Rootorid on tiiviku masinate ja seadmete üks kriitilisemaid komponente. Need täppiskomponendid pöörlevad ülisuurtel kiirustel ja peavad vastu pidama märkimisväärsetele pingetele laia kasutusaja jooksul.
Selle töökindluse taseme saavutamiseks peavad tootjad tagama, et komponendid on rakenduse jaoks sobivad. Ranged kontrollid koostise, mehaaniliste omaduste ja töötlemise üle tagavad, et osad on vastuvõetavad.
Need kontrollid, kinnitused ja kaitsemeetmed pikendavad kasutusiga, minimeerides samal ajal katastroofilise rikke riski.
Normaalsest tööst tingitud kulumine põhjustab aga lõpuks piisavalt kahjustusi, mis nõuavad parandamist või väljavahetamist. Kuhjunud kahjustused on tavaliselt pealiskaudsed ning parandamine annab kulu- ja ajaeelise kogu rootori väljavahetamisega võrreldes, suurendades samas remondiprotsessiga seotud minimaalset riski.
Tüüpilised remondiprotsessid hõlmavad värvimist, katmist, kaarkeevitust, plasmakeevitust ja laserkeevitust. Igal protsessil on eelised ja puudused, mis sõltuvad paljudest teguritest, sealhulgas kahjustuste asukohast ja ulatusest, töötingimustest, kasutuskeskkonnast, vajalikest alusmaterjalidest ja remondimaterjalidest ning kliendi poolt heakskiitmisest.
See artikkel keskendub konkreetselt laserkeevitusparandustele ja sellele, kuidas laserkeevitusprotsess võib kompressori ja turbiini võlli remontimisel kasu tuua, sealhulgas lahendamist vajavatele probleemidele.
Arutelu hõlmab kõige sagedamini remonditavaid võlli piirkondi, laserkeevitamise riske nendes kohtades ja katsete tüüpe, mida tuleks protseduuri kinnitamiseks nõuda.
Laserkiirkeevitus
Enne laserkiirkeevituse (LBW) tulekut oli kõige levinum võlli parandusprotsess sukelkaarkeevitus (SAW), peamiselt selle vastupidavuse ja kõrge sadestumiskiiruse tõttu.
See protsess hõlmab aga suurt soojussisendit, mis võib põhjustada võlli moonutusi ja suuri jääkpingeid. Moonutuste tõttu nõuab SAW remont sageli remondialast kõigi väljaulatuvate tunnuste eemaldamist, nende funktsioonide rekonstrueerimist ja ulatuslikku ülekatet, et tagada mõõtmete taastamiseks piisav töötlemisvaru.
Lisaks on keevitamisel tekkivate suurte jääkpingete tõttu vaja parandustöödel alati enne lõplikku töötlemist keevitusjärgne kuumtöötlus (PWHT), mis leevendab jääkpingeid ja minimeerib seega aksiaalset liikumist (moonutusi) töötlemistoimingute ajal.
Fookuslaserite abil saab teostada keevitamist (sh katmist), lõikamist ja kuumtöötlust. Kuigi LBW on tegutsenud alates 1970. aastatest, on tehnoloogia täiustused ja taskukohasus laiendanud selle tööstuslikke rakendusi, hõlmates nüüd ka tiiviku mehaanilise rootori remondi.
LBW peamine eelis on see, et see on suure energiatihedusega protsess ja seetõttu saab seda keevitada väga väikese soojussisendiga, minimeerides seega mitteväärismetalli lagunemist, kuumusest mõjutatud tsooni (HAZ) suurust, jääkpingeid ja moonutusi, võimaldades samas ka väga kiiret. keevituskiirused.
Samal ajal on kasulik ka väiksem kuumusega mõjutatud tsoon, kuna väiksemal aksiaalsel mahul on sulamisprotsessis tekkivast soojusest põhjustatud kahjulikud omadused.
See on eriti oluline termiliselt töödeldavate sulamite puhul, nagu karastatud ja karastatud teras, mida tavaliselt kasutatakse tiivikute rootorites. Laserkeevituse seadistuse näide on näidatud joonisel 1.
Lisaks madalale soojussisendile toodab LBW-protsess kvaliteetseid liitkeevisõmblusi, millel on metallurgiline side (ilma kihistumiseta, pinnakatetes võib tekkida nakkumine), lihtne automatiseerimine, konsistents ja korratavus ning kõrge geomeetriline täpsus.
Näiteks võivad selles uuringus kasutatud laserpunktide suurused ulatuda väikesest keevisõmblusest, mille läbimõõt on {{0}},2 mm, kuni suure sadestuskiirusega ülekatteni, mille läbimõõt on 2,0 mm.
LBW protsessi täielikuks ärakasutamiseks tuleb protsessi võimalused sobitada rakendusega ja enne LBW rakendamist rootori parandamiseks tuleb uurida teisi allpool kirjeldatud kaalutlusi.
Metallist täidis
Laserkeevitamiseks on kaks erinevat protsessi. Ühes kasutatakse pulbriga täidetud metalli (LBW-P) ja teises traadipõhist täidetud metalli (LBW-W). LBW-P puhul tarnitakse pulber pulbrisööturist läbi toru ja ühe või mitme düüsi inertgaasi joa abil, mis transpordib pulbri keevisvanni.
LBW-W puhul tarnitakse täitemetall käsitsi või mehhaniseeritud traadi etteandjatega, mis söödavad traadi keevisvanni.
Nende kahe meetodi vahel on metallurgilisi ja logistilisi erinevusi, mida tuleb konkreetse remondi jaoks sobivaima protsessi määramisel arvesse võtta. See kehtib eriti arvestades, et ASME BPVC ei ole neid erinevusi veel arvesse võtnud.
Põhimuutujate hulgas on pulbrilise täitemetalliga seotud üksikasjad, sealhulgas pulbri metalli suurus, tihedus ja etteandekiirus. Täitejoone parameetritest pole aga juttu.
See näitab, et praegune spetsifikatsioon hõlmab ainult pulberlaserkeevitusrakendusi. Sellest järeldub ka, et protsessi iseloomustus on asjakohane ainult pulberpõhise laserkeevituse puhul.
See on üks põhjus, miks laserkiirega keevitamine võib nõuda täiendavaid protsessi iseloomustusnõudeid.
Laserallikad
Laserkeevitamiseks saab kasutada mitmesuguseid laservalgusallikaid. See artikkel keskendub kahele kõige levinumale keevituslaseri allikale, Nd:YAG laserile ja kiudlaserile.
Nd:YAG laserid koosnevad neodüümiga legeeritud ütriumalumiinium-granaatkristallidest, mida ergastab ksenoontaskulamp, et tekitada laserkiire, samas kui kiudlaserid koosnevad dioodide komplektist, mis ergastavad laserkiire saamiseks haruldaste muldmetallide elementidega legeeritud kiudu. tala.
Kuigi mõlemat laserallikat saab kasutada rootori parandamiseks, pakuvad need mõlemad kompromisse, sealhulgas kiire kvaliteet, kiire suurus, kiire sagedus, eluiga, kulud ja tõhusus.
Parima laseri valimine sõltub rakendusest. Kui aga ASME BPVC vastavus on probleem, on kiudlaserid parem valik.
Selle põhjuseks on erinevus laserkiire genereerimise viisis ja selle stabiilsus ajas. Nd:YAG laserites ksenoonvälklamp aja jooksul laguneb ja vananedes tuhmub.
Pirni hämardamine põhjustab Nd:YAG-kristalli ergastuse vähenemise, mis vähendab sellest tuleneva laserkiire intensiivsust. Tulemuseks on see, et antud laseri seadistuse väljundvõimsus väheneb kogu taskulambi eluea jooksul, kuigi lagunemise kiirus võib olla teadmata.
See on vastavuse seisukohast problemaatiline, kuna ASME BPVC IX jaotise tabeli QW-264 kohaselt on laseri võimsus kriitiline muutuja, mida ei saa antud keevitusprotsessi ajal muuta.
Selle nõude järgimine on Nd:YAG laserite puhul peaaegu võimatu, kuigi koodis seda asjaolu ei mainita. Erinevalt Nd:YAG-i allikatest fiiberlaser-allikatel seda probleemi ei esine, kuna ergastust teostab diood.
Seetõttu on kiudlaserid paremad ja väidetavalt vajalikud olukordades, kus nõutakse koodide järgimist.
Pidevad või impulsslaserid
Mõned lasersüsteemid on nüüd võimelised töötama nii impulssrežiimis kui ka pidevas töörežiimis. Impulsslaserite kasutamise eeliseks on see, et soojussisendit saab vähendada, et minimeerida HAZ-i suurust, jääkpingeid ja aberratsioone.
Lisaks üldistele eelistele võib pulseerimine olla kasulik erijuhtudel, näiteks valmisdetailide keevitamisel, kus PWHT pole võimalik. See on tingitud asjaolust, et impulssvõimsusel on väiksem soojussisend kui pideval võimsusel.
Impulsslaseri töö on aga suuresti piiratud LBW-W-ga, kuna LBW-P süsteemid kasutavad kõige tõhusamaks töötamiseks pidevat võimsust. Selle põhjuseks on asjaolu, et pulbripõhistes rakendustes tarnitakse pulbrit pidevalt, mille tulemuseks oleks märkimisväärne kogus raisku läinud pulbrit või sulandumise puudumine impulssidevahelise ebapiisava soojuse tõttu.
Traadipõhiste süsteemide puhul juhib traadisööturit seadmed täpselt, et säilitada ühtsed keevitustingimused. Oluline on märkida, et keevitusrežiim kui sõltumatu muutuja võib samuti mõjutada keevitusprotsessi sadestuskiirust, kuid see sõltub suuresti süsteemi tüübist ja remonditingimustest.
Üldiselt tuleks keevisõmbluse mustri valikul lähtuda tarnitava täitemetalli tüübist, aga ka remondi tüübist ja soovitud keevisõmbluse omadustest.
Keevisliidete projekteerimine
Võimalike defektide minimeerimiseks peab vuugi konstruktsioon vastama kasutatavale keevitussüsteemi tüübile. Traadipõhised keevitussüsteemid taluvad üldiselt teravaid nurki ja sügavaid sooni paremini kui pulberkeevitussüsteemid.
See on tingitud asjaolust, et traadisüsteemid ei vaja gaasi transportimise süsteemi täitematerjali vedamiseks keevistsooni. Pulbripõhistes keevitussüsteemides põhjustab substraadi geomeetriast (nt v-kaldus) põhjustatud turbulents pulbri transportimiseks sulabasseini kandvas gaasis kehvema pulbri kohaletoimetamise kiiruse ja kehvema varjestuse.
Halb pulbri kohaletoimetamise kiirus võib põhjustada ebatõhusa keevitamise ja liigse soojuse jõudmise aluspinnale, samas kui halvad varjestusomadused võivad põhjustada poorsust ja oksiidisulgude moodustumist. Lisaks võib LBW-P puhul liigesesse koguneda liigne sulamata pulber.
Sellise lahtise pulbri keevitamine võib põhjustada tõsiseid defekte, sealhulgas sulandumise puudumist, poorsust või pragusid. Sellest tulenevalt nõuab pulbripõhise täitemetalli kohaletoimetamine kaldpinnal laiemat kaldenurka, mis loob rohkem keevisliiteid, kuid suurendab ka kaldpinna mahtu.
Selle tulemusena on LBW-P kasutamisel proovi väljavõtmiseks vajalik v-soonte maht võrreldes laserkeevisõmbluse tüüpiliste mõõtmetega väga suur, mistõttu on protsessi iseloomustamiseks näidise valmistamine ebapraktiline.
Traadipõhise täitemetalli kohaletoimetamise korral kujutavad soone kaldseinad endast geomeetrilisi väljakutseid kaitsegaasi ja traadi kohaletoimetamisel, mis suurendab poorsuse tõenäosust ja suurendab vastuvõtlikkust sulamisdefektide puudumisele.
LBW-keevitusega on aga faasimine võimalik. Lisaks on enamiku võlli remonditööde puhul, kus LBW on rakendatav, sageli keevisõmblus ja see ei nõua kaldkeevitust.
Joonisel 2 on kujutatud võlli parandustööde levinumaid tüüpe, sealhulgas katte-, kogunemis- ja tünniparandusi. Kuigi tüvede parandamiseks on vaja kaldkeevitust, LBW-d tavaliselt ei kasutata, kuna teiste protsesside sadestuskiirus on suurem.
Seoses täitematerjali tüüpidega saab LBW-P ja LBW-W kasutada võlli üldiseks parandamiseks, kuid ettevaatlik tuleb olla keevitamisel sammude või elementide lähedal, mis võivad pulbriprotsessis turbulentsi põhjustada.
Kuid keevitusprotsessi kvalifikatsiooninõuded võivad olla LBW-P jaoks võimatud või ebapraktilised ning LBW-P võib samuti esineda raskustes, kui poorsus on vastuvõetamatu.
Täitemetallide maksumus ja saadavus
Täitemetalli valimise võimalus sõltub käsitletava materjali saadavusest.
Üldiselt on mitmesuguste materjalide jaoks saadaval traat- ja pulberversioonid.
Kuid traadipõhised materjalid piirduvad tavaliselt tavaliste keevitussulamitega, samas kui pulbermaterjalid kipuvad olema suunatud kõrgema legeerterase ja erisulamitele.
Selle põhjuseks on asjaolu, et pulbritootmise üks peamisi tõukejõude on pulbripõhine lisandite tootmine, mille kulude-tulude suhe on eksootilisemate materjalide puhul kõrgeim.
Seetõttu on raske leida süsinikku ja madala legeerteraseid pulbri kujul, kuna need materjalid on piisavalt odavad, et enamiku tööstuslike rakenduste jaoks ei ole pulbrilise vormi kasutamine tasuv.
Kuna süsinik- ja vähelegeeritud terast kasutatakse tiiviku masinatööstuses laialdaselt, on traadipõhised laserkeevitussüsteemid nende materjalide parema kättesaadavuse tõttu sageli parem valik. Lisaks on traadi kujul olevad täitemetallid tavaliselt odavamad kui pulbri kujul.
Puudused
Rakenduse seisukohast on pulberpõhise laserkeevituse ja traadipõhise laserkeevituse üks peamisi erinevusi defektide tüüp ja defektide tekkimise tõenäosus keevitusprotsessi ajal.
LBW-W on võimeline tootma täiesti tihedaid, defektideta keevisõmblusi, samas kui LBW-P on tavaliselt kõige väiksema poorsusega. Igal juhul võivad mitteoptimaalsed keevitusparameetrid, liite geomeetria või tingimused tekitada mõlemas protsessis defekte.
Tüüpilised laserkeevitamisel esinevad defektid on järgmised, mis näitavad LBW-P katte defekte:
- Poorsus
- Sulandumise puudumine
- Sulandumata osakesed
- Praod
Poorsust iseloomustab keevisõmbluses olevate tühimike olemasolu, mis tekivad tahkumisel kinni jäänud gaaside väljapääsu tõttu.
LBW puhul on gaaside keevitusvanni sisestamiseks mitu võimalust, kuid peamised teooriad hõlmavad kaitsegaaside või metalliaurude kinnijäämist, ebastabiilsete väikeste aukudega keevisõmbluste põhjustatud kavitatsiooni ning pihustamisel pulbriosakestesse kinni jäänud ja pihustamisel vabanevaid gaase. keevitusprotsess.
Lisaks võib halb kaitsegaasi katvus keevitusprotsessi ajal põhjustada kavitatsiooni, mis on tavaliselt põhjustatud valesti joondatud gaasiläätsedest või turbulentsist keevisvanni läheduses.
Selle põhjuseks võib olla kõvenenud keevisvanni kiirest oksüdeerumisest tingitud turbulents või õhus hapniku põlemisest tingitud gaaside teke. Lõpuks võib poorsust soodustada ka alus- ja täitematerjalide puhtuse puudumine.
Orgaanilise materjali (õli, rasv, mustus, oksiidid jne) keevitamine võib keevitusprotsessi ajal põhjustada gaaside eraldumist, mis jääb tahkumisel keevisvanni lõksu.
Sulamise puudumist iseloomustab see, et täitemetall ei ole ühes kohas sulatatud mitteväärismetalliga. See juhtub siis, kui soojusallikas ei tekita piisavalt soojust täiteaine ja mitteväärismetallide sidumiseks.
Selle seisundi tüüpilisteks põhjusteks on kehvad keevisnurgad, kõrge täitematerjali etteandekiirus ja/või ebapiisav laservõimsus. Sarnaselt sulamata osakestele iseloomustab sulamata osakesi keevisõmbluses sulamata pulbri jääkide olemasolu.
Seda tüüpi defekt on LBW-P jaoks ainulaadne, kuna see hõlmab pulbrit, mida LBW-W mitte. Sulandumata osakeste põhjus on sarnane sulamise puudumisega, st täitematerjali täielikuks sulamiseks ja alusmaterjaliga sulatamiseks pole piisavalt soojust.
See on tavaliselt tingitud sellest, et laseril ei ole piisavalt aega, võimsust ja/või õiget positsioneerimist, et sulatada kogu täitemetall keevisõmbluse piirkonnas.
Pragunemist iseloomustab keevismetalli purunemine pinge tõttu. Pragunemist võivad põhjustada mitmesugused tegurid, levinumate näidete hulka kuuluvad väga piiratud vuukide disain, kiire jahutuskiirus, täitematerjali tundlikkus, saastumine, keevisõmbluse kuju ja/või valed keevitusparameetrid. Tõlgitud saidiga www.DeepL.com/Translator (tasuta versioon)
