Rotorlar, pervane makine ve ekipmanlarındaki en kritik bileşenlerden biridir. Bu hassas bileşenler son derece yüksek hızlarda döner ve çok çeşitli servis süreleri boyunca önemli gerilimlere dayanmalıdır.
Bu düzeyde bir güvenilirlik elde etmek için üreticilerin, bileşenlerin uygulamaya uygun olduğundan emin olmaları gerekir. Kompozisyon, mekanik özellikler ve işleme üzerindeki katı kontroller, parçaların kabul edilebilir olmasını sağlar.
Bu kontroller, doğrulamalar ve korumalar, yıkıcı arıza riskini en aza indirirken hizmet ömrünü en üst düzeye çıkarır.
Bununla birlikte, normal çalışmadan kaynaklanan aşınma ve yıpranma, sonunda onarım veya değiştirme gerektirecek kadar hasara neden olacaktır. Birikmiş hasar genellikle yüzeyseldir ve onarım, tüm rotorun değiştirilmesine göre maliyet ve zaman avantajları sağlarken, onarım süreciyle ilişkili minimum riski artırır.
Tipik onarım süreçleri arasında boyama, kaplama, ark kaynağı, plazma kaynağı ve lazer kaynağı bulunur. Her işlemin, hasarın yeri ve boyutu, çalışma koşulları, kullanım ortamı, gereken yüzey ve tamir malzemesi ve müşteri kabulü gibi çeşitli faktörlere bağlı olarak avantajları ve dezavantajları vardır.
Bu makale özellikle lazer kaynak onarımlarına ve ele alınacak sorunlar da dahil olmak üzere lazer kaynak işleminin kompresör ve türbin mili onarımlarına nasıl fayda sağlayabileceğine odaklanmaktadır.
Tartışma, en yaygın olarak tamir edilen şaft alanlarını, bu konumlarda lazer kaynağının risklerini ve prosedürü doğrulamak için gerekli olan test türlerini içerir.
Lazer Işın Kaynağı
Lazer ışını kaynağının (LBW) ortaya çıkmasından önce, en yaygın şaft onarım işlemi, öncelikle sağlamlığı ve yüksek biriktirme oranı nedeniyle toz altı ark kaynağıydı (SAW).
Bununla birlikte, bu işlem, şaft bozulmasına ve yüksek kalıntı gerilmelere yol açabilen yüksek ısı girişi içerir. Bozulma nedeniyle, SAW onarımları genellikle onarım alanından tüm çıkıntılı özelliklerin çıkarılmasını, bu özelliklerin yeniden oluşturulmasını ve boyutları geri yüklemek için yeterli işleme payını sağlamak için kapsamlı kaplamayı gerektirir.
Ek olarak, kaynakla üretilen yüksek artık gerilimler nedeniyle, onarımlar her zaman son işlemeden önce artık gerilimleri azaltan ve böylece işleme operasyonları sırasında eksenel hareketi (bozulma) en aza indiren Kaynak Sonrası Isıl İşlem (PWHT) gerektirir.
Kaynak (kaplama dahil), kesme ve ısıl işlem odaklanmış lazerler kullanılarak gerçekleştirilebilir. LBW 1970'lerden beri var olmasına rağmen, teknolojideki gelişmeler ve satın alınabilirlik, endüstriyel uygulamalarını artık pervane mekanik rotor onarımını içerecek şekilde genişletti.
LBW'nin ana avantajı, yüksek enerji yoğunluklu bir proses olması ve bu nedenle çok düşük ısı girdisiyle kaynaklanabilmesi, böylece ana metal bozulmasını, ısıdan etkilenen bölge (HAZ) boyutunu, artık gerilmeleri ve distorsiyonu en aza indirirken aynı zamanda çok hızlı kaynak yapılabilmesidir. kaynak hızları.
Aynı zamanda, ısıdan etkilenen daha küçük bir bölge de faydalıdır çünkü eksenel hacmin daha azı füzyon prosesi tarafından üretilen ısının neden olduğu zararlı özelliklere sahiptir.
Bu, pervaneli makine rotorlarında yaygın olarak kullanılan su verilmiş ve temperlenmiş çelikler gibi ısıl işlem uygulanabilen alaşımlar söz konusu olduğunda özellikle önemlidir. Bir lazer kaynak kurulumu örneği Şekil 1'de gösterilmiştir.
Düşük ısı girişine ek olarak, LBW işlemi, metalurjik bağlama (kaplamalarda meydana gelebilecek delaminasyon, yapışma yok), kolay otomasyon, tutarlılık ve tekrarlanabilirlik ve yüksek geometrik doğruluk ile yüksek kaliteli ergitme kaynakları üretir.
Örneğin, bu çalışmada kullanılan lazer nokta boyutları, {{0}},2 mm çapındaki küçük bir kaynaktan 2,0 mm çapındaki yüksek biriktirme hızlı kaplamaya kadar değişebilir.
LBW işleminden tam olarak yararlanmak için, işlem yeteneklerinin uygulamayla eşleşmesi gerekir ve rotor onarımı için LBW uygulanmadan önce aşağıda belirtilen diğer hususlar incelenmelidir.
metal dolgu
Lazer kaynağı için iki farklı işlem vardır. Biri toz dolgulu metal (LBW-P) ve diğeri tel bazlı dolgulu metal (LBW-W) kullanır. LBW-P'de toz, bir toz besleyiciden bir tüp ve bir veya daha fazla nozül yoluyla, tozu kaynak havuzuna taşıyan bir inert gaz jeti ile iletilir.
LBW-W'de dolgu metali, teli kaynak havuzuna besleyen manuel veya mekanize tel besleyiciler tarafından teslim edilir.
Belirli bir onarım için en uygun süreci belirlerken dikkate alınması gereken iki yöntem arasında metalurjik ve lojistik farklılıklar vardır. ASME BPVC'nin bu farklılıkları henüz dikkate almadığı düşünülürse bu özellikle doğrudur.
Temel değişkenler arasında, toz metal boyutu, yoğunluğu ve ilerleme hızı dahil olmak üzere toz dolgu metaliyle ilgili ayrıntılar yer alır. Ancak, doldurma çizgisi parametrelerinden söz edilmez.
Bu, mevcut spesifikasyonun yalnızca toz lazer kaynak uygulamalarını dikkate aldığını gösterir. Ayrıca, süreç karakterizasyonunun yalnızca toz bazlı lazer kaynağıyla ilgili olduğu sonucu çıkar.
Lazer ışını kaynağının ek işlem karakterizasyon gereksinimleri gerektirmesinin bir nedeni budur.
Lazer Kaynakları
Lazer kaynağı için çeşitli lazer ışık kaynakları kullanılabilir. Bu makale, en yaygın iki kaynak lazeri kaynağı olan Nd:YAG lazer ve fiber lazer üzerine odaklanmaktadır.
Nd:YAG lazerler, bir lazer ışını üretmek için bir xenon flaş ışığı tarafından uyarılan neodimiyum katkılı itriyum alüminyum granat kristallerinden oluşurken, fiber lazerler, bir lazer üretmek için nadir toprak elementi katkılı bir fiberi uyaran bir dizi diyottan oluşur. ışın
Her iki lazer kaynağı da rotor onarımı için kullanılabilse de, her ikisi de ışın kalitesi, ışın boyutu, ışın frekansı, kullanım ömrü, maliyet ve verimlilik gibi ödünleşimler sunar.
En iyi lazeri seçmek uygulamaya bağlıdır. Ancak ASME BPVC uyumluluğu söz konusu olduğunda fiber lazerler daha iyi bir seçimdir.
Bunun nedeni, lazer ışınının nasıl üretildiği ve zaman içindeki kararlılığının farklı olmasıdır. Nd:YAG lazerlerde, xenon flaş ampulü zamanla bozulur ve eskidikçe kararır.
Ampulün karartılması, Nd:YAG kristalinin uyarılmasının azalmasına neden olur ve bu da ortaya çıkan lazer ışınının yoğunluğunu azaltır. Sonuç, belirli bir lazer kurulumunun çıkış gücünün, bozulma oranı bilinmese de, el fenerinin ömrü boyunca azalmasıdır.
ASME BPVC Bölüm IX Tablo QW-264'ye göre lazer gücü, belirli bir kaynak işlemi sırasında değiştirilemeyen kritik bir değişken olduğundan, bu durum uygunluk açısından sorunludur.
Kodda bu olgudan söz edilmemesine rağmen, Nd:YAG lazerler için bu gerekliliği sağlamak neredeyse imkansızdır. Nd:YAG kaynaklarının aksine, fiber lazer kaynaklarında bu sorun yoktur çünkü uyarma bir diyot tarafından gerçekleştirilir.
Bu nedenle, fiber lazerler üstündür ve muhtemelen kod uyumluluğunun gerekli olduğu durumlarda gereklidir.
Sürekli veya Darbeli Lazerler
Bazı lazer sistemleri artık hem darbeli modda hem de sürekli çalışma modunda çalışma yeteneğine sahiptir. Darbeli lazer kullanmanın avantajı, ısı girişinin azaltılarak ITAB boyutunun, artık gerilmelerin ve sapmaların en aza indirilebilmesidir.
Genel avantajlarına ek olarak, PWHT'nin mümkün olmadığı bitmiş parçalarda kaynak yapılması gibi özel durumlarda darbeli darbe yararlı olabilir. Bunun nedeni, darbeli gücün sürekli güce göre daha düşük bir ısı girişine sahip olmasıdır.
Ancak, darbeli lazer işlemi büyük ölçüde LBW-W ile sınırlıdır, çünkü LBW-P sistemleri en verimli şekilde çalışmak için sürekli güç kullanır. Bunun nedeni, toz bazlı uygulamalarda tozun sürekli olarak iletilmesidir, bu da önemli miktarda tozun boşa harcanmasına veya atımlar arasındaki yetersiz ısı nedeniyle füzyon eksikliğine neden olur.
Tel bazlı sistemler için, tel besleyici, tutarlı kaynak koşullarını korumak için ekipman tarafından hassas bir şekilde kontrol edilir. Kaynak modunun bağımsız bir değişken olarak kaynak işleminin biriktirme hızı üzerinde de bir etkisi olabileceğini not etmek önemlidir, ancak bu büyük ölçüde sistemin tipine ve ayrıca onarım koşullarına bağlıdır.
Genel olarak, kaynak modeli seçimi teslim edilen dolgu metalinin tipine, aynı zamanda onarım tipine ve istenen kaynak özelliklerine göre yapılmalıdır.
Kaynak bağlantı tasarımı
Muhtemel kusurları en aza indirmek için, bağlantı tasarımı kullanılan kaynak sisteminin tipine uygun olmalıdır. Tel bazlı kaynak sistemleri genellikle keskin köşelere ve derin oluklara toz kaynak sistemlerine göre daha toleranslıdır.
Bunun nedeni, tel sistemlerinin dolgu malzemesini kaynak bölgesine taşımak için bir gaz taşıma sistemine ihtiyaç duymamasıdır. Toz bazlı kaynak sistemlerinde, tozu erimiş havuza taşımak için kullanılan taşıyıcı gazdaki alt tabaka geometrisinin (örn. v-eğim) neden olduğu türbülans, daha zayıf toz dağıtım oranlarına ve daha zayıf korumaya neden olur.
Zayıf toz dağıtım hızları, verimsiz kaynağa ve aşırı ısının alt tabakaya ulaşmasına neden olabilirken, zayıf koruma özellikleri gözenekliliğe ve oksit kalıntılarının oluşumuna yol açabilir. Ek olarak, LBW-P ile fazla kaynaşmamış toz eklemde birikebilir.
Bu tür gevşek tozların üzerine kaynak yapılması, ergime eksikliği, gözeneklilik veya çatlama gibi ciddi kusurlara yol açabilir. Sonuç olarak, pahta toz bazlı dolgu metali dağıtımı daha geniş bir pah açısı gerektirir, bu da daha fazla kaynaklı bağlantı oluşturur ancak aynı zamanda pahın hacmini de artırır.
Sonuç olarak, LBW-P kullanılırken numuneyi çıkarmak için gereken v-oluk hacmi, bir lazer kaynağının tipik boyutlarına kıyasla çok büyüktür, bu da proses karakterizasyonu için bir numune imal etmeyi pratik yapmaz.
Tel bazlı dolgu metali iletimi durumunda, oluğun eğimli duvarları, koruyucu gaz ve tel iletimi için geometrik zorluklar sunar, bu da gözeneklilik olasılığını artırır ve füzyon kusurlarının eksikliğine karşı hassasiyeti artırır.
Ancak LBW kaynağı ile kaynak ağzı açma mümkündür. Ek olarak, LBW'nin geçerli olduğu çoğu şaft onarımı için, onarım genellikle bir kaynak kaplamasıdır ve şev kaynağı gerektirmez.
Şekil 2, bindirme, birikme ve saplama onarımları dahil olmak üzere yaygın şaft onarım türlerini göstermektedir. Saplama onarımları konik kaynak gerektirse de, diğer işlemler daha yüksek birikme oranlarına sahip olduğundan LBW genellikle kullanılmaz.
Dolgu malzemesi türleri ile ilgili olarak, genel mil onarımı için LBW-P ve LBW-W kullanılabilir, ancak toz işleminde türbülansa neden olabilecek basamaklara veya özelliklere yakın kaynak yaparken dikkatli olunmalıdır.
Bununla birlikte, LBW-P için kaynak işlemi kalifikasyon gereklilikleri imkansız veya pratik olmayabilir ve LBW-P, gözenekliliğin kabul edilemez olduğu durumlarda da zorluklarla karşılaşabilir.
Dolgu Metallerinin Maliyeti ve Bulunabilirliği
Bir dolgu metali seçme yeteneği, tartışılan malzemenin mevcudiyetine bağlıdır.
Genel olarak, çeşitli malzemeler için tel ve toz versiyonları mevcuttur.
Bununla birlikte, tel bazlı malzemeler genel kaynak alaşımlarıyla sınırlı olma eğilimindeyken, toz malzemeler daha yüksek alaşımlı çelikler ve özel alaşımlara yönelik olma eğilimindedir.
Bunun nedeni, toz üretiminin ana itici güçlerinden birinin, daha egzotik malzemeler için en yüksek maliyet-fayda oranına sahip olan toz bazlı eklemeli üretim olmasıdır.
Bu nedenle, toz halinde karbon ve düşük alaşımlı çelikler bulmak zordur, çünkü bu malzemeler yeterince ucuzdur ve çoğu endüstriyel uygulama için toz halini kullanmak uygun maliyetli değildir.
Çark makine endüstrisinde karbon ve düşük alaşımlı çelikler yoğun bir şekilde kullanıldığından, bu malzemelerin daha iyi bulunması nedeniyle tel bazlı lazer kaynak sistemleri genellikle daha iyi bir seçenektir. Ek olarak, tel formundaki dolgu metalleri de genellikle toz formundan daha ucuzdur.
Dezavantajları
Uygulama açısından bakıldığında, toz bazlı lazer kaynağı ile tel bazlı lazer kaynağı arasındaki temel farklardan biri, kusurların türü ve kaynak işlemi sırasında kusur oluşma olasılığıdır.
LBW-W tamamen yoğun, hatasız kaynaklar üretebilirken, LBW-P tipik olarak en az miktarda gözenekliliğe sahiptir. Her durumda, yetersiz kaynak parametreleri, bağlantı geometrisi veya koşulları her iki süreçte de kusurlara neden olabilir.
Lazer kaynağında meydana gelen tipik kusurlar, LBW-P kaplamasındaki kusurları gösteren aşağıdakileri içerir:
- gözeneklilik
- füzyon eksikliği
- kaynaşmamış parçacıklar
- Çatlaklar
Gözeneklilik, katılaşma sırasında hapsolan gazların kaçmasıyla oluşturulan kaynak birikintisindeki boşlukların varlığı ile karakterize edilir.
LBW için, gazları kaynak havuzuna sokmanın birkaç yolu vardır, ancak ana teoriler, koruyucu gazların veya metal buharların tutulmasını, kararsız küçük delikli kaynakların neden olduğu kavitasyon ve atomizasyon sırasında toz partiküllerinde sıkışan ve sırasında salınan gazları içerir. kaynak işlemi.
Ek olarak, kaynak işlemi sırasında zayıf koruyucu gaz kapsamı, genellikle yanlış hizalanmış gaz merceklerinden veya kaynak havuzunun yakınındaki türbülanstan kaynaklanan kavitasyona yol açabilir.
Bunun nedeni, kürlenmiş kaynak havuzunun hızlı oksidasyonundan kaynaklanan türbülans veya havadaki oksijenin yanması nedeniyle gaz oluşumu olabilir. Son olarak, taban ve dolgu malzemelerinin temiz olmaması da gözenekliliğe katkıda bulunabilir.
Organik malzeme (yağ, gres, kir, oksitler vb.) üzerinde kaynak yapılması, kaynak işlemi sırasında katılaştıkça kaynak havuzunda hapsolan gaz çıkışına neden olabilir.
Erime eksikliği, dolgu metalinin bir yerde ana metale kaynaşmaması ile karakterize edilir. Bu, ısı kaynağı dolgu maddesini ve baz metalleri bağlamak için yeterli ısı üretmediğinde meydana gelir.
Bu durumun tipik nedenleri arasında zayıf kaynak açıları, yüksek dolgu malzemesi besleme hızları ve/veya yetersiz lazer gücü yer alır. Erimemişe benzer şekilde, kaynaşmamış parçacıklar, kaynakta kaynaşmamış toz kalıntılarının varlığı ile karakterize edilir.
Bu tür bir kusur LBW-P'ye özgüdür çünkü LBW-W'de olmayan tozu içerir. Kaynaşmayan parçacıkların nedeni, füzyon eksikliğine benzer, yani, dolgu malzemesini temel malzeme ile tamamen eritmek ve kaynaştırmak için yeterli ısı yoktur.
Bunun nedeni genellikle lazerin kaynak alanındaki tüm dolgu metalini eritmek için yeterli zamana, güce ve/veya uygun konuma sahip olmamasıdır.
Çatlama, gerilim nedeniyle kaynak metalinin kopması ile karakterize edilir. Çatlamaya çeşitli faktörler neden olabilir, yaygın örnekler arasında oldukça kısıtlı bağlantı tasarımı, hızlı soğuma hızları, dolgu metali duyarlılığı, kirlenme, kaynak şekli ve/veya yanlış kaynak parametreleri yer alır. www.DeepL.com/Translator (ücretsiz sürüm) ile çevrildi
