Rotori ir viena no vissvarīgākajām lāpstiņriteņu iekārtu un aprīkojuma sastāvdaļām. Šīs precīzās sastāvdaļas griežas ar ārkārtīgi lielu ātrumu, un tām ir jāiztur ievērojams spriegums plašā ekspluatācijas laika diapazonā.
Lai sasniegtu šo uzticamības līmeni, ražotājiem ir jānodrošina, ka sastāvdaļas ir piemērotas lietojumam. Stingra sastāva, mehānisko īpašību un apstrādes kontrole nodrošina, ka detaļas ir pieņemamas.
Šīs pārbaudes, verifikācijas un drošības pasākumi palielina kalpošanas laiku, vienlaikus samazinot katastrofālas atteices risku.
Tomēr normālas darbības izraisīts nolietojums galu galā radīs pietiekami daudz bojājumu, lai būtu nepieciešams remonts vai nomaiņa. Uzkrātie bojājumi parasti ir virspusēji, un remonts nodrošina izmaksu un laika priekšrocības salīdzinājumā ar visa rotora nomaiņu, vienlaikus palielinot minimālo risku, kas saistīts ar remonta procesu.
Tipiski remonta procesi ietver krāsošanu, apšuvumu, loka metināšanu, plazmas metināšanu un lāzermetināšanu. Katram procesam ir priekšrocības un trūkumi atkarībā no dažādiem faktoriem, tostarp bojājuma vietas un apjoma, darbības apstākļiem, lietošanas vides, nepieciešamajiem pamatnes un remonta materiāliem, kā arī klientu piekrišanas.
Šis raksts īpaši pievēršas lāzermetināšanas remontam un tam, kā lāzermetināšanas process var dot labumu kompresoru un turbīnas vārpstu remontam, tostarp risināmajām problēmām.
Diskusija ietver visbiežāk remontējamās vārpstas zonas, lāzermetināšanas riskus šajās vietās un testu veidus, kas jāveic, lai apstiprinātu procedūru.
Lāzera staru metināšana
Pirms lāzera staru metināšanas (LBW) parādīšanās visizplatītākais vārpstas remonta process bija zemūdens loka metināšana (SAW), galvenokārt tās nelīdzenuma un augstā nogulsnēšanās ātruma dēļ.
Tomēr šis process ietver lielu siltuma padevi, kas var izraisīt vārpstas kropļojumus un lielus atlikušos spriegumus. Izkropļojuma dēļ zāģu remontam bieži ir jānoņem visi izvirzītie elementi no remonta zonas, jārekonstruē šie elementi un jāveic plašs pārklājums, lai nodrošinātu pietiekamu apstrādes pielaidi izmēru atjaunošanai.
Turklāt, ņemot vērā metināšanas radītos lielos atlikušos spriegumus, remontam pirms galīgās apstrādes vienmēr nepieciešama pēcmetināšanas termiskā apstrāde (PWHT), kas mazina atlikušos spriegumus un tādējādi samazina aksiālo kustību (izkropļojumu) apstrādes laikā.
Metināšanu (ieskaitot apšuvumu), griešanu un termisko apstrādi var veikt, izmantojot fokusētus lāzerus. Lai gan LBW pastāv kopš 1970. gadiem, tehnoloģiju uzlabojumi un pieejamība ir paplašinājuši tā rūpniecisko pielietojumu, tagad iekļaujot lāpstiņriteņa mehānisko rotoru remontu.
LBW galvenā priekšrocība ir tā, ka tas ir process ar augstu enerģijas blīvumu, un tāpēc to var metināt ar ļoti zemu siltuma padevi, tādējādi samazinot parasto metālu noārdīšanos, siltuma ietekmētās zonas (HAZ) izmēru, atlikušos spriegumus un deformācijas, kā arī ļaujot ļoti ātri. metināšanas ātrumi.
Tajā pašā laikā mazāka siltuma ietekmētā zona ir arī izdevīga, jo mazākam aksiālajam tilpumam ir kaitīgas īpašības, ko izraisa saplūšanas procesā radītais siltums.
Tas ir īpaši svarīgi termiski apstrādājamiem sakausējumiem, piemēram, rūdītiem un rūdītiem tēraudiem, kurus parasti izmanto lāpstiņriteņu iekārtu rotoros. Lāzermetināšanas iestatīšanas piemērs ir parādīts 1. attēlā.
Papildus zemai siltuma padevei LBW process ražo augstas kvalitātes kausētās šuves ar metalurģisku savienojumu (bez atslāņošanās, saķeres, kas var rasties pārklājumos), vieglu automatizāciju, konsistenci un atkārtojamību, kā arī augstu ģeometrisko precizitāti.
Piemēram, šajā pētījumā izmantotie lāzera punktu izmēri var būt no maza metinājuma ar diametru {{0}},2 mm līdz augsta nogulsnēšanās ātruma pārklājumam ar diametru 2,0 mm.
Lai pilnībā izmantotu LBW procesa priekšrocības, procesa iespējas ir jāsaskaņo ar lietojumprogrammu, un pirms LBW ieviešanas rotora remontam ir jāizpēta citi tālāk minētie apsvērumi.
Metāla pildījums
Lāzermetināšanai ir divi dažādi procesi. Viens izmanto ar pulveri pildītu metālu (LBW-P), bet otrs izmanto uz stieples pildītu metālu (LBW-W). LBW-P pulveris tiek piegādāts no pulvera padeves caur cauruli un vienu vai vairākām sprauslām ar inertas gāzes strūklu, kas transportē pulveri metināšanas baseinā.
LBW-W pildvielas metālu piegādā manuāli vai mehanizēti stieples padevēji, kas ievada stiepli metināšanas baseinā.
Starp abām metodēm pastāv metalurģiskas un loģistikas atšķirības, kas jāņem vērā, nosakot konkrētajam remontam piemērotāko procesu. Tas jo īpaši attiecas uz to, ka ASME BPVC šīs atšķirības vēl nav ņēmis vērā.
Starp galvenajiem mainīgajiem lielumiem ir informācija, kas saistīta ar pulvera pildvielas metālu, tostarp pulvera metāla izmēru, blīvumu un padeves ātrumu. Tomēr nav pieminēti aizpildīšanas līnijas parametri.
Tas norāda, ka pašreizējā specifikācija attiecas tikai uz pulverlāzermetināšanas lietojumiem. No tā arī izriet, ka procesa raksturojums attiecas tikai uz pulverveida lāzermetināšanu.
Tas ir viens no iemesliem, kāpēc lāzera staru metināšanai var būt nepieciešamas papildu procesa raksturojuma prasības.
Lāzera avoti
Lāzermetināšanai var izmantot dažādus lāzera gaismas avotus. Šajā rakstā galvenā uzmanība ir pievērsta diviem visizplatītākajiem metināšanas lāzera avotiem — Nd:YAG lāzeram un šķiedru lāzeram.
Nd:YAG lāzeri sastāv no ar neodīma leģētiem itrija alumīnija granāta kristāliem, kurus ierosina ksenona lukturītis, lai radītu lāzera staru, savukārt šķiedru lāzeri sastāv no diožu komplekta, kas ierosina ar retzemju elementiem leģētu šķiedru, lai radītu lāzeru. staru kūlis.
Lai gan abus lāzera avotus var izmantot rotoru remontam, tie abi piedāvā kompromisus, tostarp stara kvalitāti, staru izmēru, staru kūļa frekvenci, kalpošanas laiku, izmaksas un efektivitāti.
Labākā lāzera izvēle ir atkarīga no pielietojuma. Tomēr, ja problēma ir ASME BPVC atbilstība, šķiedru lāzeri ir labāka izvēle.
Iemesls tam ir lāzera stara ģenerēšanas atšķirības un tā stabilitāte laika gaitā. Nd:YAG lāzeros ksenona zibspuldzes spuldze laika gaitā pasliktinās un novecojot kļūst blāvāka.
Spuldzes aptumšošana izraisa Nd:YAG kristāla ierosmes samazināšanos, kas samazina iegūtā lāzera stara intensitāti. Rezultāts ir tāds, ka noteiktā lāzera iestatījuma izejas jauda samazinās visā luktura kalpošanas laikā, lai gan samazinājuma ātrums var nebūt zināms.
Tas ir problemātiski attiecībā uz atbilstību, jo saskaņā ar ASME BPVC IX sadaļas tabulu QW-264 lāzera jauda ir kritisks mainīgais lielums, ko nevar mainīt noteiktā metināšanas procesa laikā.
Šīs prasības ievērošana Nd:YAG lāzeriem ir gandrīz neiespējama, lai gan kodā šis fakts nav minēts. Atšķirībā no Nd:YAG avotiem, šķiedru lāzera avotiem šīs problēmas nav, jo ierosmi veic diode.
Tāpēc šķiedru lāzeri ir pārāki un neapšaubāmi nepieciešami situācijās, kad ir nepieciešama koda atbilstība.
Nepārtraukti vai impulsa lāzeri
Dažām lāzeru sistēmām tagad ir iespēja darboties gan impulsa režīmā, gan nepārtrauktā darbības režīmā. Impulsu lāzeru izmantošanas priekšrocība ir tā, ka siltuma ievadi var samazināt, lai samazinātu HAZ izmēru, atlikušos spriegumus un aberācijas.
Papildus vispārējām priekšrocībām pulsēšana var būt noderīga īpašos gadījumos, piemēram, metinot gatavās detaļas, kur PWHT nav iespējama. Tas ir saistīts ar faktu, ka impulsa jaudai ir mazāka siltuma padeve nekā nepārtrauktai jaudai.
Tomēr impulsa lāzera darbība lielā mērā ir ierobežota ar LBW-W, jo LBW-P sistēmas izmanto nepārtrauktu jaudu, lai darbotos visefektīvāk. Tas ir saistīts ar faktu, ka pulverveida lietojumos pulveris tiek piegādāts nepārtraukti, kā rezultātā rodas ievērojams daudzums izšķērdēta pulvera vai kausēšanas trūkums nepietiekama siltuma starp impulsiem dēļ.
Uz stieples balstītām sistēmām stieples padevēju precīzi kontrolē iekārta, lai uzturētu konsekventus metināšanas apstākļus. Ir svarīgi atzīmēt, ka metināšanas režīms kā neatkarīgs mainīgais var ietekmēt arī metināšanas procesa nogulsnēšanās ātrumu, taču tas ir ļoti atkarīgs no sistēmas veida, kā arī no remonta apstākļiem.
Kopumā metinājuma parauga izvēlei jābūt balstītai uz piegādātā metāla pildījuma veidu, kā arī uz remonta veidu un vēlamajām metinājuma īpašībām.
Metināto savienojumu dizains
Lai samazinātu iespējamos defektus, savienojuma konstrukcijai jāatbilst izmantotās metināšanas sistēmas veidam. Stiepļu metināšanas sistēmas parasti ir izturīgākas pret asiem stūriem un dziļām rievām nekā pulvermetināšanas sistēmas.
Tas ir saistīts ar faktu, ka stiepļu sistēmām nav nepieciešama gāzes transportēšanas sistēma, lai pildījuma materiālu nogādātu uz metināšanas zonu. Pulverveida metināšanas sistēmās nesējgāzes turbulence, ko izmanto pulvera transportēšanai uz izkausēto baseinu, ko izraisa substrāta ģeometrija (piemēram, V-veida slīpums), samazina pulvera padeves ātrumu un sliktāku ekranējumu.
Slikti pulvera padeves ātrumi var izraisīt neefektīvu metināšanu un pārmērīgu siltuma nonākšanu pamatnē, savukārt sliktas ekranēšanas īpašības var izraisīt porainību un oksīdu ieslēgumu veidošanos. Turklāt, lietojot LBW-P, locītavā var uzkrāties lieks nekausēts pulveris.
Šāda birstoša pulvera metināšana var radīt nopietnus defektus, tostarp saplūšanas trūkumu, porainību vai plaisāšanu. Rezultātā pulverveida pildvielas metāla padevei pie slīpuma ir nepieciešams plašāks slīpuma leņķis, kas rada vairāk metināto savienojumu, bet arī palielina slīpuma tilpumu.
Rezultātā, izmantojot LBW-P, parauga izvilkšanai nepieciešamais v-rievas tilpums ir ļoti liels, salīdzinot ar lāzera metinājuma tipiskajiem izmēriem, tāpēc nav praktiski izgatavot paraugu procesa raksturošanai.
Stiepļu pildījuma metāla piegādes gadījumā rievas slīpās sienas rada ģeometriskus izaicinājumus aizsarggāzes un stieples padevei, kas palielina porainības iespējamību un palielina jutību pret saplūšanas defektu trūkumu.
Tomēr slīpēšana ir iespējama ar LBW metināšanu. Turklāt lielākajai daļai vārpstu remontdarbu, kur ir piemērojams LBW, remonts bieži ir metināšanas pārklājums, un tam nav nepieciešama slīpa metināšana.
2. attēlā parādīti izplatītākie vārpstas remonta veidi, tostarp pārklājuma, uzkrāšanās un nobīdes remonts. Lai gan slokšņu remontam nepieciešama slīpa metināšana, LBW parasti neizmanto, jo citiem procesiem ir augstāks nogulsnēšanās ātrums.
Attiecībā uz pildvielu materiāliem LBW-P un LBW-W var izmantot vispārējam vārpstas remontam, taču jāievēro piesardzība, metinot tuvu pakāpieniem vai elementiem, kas var izraisīt turbulenci pulvera procesā.
Tomēr metināšanas procesa kvalifikācijas prasības LBW-P var būt neiespējamas vai nepraktiskas, un arī LBW-P var rasties grūtības, ja porainība ir nepieņemama.
Pildmetālu izmaksas un pieejamība
Spēja izvēlēties pildvielu ir atkarīga no apspriežamā materiāla pieejamības.
Parasti stieples un pulvera versijas ir pieejamas dažādiem materiāliem.
Tomēr materiāli uz stiepļu bāzes parasti ir ierobežoti ar parastiem metināšanas sakausējumiem, savukārt pulvermateriāli ir vērsti uz augstāk leģētiem tēraudiem un īpašiem sakausējumiem.
Tas ir tāpēc, ka viens no galvenajiem pulvera ražošanas virzītājspēkiem ir piedevu ražošana uz pulvera bāzes, kurai ir visaugstākā izmaksu un ieguvumu attiecība eksotiskākiem materiāliem.
Šī iemesla dēļ ir grūti atrast oglekļa un mazleģētus tēraudus pulvera veidā, jo šie materiāli ir pietiekami lēti, tāpēc nav rentabli izmantot pulvera formu lielākajai daļai rūpniecisku lietojumu.
Tā kā oglekļa un mazleģētais tērauds tiek plaši izmantots lāpstiņriteņu iekārtu rūpniecībā, uz stieples balstītas lāzermetināšanas sistēmas bieži vien ir labāks risinājums, jo šie materiāli ir labāk pieejami. Turklāt pildvielas metāli stiepļu veidā parasti ir arī lētāki nekā pulverveida.
Trūkumi
No pielietojuma viedokļa viena no galvenajām atšķirībām starp pulverveida lāzermetināšanu un stiepļu lāzermetināšanu ir defektu veids un defektu veidošanās iespējamība metināšanas procesa laikā.
LBW-W spēj radīt pilnīgi blīvas, bez defektiem metinātas šuves, savukārt LBW-P parasti ir vismazākā porainība. Jebkurā gadījumā neoptimāli metināšanas parametri, savienojuma ģeometrija vai apstākļi var radīt defektus jebkurā procesā.
Tipiski defekti, kas rodas lāzermetināšanā, ir šādi, kas parāda LBW-P pārklājuma defektus:
- Porainība
- Sapludināšanas trūkums
- Nekausētas daļiņas
- Plaisas
Porainību raksturo tukšumu klātbūtne metināšanas nogulsnē, ko rada sacietēšanas laikā notverto gāzu izplūde.
Attiecībā uz LBW ir vairāki veidi, kā ievadīt gāzes metināšanas baseinā, taču galvenās teorijas ietver aizsarggāzu vai metāla tvaiku uztveršanu, kavitāciju, ko izraisa nestabilas maza cauruma šuves, un gāzes, kas iesprostotas pulvera daļiņās izsmidzināšanas laikā un izdalās izsmidzināšanas laikā. metināšanas process.
Turklāt slikts aizsarggāzes pārklājums metināšanas procesa laikā var izraisīt kavitāciju, ko parasti izraisa nepareizi novietotas gāzes lēcas vai turbulence metināšanas baseina tuvumā.
Tas var būt saistīts ar turbulenci, ko izraisa sacietējušā metinājuma baseina strauja oksidēšanās, vai gāzu veidošanos, ko izraisa skābekļa sadegšana gaisā. Visbeidzot, porainību var veicināt arī pamatnes un pildvielu tīrības trūkums.
Metināšana uz organiskiem materiāliem (eļļa, tauki, netīrumi, oksīdi utt.) var izraisīt gāzu izdalīšanos metināšanas procesa laikā, kas, sacietējot, tiek iesprostoti metināšanas baseinā.
Kausēšanas trūkumu raksturo tas, ka pildmetāls noteiktā vietā nav sakausēts ar parasto metālu. Tas notiek, ja siltuma avots nerada pietiekami daudz siltuma, lai savienotu pildvielu un parastos metālus.
Tipiski šī stāvokļa cēloņi ir slikti metināšanas leņķi, augsts pildvielas padeves ātrums un/vai nepietiekama lāzera jauda. Līdzīgi kā nesakausētām, nekausētām daļiņām ir raksturīga nesakausēta pulvera atlikumu klātbūtne metinātajā šuvē.
Šis defekta veids ir unikāls LBW-P, jo tas ir saistīts ar pulveri, kas nav LBW-W. Nesakausēto daļiņu iemesls ir līdzīgs saplūšanas trūkumam, ti, nav pietiekami daudz siltuma, lai pilnībā izkausētu un sapludinātu pildvielu ar pamatmateriālu.
Parasti tas notiek tāpēc, ka lāzeram nav pietiekami daudz laika, jaudas un/vai nav pareizi novietots, lai izkausētu visu pildmetālu metināšanas zonā.
Plaisāšanu raksturo metinātā metāla atdalīšana sprieguma dēļ. Plaisāšanu var izraisīt dažādi faktori, bieži sastopami piemēri ir ļoti ierobežota savienojuma konstrukcija, ātrs dzesēšanas ātrums, pildvielas metāla jutība, piesārņojums, metināšanas forma un/vai nepareizi metināšanas parametri. Tulkots ar www.DeepL.com/Translator (bezmaksas versija)
