Precizni popravak monokristalnih lopatica plinske turbine: Ključ za poboljšane performanse i pouzdanost
Napredak u tehnologiji turbinskih lopatica povećao je troškove novih komponenti. Cijena oštrice od jednog kristala dva je do tri puta veća od cijene konvencionalne lijevane oštrice slične veličine i složenosti. Visoka cijena monokristalne komponente može potaknuti vlasnika da maksimizira radni vijek komponente.
Kao rješenje za smanjenje troškova zamjene komponenti, naša je tvrtka stvorila procese dizajnirane za produljenje vijeka trajanja komponenti. Jedan takav proces je regenerativna toplinska obrada u punoj otopini (FSR). FSR vraća mikrostrukturu i mehanička svojstva legure u novo stanje. Glavni problem toplinske obrade monokristalne legure FSR je stvaranje rekristaliziranih zrna na površini s zaostalim naprezanjem. Ovo je rizik s obzirom na nizak sadržaj aditiva za ojačavanje granica zrna u legurama monokristala. Rekristalizacija i/ili zalutala zrna u monokristalnim legurama rezultiraju smanjenim vijekom trajanja od zamora i otpornošću na prekid naprezanja na visokim temperaturama. Kao rezultat toga, pregledava ih originalni proizvođač i odbija ih. To je jedan od čimbenika poskupljenja monokristalnih odljevaka!
Naša je tvrtka provela probni popravak kako bi dodatno procijenila izvedivost FSR toplinske obrade monokristalnih turbinskih lopatica, tijekom koje je bilo ključno osigurati da kritične površine lopatica ne budu podvrgnute plastičnoj deformaciji kako bi se izbjegla naknadna rekristalizacija. Osim toga, potrebno je koristiti učinkovite nedestruktivne metode ispitivanja za provjeru rekristalizacije kritičnih površina. Demonstracijski popravak i destruktivna analiza provedeni su korištenjem povučene lopatice turbine Siemens SGT-100 HP sastavljene od monokristalne legure CMSX-4, kao što je prikazano na slici 2. Lopatice su radile 28,{{5} } sati. Nakon jednog popravka, radio je još 12,000 sati. Ukupno vrijeme usluge je 36,000 sati i OEM obavještava operatera da je dio istekao!
Reprezentativna oštrica u skupini podvrgnuta je destruktivnoj inspekciji u stanju "kada je primljena" kako bi se utvrdila osnovna linija metalurških uvjeta. Preostalih pet oštrica treba popraviti, uključujući:
Uklanjanje premaza
Detekcija veličine i prodora
Toplinska obrada pomlađivanja potpune otopine
Zamijenite vanjski platina-aluminatni premaz
Reprezentativna oštrica u skupini podvrgnuta je destruktivnoj inspekciji u stanju "kada je primljena" kako bi se utvrdila osnovna linija metalurških uvjeta. Preostalih pet oštrica treba popraviti, uključujući:
Pretražna elektronska mikroskopija osnovnih legura (gama oblik)
Ispitivanje loma naprezanjem uzoraka mikroploča uzetih s aeroprofila
Mikroskopski pregled unutarnjih i vanjskih površina.
Vanjska površina aeroprofila sadrži aluminiziranu platinastu prevlaku, kao što je prikazano na slici. Iako je premaz djelomično istrošen, pružio je učinkovitu zaštitu za prethodne servisne intervale, jer nije uočeno oštećenje temeljne legure.
Unutarnja površina aeroprofila bez premaza, slika 3 desno. Uočena je blaga oksidacija osnovne legure na unutarnjoj površini s dubinom prodiranja od<25 microns (0.001 in).
Nakon uklanjanja premaza, listovi se provjeravaju na pukotine ili nedostatke na površini fluorescentnim penetracijskim testom (FPI). Nisu pronađeni nikakvi znakovi.
Pregledom je utvrđeno da su ti listovi dobri objekti za popravak. Za mjerenje debljine stijenke koristi se ultrazvučna tehnologija.
Nakon FSR toplinske obrade, prekristalizirana zrna u ključnim područjima lopatica su nedestruktivno ispitana kemijskim jetkanjem. U četiri od pet lopatica rekristalizirana zrnca pojavljuju se u ključnim regijama (primjer prikazan na slici 4).
Destruktivnim pregledom potvrđeno je da je dubina rekristalizacije barem jedne lopatice premašila uporabnu granicu (nisu sva područja rekristalizacije uništena).
Na temelju ovog nalaza još 12 dotrajalih oštrica poslano je na daljnju analizu. Grupa se sastoji od sedam oštrica iz iste početne ispitne skupine od šest oštrica i pet oštrica iz različitih skupina oštrica. Sve oštrice su popravljene, uključujući uklanjanje premaza i postupak toplinske obrade FSR, nakon čega je uslijedila inspekcija rekristaliziranih zrna makroskopskim jetkanjem.
Svi su listovi u početku imali rekristalizirana zrnca u različitim stupnjevima u ključnim regijama. Oštrica prolazi kroz ciklus mehaničkog uklanjanja zrna i ponovnog pregleda sve dok se rekristalizirana zrna ne uklone sa svih kritičnih područja. Na kraju, izvršena je destruktivna inspekcija osam lopatica (pet u skupini od sedam i tri u skupini od pet) kako bi se potvrdili rezultati inspekcije i procijenila preostala debljina stijenke. Utvrđeno je da je svih sedam lopatica prve skupine unutar granica održavanja, a četiri petine lopatica druge skupine unutar granica održavanja.
