa del complex procés de fabricació de pales de turbina d'alta pressió, la majoria de les pales es produeixen mitjançant escriptura directa làser. La tecnologia d'escriptura directa làser utilitza un làser semiconductor d'alta potència per irradiar contínuament el làser a la zona a processar, de manera que forma una distribució uniforme dels raigs làser a la zona a processar. Els mètodes de prova tradicionals inclouen el mecanitzat i les proves no destructives, que tenen alguns problemes com ara un alt cost de processament, una baixa eficiència de detecció i fàcil de ser molestat per l'home. Per tant, per garantir que les pales de la turbina tinguin excel·lents propietats mecàniques, resistència a la corrosió i resistència a la fatiga, s'han de provar amb precisió i rapidesa.
1. Introducció al procés LDM
L'escriptura directa làser (LDM) és una mena de raig làser amb intensitat variable per implementar una exposició a dosis variables al material de resistència a la superfície del substrat i formar el contorn de relleu necessari a la superfície de resistència després del desenvolupament. Els seus continguts principals inclouen: seleccionar el material ceràmic adequat, seleccionar el mètode de processament adequat, optimitzar els paràmetres de processament làser. La tecnologia LDM és un mètode per utilitzar làser d'alta potència per escriure diferents patrons en materials ceràmics. Va gravar microestructures a la superfície de materials ceràmics per aconseguir una morfologia complexa, una resolució hiperespectral i un modelatge de productes digitals, i les va integrar amb el procés LDM per generar detalls de superfície rics per satisfer els requisits d'alta precisió i alta estabilitat d'equips de precisió com ara motors d'avions. La tecnologia d'escriptura directa làser és un conjunt de processament làser, proves no destructives, processament d'imatges, CAD/CAM en una de les noves tecnologies de fabricació, en comparació amb el procés tradicional, la tecnologia té els següents avantatges: ① alta precisió de processament; ② Velocitat de processament ràpida; ③ Alta taxa d'utilització del material; ④ Bona qualitat superficial; ⑤ es pot personalitzar. La tecnologia LDM utilitza el mètode d'escriptura directa làser per escriure la superfície dels materials ceràmics, i es produeixen reaccions fotoquímiques a la microestructura interna del material (com àtoms, molècules, etc.) sota l'acció del làser, canviant així l'estructura i les propietats del material. material. Hi ha moltes maneres d'aconseguir la tecnologia d'escriptura directa amb làser, i principalment hi ha tres tipus de materials ceràmics: el primer tipus és el mètode tradicional (com ara la deposició química de vapor, l'extinció ràpida de fusió, el CVD millorat per plasma, etc.); En segon lloc, tecnologia avançada (com la impressió 3D, escriptura directa làser, etc.); La tercera és la impressió 3D + tecnologia de pols de fusió làser (com ara: impressió 3D + tecnologia de canvi de pols de fusió làser, etc.). Hi ha tres mètodes principals de tecnologia de formació de fusió selectiva per làser. Un és utilitzar làser per despullar materials ceràmics per fer-los tenir una morfologia tridimensional complexa. El segon és l'aiguafort, l'aiguafort; El tercer és utilitzar el mètode de gravat directe làser a la superfície de materials ceràmics per al processament gràfic. La densitat d'energia làser utilitzada en la tecnologia LDM és alta i es requereix una alta densitat d'energia per gravar materials ceràmics. Al mateix temps, la profunditat d'ablació làser s'ha de controlar amb precisió.
2. Tecnologia de detecció de defectes
Actualment, la detecció industrial de defectes de la fulla és principalment mètode de raigs X, mètode ultrasònic i mètode de perspectiva de raigs X. El mètode de raigs X, el mètode ultrasònic és un mètode de prova no destructiu, pot detectar els defectes interns del material, el mètode de perspectiva de raigs X és un ús de raigs X o raigs gamma emesos per la font per irradiar l'objecte processat, per detectar els petits defectes dins del material, però la capacitat de penetració dels raigs és limitada, no es poden detectar els petits defectes. Per tant, en aplicacions pràctiques, el mètode de raigs X i el mètode ultrasònic són els principals mitjans de detecció. No obstant això, amb el desenvolupament de la tecnologia, la detecció de TC industrial amb micro-focus s'ha utilitzat àmpliament en el camp de la fabricació de pales de turbines a causa de la seva alta eficiència i precisió no destructiva.
(a) Transil·luminació radiogràfica de la vora d'entrada
(b) Penetració radiogràfica de la vora d'escapament
(c) La vora d'entrada està transil·luminada per radiografia digital
2.1 Detecció de raigs X La detecció de raigs X consisteix a utilitzar un tub de raigs X per emetre raigs X a la superfície de l'objecte a prova, observar els defectes a la superfície de l'objecte a provar i, a continuació, utilitzar l'enregistrament d'imatges per quantificar i localitzar l'objecte. Segons la diferent profunditat de penetració, els raigs X es poden dividir en tres mètodes: profunditat de penetració, amplada de penetració i gruix de penetració. El mètode de transil·luminació utilitza un tub de raigs X per irradiar la superfície del material provat per detectar els defectes interns del material. A causa de la limitació de l'equip i la tecnologia, el mètode és difícil d'aconseguir una quantificació precisa dels defectes interns de peces estructurals complexes. Aquest mètode és adequat per a la peça de treball amb superfície llisa i densitat uniforme, però no pot localitzar i quantificar amb precisió els components interns complexos.
2.2 Detecció d'ultrasons El principi bàsic de la detecció d'ultrasons és utilitzar el detector d'ultrasons i la sonda per emetre ones ultrasòniques, i la sonda rep l'eco per al posicionament. La tecnologia de detecció d'ultrasons s'utilitza àmpliament en camps industrials a causa dels seus avantatges d'alta sensibilitat, alta penetració, alta precisió i detecció contínua. Per a materials metàl·lics, normalment s'utilitzen dos mètodes de capçal recte i capçal oblic, la profunditat de detecció del cap recte és generalment d'1 mm, la profunditat de detecció del cap inclinat és generalment de 5 mm, en aplicacions pràctiques, dispositiu de detecció d'ultrasons segons els diferents objectes a mesurar, utilitzant diferents sondes. La conductivitat tèrmica del material de la paleta de la turbina és alta, de manera que s'ha de seleccionar la sonda amb un bon rendiment tèrmic per a la detecció d'ultrasons. Per a un senyal ultrasònic de baixa intensitat, com ara la vareta de ceràmica de vidre a temperatura ambient, a causa de les seves bones propietats tèrmiques, pot complir completament els requisits de detecció. Per als materials que contenen defectes o inclusions d'alta densitat, s'ha de seleccionar una sonda amb una forta penetració i alta sensibilitat, i per a materials que contenen defectes de gran mida, es pot utilitzar el mètode d'emissió contínua i el mètode de reflexió del pols per detectar. En aplicació pràctica, es pot utilitzar el mètode d'acoblament d'ona longitudinal única, ona de cisalla doble i ona longitudinal, i és factible utilitzar la detecció d'ona longitudinal única per a materials que contenen esquerdes i altres defectes. Actualment, la tecnologia de proves d'ultrasons s'ha utilitzat àmpliament, però a causa del seu costós equip de prova, no és adequada per a proves de camp.
2.3 Detecció de TC industrial de microfocus La detecció de TC industrial de microfocus utilitza principalment la transmissió i la reflexió de raigs X o gamma a la substància per formar un feix de raigs, i després el detector rep la irradiació del feix de raigs a l'objecte detectat per absorbir energia, convertida en X- raigs o raigs gamma, i després el detector converteix l'energia en senyals elèctrics, i després es pot obtenir la imatge de l'estructura de l'objecte després del processament. Durant la detecció, primer es col·loca l'objecte a la font de raigs X i després el senyal format pel feix de raigs X que passa a través de l'objecte es rep mitjançant el mètode d'escaneig. Quan l'objecte de detecció es troba en un estat no transparent, el senyal rebut pel detector serà irregular; L'speckle es genera pel senyal que rep el detector quan es transmet l'objecte detectat. Quan l'àrea del punt és gran, indica que hi ha un gran defecte a l'objecte detectat. Quan l'àrea del punt és petita, indica que hi ha un petit defecte a l'objecte detectat. Per eliminar l'efecte de la taca en la qualitat de la imatge, es poden utilitzar mètodes especials per eliminar l'efecte de taques i millorar la qualitat de la imatge. Per exemple, es pot afegir un filtre de color davant del detector per eliminar taques, a més, es pot suprimir la taca canviant els paràmetres del detector i es pot realitzar una exploració lineal per a defectes de mida petita; Per a defectes de gran mida, és possible l'escaneig de superfícies. Per a la detecció de pales de turbina d'alta pressió, s'han de seleccionar mètodes de prova i paràmetres de prova adequats segons les condicions de treball específiques. Normalment s'adopta la detecció de llum multifeix i s'utilitzen detectors de matriu lineal com a unitat de detecció principal en el sistema d'adquisició d'imatges. Els raigs X i els raigs gamma s'utilitzen principalment per a la detecció segons diferents materials de fulla.
3. Introducció al programari de detecció de defectes
Aquest article presenta un programari d'escaneig de TC microfocal adequat per a la detecció de defectes de la pala de la turbina d'alta pressió. El programari realitza principalment les funcions següents: (1) lectura de dades d'escaneig; ② Mesura i anàlisi d'imatges; ③ Detecció automàtica de defectes; ④ Gestió de dades; ⑤ Control de qualitat; ⑥ Reconstrucció tridimensional. Entre elles, la lectura de dades d'escaneig és una dada molt important, que determina el nombre, posició, forma, mida i altra informació del punt mitjà de la imatge. En funció dels resultats de la detecció, els resultats de la tomografia computada es poden ajustar segons diferents requisits. Per al processament de dades d'escaneig, el programari té classificació de defectes, filtratge de defectes, registre de defectes, correcció de defectes, reconstrucció de defectes i altres funcions. Taula 1 Paràmetres d'exploració TC.
4. Investigació de proves de detecció de fulles LDM
Les dades de funcionament reals abans i després de la mescla es mostren a la taula 6. A la taula 6 es pot veure que en condicions de prova, quan es crema un 100% de gas natural, la potència de sortida de la turbina de gas és de 179,8 MW. i l'eficiència és del 35,49%. La potència de sortida de la turbina de gas és de 169,0 MW i l'eficiència és del 35,81%, que és bàsicament coherent amb el valor calculat.
4.1 Defectes de processament secundari El processament secundari es refereix a la reparació de fulles, mòlta, polit i altres processos de processament, en el procés de processament secundari poden aparèixer els problemes següents: (1) la rugositat de la superfície no està a l'altura: en el procés de poliment, l'equip de poliment produirà un cert soroll, de manera que la rugositat de la superfície després del poliment no pot complir els requisits. Per eliminar aquest tipus de soroll, els fabricants generalment utilitzen ultrasons, electròlisi i altres mètodes per eliminar-lo, ultrasònics, electròlisis poden eliminar la rugositat de la superfície, però els ultrasònics són més susceptibles a l'impacte de la pols o l'oli a la superfície de la fulla, per tant, sigui per ultrasons o electròlisi, no són adequats per eliminar la rugositat superficial de la fulla. En la producció real, quan la rugositat de la superfície de la fulla no compleix els requisits, es pot utilitzar la mòlta. Tot i que els defectes es poden eliminar de manera efectiva, encara es necessita un processament secundari després de la mòlta. (2) Qualitat superficial no qualificada: en el procés de producció de pales de turbina d'alta pressió, si la qualitat de la superfície de les pales no compleix l'estàndard, es poden prendre mesures com el poliment i el poliment per resoldre el problema. Tot i que aquest mètode pot eliminar defectes, redueix el rendiment de les fulles. Per tal de millorar el seu rendiment, els fabricants solen polir-lo i polir-lo moltes vegades en el procés de producció, però quan es polien i es polien, és fàcil produir defectes de processament secundari.
4.2 Estratificació del material En el procés de fabricació de pales de turbines d'alta pressió, a causa de la falta de concordança dels paràmetres del procés, una o més matèries primeres o impureses entren a l'interior de les pales, donant lloc a l'estratificació del material. En la prova real, la pala de la turbina d'alta pressió amb defectes de delaminació es pot col·locar al disc de mostra i el disc de mostra es pot comparar amb el disc de mostra normal per trobar els defectes de delaminació del material. Si hi ha un problema durant el procés de posicionament, cal una inspecció addicional per determinar la seva ubicació específica, per tal de determinar el tipus específic de defecte.
4.3 Els defectes d'inclusió de porositat i escòries, com ara la porositat i la inclusió d'escòries, són problemes de qualitat habituals en la producció de pales de turbines d'alta pressió. El defecte de porositat és la principal causa de la disminució de la força del material, que té un impacte important en el rendiment de les pales de la turbina d'alta pressió. En la producció real, els defectes sovint es caracteritzen per petites bombolles a l'interior. En comparació amb altres substàncies sòlides, la mida de la bombolla és molt petita en comparació amb altres substàncies sòlides, quan la paret interior de la bombolla està sotmesa a una gran tensió, es produiran esquerdes, a més, la paret interior de la bombolla és relativament feble, fàcil de trencar sota l'acció de l'estrès extern. Hi ha alguns problemes de transferència de calor en el processament de pales de turbines d'alta pressió, que provocaran fins a cert punt un fenomen de combustió. Si la part d'ablació no s'elimina a temps, es poden formar inclusions. La inclusió d'escòria és una forma habitual d'inclusió, i els defectes d'inclusió d'escòria són més greus que els defectes de porositat, que no només afecten seriosament el rendiment del servei i la vida útil de les pales de la turbina d'alta pressió, sinó que també poden provocar una disminució de la força de les pales o fins i tot una fallada. En la producció real, si l'àrea d'inclusió d'escòries de les pales de la turbina d'alta pressió no és gran, es pot utilitzar el mètode CT industrial convencional per detectar-la; si l'àrea d'escòria és gran o hi ha defectes evidents, s'hauria d'utilitzar el TC industrial de micrococ per detectar i analitzar. En el procés de detecció de TC industrial de microfocus, per evitar el desenfocament de la imatge, la imatge es pot preprocessar i segmentar per obtenir informació clara i precisa dels defectes.
En resum, amb el desenvolupament continu de la tecnologia dels motors aeris, la detecció de qualitat de les pales de la turbina d'alta pressió és cada cop més important. Aquest article presenta diverses tecnologies comunes de detecció de defectes de pala de turbina d'alta pressió. En aplicacions pràctiques, les diferents tecnologies de detecció de defectes són diferents. Quan s'apliquen diferents tecnologies de detecció de defectes, cal seleccionar-les i combinar-les segons les condicions específiques de les fulles. El desenvolupament de la tecnologia de detecció de defectes de pales de turbina d'alta pressió encara s'enfronta a molts reptes i dificultats. En el futur, la precisió de l'equip, la capacitat de processament de dades i el rendiment de l'algoritme s'han de millorar encara més per satisfer millor els requisits de detecció de defectes de la pala de la turbina d'alta pressió dels motors aeris.
