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3DX射线测量与检测在涡轮叶片制造中的重要性分析

更新时间:2023-11-07      点击次数:1377

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(图源自蔡司)

涡轮叶片制造是航空航天领域具有挑战性的工艺之一,对于叶片能够承受恶劣的高温环境和苛刻的发动机循环来说是必要的。此外,飞机发动机制造商必须能够证明遵守严格的质量法规,以确保这些叶片不会出现故障。

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(图源自网络)

蔡司工业质量解决方案部 X 射线产品销售经理 Benedikt Krist 表示:“如今,涡轮叶片制造是一个复杂的过程,其中包含许多手动流程步骤。发动机中有数百个叶片,计算机断层扫描 [CT] 具有巨大的潜力,可以节省生产时间和成本,同时减少浪费。"

涡轮叶片的铸造涉及几个步骤,首先是蜡模和陶瓷芯。“在此阶段,重要的是检查是否存在缺陷(裂纹或气孔),因为它们可能会导致发动机冷却和零件完整性出现问题。同时,尺寸检查(例如壁厚和轮廓检查)对于在昂贵的金属浇注操作之前确定至关重要,"Krist 说。检查方法使用 Zeiss Metrotom 系列设备,每个叶片只需几分钟。

金属浇注和精加工操作完成后,需要进行一些关键检查。“制造商使用高达 250Kv 的 2D 数字 X 射线来检查叶片冷却通道内是否有任何剩余的陶瓷芯。堵塞将再次导致过热问题,"克里斯特补充道。许多制造商仍然使用基于胶片的工艺,但蔡司提供数字射线照相和 2D X 射线图像存储,这在减少性能和存储的时间和成本方面有很多好处。

机械加工和检验

然后对零件进行机加工,包括机翼上直径约为 0.3 毫米的小孔。验证这些冷却孔是最困难的检查挑战之一。

“这些孔对于手写笔来说太小了,而且使用光学解决方案是一项具有挑战性且耗时的技术,"克里斯特说。“方法就是使用 CT。只需扫描一次就足够了。"

涂 层

叶片经过涂层处理,可以抵抗发动机内部的高温。该涂层的厚度对其有效性至关重要,涂层太薄会导致故障。

发动机制造商通过在被涂层零件旁边放置一张优惠券来评估涂层,因此它受到相同的处理。然后将该试样放入环氧树脂中,使其硬化,然后抛光并切片,以便测量厚度。该过程通常每班进行一次,检查涂层工艺,需要一天以上的时间。

蔡司的 CT 显微工艺只需 2.5 小时即可检查涂层厚度,缩短了约 90% 的时间。“这个过程可以节省大量时间和金钱。如果流程出现问题,而您直到第二天才发现,您可能会报废大量零件。"Krist 说道。

此外,蔡司还提供与 CT 产品组合集成的 3D 光学扫描仪。“我们的许多客户已经拥有 3D 扫描仪,并且正在通过 CT 扫描仪扩展他们的功能,"Krist 说。

该设备使用相同的软件平台——GOM Blade Inspect。通用性和熟悉性提高了吞吐量并使添加功能变得更容易。

“我们正在扩展 Metrotom 系列 CT 扫描仪的功能,为我们的航空航天客户提供新功能。通过集成使用我们的 2D X 射线扫描、3D 扫描仪和 CT 解决方案,他们将能够节省大量成本。"

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未来的增材制造


发动机制造商越来越多地考虑使用增材制造 (AM) 作为铸造涡轮叶片的替代方案。增材制造是一种更快、更复杂的工艺,也带来了一些检查挑战。

3D CT 扫描已成为检查增材制造零件的可行方法。它可以快速检查涡轮叶片的中空结构并精确测量壁厚。

蔡司与金属增材制造公司 EOS 建立了合作伙伴关系,共同开发确保增材制造金属零件质量的方法。“我们对增材制造工艺有了深入的了解,"Krist 说。“我们可以使用 CT 扫描来检查缺陷和裂纹,从而测量和评估压缩机叶片等增材制造零件。

“利用增材制造提高涡轮叶片等制造速度的潜力巨大,但它需要先进的检测技术,例如 3D CT 扫描进行检测。"

Krist 总结道:“我们的目标是成为航空航天公司的计量解决方案提供商——提供设备、软件、服务和维护。我们提供市场上广泛的航空航天、国防和太空计量产品组合之一,从显微镜和 CT 到质量检测生产设备。

“我们的产品如何在涡轮叶片制造过程中使用,说明了我们如何帮助工程师节省时间和金钱。"




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