Reparació de precisió de pales de cristall simple de turbines de gas: la clau per millorar el rendiment i la fiabilitat
Els avenços en la tecnologia de les pales de la turbina han augmentat el cost dels nous components. El cost d'una fulla d'un sol cristall és de dues a tres vegades el d'una fulla de fosa convencional de mida i complexitat similars. L'elevat cost d'un component d'un sol cristall pot incentivar el propietari a maximitzar la vida útil del component.
Com a solució per reduir el cost de substitució dels components, la nostra empresa ha creat processos dissenyats per allargar la vida útil dels components. Un d'aquests processos és el tractament tèrmic regeneratiu de solució completa (FSR). FSR restaura la microestructura i les propietats mecàniques de l'aliatge a un nou estat. El principal problema del tractament tèrmic de l'aliatge monocristal FSR és la formació de grans recristal·litzats a la superfície amb tensió residual. Aquest és un risc donat el baix contingut d'additius d'aliatge de reforç del límit de gra en aliatges monocristalls. La recristal·lització i/o els grans perduts en aliatges monocristalls redueixen la vida a la fatiga i la resistència a la ruptura de tensió a altes temperatures. Com a resultat, són inspeccionats pel fabricant original i rebutjats. Aquest és un dels factors de l'augment del preu de les peces de fosa de cristall únic!
La nostra empresa va realitzar una prova de reparació per avaluar encara més la viabilitat del tractament tèrmic FSR de les pales de la turbina d'un sol cristall, durant la qual va ser crucial assegurar-se que les superfícies crítiques de les pales no patissin deformació plàstica per evitar la recristal·lització posterior. A més, és necessari utilitzar mètodes d'assaig no destructius eficaços per comprovar la recristal·lització de superfícies crítiques. La reparació demostrativa i l'anàlisi destructiva es van realitzar utilitzant una pala de turbina Siemens SGT-100 HP retirada composta per un aliatge de cristall simple CMSX-4, tal com es mostra a la figura 2. Les pales van estar en funcionament durant 28,{{5} } hores. Després d'una reparació, va funcionar durant 12 000 hores més. El temps total de servei és de 36,000 hores i el OEM notifica a l'operador que la peça ha caducat.
Una fulla representativa del grup va ser sotmesa a una inspecció destructiva en l'estat "quan rebuda" per establir una línia de base de les condicions metal·lúrgiques. Les cinc fulles restants necessiten reparació, incloent:
Eliminació del recobriment
Detecció de mida i penetració
Tractament tèrmic de rejoveniment de solució completa
Substituïu el recobriment extern de platí-aluminat
Una fulla representativa del grup va ser sotmesa a una inspecció destructiva en l'estat "quan rebuda" per establir una línia de base de les condicions metal·lúrgiques. Les cinc fulles restants necessiten reparació, incloent:
Microscòpia electrònica d'escaneig d'aliatges bàsics (forma gamma)
Prova de fractura per estrès de mostres de microplaques preses de perfils aerodinàmics
Examen microscòpic de superfícies internes i externes.
La superfície exterior de la superfície aerodinàmica conté un recobriment de platí aluminitzat, tal com es mostra a la figura . Tot i que el recobriment es va consumir parcialment, va proporcionar una protecció eficaç per als intervals de servei anteriors, ja que no es va observar cap dany a l'aliatge base subjacent.
Superfície interna del perfil aerodinàmic sense recobrir, figura 3 dreta. Es va observar una lleugera oxidació de l'aliatge base a la superfície interior amb una profunditat de penetració de<25 microns (0.001 in).
Després d'eliminar el recobriment, les fulles es comproven per detectar esquerdes o defectes a la superfície mitjançant proves de penetració fluorescent (FPI). No es van trobar senyals.
L'examen va determinar que aquestes fulles eren bons objectes per a la reparació. La tecnologia d'ultrasons s'utilitza per mesurar el gruix de la paret.
Després del tractament tèrmic FSR, els grans recristal·litzats a les zones clau de les fulles es van examinar de manera no destructiva mitjançant gravat químic. En quatre de les cinc fulles, els grans recristal·litzats apareixen a les regions clau (exemple es mostra a la figura 4).
La inspecció destructiva va confirmar que la profunditat de recristal·lització d'almenys una fulla superava el límit utilitzable (no es van destruir totes les àrees de recristal·lització).
A partir d'aquesta troballa, es van enviar altres 12 fulles de final de vida per a una anàlisi posterior. El grup consta de set fulles del mateix grup de prova inicial de sis fulles i cinc fulles de diferents grups de fulles. Es van reparar totes les fulles, inclosa l'eliminació del recobriment i un procés de tractament tèrmic FSR, seguit d'una inspecció de gravat macroscòpic dels grans recristal·litzats.
Totes les fulles tenien inicialment alguns grans recristal·litzats en diferents graus a les regions clau. La fulla se sotmet a un cicle d'eliminació mecànica de gra i reinspecció fins que els grans recristal·litzats s'eliminen de totes les zones crítiques. Finalment, es va realitzar una inspecció destructiva de les vuit fulles (cinc en un grup de set i tres en un grup de cinc) per verificar els resultats de la inspecció i avaluar el gruix de paret restant. Es va trobar que les set fulles del primer grup estaven dins dels límits de manteniment i es va trobar que quatre cinquenes parts de les fulles del segon grup estaven dins dels límits de manteniment.
