Analyse der Defekterkennungstechnologie der Hochdruckturbinenschaufel von Flugzeugtriebwerken
Turbinenschaufeln sind eine Schlüsselkomponente von Flugzeugtriebwerken und ihre Verarbeitung ist kompliziert, was eine sehr hochwertige Prüfung erfordert. Laserdirektschreiben (LDM) wird zur Herstellung von Hochdruckturbinenschaufeln für den Hausgebrauch eingesetzt. Es zeichnet sich durch hohe Präzision, hohe Dichte und hohe spektrale Auflösung aus und kann für 3D-Messungen, zerstörungsfreie Prüfungen und 3D-Rekonstruktionen von 3D-Produkten verwendet werden. Mit der Anwendung der Laser-Direktschreibtechnologie bei inländischen Herstellern von Hochdruckturbinenschaufeln haben Hochdruckturbinenschaufeln die Massenproduktion erreicht. In diesem Artikel werden der Laser-Direktschreibformprozess und die Fehlererkennungstechnologie von Hochdruckturbinenschaufeln für den Hausgebrauch vorgestellt und die Fehlererkennungsmethode und -software analysiert.
Mit der rasanten Entwicklung der Flugtriebwerkstechnologie stellen Flugtriebwerke höhere Anforderungen an die Rotorblattqualität. Die Festigkeit der Turbinenschaufel, die Ermüdungslebensdauer und die Komplexität der Oberflächenmasse sind wichtige Indikatoren zur Messung ihrer Leistung. Aufgrund des komplexen Herstellungsprozesses von Hochdruckturbinenschaufeln werden die meisten Schaufeln durch Laserdirektschreiben hergestellt. Die Laser-Direktschreibtechnologie verwendet einen Hochleistungs-Halbleiterlaser, der den Laser kontinuierlich in den zu bearbeitenden Bereich einstrahlt, sodass eine gleichmäßige Verteilung der Laserstrahlen im zu bearbeitenden Bereich entsteht. Zu den traditionellen Prüfmethoden gehören maschinelle und zerstörungsfreie Prüfungen, die einige Probleme mit sich bringen, wie z. B. hohe Verarbeitungskosten, geringe Erkennungseffizienz und leichte Störungen durch Menschen. Um sicherzustellen, dass Turbinenschaufeln hervorragende mechanische Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und Ermüdungsbeständigkeit aufweisen, müssen sie daher genau und schnell getestet werden.
1. Einführung in den LDM-Prozess
Beim Laser-Direktschreiben (LDM) handelt es sich um eine Art Laserstrahl mit variabler Intensität, um eine variable Dosisbelichtung des Resistmaterials auf der Substratoberfläche durchzuführen und nach der Entwicklung die erforderliche Reliefkontur auf der Resistoberfläche zu bilden. Zu den Hauptinhalten gehören: Auswahl des geeigneten Keramikmaterials, Auswahl der geeigneten Bearbeitungsmethode, Optimierung der Laserbearbeitungsparameter. Bei der LDM-Technologie handelt es sich um eine Methode, bei der mithilfe eines Hochleistungslasers verschiedene Muster auf Keramikmaterialien geschrieben werden. Es ätzte Mikrostrukturen auf die Oberfläche von Keramikmaterialien, um eine komplexe Morphologie, hyperspektrale Auflösung und digitale Produktmodellierung zu erreichen, und integrierte es in den LDM-Prozess, um reichhaltige Oberflächendetails zu erzeugen, um den Anforderungen an hohe Präzision und Stabilität von Präzisionsgeräten wie Flugzeugtriebwerken gerecht zu werden. Bei der Laser-Direktschreibtechnologie handelt es sich um eine Kombination aus Laserbearbeitung, zerstörungsfreier Prüfung, Bildverarbeitung und CAD/CAM in einer der neuen Fertigungstechnologien. Im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren bietet die Technologie die folgenden Vorteile: ① hohe Bearbeitungsgenauigkeit; ② Schnelle Verarbeitungsgeschwindigkeit; ③ Hohe Materialausnutzungsrate; ④ Gute Oberflächenqualität; ⑤ kann individuell angepasst werden. Die LDM-Technologie nutzt die Laser-Direktschreibmethode, um die Oberfläche keramischer Materialien zu beschreiben. Unter der Einwirkung des Lasers treten in der inneren Mikrostruktur des Materials (z. B. Atome, Moleküle usw.) photochemische Reaktionen auf, wodurch sich die Struktur und die Eigenschaften des Materials verändern Material. Es gibt viele Möglichkeiten, die Laser-Direktschreibtechnologie zu erreichen, und für keramische Materialien gibt es hauptsächlich drei Arten: Die erste Art ist die traditionelle Methode (z. B. chemische Gasphasenabscheidung, schnelles Abschrecken des Schmelzens, plasmaunterstütztes CVD usw.); Zweitens fortschrittliche Technologie (wie 3D-Druck, Laserdirektschreiben usw.); Die dritte ist 3D-Druck + Laserschmelzpol-Technologie (z. B. 3D-Druck + Laserschmelz-Polverschiebungstechnologie usw.). Es gibt drei Hauptmethoden der laserselektiven Schmelzumformtechnologie. Eine besteht darin, keramische Materialien mithilfe eines Lasers zu entblößen, um ihnen eine komplexe dreidimensionale Morphologie zu verleihen. Das zweite ist Radierung, Radierung; Die dritte besteht darin, für die grafische Bearbeitung die Laser-Direktätzmethode auf der Oberfläche keramischer Materialien zu verwenden. Die in der LDM-Technologie verwendete Laserenergiedichte ist hoch und zum Ätzen von Keramikmaterialien ist eine hohe Energiedichte erforderlich. Gleichzeitig muss die Laserablationstiefe präzise gesteuert werden.
2. Fehlererkennungstechnologie
Derzeit erfolgt die industrielle Erkennung von Schaufeldefekten hauptsächlich durch Röntgenverfahren, Ultraschallverfahren und röntgenperspektivische Verfahren. Röntgenmethode, Ultraschallmethode ist eine zerstörungsfreie Prüfmethode, sie kann die inneren Defekte des Materials erkennen, Röntgenperspektivemethode ist eine Verwendung von Röntgen- oder Gammastrahlen, die von der Quelle emittiert werden, um das bearbeitete Objekt zu bestrahlen. Um die winzigen Defekte im Inneren des Materials zu erkennen, ist die Fähigkeit zur Strahlendurchdringung jedoch begrenzt und kann die winzigen Defekte nicht erkennen. Daher sind in praktischen Anwendungen die Röntgenmethode und die Ultraschallmethode die wichtigsten Nachweismittel. Mit der Entwicklung der Technologie wurde die industrielle CT-Detektion mit Mikrofokus jedoch aufgrund ihrer zerstörungsfreien, hohen Effizienz und hohen Präzision weit verbreitet im Bereich der Turbinenschaufelfertigung eingesetzt.
(a) Röntgendurchleuchtung der Einlasskante
(b) Röntgendurchdringung der Abgaskante
(c) Die Einlasskante wird mittels digitaler Radiographie durchleuchtet
2.1 Röntgendetektion Bei der Röntgendetektion werden mithilfe einer Röntgenröhre Röntgenstrahlen auf die Oberfläche des zu testenden Objekts emittiert, die Defekte auf der Oberfläche des zu testenden Objekts beobachtet und anschließend mithilfe der Bildaufzeichnung quantifiziert und lokalisieren Sie das Objekt. Entsprechend der unterschiedlichen Eindringtiefe kann das Röntgen in drei Methoden unterteilt werden: Eindringtiefe, Eindringbreite und Eindringdicke. Bei der Durchleuchtungsmethode wird die Oberfläche des getesteten Materials mit einer Röntgenröhre bestrahlt, um interne Defekte des Materials zu erkennen. Aufgrund der begrenzten Ausrüstung und Technologie ist es schwierig, mit dieser Methode eine genaue Quantifizierung der inneren Defekte komplexer Strukturteile zu erreichen. Diese Methode eignet sich für Werkstücke mit glatter Oberfläche und gleichmäßiger Dichte, kann jedoch die komplexen internen Komponenten nicht genau lokalisieren und quantifizieren.
2.2 Ultraschallerkennung Das Grundprinzip der Ultraschallerkennung besteht darin, mithilfe des Ultraschalldetektors und der Sonde Ultraschallwellen auszusenden, und die Sonde empfängt das Echo zur Positionierung. Die Ultraschallerkennungstechnologie wird aufgrund ihrer Vorteile wie hoher Empfindlichkeit, hoher Durchdringung, hoher Präzision und kontinuierlicher Erkennung häufig in der Industrie eingesetzt. Für Metallmaterialien werden normalerweise zwei Methoden mit geradem Kopf und schrägem Kopf verwendet. Die Erkennungstiefe des geraden Kopfes beträgt im Allgemeinen 1 mm, die Erkennungstiefe des geneigten Kopfes beträgt im Allgemeinen 5 mm. Die Wärmeleitfähigkeit des Turbinenschaufelmaterials ist hoch, daher muss für die Ultraschallerkennung eine Sonde mit guter Wärmeleistung ausgewählt werden. Bei Ultraschallsignalen geringer Intensität, wie z. B. einem Glaskeramikstab bei Raumtemperatur, können die Erkennungsanforderungen aufgrund seiner guten thermischen Eigenschaften vollständig erfüllt werden. Für Materialien, die Defekte oder Einschlüsse mit hoher Dichte enthalten, sollte eine Sonde mit starker Penetration und hoher Empfindlichkeit ausgewählt werden, und für Materialien, die große Defekte enthalten, können zur Erkennung kontinuierliche Emissionsmethoden und Impulsreflexionsmethoden verwendet werden. In der praktischen Anwendung kann die Kopplungsmethode einer einzelnen Longitudinalwelle, einer doppelten Scherwelle und einer Longitudinalwelle verwendet werden, und es ist möglich, die Erkennung einer einzelnen Longitudinalwelle für Materialien zu verwenden, die Risse und andere Defekte enthalten. Gegenwärtig ist die Ultraschallprüftechnik weit verbreitet, aufgrund der teuren Prüfausrüstung ist sie jedoch nicht für Feldtests geeignet.
2.3 Mikrofokus-Industrie-CT-Detektion Die Mikrofokus-Industrie-CT-Detektion nutzt hauptsächlich die Übertragung und Reflexion von Röntgen- oder Gammastrahlen in der Substanz, um einen Strahl zu erzeugen. Anschließend empfängt der Detektor die Strahlung des Strahls auf dem erkannten Objekt, um Energie zu absorbieren, die in Röntgen umgewandelt wird. Strahlen oder Gammastrahlen, und dann wandelt der Detektor die Energie in elektrische Signale um, und dann kann nach der Verarbeitung das Strukturbild des Objekts erhalten werden. Bei der Detektion wird das Objekt zunächst auf die Röntgenquelle gelegt und anschließend das vom durch das Objekt hindurchtretenden Röntgenstrahl erzeugte Signal mittels Scanning-Methode empfangen. Wenn sich das Erkennungsobjekt in einem intransparenten Zustand befindet, ist das vom Detektor empfangene Signal fleckig; Speckle wird durch das vom Detektor empfangene Signal erzeugt, wenn das erkannte Objekt gesendet wird. Wenn der Spotbereich groß ist, weist dies darauf hin, dass das erkannte Objekt einen großen Defekt aufweist. Wenn der Spotbereich klein ist, weist dies darauf hin, dass das erkannte Objekt einen kleinen Defekt aufweist. Um den Speckle-Effekt auf die Bildqualität zu eliminieren, können spezielle Methoden eingesetzt werden, um den Speckle-Effekt zu eliminieren und die Bildqualität zu verbessern. Beispielsweise kann vor dem Detektor ein Farbfilter hinzugefügt werden, um Flecken zu beseitigen. Darüber hinaus können Flecken durch Ändern der Detektorparameter unterdrückt werden, und bei kleinen Defekten kann eine lineare Abtastung durchgeführt werden. Bei großen Defekten ist ein Oberflächenscannen möglich. Für die Erkennung von Hochdruckturbinenschaufeln sollten entsprechend den spezifischen Arbeitsbedingungen geeignete Prüfmethoden und Prüfparameter ausgewählt werden. In der Regel wird eine Mehrstrahl-Lichterkennung eingesetzt, und als Haupterkennungseinheit im Bilderfassungssystem werden lineare Array-Detektoren verwendet. Zur Erkennung verschiedener Klingenmaterialien werden hauptsächlich Röntgen- und Gammastrahlen eingesetzt.
3. Einführung in die Software zur Fehlererkennung
In diesem Artikel wird eine mikrofokale CT-Scansoftware vorgestellt, die für die Erkennung von Defekten an Hochdruckturbinenschaufeln geeignet ist. Die Software führt hauptsächlich die folgenden Funktionen aus: (1) Lesen von Scandaten; ② Bildmessung und -analyse; ③ Automatische Fehlererkennung; ④ Datenverwaltung; ⑤ Qualitätskontrolle; ⑥ Dreidimensionale Rekonstruktion. Unter diesen ist das Lesen von Scandaten ein sehr wichtiger Datentyp, der die Anzahl, Position, Form, Größe und andere Informationen des Bildmittelpunkts bestimmt. Basierend auf den Erkennungsergebnissen können die CT-Scan-Ergebnisse an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden. Für die Scandatenverarbeitung verfügt die Software über Fehlerklassifizierung, Fehlerfilterung, Fehlerregistrierung, Fehlerkorrektur, Fehlerrekonstruktion und andere Funktionen. Tabelle 1 CT-Scan-Parameter.
4. LDM-Blade-Erkennungstestforschung
Die tatsächlichen Betriebsdaten vor und nach dem Mischen sind in Tabelle 6 aufgeführt. Aus Tabelle 6 ist ersichtlich, dass unter Testbedingungen, wenn 100 % Erdgas verbrannt werden, die Ausgangsleistung der Gasturbine 179,8 MW beträgt und der Wirkungsgrad beträgt 35,49 %. Die Ausgangsleistung der Gasturbine beträgt 169,0 MW und der Wirkungsgrad beträgt 35,81 %, was grundsätzlich mit dem berechneten Wert übereinstimmt.
4.1 Sekundäre Bearbeitungsfehler Unter sekundärer Bearbeitung versteht man die Klingenreparatur, das Schleifen, Polieren und andere Bearbeitungsprozesse. Im sekundären Bearbeitungsprozess können folgende Probleme auftreten: (1) Oberflächenrauheit entspricht nicht dem Standard: Beim Polieren werden Poliergeräte erzeugt ein gewisses Geräusch, so dass die Oberflächenrauheit nach dem Polieren nicht den Anforderungen entsprechen kann. Um diese Art von Geräuschen zu beseitigen, verwenden Hersteller im Allgemeinen Ultraschall, Elektrolyse und andere Methoden, um sie zu entfernen. Ultraschall und Elektrolyse können die Oberflächenrauheit entfernen, Ultraschall ist jedoch anfälliger für den Einfluss von Staub oder Öl auf die Oberfläche der Klinge. Daher sind Ultraschall oder Elektrolyse nicht zum Entfernen der Oberflächenrauheit der Klinge geeignet. Wenn in der tatsächlichen Produktion die Oberflächenrauheit der Klinge nicht den Anforderungen entspricht, kann Schleifen verwendet werden. Obwohl die Mängel effektiv beseitigt werden können, ist nach dem Schleifen noch eine Nachbearbeitung erforderlich. (2) Unqualifizierte Oberflächenqualität: Wenn im Produktionsprozess von Hochdruckturbinenschaufeln die Oberflächenqualität der Schaufeln nicht dem Standard entspricht, können Maßnahmen wie Polieren und Polieren ergriffen werden, um das Problem zu lösen. Mit dieser Methode können zwar Fehler beseitigt werden, die Leistung der Rotorblätter wird dadurch jedoch beeinträchtigt. Um seine Leistung zu verbessern, polieren und polieren Hersteller es im Produktionsprozess oft mehrmals, aber beim Schleifen und Polieren kommt es leicht zu sekundären Verarbeitungsfehlern.
4.2 Materialschichtung Beim Herstellungsprozess von Hochdruckturbinenschaufeln gelangen aufgrund der Nichtübereinstimmung der Prozessparameter ein oder mehrere Rohstoffe oder Verunreinigungen in das Innere der Schaufeln, was zu einer Materialschichtung führt. Im eigentlichen Test kann die Hochdruckturbinenschaufel mit Delaminationsdefekten auf die Probenscheibe gelegt und die Probenscheibe mit der gewöhnlichen Probenscheibe verglichen werden, um die Delaminationsdefekte des Materials zu ermitteln. Wenn während des Positionierungsprozesses ein Problem auftritt, ist eine weitere Inspektion erforderlich, um den genauen Ort zu bestimmen und so die spezifische Art des Defekts zu bestimmen.
4.3 Porosität und Schlackeneinschlüsse wie Porosität und Schlackeneinschlüsse sind häufige Qualitätsprobleme bei der Herstellung von Hochdruckturbinenschaufeln. Porositätsdefekte sind die Hauptursache für den Rückgang der Materialfestigkeit, was einen erheblichen Einfluss auf die Leistung von Hochdruckturbinenschaufeln hat. In der tatsächlichen Produktion sind Mängel oft durch kleine Bläschen im Inneren gekennzeichnet. Im Vergleich zu anderen festen Stoffen ist die Größe der Blase im Vergleich zu anderen festen Stoffen sehr klein. Wenn die Innenwand der Blase einer großen Belastung ausgesetzt ist, treten Risse auf. Außerdem ist die Innenwand der Blase relativ schwach. unter Einwirkung von äußerer Belastung leicht reißen. Bei der Bearbeitung von Hochdruckturbinenschaufeln gibt es einige Probleme bei der Wärmeübertragung, die bis zu einem gewissen Grad zu Verbrennungsphänomenen führen können. Wird das Ablationsteil nicht rechtzeitig entfernt, kann es zur Bildung von Einschlüssen kommen. Schlackeneinschlüsse sind eine häufige Form von Einschlüssen, und Schlackeneinschlussdefekte sind schwerwiegender als Porositätsdefekte, die nicht nur die Betriebsleistung und Lebensdauer von Hochdruckturbinenschaufeln erheblich beeinträchtigen, sondern auch zu einer Verschlechterung der Schaufelfestigkeit oder sogar zum Ausfall führen können. Wenn in der tatsächlichen Produktion der Schlackeneinschlussbereich von Hochdruckturbinenschaufeln nicht groß ist, kann er mit der herkömmlichen industriellen CT-Methode erkannt werden. Wenn der Schlackenbereich groß ist oder offensichtliche Mängel vorliegen, sollte zur Erkennung und Analyse die Mikrokoks-Industrie-CT eingesetzt werden. Im Prozess der industriellen Mikrofokus-CT-Erkennung kann das Bild vorverarbeitet und segmentiert werden, um Bildunschärfe zu verhindern, um klare und genaue Fehlerinformationen zu erhalten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Flugtriebwerkstechnologie die Qualitätserkennung von Hochdruckturbinenschaufeln immer wichtiger wird. In diesem Artikel werden mehrere gängige Technologien zur Erkennung von Defekten an Hochdruckturbinenschaufeln vorgestellt. In praktischen Anwendungen unterscheiden sich die verschiedenen Fehlererkennungstechnologien. Beim Einsatz unterschiedlicher Fehlererkennungstechnologien ist es notwendig, diese entsprechend den spezifischen Bedingungen der Rotorblätter auszuwählen und zu kombinieren. Die Entwicklung der Technologie zur Erkennung von Defekten an Hochdruckturbinenschaufeln steht immer noch vor vielen Herausforderungen und Schwierigkeiten. In Zukunft müssen die Gerätegenauigkeit, die Datenverarbeitungsfähigkeit und die Algorithmusleistung weiter verbessert werden, um den Anforderungen der Defekterkennung von Hochdruckturbinenschaufeln in Flugzeugtriebwerken besser gerecht zu werden.
