Natančno popravilo monokristalnih lopatic plinske turbine: ključ do izboljšane zmogljivosti in zanesljivosti
Napredek v tehnologiji turbinskih lopatic je povečal stroške novih komponent. Cena rezila z enim kristalom je dvakrat do trikrat večja od običajnega litega rezila podobne velikosti in kompleksnosti. Visoka cena enokristalne komponente lahko spodbudi lastnika, da poveča življenjsko dobo komponente.
Kot rešitev za zmanjšanje stroškov zamenjave komponent je naše podjetje ustvarilo procese, namenjene podaljšanju življenjske dobe komponent. Eden takšnih procesov je regenerativna toplotna obdelava s polno raztopino (FSR). FSR povrne mikrostrukturo in mehanske lastnosti zlitine v novo stanje. Glavni problem toplotne obdelave monokristalne zlitine FSR je tvorba rekristaliziranih zrn na površini z zaostalo napetostjo. To je tveganje glede na nizko vsebnost aditivov zlitin za krepitev meja zrn v monokristalnih zlitinah. Rekristalizacija in/ali razpršena zrna v monokristalnih zlitinah povzročijo zmanjšano življenjsko dobo ob utrujenosti in napetostno pretržno trdnost pri visokih temperaturah. Zato jih originalni proizvajalec pregleda in zavrne. To je eden od dejavnikov za dvig cen monokristalnih ulitkov!
Naše podjetje je izvedlo poskusno popravilo za nadaljnjo oceno izvedljivosti FSR toplotne obdelave enokristalnih turbinskih lopatic, med katerim je bilo ključnega pomena zagotoviti, da kritične površine lopatic niso podvržene plastičnim deformacijam, da bi se izognili kasnejši rekristalizaciji. Poleg tega je treba uporabiti učinkovite nedestruktivne metode testiranja za preverjanje rekristalizacije kritičnih površin. Demonstracijska popravila in destruktivne analize so bile izvedene z uporabo odslužene turbinske lopatice Siemens SGT-100 HP, sestavljene iz monokristalne zlitine CMSX-4, kot je prikazano na sliki 2. Lopatice so delovale 28,{{5} } ur. Po enem popravilu je deloval še 12,000 ur. Skupni servisni čas je 36,000 ur in proizvajalec originalne opreme obvesti operaterja, da je del potekel!
Reprezentativno rezilo v skupini je bilo podvrženo destruktivnemu pregledu v stanju "ob prejemu", da se določi osnovna linija metalurških pogojev. Preostalih pet rezil je potrebnih popravila, vključno z:
Odstranjevanje premaza
Zaznavanje velikosti in penetracije
Pomlajevalna toplotna obdelava s popolno raztopino
Zamenjajte zunanji platinasto-aluminatni premaz
Reprezentativno rezilo v skupini je bilo podvrženo destruktivnemu pregledu v stanju "ob prejemu", da se določi osnovna linija metalurških pogojev. Preostalih pet rezil je potrebnih popravila, vključno z:
Vrstična elektronska mikroskopija osnovnih zlitin (gama oblika)
Obremenitveno testiranje loma vzorcev mikroplošč, vzetih iz aeroprofilov
Mikroskopski pregled notranjih in zunanjih površin.
Zunanja površina aeroprofila vsebuje aluminizirano platinasto prevleko, kot je prikazano na sliki . Čeprav je bila prevleka delno porabljena, je zagotavljala učinkovito zaščito za prejšnje servisne intervale, saj ni bilo opaziti nobenih poškodb osnovne zlitine.
Notranja površina aeroprofila brez premaza, slika 3 desno. Na notranji površini je bila opažena rahla oksidacija osnovne zlitine z globino preboja<25 microns (0.001 in).
Ko je prevleka odstranjena, se listi preverijo glede razpok ali napak na površini s fluorescenčnim penetracijskim testom (FPI). Nobenih znakov ni bilo.
Pregled je pokazal, da so ti listi dobri predmeti za popravilo. Ultrazvočna tehnologija se uporablja za merjenje debeline stene.
Po toplotni obdelavi FSR so prekristalizirana zrna na ključnih področjih rezil nedestruktivno pregledali s kemičnim jedkanjem. V štirih od petih rezil se na ključnih območjih pojavijo rekristalizirana zrna (primer je prikazan na sliki 4).
Destruktivni pregled je potrdil, da je globina rekristalizacije vsaj enega rezila presegla uporabno mejo (niso bila uničena vsa rekristalizacijska področja).
Na podlagi te ugotovitve je bilo v nadaljnjo analizo predloženih še 12 izrabljenih rezil. Skupino sestavlja sedem rezil iz iste začetne testne skupine šestih rezil in pet rezil iz različnih skupin rezil. Vsa rezila so bila popravljena, vključno z odstranitvijo prevleke in postopkom toplotne obdelave FSR, čemur je sledil makroskopski pregled rekristaliziranih zrn z jedkanjem.
Vsi listi so imeli na začetku nekaj rekristaliziranih zrn v različnih stopnjah v ključnih regijah. Rezilo je podvrženo ciklu mehanskega odstranjevanja zrn in ponovnega pregleda, dokler prekristalizirana zrna niso odstranjena iz vseh kritičnih območij. Nazadnje je bil opravljen destruktivni pregled osmih rezil (pet v skupini po sedem in tri v skupini po pet), da bi preverili rezultate pregleda in ocenili preostalo debelino stene. Vseh sedem rezil prve skupine je bilo v mejah vzdrževanja, štiri petine rezil druge skupine pa je bilo v mejah vzdrževanja.
