Precisionsreparation av enkristallblad för gasturbiner: Nyckeln till förbättrad prestanda och tillförlitlighet
Framsteg inom turbinbladsteknik har ökat kostnaderna för nya komponenter. Kostnaden för ett enkristallblad är två till tre gånger så mycket som ett konventionellt gjutet blad av liknande storlek och komplexitet. Den höga kostnaden för en enkristallkomponent kan motivera ägaren att maximera komponentens livslängd.
Som en lösning för att minska kostnaderna för att byta ut komponenter har vårt företag skapat processer utformade för att förlänga komponenternas livslängd. En sådan process är full lösning regenerativ värmebehandling (FSR). FSR återställer legeringens mikrostruktur och mekaniska egenskaper till ett nytt tillstånd. Huvudproblemet med värmebehandling av enkristalllegering FSR är bildandet av omkristalliserade korn på ytan med kvarvarande spänning. Detta är en risk med tanke på det låga innehållet av korngränsförstärkande legeringstillsatser i enkristalllegeringar. Omkristallisation och/eller lösa korn i enkristalllegeringar resulterar i minskad utmattningslivslängd och spänningsbrottstyrka vid höga temperaturer. Som ett resultat inspekteras de av den ursprungliga tillverkaren och avvisas. Detta är en av faktorerna för prisökningen på enkristallgjutgods!
Vårt företag genomförde en provreparation för att ytterligare utvärdera genomförbarheten av FSR-värmebehandling av enkristallturbinblad, under vilken det var avgörande att säkerställa att de kritiska ytorna på bladen inte genomgick plastisk deformation för att undvika efterföljande omkristallisering. Dessutom är det nödvändigt att använda effektiva oförstörande testmetoder för att kontrollera omkristallisationen av kritiska ytor. Demonstrationsreparation och destruktiv analys utfördes med ett pensionerat Siemens SGT-100 HP-turbinblad bestående av CMSX-4 enkristalllegering, som visas i figur 2. Bladen var i drift i 28,{{5} } timmar. Efter en reparation fungerade den i ytterligare 12,000 timmar. Total servicetid är 36,000 timmar och OEM meddelar operatören att delen har gått ut!
Ett representativt blad i gruppen utsattes för en destruktiv inspektion i tillståndet "när mottagen" för att fastställa en baslinje för metallurgiska förhållanden. De återstående fem bladen är i behov av reparation, inklusive:
Borttagning av beläggning
Storleks- och penetrationsdetektering
Full lösning föryngring värmebehandling
Byt ut extern platina-aluminatbeläggning
Ett representativt blad i gruppen utsattes för en destruktiv inspektion i tillståndet "när mottagen" för att fastställa en baslinje för metallurgiska förhållanden. De återstående fem bladen är i behov av reparation, inklusive:
Svepelektronmikroskopi av baslegeringar (gammaform)
Spänningsfrakturtestning av mikroplattprov tagna från bärytor
Mikroskopisk undersökning av inre och yttre ytor.
Den yttre ytan av bärytan innehåller en aluminiserad platinabeläggning, som visas i figur . Även om beläggningen var delvis förbrukad gav den ett effektivt skydd för tidigare serviceintervall, eftersom inga skador på den underliggande baslegeringen observerades.
Invändig bäryta obelagd, figur 3 till höger. Lätt oxidation av baslegeringen observerades på den inre ytan med ett penetrationsdjup på<25 microns (0.001 in).
Efter att beläggningen har tagits bort kontrolleras bladen för ytexponerade sprickor eller defekter genom fluorescerande penetrationstestning (FPI). Inga tecken hittades.
Undersökningen visade att dessa löv var bra föremål för reparation. Ultraljudsteknik används för att mäta väggtjockleken.
Efter FSR-värmebehandling undersöktes de omkristalliserade kornen i nyckelområdena av bladen oförstörande genom kemisk etsning. I fyra av de fem bladen uppträder omkristalliserade korn i nyckelområden (exempel visas i figur 4).
Destruktiv inspektion bekräftade att omkristallisationsdjupet för minst ett blad överskred den användbara gränsen (inte alla omkristallisationsområden förstördes).
Baserat på detta fynd lämnades ytterligare 12 uttjänta blad för ytterligare analys. Gruppen består av sju blad från samma första testgrupp med sex blad och fem blad från olika bladgrupper. Alla blad reparerades, inklusive beläggningsborttagning och en FSR-värmebehandlingsprocess, följt av en makroskopisk etsinspektion av de omkristalliserade kornen.
Alla bladen hade från början några omkristalliserade korn i varierande grad i nyckelregionerna. Bladet genomgår en cykel av mekanisk borttagning av korn och ny inspektion tills de omkristalliserade kornen elimineras från alla kritiska områden. Slutligen utfördes en destruktiv inspektion av de åtta bladen (fem i en grupp om sju och tre i en grupp om fem) för att verifiera inspektionsresultaten och bedöma den återstående väggtjockleken. Alla sju knivarna i den första gruppen befanns vara inom underhållsgränserna, och fyra femtedelar av knivarna i den andra gruppen befanns vara inom underhållsgränserna.
