Perbaikan presisi bilah kristal tunggal turbin gas: Kunci untuk meningkatkan kinerja dan keandalan
Kemajuan teknologi bilah turbin telah meningkatkan biaya komponen baru. Harga satu bilah kristal adalah dua hingga tiga kali lipat dari bilah cor konvensional dengan ukuran dan kompleksitas yang sama. Mahalnya harga satu komponen kristal dapat memberi insentif kepada pemiliknya untuk memaksimalkan masa pakai komponen tersebut.
Sebagai solusi untuk mengurangi biaya penggantian komponen, perusahaan kami telah menciptakan proses yang dirancang untuk memperpanjang umur komponen. Salah satu proses tersebut adalah perlakuan panas regeneratif solusi penuh (FSR). FSR mengembalikan struktur mikro dan sifat mekanik paduan ke keadaan baru. Masalah utama perlakuan panas paduan kristal tunggal FSR adalah pembentukan butiran rekristalisasi di permukaan dengan tegangan sisa. Hal ini merupakan risiko mengingat rendahnya kandungan aditif paduan penguat batas butir dalam paduan kristal tunggal. Rekristalisasi dan/atau butiran liar dalam paduan kristal tunggal mengakibatkan berkurangnya umur kelelahan dan kekuatan putus tegangan pada suhu tinggi. Akibatnya, mereka diperiksa oleh pabrikan aslinya dan ditolak. Inilah salah satu faktor naiknya harga coran kristal tunggal!
Perusahaan kami melakukan uji coba perbaikan untuk mengevaluasi lebih lanjut kelayakan perlakuan panas FSR pada bilah turbin kristal tunggal, yang selama proses tersebut sangat penting untuk memastikan bahwa permukaan kritis bilah tidak mengalami deformasi plastis untuk menghindari rekristalisasi berikutnya. Selain itu, perlu menggunakan metode pengujian non-destruktif yang efektif untuk memeriksa rekristalisasi permukaan kritis. Demonstrasi perbaikan dan analisis destruktif dilakukan menggunakan bilah turbin Siemens SGT-100 HP yang sudah tidak digunakan lagi yang terdiri dari paduan kristal tunggal CMSX-4, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Bilah tersebut beroperasi selama 28,{{5} } jam. Setelah satu kali perbaikan, mesin tersebut beroperasi selama 12,000 jam lagi. Total waktu servis adalah 36,000 jam dan OEM memberi tahu operator bahwa suku cadang telah kedaluwarsa!
Bilah yang mewakili kelompok tersebut menjalani pemeriksaan destruktif dalam keadaan "saat diterima" untuk menetapkan garis dasar kondisi metalurgi. Lima bilah sisanya perlu diperbaiki, antara lain:
Penghapusan lapisan
Deteksi ukuran dan penetrasi
Perlakuan panas peremajaan solusi penuh
Ganti lapisan luar platina-aluminat
Bilah yang mewakili kelompok tersebut menjalani pemeriksaan destruktif dalam keadaan "saat diterima" untuk menetapkan garis dasar kondisi metalurgi. Lima bilah sisanya perlu diperbaiki, antara lain:
Pemindaian mikroskop elektron dari paduan basa (bentuk gamma)
Pengujian fraktur tegangan sampel lempeng mikro yang diambil dari airfoil
Pemeriksaan mikroskopis permukaan internal dan eksternal.
Permukaan luar airfoil mengandung lapisan platina aluminisasi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. Meskipun lapisan tersebut terpakai sebagian, lapisan ini memberikan perlindungan yang efektif untuk interval servis sebelumnya, karena tidak ada kerusakan pada paduan dasar yang mendasarinya.
Permukaan airfoil bagian dalam tidak dilapisi, Gambar 3 kanan. Sedikit oksidasi paduan dasar diamati pada permukaan bagian dalam dengan kedalaman penetrasi<25 microns (0.001 in).
Setelah lapisan dihilangkan, daun diperiksa apakah permukaannya retak atau cacat dengan uji penetrasi fluoresen (FPI). Tidak ada tanda-tanda yang ditemukan.
Pemeriksaan menentukan bahwa daun-daun ini merupakan objek yang baik untuk diperbaiki. Teknologi ultrasonik digunakan untuk mengukur ketebalan dinding.
Setelah perlakuan panas FSR, butiran yang direkristalisasi di area utama bilah diperiksa secara nondestruktif dengan etsa kimia. Pada empat dari lima bilah, butiran yang direkristalisasi muncul di wilayah utama (contoh ditunjukkan pada Gambar 4).
Pemeriksaan destruktif memastikan bahwa kedalaman rekristalisasi setidaknya satu bilah melebihi batas yang dapat digunakan (tidak semua area rekristalisasi mengalami kerusakan).
Berdasarkan temuan ini, 12 bilah lainnya yang sudah habis masa pakainya diserahkan untuk dianalisis lebih lanjut. Kelompok tersebut terdiri dari tujuh bilah dari kelompok uji awal yang sama yang terdiri dari enam bilah dan lima bilah dari kelompok bilah berbeda. Semua bilah diperbaiki, termasuk pelepasan lapisan dan proses perlakuan panas FSR, diikuti dengan pemeriksaan etsa makroskopis pada butiran yang direkristalisasi.
Semua daun pada awalnya memiliki butiran yang direkristalisasi dengan tingkat yang berbeda-beda di wilayah utama. Bilah tersebut mengalami siklus penghilangan butiran secara mekanis dan pemeriksaan ulang hingga butiran yang direkristalisasi dihilangkan dari semua area kritis. Terakhir, inspeksi destruktif terhadap delapan bilah (lima dalam kelompok tujuh dan tiga dalam kelompok lima) dilakukan untuk memverifikasi hasil inspeksi dan menilai ketebalan dinding yang tersisa. Ketujuh bilah dari kelompok pertama ditemukan berada dalam batas pemeliharaan, dan empat perlima bilah dari kelompok kedua ditemukan dalam batas pemeliharaan.
