تارخ انتشار: چهارشنبه ۲۲ شهریور ۱۳۹۶ - ۲۱:۰۳
کد خبر : 196738
چاپ خبر

به قلم: هادی رمضانی، حسن محمد زاده جمالیان، مهدی آقائی وفائی، سمیه حسنی

ترمیم لبه ی پره ی توربین

ترمیم لبه پره توربین

هدف از این مطالعه بررسی امکان تعمیر لبه تیغه توربین مستهلک شده به روش (LAAM) می باشد.

به گزارش کرج رسا، یکی از روش‌هایی که امروزه بیشترین جذابیت را برای مصرف‌کنندگان قطعات نیروگاهی در رابطه با بحث تعمیرات دارد، روش پوشش‌دهی با لیزر است. در این مطالعه، مروری بر فرایند ترمیم لبه تیغه توربین از جنس سوپر آلیاژ پایه نیکل که با ترکیب ۹٫۵ درصد وزنی¬(آلومینیوم +تیتانیوم) ساخته شده است، انجام گرفته است. سوپر آلیاژهای پایه نیکل دارای ترکیبات تیتانیوم / آلومینیوم، حساسیت بالایی در برابر ترک‌خوردگی در حین پروسه‌های تعمیر که همراه با ذوب شدن می‌باشند دارند، چرا که این آلیاژهای در اثر رسوب فازƳ سخت شده اند. لبه های تعمیر شده با این روش دارای دقت ابعادی بالایی می باشند. انالیز مقطع عرضی و ریزساختار لایه نشانده شده مؤید این مطلب می باشد که ساختار حاصله در مقایسه با زیرلایه ریز بوده و عاری از تخلخل می باشد. کاربیدهای بسیار ریزی در مرز دانه ها تشکیل شدند که غنی از تیتانیوم بودند. ریزساختار همگن در امتداد لایه پوشش قابل مشاهده است.

مقدمه

هزینه های بسیار بالایی در ارتباط با جایگزینی هر قسمت آسیب دیده توربین در حین سرویس مطرح است. منافع اقتصادی قابل توجهی با استفاده از روش های تعمیر قطعات به جای جایگزین کردن ان ها قابل اکتساب است؛ بطوریکه با صرفه جویی های انجام شده در ازای تعمیر قطعات،بطور بالقوه بالغ بر چندین میلیون دلار به ازای هر توربین صرفه جویی خواهد شد [۱].

به طور سنتی، نوسازی و تعمیر تعدادی از آلیاژهای پایه نیکل با استفاده ازپروسه یGTAW انجام شده است و این متود به خوبی در صنعت شناخته شده است. با این حال، هزینه های بالای تعمیر قطعات با روش مفروض مانند تیغه های توربین، پره و وین،چه در مرحله تولید و چه در مرحله تعمیر،ضرورت بکار گیری روش های جدید را هرچه بیشتر نمایان می سازد.از جمله این روش ها لایه نشانی با لیزر می باشد .[۱]

پروسه شکل دادن با لیزر روشی است که در ان مواد پودری یا سیمی شکل توسط اشعه لیزر با توان بالا که بصورت موضعی ذوب شده اند،رسوب داده می شوند.در این روش،می توانیم مواد جدیدی را به قطعه بالک موجود اضافه کنیم که این قابلیت، روش مفروض را جهت تعمیر قطعات اسیب دیده وقطعات گران قیمت مانند پره های توربین گازی بسیار جذاب می کند.

پوشش کاری با لیزر، فن آوری پیشرفته ای برای بهبود خواص سطحی تجهیزات و اجزای مختلف تجهیزات صنعتی می باشد.پوشش های حاصل از لیزر بسیار متراکم بوده و عاری از ترک و تخلخل می باشند. پوشش لیزر نشانگر ایجاد اتصال قوی متالورژیکی به ماده زیر لایه است و پوشش حاصله دارای ترکیب و ضخامت یکنواختی می باشد. پوشش لیزر رقت بسیار کمی ایجاد کرده ومقدار حرارت ورودی به اجزء تحت پوشش هم کم است. هدف از این مطالعه بررسی امکان تعمیر لبه تیغه توربین مستهلک شده به روش (LAAM) می باشد [۲].

شرح مطلب

با این حال، سوپر آلیاژهای پایه نیکل دارای ترکیبات تیتانیوم / آلومینیوم حساسیت بالایی در برابر ترک خوردگی در حین پروسه های تعمیر که همراه با ذوب شدن می باشند دارند، چرا که این آلیاژهای در اثر رسوب فازᵞ سخت شده اند. هنگامی که مجموع مقادیر آلومینیوم + تیتانیم برای یک آلیاژ خاص بیش از یک مقدار بحرانی (اغلب ۴ درصد وزنی گرفته شده)باشد، تعمیراتی که توام با ذوب باشند بسیار سخت انجام گرفته وبا افزایش مقدار آلومینیوم + تیتانیم بر دشواری مساله افزوده می شود.بطور معمول ترک های انجمادی،ترک های ناشی از ذوب شدن مرزدانه و ترک های کرنش پیری از انواع اصلی ترک های ایجاد شده در حین جوشکاری سوپرالیاژهای پایه نیکل با استحکام بالا می باشند [۳-۷].

در این مطالعه، تیغه توربین از جنس سوپر آلیاژ پایه نیکل که با ترکیب۹٫۵ %wt ( آلومینیوم +تیتانیوم) ساخته شده است ،انتخاب گردیده است .هدف از این مطالعه بررسی امکان تعمیر لبه تیغه توربین مستهلک شده به روش (LAAM) می باشد. جهت کنترل پروسه بازسازی، از سیگنال های دمایی فروسرخ(IR) ساطع شده از حوضچه مذاب استفاده گردید.کنترل استراتژی وابسته به مسیر فرایند به منظور جلوگیری از ایجاد ترک داغ و بهبود دقت ابعادی لایه رسوب به کار گرفته شد.خواص متالورژیکی لایه های رسوب داده شده مورد بحث و بررسی قرار گرفتند.

پروسه تجربی

به منظور کسب خواص ایده ال لبه پره توربین،از پودرهای فلزی با ترکیب شیمیایی مشابه فلز پایه استفاده شده است.ترکیب فلز پایه در جدول ۱ قابل مشاهده است.ذرات پودر اتمیزه شده و بصورت کروی تبدیل شدند.توزیع اندازه دانه های پودر در محدوده ۴۵~۱۰۵ µm بود.

 

12

مراحل رسوب نشانی

شکل ۱الف نشانگر قطعه مورد نظر می باشد.طول لبه ها ۳۰٫۱ میلی متر و عرض انها ۱ میلی متر می باشد.به منظور کسب تلرانس لازم در مرحله پس از ماشینکاری،دیواره لایه نشانده شده باید بزرگتر از اندازه خواسته شده ساخته شده و هیچ گونه انقباض به سمت داخل در هر یک از لبه ها نباید مشاهده شود.در نتیجه،دیواره ای به ارتفاع ۳ میلیمتر و عرض ۱٫۳ میلی متر باید از لایه رسوب داده شده ایجاد کنیم.۱۰ لایه با ضخامت هر لایه ۰٫۳ میلی متر در هر طرف رسوب داده شدند.شکل ۲ب نشانگر مسیر بازسازی قطعه مورد نظر می باشد.

 

شکل 1. لبه پره که تحت پوشش کاری قرار گرفته و استراتژی لایه نشانی را نشان می دهد

شکل ۱٫ لبه پره که تحت پوشش کاری قرار گرفته و استراتژی لایه نشانی را نشان می دهد

 

عناصر موجود در لایه پوشش توسطEDX آنالیز شدند.

نتایج و بحث

بهینه سازی فرایند:

همانطور که در شکل ۲الف قابل مشاهده است ،سیگنال های IR وسیگنال های لیزر بطور همزمان ثبت می شوند.سیگنال های دمایی IR نشانگر افزایش دما در گوشه های نازک دیواره در حال رسوب نشانی هستند.در نتیجه مقدار رسوب نشانی در این نواحی افزایش یافت(شکل۲ب).همانطور که در شکل ۲ج نشان داده شده است،ترک ها در لایه رسوب داده شده ایجاد شده و تا ناحیه HAZ پیشروی کردند.این مربوط به ترک انجمادی و ترک خوردن ناشی از ذوب مرزدانه می باشد. تحت گرمایش و سرمایش سریع، تنش باقیمانده در فازهای موجود در مرز دانه تشکیل شده است که در نتیجه این فازها بطور کامل قادر به حل شدن در ماتریس اطراف نبوده و انحلال جزئی منجر به تشکیل یوتکتیک نقطه ذوب پایین و ذوب نواحی مرز دانه می شود[۱۱].

 

شکل 2.نشانگر شیب اضافی ورسوب بیش از حد در لبه بدون استقاده از کنترل پروسه می باشد.میکروترک ها در لایه نشانده شده قابل مشاهده هستند.

شکل ۲٫نشانگر شیب اضافی ورسوب بیش از حد در لبه بدون استقاده از کنترل پروسه می باشد.میکروترک ها در لایه نشانده شده قابل مشاهده هستند.

 

13

 

شکل4.نشانگر انجام فرایند با استفاده از مقادیر از پیش تنظیم شده(کنترل پروسه) می باشد.لبه با کمترین مقدار رسوب اضافی و با دقت بالا پوشش داده شده است.

شکل۴٫نشانگر انجام فرایند با استفاده از مقادیر از پیش تنظیم شده(کنترل پروسه) می باشد.لبه با کمترین مقدار رسوب اضافی و با دقت بالا پوشش داده شده است.

 

علاوه بر این،لایه نشانی با استفاده از کنترل پروسه برای تعمیر لبه توربین بکارگرفته شد.مقادیر وابسته به مسیر همانطور که در شکل ۳ نشان داده شده اند،انتخاب گردیدند.سیگنال های ضبط شده نشانگر این مورد بودند که دما در حوضچه جوشکاری توسط توان لیزر کنترل می شود.بعد از اینکه دمای حوضچه به مقادیر ازپیش تعیین شده رسید،توان لیزر بطور پیوسته کاهش یافته،در نتیجه دمای حوضچه جوش قابل کنترل گردید.همچنین سیگنال ها نشان دادند که نوان لیزر در گوشه ها بیشتر کاهش می یابد.بعد از متالوگرافی مشخص گردید که هم پوشش و هم زیرلایه عاری از ترک می باشند(شکل ۴ب).نتیجه نشانگر این مورد است که دمای حوضچه جوش می تواند با استفاده از کنترل پروسه ی وابسته به مسیر تنظیم شود.در نتیجه حرارت ورودی به منظور کاهش احتمال ایجاد ترک داغ و همچنین افزایش دقت ابعادی می تواند کاهش داده شود [۸].

آنالیز ریزساختار

شکل ۵الف، ب و پ نشانگر تصاویر میکروسکوپ نوری از لایه پوشش می باشند.ریزساختار ناحیه ذوب و فلز پایه در شکل۵ت وث دیده می شوند.در هیچ کدام از تصاویر میکروسکوپ نوری میکرو ترک دیده نمی شود. این تصاویر همچنین نشانگر تخلخل با منافذ کوچک در حد بسیار پایین است.دندریت های ستونی که بصورت هم بافته از بستر رشد می کنند، قابل مشاهده اند.این بخاطر انتقال حرارت از زیرلایه به نواحی دیگر می باشد.با افزایش ارتفاع لایه رسوب داده شده، شرایط انتقال حرارت تغییر می کند.

رسوب نشانده شده بعنوان(heat sink) عمل میکند؛در نتیجه مخلوطی از دندریت های ستونی و سلولی در وسط دیواره رسوب شکل می گیرند.در بالاتترین لایه رسوب داده شده،ریزساختار equiaxed با بازوهای ثانویه دندریتی قابل مشاهده است.در مقایسه با زیرلایه،ریزساختار بسیار ریزتری در لایه رسوب داده شده شکل می گیرد.

 

شکل5.تصاویر میکروسکوب نوری از مقطع عرضی لایه پوشش در موقعیت های مختلف:الف(بالا)،ب(وسط)،پ(پایین)،ت(ناحیه نزدیک لایه اول زیر لایه)،ث(زیرلایه)

شکل۵٫تصاویر میکروسکوب نوری از مقطع عرضی لایه پوشش در موقعیت های مختلف:الف(بالا)،ب(وسط)،پ(پایین)،ت(ناحیه نزدیک لایه اول زیر لایه)،ث(زیرلایه)

 

در شکل ۶،تصاویر SEM، وجود ریز ساختار بسیار ریز به همراه کاربیدهای ریز(ذرات سفید) را که بصورت یکنواخت در مرزدانه ها پخش شده اند را نشان می دهد.همانطور که در شکل ۷ مشاهده می شود .تصاویرEDX ازمقطع عرضی لایه پوشش، نشانگر این است که ترکیب شیمیایی در لایه پوشش ثابت باقی مانده است.همه کاربیدها کوپکتر از یک میکرومتر می باشند.انالیز نقطه ای EDX برای کاربیدهای نشان داده شده در شکل ۸ حاکی از این است که این کاربیده حاوی مقادیر زیادی Ti هستند.این امر نشانگر این است که کاربیدهای نوع MC مانند TiC  ممکن است تشکیل شده باشند [۹-۱۱].

 

شکل 6.تصاویر میکروسکوب الکترونی از لایه پوشش

شکل ۶٫تصاویر میکروسکوب الکترونی از لایه پوشش

شکل7.آنالیز EDX از مقطع عرضی لایه رسوب را نشان می دهد.

شکل۷٫آنالیز EDX از مقطع عرضی لایه رسوب را نشان می دهد.

8

شکل9.نمودار توزیع سختی در امتداد زیرلایه،ناحیه HAZ و پوشش ایجاد شده

شکل۹٫نمودار توزیع سختی در امتداد زیرلایه،ناحیه HAZ و پوشش ایجاد شده

 

میکروسختی سنجی

میکروسختی سنجی از بالا به پایین اتجام شد که به ترتیب نواحی زیرلایه،ناحیه متاثر از حرارت و رسوب را در بر می گیرد.همانطور که در شکل ۹ قابل مشاهده است،مقادیر سختی در لایه رسوب بین ۴۲۰ و ۴۵۰ ویکرز در نوسان است.مقادیر حاصله نشانگر کاهش جزءی سختی در زیر لایه می باشند.

نتیجه گیری

– مقدار حرارت ورودی، نقش مهمی در قابلیت ایجاد ترک در الیاژهای پایه نیکل با مقادیر بالایTi+Al دارد.

– کنترل پروسه از طریق تنظیم کردن مقادیر وابسته به مسیر می تواند احتمال تشکیل ترک در لایه رسوب را کاهش دهد که این امر بخاطر کنترل دمای حوضچه جوش ومتعاقب ان کم کردن مقدار گرمای ورودی است.

– لبه های تعمیر شده دارای دقت ابعادی بالایی می باشند.

– انالیز مقطع عرضی و ریزساختار لایه نشانده شده مؤید این مطلب می باشد که ساختار حاصله در مقایسه با زیرلایه ریز بوده و عاری از تخلخل می باشد.

– کاربیدهای بسیار ریزی در مرز دانه ها تشکیل شدند که غنی از تیتانیوم بودند.

– ریزساختار همگن در امتداد لایه پوشش قابل مشاهده است.

به قلم: هادی رمضانی، حسن محمد زاده جمالیان، مهدی آقائی وفائی، سمیه حسنی

 

مراجع

[۱] Wolfe, D., Singh, J.: Functionally gradient ceramic/metallic coatings for gas turbine components by high- energy beams for hightemperature
applications. In: Journal of materials science 33(1998) pp. 3677-3692
[۲] Advanced repair of hot section gas turbine components. TWI Connect, No.105 (2000), March-April, 6
[۳] Yushchenko K. A., Savchenko V. S, Chervyakova L. V., David S. A., Vitek J. M.: Study of weldability and development of the technology
for repair of high-Nickel alloy components. Ukrainian-American Partnership Project report, 2004
[۴] Henderson, M. B., Arrell, D., Heobel, M., Larsson, R., Marchant, G.: Nickel-Based Superalloy Welding practices for industrial gas turbine
applications. In: Science and Technology of Welding and Joining, 9 (2004) 1, p13-21
[۵] Dodd, A., Bialach, J.: Laser repair turbine blades. In: Welding journal, Vol. 82, No. 8 (2003), pp. 43-45
[۶] Gandini, E., Agnesone, F., Taricco, F. Arrighi, L.: Advances in gas turbine blade repair by laser welding. In: The 1997 international gas
turbine& aero-engine congress& exposition; June 02-05, 1997, Orlando, FL, USA,
[۷] Lee, J. W.: Repair of rotating air-sealing components for gas turbine engines. In: Welding journal, Research supplement, Vol. 54 (1975), pp.
۴۰۹-s to 415-s
[۸] Gandy, D. W. Frederick, G. J., Peterson, A. J., Stover, J. T., Viswanathan, R.: Development of a laser-based/ high strength weld filler
process to extend repair limits on In738 gas turbine blades. In: 4th International EPRI conference welding and repair technology for power
plants, June 07-09, 2000, Marriott’s Marco Island Resort and Golf Club Naples, Florida, USA
[۹] Rinaldi, C., Antonelli, G.: Epitaxial repair and in situ damage assessment for turbine blades. In: Proc. IMechE, Vol. 219 Part A: J. Power
and energy, pp. 93-99
[۱۰] Kathuria, Y.P.: Laser surface cladding: a unique application to the turbine industry. In: Proceedings of the Laser Assisted Net Shape
Engineering 1997, September 23-26, 1997, Erlangen, Germany, pp. 631-639
[۱۱] Bremer, C.: Adaptive welding strategies for repair and overhaul of turbine blades and blisks. In: Proceedings of the Laser Assisted Net
Shape Engineering 2001, August 2001, Erlangen, Germany, pp. 503-508

پاسخی بگذارید

Time limit is exhausted. Please reload CAPTCHA.

مجتمع فنی تهران شعبه البرز
آخرین اخبار
2
غرق شدگی جوان ۱۹ ساله در استخر دانشگاه
1
ایجاد شهرک نساجی با ۵ هزار نفر اشتغال در نظرآباد
57460845
ثواب یاد امام حسین (ع) هنگام نوشیدن آب چیست؟
57460845
دستورالعمل جالب وزارت خارجه انگلستان درباره واژه «خلیج فارس»
حیدر العبادی
العبادی: دولت اقلیم کردستان در آستانه ورشکستی است
57410251
مبادلات تجاری ایران و ترکیه از طریق پول ملی دو کشور انجام خواهد شد
ظریف
دولت جدید آمریکا در رفتار خود با دیگران بویی از ادب نبرده است
واگذاری‌ رنج شماره‌های جدید همراه اول/ امکان تماس رایگان همراه اول برای مسافران اربعین
واگذاری‌ رنج شماره‌های جدید همراه اول/ امکان تماس رایگان همراه اول برای مسافران اربعین
هوا
افزایش نسبی دما طی ۲ روز آینده در البرز
اربعین
زائران اربعین تا ۵ آبان به مرز خسروی مراجعه نکنند
افزایش امنیت اطلاعـات در کلاس درس
افزایش امنیت اطلاعـات در کلاس درس
این عوامل باعث می شوند هرگز مادر نشوید!
این عوامل باعث می شوند هرگز مادر نشوید!
با این فرمول‌های شفابخش دیگر بیمار نشوید!
۱۶ معجزه‌ لیموترش که نباید آن‌ها را نادیده گرفت
هواوی میت ۱۰ لایت رسما معرفی شد؛ غول کوچک!  + عکس
هواوی میت ۱۰ لایت رسما معرفی شد؛ غول کوچک! + عکس
چیپست میان رده اسنپدراگون ۶۳۶ کوالکام رسما معرفی شد
چیپست میان رده اسنپدراگون ۶۳۶ کوالکام رسما معرفی شد
این بیماری‌ها ناخن‌هایتان را از بین می‌برد!
این بیماری‌ها ناخن‌هایتان را از بین می‌برد!
اوراوا حریف الهلال در فینال شد
اوراوا حریف الهلال در فینال شد
11 درمان سریع گلو درد
۱۱ درمان سریع گلو درد
عباس جدیدی کاندیدای انتخابات فدراسیون کشتی / آقای سلفی وارد گود شد!
عباس جدیدی کاندیدای انتخابات فدراسیون کشتی
درمان یائسگی در مردان
مردانی که باید مراقب پروستـات باشند
%u0637%u0631%u0627%u062D%u06CC %u0633%u0627%u06CC%u062A
طراحی سایتسئوسرویس و تعمیر کولر گازی