Rotor adalah salah satu komponen yang paling kritikal dalam jentera dan peralatan pendesak. Komponen ketepatan ini berputar pada kelajuan yang sangat tinggi dan mesti menahan tekanan yang ketara dalam pelbagai masa perkhidmatan.
Untuk mencapai tahap kebolehpercayaan ini, pengeluar mesti memastikan bahawa komponen sesuai untuk aplikasi. Kawalan ketat pada komposisi, sifat mekanikal dan pemprosesan memastikan bahagian boleh diterima.
Pemeriksaan, pengesahan dan perlindungan ini memaksimumkan hayat perkhidmatan sambil meminimumkan risiko kegagalan bencana.
Walau bagaimanapun, haus dan lusuh daripada operasi biasa akhirnya akan menyebabkan kerosakan yang mencukupi untuk memerlukan pembaikan atau penggantian. Kerosakan terkumpul biasanya cetek, dan pembaikan memberikan kelebihan kos dan masa berbanding menggantikan keseluruhan rotor sambil meningkatkan risiko minimum yang berkaitan dengan proses pembaikan.
Proses pembaikan biasa termasuk pengecatan, penyaduran, kimpalan arka, kimpalan plasma dan kimpalan laser. Setiap proses mempunyai kelebihan dan kekurangan bergantung pada pelbagai faktor termasuk lokasi dan tahap kerosakan, keadaan operasi, persekitaran penggunaan, substrat dan bahan pembaikan yang diperlukan, dan penerimaan pelanggan.
Artikel ini memberi tumpuan khusus kepada pembaikan kimpalan laser dan cara proses kimpalan laser boleh memanfaatkan pembaikan aci pemampat dan turbin, termasuk isu yang perlu ditangani.
Perbincangan termasuk kawasan aci yang paling kerap dibaiki, risiko kimpalan laser di lokasi ini, dan jenis ujian yang perlu diperlukan untuk mengesahkan prosedur.
Kimpalan Rasuk Laser
Sebelum kemunculan kimpalan sinar laser (LBW), proses pembaikan aci yang paling biasa ialah kimpalan arka tenggelam (SAW), terutamanya kerana kekasaran dan kadar pemendapan yang tinggi.
Walau bagaimanapun, proses ini melibatkan input haba yang tinggi, yang boleh menyebabkan herotan aci dan tegasan baki yang tinggi. Disebabkan herotan, pembaikan SAW selalunya memerlukan penyingkiran semua ciri yang menonjol dari kawasan pembaikan, pembinaan semula ciri ini dan tindanan yang meluas untuk memastikan elaun pemesinan yang mencukupi untuk memulihkan dimensi.
Di samping itu, disebabkan oleh tegasan sisa yang tinggi yang dijana oleh kimpalan, pembaikan sentiasa memerlukan Rawatan Haba Selepas Kimpalan (PWHT) sebelum pemesinan akhir, yang melegakan tegasan baki dan dengan itu meminimumkan gerakan paksi (herotan) semasa operasi pemesinan.
Kimpalan (termasuk pelapisan), pemotongan dan rawatan haba boleh dilakukan menggunakan laser terfokus. Walaupun LBW telah wujud sejak tahun 1970-an, penambahbaikan dalam teknologi dan keterjangkauan telah mengembangkan aplikasi perindustriannya hingga kini termasuk pembaikan pemutar mekanikal pendesak.
Kelebihan utama LBW ialah ia adalah proses ketumpatan tenaga yang tinggi dan oleh itu boleh dikimpal dengan input haba yang sangat rendah, sekali gus meminimumkan kemerosotan logam asas, saiz zon terjejas haba (HAZ), tegasan sisa dan herotan, sementara juga membolehkan untuk sangat cepat. kelajuan kimpalan.
Pada masa yang sama, zon terjejas haba yang lebih kecil juga berfaedah kerana kurang isipadu paksi mempunyai sifat memudaratkan yang disebabkan oleh haba yang dihasilkan oleh proses pelakuran.
Ini amat penting dalam hal aloi yang boleh dirawat haba, seperti keluli dipadamkan dan dibaja, yang biasanya digunakan dalam pemutar jentera pendesak. Contoh persediaan kimpalan laser ditunjukkan dalam Rajah 1.
Selain input haba yang rendah, proses LBW menghasilkan kimpalan gabungan berkualiti tinggi dengan ikatan metalurgi (tiada delaminasi, lekatan yang boleh berlaku dalam salutan), automasi mudah, konsistensi dan kebolehulangan, dan ketepatan geometri yang tinggi.
Sebagai contoh, saiz titik laser yang digunakan dalam kajian ini boleh terdiri daripada kimpalan kecil dengan diameter {{0}}.2 mm kepada tindanan kadar pemendapan tinggi dengan diameter 2.0 mm.
Untuk memanfaatkan sepenuhnya proses LBW, keupayaan proses mesti dipadankan dengan aplikasi, dan pertimbangan lain yang digariskan di bawah mesti diperiksa sebelum melaksanakan LBW untuk pembaikan rotor.
Pengisian Logam
Terdapat dua proses yang berbeza untuk kimpalan laser. Satu menggunakan logam berisi serbuk (LBW-P) dan satu lagi menggunakan logam isian berasaskan wayar (LBW-W). Dalam LBW-P, serbuk dihantar dari penyuap serbuk melalui tiub dan satu atau lebih muncung oleh pancutan gas lengai, yang mengangkut serbuk ke dalam kolam kimpalan.
Dalam LBW-W, logam pengisi dihantar oleh penyuap wayar secara manual atau mekanikal yang menyuap wayar ke dalam kolam kimpalan.
Terdapat perbezaan metalurgi dan logistik antara kedua-dua kaedah, yang mesti diambil kira apabila menentukan proses yang paling sesuai untuk pembaikan tertentu. Ini adalah benar terutamanya memandangkan ASME BPVC belum lagi mengambil kira perbezaan ini.
Antara pembolehubah asas ialah butiran berkaitan logam pengisi serbuk, termasuk saiz logam serbuk, ketumpatan, dan kadar suapan. Walau bagaimanapun, tiada menyebut tentang parameter baris isian.
Ini menunjukkan bahawa spesifikasi semasa hanya mempertimbangkan aplikasi kimpalan laser serbuk. Ia juga berikutan bahawa pencirian proses hanya berkaitan dengan kimpalan laser berasaskan serbuk.
Ini adalah salah satu sebab mengapa kimpalan pancaran laser mungkin memerlukan keperluan pencirian proses tambahan.
Sumber Laser
Pelbagai sumber cahaya laser boleh digunakan untuk kimpalan laser. Artikel ini memberi tumpuan kepada dua sumber laser kimpalan yang paling biasa, laser Nd:YAG dan laser gentian.
Laser Nd:YAG terdiri daripada kristal garnet aluminium yttrium berdop neodymium yang diuja oleh lampu suluh xenon untuk menghasilkan pancaran laser, manakala laser gentian terdiri daripada satu set diod yang merangsang gentian terdop unsur nadir bumi untuk menghasilkan laser rasuk.
Walaupun kedua-dua sumber laser boleh digunakan untuk pembaikan rotor, kedua-duanya menawarkan pertukaran termasuk kualiti rasuk, saiz rasuk, kekerapan rasuk, seumur hidup, kos dan kecekapan.
Memilih laser terbaik bergantung pada aplikasi. Walau bagaimanapun, apabila pematuhan ASME BPVC menjadi isu, laser gentian adalah pilihan yang lebih baik.
Sebabnya ialah perbezaan bagaimana pancaran laser dijana dan kestabilannya dari semasa ke semasa. Dalam laser Nd:YAG, mentol denyar xenon merosot dari semasa ke semasa dan malap mengikut usia.
Memadamkan mentol menyebabkan pengujaan kristal Nd:YAG berkurangan, yang mengurangkan keamatan pancaran laser yang terhasil. Hasilnya ialah kuasa keluaran persediaan laser yang diberikan berkurangan sepanjang hayat lampu suluh, walaupun kadar pereputan mungkin tidak diketahui.
Ini bermasalah untuk pematuhan kerana, menurut ASME BPVC Bahagian IX Jadual QW-264, kuasa laser ialah pembolehubah kritikal yang tidak boleh diubah semasa proses kimpalan tertentu.
Mengekalkan keperluan ini hampir mustahil untuk Nd:YAG laser, walaupun tidak ada menyebut fakta ini dalam kod. Berbeza dengan sumber Nd:YAG, sumber laser gentian tidak mempunyai masalah ini kerana pengujaan dilakukan oleh diod.
Oleh itu, laser gentian adalah unggul dan boleh dikatakan perlu dalam situasi di mana pematuhan kod diperlukan.
Laser Berterusan atau Berdenyut
Sesetengah sistem laser kini mempunyai keupayaan untuk beroperasi dalam kedua-dua mod berdenyut dan mod operasi berterusan. Kelebihan menggunakan laser berdenyut ialah input haba boleh dikurangkan untuk meminimumkan saiz HAZ, tegasan baki dan penyimpangan.
Sebagai tambahan kepada kelebihan umum, berdenyut boleh berguna dalam kes khas, seperti mengimpal pada bahagian siap di mana PWHT tidak boleh dilakukan. Ini disebabkan oleh fakta bahawa kuasa berdenyut mempunyai input haba yang lebih rendah daripada kuasa berterusan.
Walau bagaimanapun, operasi laser berdenyut sebahagian besarnya terhad kepada LBW-W, kerana sistem LBW-P menggunakan kuasa berterusan untuk beroperasi dengan paling cekap. Ini disebabkan oleh fakta bahawa dalam aplikasi berasaskan serbuk, serbuk dihantar secara berterusan, yang akan mengakibatkan sejumlah besar serbuk terbuang atau kekurangan gabungan disebabkan oleh haba yang tidak mencukupi antara denyutan.
Untuk sistem berasaskan wayar, penyuap wayar dikawal dengan tepat oleh peralatan untuk mengekalkan keadaan kimpalan yang konsisten. Adalah penting untuk diperhatikan bahawa mod kimpalan sebagai pembolehubah bebas juga boleh memberi kesan ke atas kadar pemendapan proses kimpalan, tetapi ini sangat bergantung pada jenis sistem, serta keadaan pembaikan.
Secara keseluruhan, pilihan corak kimpalan hendaklah berdasarkan jenis logam pengisi yang dihantar, tetapi juga pada jenis pembaikan dan sifat kimpalan yang dikehendaki.
Reka bentuk sambungan kimpalan
Untuk meminimumkan kemungkinan kecacatan, reka bentuk sambungan mestilah sesuai dengan jenis sistem kimpalan yang digunakan. Sistem kimpalan berasaskan wayar biasanya lebih bertolak ansur dengan sudut tajam dan alur dalam daripada sistem kimpalan serbuk.
Ini disebabkan oleh fakta bahawa sistem wayar tidak memerlukan sistem pengangkutan gas untuk membawa bahan pengisi ke zon kimpalan. Dalam sistem kimpalan berasaskan serbuk, pergolakan dalam gas pembawa yang digunakan untuk mengangkut serbuk ke kolam lebur yang disebabkan oleh geometri substrat (cth, v-serong) mengakibatkan kadar penghantaran serbuk yang lebih lemah dan perisai yang lebih lemah.
Kadar penghantaran serbuk yang lemah boleh menyebabkan kimpalan yang tidak cekap dan haba berlebihan mencapai substrat, manakala sifat pelindung yang lemah boleh menyebabkan keliangan dan pembentukan kemasukan oksida. Di samping itu, dengan LBW-P, lebihan serbuk tidak bercantum boleh terkumpul di dalam sendi.
Kimpalan pada serbuk longgar tersebut boleh menyebabkan kecacatan yang serius termasuk kekurangan gabungan, keliangan atau keretakan. Akibatnya, penghantaran logam pengisi berasaskan serbuk pada serong memerlukan sudut serong yang lebih luas, yang menghasilkan lebih banyak sambungan dikimpal tetapi juga meningkatkan isipadu serong.
Akibatnya, apabila menggunakan LBW-P, volum alur v yang diperlukan untuk mengekstrak spesimen adalah sangat besar berbanding dengan dimensi tipikal kimpalan laser, menjadikannya tidak praktikal untuk membuat spesimen untuk pencirian proses.
Dalam kes penghantaran logam pengisi berasaskan wayar, dinding cerun alur memberikan cabaran geometri untuk melindungi penghantaran gas dan wayar, yang meningkatkan kemungkinan keliangan dan meningkatkan kerentanan kepada kekurangan kecacatan gabungan.
Walau bagaimanapun, beveling boleh dilakukan dengan kimpalan LBW. Selain itu, untuk kebanyakan pembaikan aci di mana LBW terpakai, pembaikan selalunya adalah tindanan kimpal dan tidak memerlukan kimpalan serong.
Rajah 2 menunjukkan jenis biasa pembaikan aci, termasuk tindanan, binaan dan pembaikan rintisan. Walaupun pembaikan rintisan memerlukan kimpalan serong, LBW biasanya tidak digunakan kerana proses lain mempunyai kadar pemendapan yang lebih tinggi.
Mengenai jenis bahan pengisi, LBW-P dan LBW-W boleh digunakan untuk pembaikan aci am, tetapi berhati-hati harus diambil apabila mengimpal dekat dengan langkah atau ciri yang boleh menyebabkan pergolakan dalam proses serbuk.
Walau bagaimanapun, keperluan kelayakan proses kimpalan mungkin mustahil atau tidak praktikal untuk LBW-P, dan LBW-P juga mungkin mengalami kesukaran di mana keliangan tidak boleh diterima.
Kos dan Ketersediaan Logam Pengisi
Keupayaan untuk memilih logam pengisi bergantung kepada ketersediaan bahan yang dibincangkan.
Secara umum, versi wayar dan serbuk tersedia untuk pelbagai bahan.
Walau bagaimanapun, bahan berasaskan wayar cenderung terhad kepada aloi kimpalan biasa, manakala bahan serbuk cenderung ke arah keluli aloi yang lebih tinggi dan aloi khusus.
Ini kerana salah satu pemacu utama untuk pengeluaran serbuk ialah pembuatan bahan tambahan berasaskan serbuk, yang mempunyai nisbah kos-faedah tertinggi untuk bahan yang lebih eksotik.
Disebabkan ini, sukar untuk mencari keluli karbon dan aloi rendah dalam bentuk serbuk kerana bahan ini cukup murah sehingga tidak kos efektif untuk menggunakan bentuk serbuk untuk kebanyakan aplikasi industri.
Memandangkan keluli karbon dan aloi rendah banyak digunakan dalam industri jentera pendesak, sistem kimpalan laser berasaskan wayar selalunya merupakan pilihan yang lebih baik kerana ketersediaan bahan ini yang lebih baik. Selain itu, logam pengisi dalam bentuk dawai juga biasanya lebih murah daripada bentuk serbuk.
Keburukan
Dari sudut pandangan aplikasi, salah satu perbezaan utama antara kimpalan laser berasaskan serbuk dan kimpalan laser berasaskan wayar ialah jenis kecacatan dan kemungkinan pembentukan kecacatan semasa proses kimpalan.
LBW-W mampu menghasilkan kimpalan padat sepenuhnya, bebas kecacatan, manakala LBW-P biasanya mempunyai jumlah keliangan yang paling sedikit. Walau apa pun, parameter kimpalan suboptimum, geometri sambungan atau keadaan boleh menghasilkan kecacatan dalam kedua-dua proses.
Kecacatan biasa yang berlaku dalam kimpalan laser termasuk yang berikut, yang menunjukkan kecacatan pada tindanan LBW-P:
- Keliangan
- Kekurangan gabungan
- Zarah tidak bercantum
- retak
Keliangan dicirikan oleh kehadiran lompang dalam deposit kimpalan, yang dicipta oleh pelepasan gas yang terperangkap semasa pemejalan.
Untuk LBW, terdapat beberapa cara untuk memasukkan gas ke dalam kolam kimpalan, tetapi teori utama termasuk penangkapan gas pelindung atau wap logam, peronggaan yang disebabkan oleh kimpalan lubang kecil yang tidak stabil, dan gas yang terperangkap dalam zarah serbuk semasa pengabusan dan dibebaskan semasa proses kimpalan.
Di samping itu, liputan gas pelindung yang lemah semasa proses kimpalan boleh menyebabkan peronggaan, yang biasanya disebabkan oleh kanta gas atau pergolakan yang tidak dijajarkan dengan betul berhampiran kolam kimpalan.
Ini boleh disebabkan oleh pergolakan daripada pengoksidaan pesat kolam kimpalan yang telah sembuh, atau gas akibat pembakaran oksigen di udara. Akhir sekali, kekurangan kebersihan asas dan bahan pengisi juga boleh menyumbang kepada keliangan.
Kimpalan pada bahan organik (minyak, gris, kotoran, oksida, dsb.) boleh menyebabkan gas keluar semasa proses kimpalan, terperangkap dalam kolam kimpalan apabila ia menjadi pejal.
Kekurangan pelakuran dicirikan oleh logam pengisi tidak bercantum dengan logam asas di suatu lokasi. Ini berlaku apabila sumber haba tidak menghasilkan haba yang mencukupi untuk mengikat pengisi dan logam asas.
Penyebab biasa keadaan ini termasuk sudut kimpalan yang lemah, kadar suapan bahan pengisi yang tinggi dan/atau kuasa laser yang tidak mencukupi. Sama seperti zarah tidak bercantum, tidak bercantum dicirikan oleh kehadiran sisa serbuk tidak bercantum dalam kimpalan.
Jenis kecacatan ini unik untuk LBW-P kerana ia melibatkan serbuk, yang mana LBW-W tidak. Sebab zarah yang tidak bercantum adalah serupa dengan kekurangan pelakuran, iaitu, tidak cukup haba untuk mencairkan sepenuhnya dan menggabungkan bahan pengisi dengan bahan asas.
Ini biasanya disebabkan oleh laser tidak mempunyai masa, kuasa, dan/atau kedudukan yang betul untuk mencairkan semua logam pengisi di kawasan kimpalan.
Keretakan dicirikan oleh logam kimpalan yang terputus akibat tekanan. Keretakan boleh disebabkan oleh pelbagai faktor, contoh biasa termasuk reka bentuk sambungan yang sangat terhad, kadar penyejukan pantas, kerentanan logam pengisi, pencemaran, bentuk kimpalan dan/atau parameter kimpalan yang salah. Diterjemah dengan www.DeepL.com/Translator (versi percuma)
