Передовые технологии оцифровки 3D-сканирования для неразрушающего контроля компонентов промышленных газовых турбин

Источник всех изображений: CAPTURE 3D, компания ZEISS.

Компании, производящие детали для аэрокосмической отрасли и энергетики, такие как компоненты двигателей промышленных газовых турбин (IGT), лопатки тракта горячего газа и направляющие аппараты сопла, наносят защитное покрытие на лопатки турбин, что позволяет им выдерживать высокие температуры, которым они подвергаются во время работы. . Толщину и микроструктуру покрытия необходимо оценивать во время применения и на протяжении всего срока службы лезвия, чтобы убедиться в его пригодности к эксплуатации. Аэрокосмические и энергетические компании могут выполнить этот анализ с помощью методов разрушающего контроля (DT) или неразрушающего контроля (NDT).

Один из методов DT включает использование методов электроэрозионной обработки (EDM) для разрезания секций лопатки для анализа с помощью микроскопии, позволяющего детально рассмотреть размер и структуру слоев покрытия. Однако производство каждого лезвия может стоить более 1000 долларов, и обычно требуется проверять одно из 20 лезвий, что делает этот метод дорогим, трудоемким, непрактичным для больших объемов и ограничивающимся локальным анализом. Распространенным методом неразрушающего контроля для этого измерения является вихретоковый контроль, при котором используется электромагнитная индукция для измерения толщины покрытия путем обнаружения изменений электропроводности, вызванных наличием покрытия. Однако этот подход ограничен магнитными свойствами, из которых изготовлены лопатки турбины.

Это затруднительное положение часто встречается в аэрокосмической промышленности, где методы разрушения и неразрушающего контроля используются на протяжении всего жизненного цикла компонента, от производства до технического обслуживания и ремонта. Используемые для анализа, критического для качества и функциональности, например, измерения толщины покрытия и проверки размеров внутренних стенок лопаток, разрушающие методы предоставляют необходимую информацию, но за высокую цену. Между тем, некоторые альтернативы неразрушающего контроля ограничены материалами приложения и предоставляют ограниченную информацию о необходимых усилиях. Передовые технологии 3D-оцифровки предлагают решение с модернизированной альтернативой неразрушающего контроля, которое экономит время и деньги и открывает доступ к большему количеству информации за один сеанс измерения.

Другой альтернативой разрушающему контролю для анализа толщины покрытия является использование тестовых образцов в качестве стандартизированных образцов, которые позволяют анализировать локальные данные из нескольких областей лопатки. Тестовые купоны отправляются в лабораторию, где технические специалисты оценивают толщину поперечного сечения покрытий. Лабораторный анализ указывает на соответствующие изменения в процессе нанесения покрытия. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет достигнута допустимая толщина. Одна итерация проекта покрытия может занять шесть недель, а в некоторых проектах, требующих нескольких итераций, это становится длительным процессом разработки. Однако точный 3D-сканер предлагает быстрый и эффективный альтернативный метод измерения толщины покрытия лезвия. Вместо того, чтобы неделями ждать анализа в лаборатории, 3D-сканер быстро собирает результаты измерений, а передовое программное обеспечение для 3D-метрологии оценивает толщину покрытия за секунды. Процесс прост:

Оцифровка этого процесса дает множество преимуществ по сравнению с деструктивными и традиционными методами неразрушающего контроля, а также ускоряет процесс разработки. Автоматизация сбора и проверки данных еще больше увеличивает скорость и эффективность этого процесса. Оператор может заранее определить допуск измерения толщины покрытия в программном обеспечении, чтобы определить, прошел ли лезвие или нет, а программное обеспечение может автоматически генерировать отчеты о пройденном/неудачном испытании. Многослойные покрытия также можно анализировать по общей толщине и оценивать по отдельным слоям в одном отчете.

Другое распространенное применение разрушающего анализа включает проверку внутренних структур высокотемпературных лопаток. Газовые турбины требуют усовершенствованного керамического сердечника и литья по выплавляемым моделям из суперсплавов для оптимизации охлаждения, производительности и долговечности. Эти керамические сердечники с низким расходом имеют многостенные стенки и другие сложные конструктивные особенности. Быстро и точно проверить размеры этих внутренних стен, не разрушив их, является непростой задачей.