Analisis teknologi deteksi cacat sudu turbin tekanan tinggi mesin aero
Bilah turbin adalah komponen kunci mesin aero, dan pemrosesannya rumit sehingga memerlukan pemeriksaan berkualitas sangat tinggi. Penulisan langsung laser (LDM) digunakan untuk memproduksi bilah turbin bertekanan tinggi dalam negeri. Ini memiliki karakteristik presisi tinggi, kepadatan tinggi dan resolusi spektral tinggi, dan dapat digunakan untuk pengukuran 3D, pengujian non-destruktif dan rekonstruksi 3D produk 3D. Dengan penerapan teknologi penulisan langsung laser di produsen bilah turbin bertekanan tinggi dalam negeri, bilah turbin bertekanan tinggi telah mencapai produksi massal. Makalah ini memperkenalkan proses pembentukan tulisan langsung laser dan teknologi deteksi cacat pada bilah turbin tekanan tinggi domestik, serta menganalisis metode dan perangkat lunak deteksi cacat.
Dengan pesatnya perkembangan teknologi aero-engine, aero-engine mengedepankan persyaratan kualitas blade yang lebih tinggi. Kekuatan sudu turbin, umur kelelahan dan kompleksitas massa permukaan merupakan indikator penting untuk mengukur kinerjanya. Karena proses pembuatan bilah turbin bertekanan tinggi yang rumit, sebagian besar bilah diproduksi dengan penulisan langsung laser. Teknologi laser direct write menggunakan laser semikonduktor berdaya tinggi untuk menyinari laser secara terus menerus pada area yang akan diproses, sehingga membentuk pemerataan sinar laser pada area yang akan diproses. Metode pengujian tradisional mencakup pengujian permesinan dan non-destruktif, yang memiliki beberapa masalah seperti biaya pemrosesan yang tinggi, efisiensi pendeteksian yang rendah, dan mudah diganggu oleh manusia. Oleh karena itu, untuk memastikan bilah turbin memiliki sifat mekanik, ketahanan korosi, dan ketahanan lelah yang sangat baik, bilah tersebut harus diuji secara akurat dan cepat.
1. Pengenalan proses LDM
Penulisan langsung laser (LDM) adalah sejenis sinar laser dengan intensitas bervariasi untuk menerapkan paparan dosis variabel pada bahan penahan di permukaan substrat, dan membentuk kontur relief yang diperlukan pada permukaan penahan setelah pengembangan. Isi utamanya meliputi: memilih bahan keramik yang sesuai, memilih metode pemrosesan yang sesuai, mengoptimalkan parameter pemrosesan laser. Teknologi LDM adalah metode penggunaan laser berdaya tinggi untuk menulis pola berbeda pada bahan keramik. Ini mengukir struktur mikro pada permukaan bahan keramik untuk mencapai morfologi yang kompleks, resolusi hiperspektral, dan pemodelan produk digital, dan mengintegrasikannya dengan proses LDM untuk menghasilkan detail permukaan yang kaya guna memenuhi persyaratan presisi tinggi dan stabilitas tinggi peralatan presisi seperti mesin pesawat terbang. Teknologi penulisan langsung laser adalah serangkaian pemrosesan laser, pengujian non-destruktif, pemrosesan gambar, CAD/CAM dalam salah satu teknologi manufaktur baru, dibandingkan dengan proses tradisional, teknologi ini memiliki keunggulan sebagai berikut: ① akurasi pemrosesan yang tinggi; ② Kecepatan pemrosesan yang cepat; ③ Tingkat pemanfaatan material yang tinggi; ④ Kualitas permukaan bagus; ⑤ dapat disesuaikan secara personal. Teknologi LDM menggunakan metode penulisan langsung laser untuk menulis permukaan bahan keramik, dan reaksi fotokimia terjadi pada struktur mikro internal bahan (seperti atom, molekul, dll.) di bawah aksi laser, sehingga mengubah struktur dan sifat bahan keramik. bahan. Ada banyak cara untuk mencapai teknologi penulisan langsung laser, dan terutama ada tiga jenis bahan keramik: jenis pertama adalah metode tradisional (seperti deposisi uap kimia, pendinginan cepat peleburan, CVD yang ditingkatkan plasma, dll.); Kedua, teknologi canggih (seperti pencetakan 3D, penulisan langsung laser, dll.); Yang ketiga adalah pencetakan 3D + teknologi pergeseran kutub peleburan laser (seperti: pencetakan 3D + teknologi pergeseran kutub peleburan laser, dll.). Ada tiga metode utama teknologi pembentukan peleburan selektif laser. Salah satunya adalah dengan menggunakan laser untuk menghilangkan material keramik agar memiliki morfologi tiga dimensi yang kompleks. Yang kedua adalah etsa, etsa; Yang ketiga adalah dengan menggunakan metode laser direct etching pada permukaan bahan keramik untuk pengolahan grafis. Kepadatan energi laser yang digunakan dalam teknologi LDM tinggi, dan diperlukan kepadatan energi yang tinggi untuk mengetsa bahan keramik. Pada saat yang sama, kedalaman ablasi laser harus dikontrol secara tepat.
2. Teknologi deteksi cacat
Saat ini, deteksi industri terhadap cacat bilah terutama dilakukan dengan metode sinar-X, metode ultrasonik, dan metode perspektif sinar-X. Metode sinar-X, metode ultrasonik adalah metode pengujian non-destruktif, dapat mendeteksi cacat internal material, metode perspektif sinar-X adalah penggunaan sinar-X atau sinar gamma yang dipancarkan oleh sumber untuk menyinari objek yang diproses, sehingga dapat mendeteksi cacat kecil di dalam material, namun kemampuan penetrasi sinarnya terbatas, tidak dapat mendeteksi cacat kecil tersebut. Oleh karena itu, dalam penerapan praktisnya, metode sinar-X dan metode ultrasonik merupakan alat deteksi utama. Namun seiring berkembangnya teknologi, deteksi CT industri dengan fokus mikro telah banyak digunakan di bidang pembuatan sudu turbin karena tidak merusak, efisiensi tinggi, dan presisi tinggi.
(a) Transiluminasi radiografi pada tepi saluran masuk
(b) Penetrasi radiografik pada tepi knalpot
(c) Tepi saluran masuk ditransiluminasi dengan radiografi digital
2.1 Deteksi sinar-X Deteksi sinar-X adalah dengan menggunakan tabung sinar-X untuk memancarkan sinar-X pada permukaan benda yang diuji, mengamati cacat pada permukaan benda yang diuji, kemudian menggunakan rekaman gambar untuk mengukur dan temukan lokasi objeknya. Menurut kedalaman penetrasi yang berbeda, sinar-X dapat dibagi menjadi tiga metode: kedalaman penetrasi, lebar penetrasi, dan ketebalan penetrasi. Metode transiluminasi menggunakan tabung sinar-X untuk menyinari permukaan bahan yang diuji untuk mendeteksi cacat internal bahan. Karena keterbatasan peralatan dan teknologi, metode ini sulit untuk mencapai kuantifikasi akurat atas cacat internal pada bagian struktural yang kompleks. Metode ini cocok untuk benda kerja dengan permukaan halus dan kepadatan seragam, namun tidak dapat secara akurat menemukan dan mengukur komponen internal yang kompleks.
2.2 Deteksi ultrasonik Prinsip dasar deteksi ultrasonik adalah menggunakan detektor dan probe ultrasonik untuk memancarkan gelombang ultrasonik, dan probe menerima gema untuk menentukan posisi. Teknologi deteksi ultrasonik banyak digunakan di bidang industri karena keunggulan sensitivitas tinggi, penetrasi tinggi, presisi tinggi, dan deteksi berkelanjutan. Untuk bahan logam, biasanya menggunakan dua metode kepala lurus dan kepala miring, kedalaman deteksi kepala lurus umumnya 1mm, kedalaman deteksi kepala miring umumnya 5mm, dalam aplikasi praktis, perangkat deteksi ultrasonik sesuai dengan objek berbeda yang akan diukur, menggunakan probe berbeda. Konduktivitas termal bahan bilah turbin tinggi, sehingga probe dengan kinerja termal yang baik harus dipilih untuk deteksi ultrasonik. Untuk sinyal ultrasonik intensitas rendah, seperti batang keramik kaca suhu kamar, karena sifat termalnya yang baik, dapat sepenuhnya memenuhi persyaratan deteksi. Untuk bahan yang mengandung cacat atau inklusi dengan kepadatan tinggi, probe dengan penetrasi kuat dan sensitivitas tinggi harus dipilih, dan untuk bahan yang mengandung cacat berukuran besar, metode emisi kontinu dan metode refleksi pulsa dapat digunakan untuk mendeteksi. Dalam penerapan praktisnya, metode penggandengan gelombang longitudinal tunggal, gelombang geser ganda, dan gelombang longitudinal dapat digunakan, dan deteksi gelombang longitudinal tunggal dapat dilakukan untuk material yang mengandung retakan dan cacat lainnya. Saat ini, teknologi pengujian ultrasonik telah banyak digunakan, namun karena peralatan pengujiannya yang mahal, maka tidak cocok untuk pengujian lapangan.
2.3 Deteksi CT Industri Mikrofokus Deteksi CT industri mikrofokus terutama menggunakan transmisi sinar-X atau sinar gamma dan refleksi dalam zat untuk membentuk berkas sinar, dan kemudian detektor menerima iradiasi berkas sinar pada objek yang terdeteksi untuk menyerap energi, diubah menjadi X- sinar atau sinar gamma, kemudian detektor mengubah energi menjadi sinyal listrik, dan kemudian gambar struktur benda dapat diperoleh setelah diproses. Selama pendeteksian, benda terlebih dahulu diletakkan pada sumber sinar-X, kemudian sinyal yang dibentuk oleh berkas sinar-X yang melewati benda tersebut diterima dengan metode pemindaian. Ketika objek pendeteksi berada dalam keadaan tidak transparan, sinyal yang diterima oleh detektor akan tidak stabil; Speckle dihasilkan oleh sinyal yang diterima oleh detektor ketika objek yang terdeteksi ditransmisikan. Jika area spotnya besar, hal ini menandakan adanya cacat yang besar pada objek yang terdeteksi. Jika area spotnya kecil, berarti ada cacat kecil pada objek yang terdeteksi. Untuk menghilangkan efek bintik pada kualitas gambar, metode khusus dapat digunakan untuk menghilangkan efek bintik dan meningkatkan kualitas gambar. Misalnya, filter warna dapat ditambahkan di depan detektor untuk menghilangkan bintik-bintik, selain itu, bintik dapat ditekan dengan mengubah parameter detektor, dan pemindaian linier dapat dilakukan untuk cacat berukuran kecil; Untuk cacat berukuran besar, pemindaian permukaan dapat dilakukan. Untuk mendeteksi bilah turbin bertekanan tinggi, metode pengujian dan parameter pengujian yang tepat harus dipilih sesuai dengan kondisi kerja tertentu. Deteksi cahaya multi-pancaran biasanya diadopsi, dan detektor array linier digunakan sebagai unit deteksi utama dalam sistem akuisisi gambar. Sinar-X dan sinar gamma terutama digunakan untuk deteksi berdasarkan bahan pisau yang berbeda.
3. Pengenalan perangkat lunak deteksi cacat
Makalah ini memperkenalkan perangkat lunak pemindaian CT mikrofokal yang cocok untuk mendeteksi cacat bilah turbin bertekanan tinggi. Perangkat lunak ini terutama melakukan fungsi-fungsi berikut: (1) memindai pembacaan data; ② Pengukuran dan analisis gambar; ③ Deteksi cacat secara otomatis; ④ Manajemen data; ⑤ Kontrol kualitas; ⑥ Rekonstruksi tiga dimensi. Diantaranya, pembacaan data pindaian merupakan data yang sangat penting, yang menentukan jumlah, posisi, bentuk, ukuran dan informasi lain dari titik tengah gambar. Berdasarkan hasil deteksi, hasil CT scan dapat disesuaikan dengan kebutuhan yang berbeda. Untuk pemrosesan data pemindaian, perangkat lunak ini memiliki klasifikasi cacat, penyaringan cacat, registrasi cacat, koreksi cacat, rekonstruksi cacat dan fungsi lainnya. Tabel 1 Parameter CT scan.
4. Penelitian uji deteksi pisau LDM
Data operasi sebenarnya sebelum dan sesudah pencampuran ditunjukkan pada Tabel 6. Terlihat dari Tabel 6 bahwa pada kondisi pengujian, ketika 100% gas alam dibakar, daya keluaran turbin gas adalah 179,8MW dan efisiensinya sebesar 35,49%. Daya keluaran turbin gas adalah 169,0MW dan efisiensinya 35,81%, yang pada dasarnya sesuai dengan nilai yang dihitung.
4.1 Cacat pemrosesan sekunder Pemrosesan sekunder mengacu pada perbaikan bilah, penggilingan, pemolesan, dan proses pemrosesan lainnya. Dalam proses pemrosesan sekunder, masalah berikut mungkin muncul: (1) kekasaran permukaan tidak memenuhi standar: dalam proses pemolesan, peralatan pemoles akan menghasilkan kebisingan tertentu, sehingga kekasaran permukaan setelah pemolesan tidak dapat memenuhi persyaratan. Untuk menghilangkan kebisingan semacam ini, produsen umumnya menggunakan ultrasonik, elektrolisis dan metode lain untuk menghilangkannya, ultrasonik, elektrolisis dapat menghilangkan kekasaran permukaan, namun ultrasonik lebih rentan terhadap dampak debu atau minyak pada permukaan pisau, oleh karena itu, baik ultrasonik atau elektrolisis, tidak cocok untuk menghilangkan kekasaran permukaan pisau. Dalam produksi sebenarnya, ketika kekasaran permukaan mata pisau tidak memenuhi persyaratan, penggilingan dapat digunakan. Meskipun cacat dapat dihilangkan secara efektif, pemrosesan sekunder tetap diperlukan setelah penggilingan. (2) Kualitas permukaan yang tidak memenuhi syarat: Dalam proses produksi bilah turbin bertekanan tinggi, jika kualitas permukaan bilah tidak memenuhi standar, tindakan seperti pemolesan dan pemolesan dapat diambil untuk mengatasi masalah tersebut. Meskipun metode ini dapat menghilangkan cacat, namun mengurangi kinerja bilah pisau. Untuk meningkatkan kinerjanya, produsen sering kali memoles dan memolesnya berkali-kali dalam proses produksi, namun saat menggiling dan memoles, mudah untuk menghasilkan cacat pemrosesan sekunder.
4.2 Stratifikasi material Dalam proses pembuatan bilah turbin bertekanan tinggi, karena ketidaksesuaian parameter proses, satu atau lebih bahan mentah atau pengotor masuk ke dalam bilah, sehingga terjadi stratifikasi material. Dalam pengujian sebenarnya, bilah turbin bertekanan tinggi dengan cacat delaminasi dapat ditempatkan pada disk sampel, dan disk sampel dapat dibandingkan dengan disk sampel biasa untuk menemukan cacat delaminasi material. Jika terdapat masalah pada saat proses positioning, maka diperlukan pemeriksaan lebih lanjut untuk mengetahui lokasi spesifiknya, sehingga dapat diketahui jenis cacatnya.
4.3 Cacat porositas dan inklusi terak seperti porositas dan inklusi terak merupakan masalah kualitas yang umum dalam produksi bilah turbin bertekanan tinggi. Cacat porositas merupakan penyebab utama penurunan kekuatan material yang mempunyai dampak penting terhadap kinerja sudu turbin bertekanan tinggi. Dalam produksi sebenarnya, cacat sering kali ditandai dengan gelembung-gelembung kecil di dalamnya. Dibandingkan dengan zat padat lainnya, ukuran gelembung sangat kecil dibandingkan dengan zat padat lainnya, bila dinding bagian dalam gelembung mendapat tekanan yang besar maka akan terjadi retakan, selain itu dinding bagian dalam gelembung relatif lemah, mudah pecah di bawah pengaruh tekanan eksternal. Ada beberapa masalah perpindahan panas dalam pemrosesan bilah turbin bertekanan tinggi, yang sampai batas tertentu akan menyebabkan fenomena pembakaran. Jika bagian ablasi tidak dihilangkan tepat waktu, inklusi dapat terbentuk. Inklusi terak adalah bentuk inklusi yang umum, dan cacat inklusi terak lebih serius daripada cacat porositas, yang tidak hanya berdampak serius pada kinerja servis dan umur sudu turbin tekanan tinggi, namun juga dapat menyebabkan penurunan kekuatan sudu atau bahkan kegagalan. Dalam produksi sebenarnya, jika area masuknya terak pada bilah turbin bertekanan tinggi tidak besar, metode CT industri konvensional dapat digunakan untuk mendeteksinya; jika area terak besar atau terdapat cacat yang jelas, CT industri mikrokos harus digunakan untuk mendeteksi dan menganalisis. Dalam proses deteksi CT industri mikrofokus, untuk mencegah keburaman gambar, gambar dapat diproses sebelumnya dan disegmentasi untuk mendapatkan informasi cacat yang jelas dan akurat.
Singkatnya, dengan terus berkembangnya teknologi mesin pesawat, deteksi kualitas bilah turbin bertekanan tinggi menjadi semakin penting. Makalah ini memperkenalkan beberapa teknologi deteksi cacat sudu turbin tekanan tinggi yang umum. Dalam aplikasi praktis, teknologi deteksi cacat berbeda-beda. Saat menerapkan teknologi deteksi cacat yang berbeda, penting untuk memilih dan menggabungkannya sesuai dengan kondisi spesifik blade. Perkembangan teknologi pendeteksi cacat sudu turbin tekanan tinggi masih menghadapi banyak tantangan dan kesulitan. Di masa depan, keakuratan peralatan, kemampuan pemrosesan data, dan kinerja algoritme perlu lebih ditingkatkan agar lebih memenuhi persyaratan deteksi cacat bilah turbin tekanan tinggi mesin aero.
