Rotoriai yra vienas iš svarbiausių sparnuotės mechanizmų ir įrangos komponentų. Šie tikslūs komponentai sukasi itin dideliu greičiu ir turi atlaikyti didelius įtempius per platų eksploatavimo laiką.
Norėdami pasiekti šį patikimumo lygį, gamintojai turi užtikrinti, kad komponentai būtų tinkami naudoti. Griežta sudėties, mechaninių savybių ir apdorojimo kontrolė užtikrina, kad dalys būtų priimtinos.
Šios patikros, patikros ir apsaugos priemonės padidina tarnavimo laiką ir sumažina katastrofiško gedimo riziką.
Tačiau dėl normalios eksploatacijos susidėvėjimo ilgainiui bus padaryta pakankamai žalos, kurią reikės taisyti arba pakeisti. Sukaupta žala paprastai yra paviršutiniška, o remontas suteikia daugiau išlaidų ir laiko pranašumus, palyginti su viso rotoriaus pakeitimu, tuo pačiu padidinant minimalią riziką, susijusią su remonto procesu.
Įprasti remonto procesai apima dažymą, dengimą, lankinį suvirinimą, plazminį suvirinimą ir suvirinimą lazeriu. Kiekvienas procesas turi privalumų ir trūkumų, atsižvelgiant į įvairius veiksnius, įskaitant pažeidimo vietą ir mastą, eksploatavimo sąlygas, naudojimo aplinką, reikalingą pagrindą ir remonto medžiagą bei klientų sutikimą.
Šiame straipsnyje daugiausia dėmesio skiriama lazerinio suvirinimo remontui ir tai, kaip suvirinimo lazeriu procesas gali būti naudingas kompresoriaus ir turbinos velenų remontui, įskaitant problemas, kurias reikia išspręsti.
Diskusija apima dažniausiai taisomas velenų sritis, lazerinio suvirinimo riziką šiose vietose ir bandymų, kurių reikia norint patvirtinti procedūrą, tipus.
Suvirinimas lazeriu
Prieš atsirandant lazeriniam suvirinimui (LBW), labiausiai paplitęs veleno remonto procesas buvo suvirinimas povandeniniu lanku (SAW), visų pirma dėl jo tvirtumo ir didelio nusodinimo greičio.
Tačiau šis procesas yra susijęs su dideliu šilumos įvedimu, dėl kurio velenas gali iškreipti ir sukelti didelius liekamuosius įtempius. Dėl iškraipymų, atliekant PJŪP remontą, dažnai reikia pašalinti visas iškilusias ypatybes iš remonto zonos, rekonstruoti šias savybes ir atlikti didelę perdangą, kad būtų užtikrinta pakankama apdirbimo laisvė norint atkurti matmenis.
Be to, dėl didelių liekamųjų įtempių, atsirandančių suvirinant, remontui prieš galutinį apdirbimą visada reikalingas terminis apdorojimas po suvirinimo (PWHT), kuris sumažina liekamuosius įtempius ir taip sumažina ašinį judėjimą (iškraipymą) apdirbimo operacijų metu.
Suvirinimas (įskaitant apkalą), pjovimas ir terminis apdorojimas gali būti atliekamas naudojant fokusuotus lazerius. Nors LBW gyvuoja nuo aštuntojo dešimtmečio, technologijų patobulinimai ir įperkamumas išplėtė jo pramoninį pritaikymą ir dabar apima sparnuotės mechaninio rotoriaus remontą.
Pagrindinis LBW privalumas yra tai, kad tai didelio energijos tankio procesas, todėl jį galima suvirinti naudojant labai mažą šilumos įvedimą, taip sumažinant netauriųjų metalų degradaciją, karščio paveiktos zonos (HAZ) dydį, liekamuosius įtempius ir iškraipymus, taip pat leidžiant labai greitai. suvirinimo greičiai.
Tuo pačiu metu mažesnė šilumos paveikta zona taip pat yra naudinga, nes mažesnė ašinio tūrio dalis turi žalingų savybių, kurias sukelia sintezės proceso metu sukuriama šiluma.
Tai ypač svarbu termiškai apdorojamų lydinių, tokių kaip grūdintas ir grūdintas plienas, kurie dažniausiai naudojami sparnuotės mašinų rotoriuose, atveju. Lazerinio suvirinimo sąrankos pavyzdys parodytas 1 paveiksle.
Be mažo šilumos įvedimo, LBW procese gaminamos aukštos kokybės lydytos siūlės su metalurginiu sukibimu (neatsisluoksniuoja, nesukimba, kuri gali atsirasti dangose), lengva automatizacija, nuoseklumas ir pakartojamumas bei didelis geometrinis tikslumas.
Pavyzdžiui, šiame tyrime naudojami lazerio taško dydžiai gali būti nuo mažo suvirinimo siūlės, kurios skersmuo yra {{0}},2 mm, iki didelio nusodinimo greičio perdangos, kurios skersmuo yra 2,0 mm.
Norint išnaudoti visas LBW proceso galimybes, proceso galimybės turi būti suderintos su taikomąja programa, o kiti toliau išdėstyti aspektai turi būti išnagrinėti prieš diegiant LBW rotoriaus remontui.
Metalinis užpildymas
Yra du skirtingi lazerinio suvirinimo procesai. Viename iš jų naudojamas milteliniu būdu užpildytas metalas (LBW-P), o kitas – vielos pagrindu užpildytas metalas (LBW-W). LBW-P milteliai iš miltelių tiektuvo tiekiami per vamzdelį ir vieną ar daugiau purkštukų inertinių dujų srove, kuri perneša miltelius į suvirinimo baseiną.
LBW-W užpildo metalas tiekiamas rankiniu arba mechanizuotu vielos tiektuvu, kuris tiekia vielą į suvirinimo baseiną.
Tarp šių dviejų metodų yra metalurginių ir logistinių skirtumų, į kuriuos reikia atsižvelgti renkantis tinkamiausią procesą konkrečiam remontui. Tai ypač aktualu turint omenyje, kad ASME BPVC dar neatsižvelgė į šiuos skirtumus.
Tarp pagrindinių kintamųjų yra detalės, susijusios su miltelių užpildu, įskaitant miltelių metalo dydį, tankį ir padavimo greitį. Tačiau apie užpildymo linijos parametrus neužsimenama.
Tai rodo, kad dabartinėse specifikacijose atsižvelgiama tik į miltelinio lazerio suvirinimo programas. Taip pat matyti, kad proceso apibūdinimas yra svarbus tik milteliniam lazeriniam suvirinimui.
Tai yra viena iš priežasčių, kodėl suvirinant lazerio spinduliu gali prireikti papildomų proceso apibūdinimo reikalavimų.
Lazeriniai šaltiniai
Lazeriniam suvirinimui gali būti naudojami įvairūs lazeriniai šviesos šaltiniai. Šiame straipsnyje dėmesys sutelkiamas į du dažniausiai naudojamus suvirinimo lazerio šaltinius – Nd:YAG lazerį ir skaidulinį lazerį.
Nd:YAG lazeriai susideda iš neodimiu legiruotų itrio aliuminio granatų kristalų, kurie yra sužadinami ksenono žibintuvėliu, kad sukurtų lazerio spindulį, o skaidulinius lazerius sudaro diodų rinkinys, sužadinantis retųjų žemių elementais legiruotą pluoštą, kad būtų sukurtas lazeris. sija.
Nors abu lazeriniai šaltiniai gali būti naudojami rotoriaus remontui, jie abu siūlo kompromisus, įskaitant pluošto kokybę, pluošto dydį, pluošto dažnį, tarnavimo laiką, kainą ir efektyvumą.
Geriausio lazerio pasirinkimas priklauso nuo pritaikymo. Tačiau, kai ASME BPVC atitiktis yra problema, pluošto lazeriai yra geresnis pasirinkimas.
Taip yra dėl to, kad skiriasi lazerio spindulio generavimo būdas ir jo stabilumas laikui bėgant. Nd:YAG lazeriuose ksenoninė blykstės lemputė laikui bėgant blogėja ir su amžiumi pritemsta.
Pritemdžius lemputę, Nd:YAG kristalo sužadinimas sumažėja, o tai sumažina gaunamo lazerio spindulio intensyvumą. Rezultatas yra tai, kad tam tikros lazerio sąrankos išėjimo galia mažėja per visą žibintuvėlio naudojimo laiką, nors skilimo greitis gali būti nežinomas.
Tai kelia problemų dėl atitikties, nes pagal ASME BPVC IX skyriaus lentelę QW{0}} lazerio galia yra esminis kintamasis, kurio negalima pakeisti tam tikro suvirinimo proceso metu.
Nd:YAG lazeriams šio reikalavimo išlaikyti beveik neįmanoma, nors kode apie tai neužsimenama. Priešingai nei Nd:YAG šaltiniuose, skaidulinių lazerių šaltiniuose šios problemos nėra, nes sužadinimą atlieka diodas.
Todėl skaiduliniai lazeriai yra pranašesni ir, be abejo, būtini situacijose, kai reikia laikytis kodo.
Nepertraukiamas arba impulsinis lazeris
Kai kurios lazerinės sistemos dabar turi galimybę veikti tiek impulsiniu, tiek nuolatiniu režimu. Impulsinių lazerių naudojimo pranašumas yra tas, kad šilumos įvedimą galima sumažinti, kad būtų sumažintas HAZ dydis, liekamieji įtempiai ir aberacijos.
Be bendrų privalumų, pulsavimas gali būti naudingas ypatingais atvejais, pavyzdžiui, suvirinant gatavų dalių, kur PWHT neįmanoma. Taip yra dėl to, kad impulsinė galia turi mažesnį šilumos įvedimą nei nuolatinė galia.
Tačiau impulsinio lazerio veikimas iš esmės apsiriboja LBW-W, nes LBW-P sistemos naudoja nuolatinę galią, kad veiktų efektyviausiai. Taip yra dėl to, kad naudojant miltelius milteliai tiekiami nuolat, o tai sukeltų didelį miltelių kiekį arba trūktų susiliejimą dėl nepakankamo šilumos tarp impulsų.
Vielos sistemose vielos tiektuvą tiksliai valdo įranga, kad būtų išlaikytos vienodos suvirinimo sąlygos. Svarbu pažymėti, kad suvirinimo režimas, kaip nepriklausomas kintamasis, taip pat gali turėti įtakos suvirinimo proceso nusodinimo greičiui, tačiau tai labai priklauso nuo sistemos tipo, taip pat nuo remonto sąlygų.
Apskritai, suvirinimo raštas turėtų būti pasirenkamas atsižvelgiant į pristatomo metalo užpildo tipą, taip pat į remonto tipą ir norimas suvirinimo savybes.
Suvirintų jungčių projektavimas
Siekiant sumažinti galimus defektus, jungties konstrukcija turi atitikti naudojamos suvirinimo sistemos tipą. Vielos suvirinimo sistemos paprastai labiau toleruoja aštrius kampus ir gilius griovelius nei miltelinio suvirinimo sistemos.
Taip yra dėl to, kad vielinėms sistemoms nereikia dujų transportavimo sistemos, kad užpildo medžiaga būtų pernešta į suvirinimo zoną. Miltelinio suvirinimo sistemose nešančiųjų dujų, naudojamų milteliams transportuoti į išlydytą baseiną, turbulencija, kurią sukelia pagrindo geometrija (pvz., V formos kūgis), prastesnis miltelių tiekimo greitis ir prastesnis ekranavimas.
Prastas miltelių tiekimo greitis gali lemti neefektyvų suvirinimą ir perteklinę šilumą, kuri pasiekia pagrindą, o dėl prastų ekranavimo savybių gali atsirasti poringumas ir susidaryti oksidų intarpai. Be to, naudojant LBW-P, jungtyje gali susikaupti nesusiliejusių miltelių perteklius.
Tokių birių miltelių suvirinimas gali sukelti rimtų defektų, įskaitant susiliejimo trūkumą, poringumą ar įtrūkimus. Dėl to miltelių pavidalo užpildo metalo tiekimas į nuožulnų kampą reikalauja platesnio kampo, todėl sukuriama daugiau suvirintų jungčių, bet taip pat padidėja nuožulnumo tūris.
Dėl to, naudojant LBW-P, V formos griovelio tūris, reikalingas bandiniui ištraukti, yra labai didelis, palyginti su tipiniais lazerinio suvirinimo matmenimis, todėl nepraktiška gaminti bandinį proceso apibūdinimui.
Vielinio užpildo metalo tiekimo atveju nuožulnios griovelio sienelės kelia geometrinių sunkumų, susijusių su apsauginių dujų ir vielos tiekimu, o tai padidina poringumo tikimybę ir padidina jautrumą lydymosi defektų trūkumui.
Tačiau naudojant LBW suvirinimą galima nuožulniuoti. Be to, atliekant daugumos velenų remonto darbus, kai taikomas LBW, remontas dažnai yra suvirinimo perdanga ir nereikia suvirinti nuožulniu būdu.
2 paveiksle pavaizduoti įprasti veleno remonto tipai, įskaitant perdangos, susikaupimo ir mazgų remontą. Nors stuburo remontui reikia suvirinti nuožulniu būdu, LBW paprastai nenaudojamas, nes kiti procesai pasižymi didesniu nusodinimo greičiu.
Kalbant apie užpildo medžiagų tipus, LBW-P ir LBW-W gali būti naudojami bendram veleno remontui, tačiau reikia būti atsargiems, kai suvirinama arti laiptelių ar savybių, kurios gali sukelti turbulenciją miltelių procese.
Tačiau suvirinimo proceso kvalifikacijos reikalavimai gali būti neįmanomi arba nepraktiški LBW-P, o LBW-P taip pat gali susidurti su sunkumais, kai poringumas yra nepriimtinas.
Metalų užpildų kaina ir prieinamumas
Galimybė pasirinkti užpildo metalą priklauso nuo aptariamos medžiagos prieinamumo.
Apskritai, yra įvairių medžiagų vielos ir miltelių versijos.
Tačiau vielos pagrindo medžiagos dažniausiai apsiriboja įprastais suvirinimo lydiniais, o miltelinės medžiagos dažniausiai yra skirtos labiau legiruoto plieno ir specialių lydinių gamybai.
Taip yra todėl, kad viena iš pagrindinių miltelių gamybos varomųjų jėgų yra priedų gamyba miltelių pagrindu, kurio kainos ir naudos santykis yra didžiausias egzotiškesnėms medžiagoms.
Dėl šios priežasties sunku rasti anglies ir mažai legiruoto plieno miltelių pavidalu, nes šios medžiagos yra pakankamai pigios, todėl nėra ekonomiškai efektyvu naudoti miltelių pavidalą daugeliui pramoninių pritaikymų.
Kadangi anglinis ir mažai legiruotas plienas yra plačiai naudojamas sparnuočių mašinų pramonėje, vielos lazerinio suvirinimo sistemos dažnai yra geresnis pasirinkimas dėl geresnio šių medžiagų prieinamumo. Be to, metalo užpildai vielos pavidalu taip pat paprastai yra pigesni nei miltelių pavidalo.
Trūkumai
Taikymo požiūriu vienas iš pagrindinių miltelinio lazerinio suvirinimo ir vielos lazerinio suvirinimo skirtumų yra defektų tipas ir defektų susidarymo tikimybė suvirinimo proceso metu.
LBW-W gali pagaminti visiškai tankias, be defektų suvirinimo siūles, o LBW-P paprastai turi mažiausiai poringumo. Bet kuriuo atveju neoptimalūs suvirinimo parametrai, jungties geometrija arba sąlygos gali sukelti bet kurio proceso defektų.
Tipiški defektai, atsirandantys atliekant suvirinimą lazeriu, yra šie, kurie rodo LBW-P perdangos defektus:
- Poringumas
- Susiliejimo trūkumas
- Nesusiliejusios dalelės
- Įtrūkimai
Poringumas pasižymi tuo, kad suvirinimo nuosėdose yra tuštumų, susidarančių dėl kietėjimo metu įstrigusių dujų išbėgimo.
LBW atveju yra keletas būdų, kaip dujas įvesti į suvirinimo baseiną, tačiau pagrindinės teorijos apima apsauginių dujų arba metalo garų sulaikymą, nestabilių mažų skylučių suvirinimo sukeltą kavitaciją ir dujas, įstrigusias miltelių dalelėse purškimo metu ir išsiskiriančias suvirinimo procesas.
Be to, prastas apsauginių dujų padengimas suvirinimo proceso metu gali sukelti kavitaciją, kurią dažniausiai sukelia neteisingai išlyginti dujų lęšiai arba turbulencija šalia suvirinimo baseino.
Taip gali nutikti dėl turbulencijos dėl greitos sukietėjusio suvirinimo baseino oksidacijos arba dujų susidarymo dėl deguonies degimo ore. Galiausiai, pagrindo ir užpildo medžiagų švarumo trūkumas taip pat gali prisidėti prie poringumo.
Suvirinant organines medžiagas (alyva, riebalai, nešvarumai, oksidai ir t. t.), suvirinimo proceso metu gali išsiskirti dujos, kurios kietėjant gali įstrigti suvirinimo baseine.
Lydymosi trūkumas būdingas tuo, kad užpildo metalas tam tikroje vietoje nesusilieja su netauriuoju metalu. Taip atsitinka, kai šilumos šaltinis nesukuria pakankamai šilumos, kad sujungtų užpildą ir netauriuosius metalus.
Tipiškos šios būklės priežastys yra prasti suvirinimo kampai, didelis užpildo medžiagos padavimo greitis ir (arba) nepakankama lazerio galia. Panašiai kaip ir nesusiliejusioms dalelėms, suvirinimo siūlėje yra nesusiliejusių miltelių likučių.
Šio tipo defektai būdingi tik LBW-P, nes jie susiję su milteliais, o LBW-W nėra. Nesusiliejusių dalelių priežastis yra panaši į susiliejimo trūkumą, ty neužtenka šilumos pilnai išsilydyti ir sulydyti užpildą su pagrindine medžiaga.
Paprastai taip yra dėl to, kad lazeris neturi pakankamai laiko, galios ir (arba) tinkamos padėties, kad išlydytų visą užpildo metalą suvirinimo srityje.
Plyšimui būdingas suvirinimo metalo lūžimas dėl įtampos. Įtrūkimus gali sukelti įvairūs veiksniai, dažniausiai pasitaikantys pavyzdžiai: labai suvaržyta jungties konstrukcija, greitas aušinimo greitis, užpildo metalo jautrumas, užterštumas, suvirinimo forma ir (arba) neteisingi suvirinimo parametrai. Išversta naudojant www.DeepL.com/Translator (nemokama versija)
