Šiuolaikinių dujų turbininių variklių (GTV), tokių kaip DR-59L, aukšto slėgio turbinos (AST) pirmosios pakopos darbinės mentelės veikia ekstremaliomis sąlygomis. Jos patiria statines, dinamines ir ciklines apkrovas, kurios sukelia nuovargio įtrūkimus, terminius įtempimus ir mechaninę eroziją. Siekiant pratęsti šių brangių detalių eksploatavimo ciklą ir sumažinti aptarnavimo kaštus, mentelių restauravimui taikomas pažangus lazerinis powder cladding (lazerinis miltelinis užlydymas) metodas.
Pagrindinis tyrimo objektas yra DR-59L mentelė, pagaminta iš karščiui atsparaus nikelio lydinio ChS-70 (rus. ЧС-70). Šis lydinys pasižymi puikiomis mechaninėmis savybėmis aukštoje temperatūroje, tačiau yra sunkiai suvirinamas tradiciniais metodais dėl rizikos atsirasti karštiesiems įtrūkiams.
Restauravimo procesui naudojamos šios medžiagos ir techninė bazė:
Siekiant išvengti bazinio metalo perkaitimo ir užtikrinti kokybišką sluoksnio suformavimą, buvo atliktas skaitmeninis modeliavimas Comsol Multiphysics aplinkoje. Modeliavimas parodė, kad lazerio galia (P) yra kritinis veiksnys:
Mentelės plunksnos briaunos remontui taikyta trijų praėjimų strategija. Pirmasis volelis formuojamas tiesiogiai ant briaunos, o kiti du – su 2/3 pločio persidengimu (ΔX), paliekant 0.5–1.0 mm atsargą vėlesniam mechaniniam apdirbimui. Atlikus kapiliarinę defektoskopiją, jokių paviršinių įtrūkimų ar porų nerasta.
Mechaniniai bandymai parodė aukštus rezultatus: restauruotos zonos stiprumo riba (σB) pasiekė 982–995 MPa, o tai viršija bazinio ChS-70 lydinio, pagaminto tradiciniu liejimo būdu, rodiklius. Mikrokietumas (HV) pereinamojoje zonoje išliko stabilus, kas rodo gerą metalurginį suderinamumą tarp nikelio ir kobalto lydinių.
Be pirminės terminės valdymo funkcijos, susijusios su ChS-70 pagrindo medžiaga, tarpinės jungties metalurginė vientisumas labai priklauso nuo epifaksino augimo valdymo lazerinio sustingimo etape. Perėjimo zona tarp nikelio pagrindo superlydinio ir Stellite-21 dangos dažnai yra vieta žalingų fazių susidarymui, ypač trapių karbidų ar topologiškai artimų (TCP) fazių iškritimui, jei šiluminis gradientas nėra griežtai kontroliuojamas. IPG YLR-1500-U pluoštinio lazerio naudojimas leidžia moduliuoti specifinį bangos ilgį, kuris sumažina praskiedimo koeficientą, o tai yra labai svarbu atkuriant DR-59L HPT menčių galinio krašto geometriją. Būtina palaikyti praskiedimo gylį mažesnį nei 15 %, kad būtų išvengta geležies migracijos iš pagrindo į kobalto matricą, nes per didelė difuzija žymiai pablogina karštą korozijos atsparumą ir lūžimo trukmę taisomajam komponentui veikiant didžiausios EGT (išmetamųjų dujų temperatūros) sąlygomis.
Ilgalaikė šių atkurtų komponentų, turinčių OEM identifikatorius, pavyzdžiui, 59L.01.02.001 mazgų seriją, veikimo sėkmė labai priklauso nuo dangos uždėjimo po apdailos tikslumo. Minėtas 0,5–1,0 mm apdirbimo leistinasis intervalas galutinai sureguliuojamas naudojant greitaeigį 5 ašių CNC šlifavimą, siekiant atkartoti pradinį aerodinaminį profilį, užtikrinant, kad mentė išlaikytų nustatytą kritimo kampą ir srauto charakteristiką. Bet koks galinio krašto storio ar kreivumo spindulio nuokrypis, net ir per sub-milimetrinius nuokrypius, sukelia parazitinius nuostolius ir lokalizuotą srauto atsiskyrimą, o tai gali sukelti priešlaikinį virpėjimą arba mentės galiuko apsauginių elementų vibracijas. Todėl kiekviena restauruota mentė turi būti modališkai analizuojama po dangos uždėjimo, siekiant patvirtinti, kad rezonansiniai dažniai lieka pradinio spektro ribose, užtikrinant, kad masės perdislokavimas dėl užpildo medžiagos nepakeitė mentės į kritinę vibracijos harmoniką variklio veikimo metu.
Nors kapiliarinė NDT (neterminio bandymo) metodika suteikia pradinę paviršiaus vientisumo indikaciją, didelės HPT pakopos apkrovos aplinka reikalauja pažangios požeminės tūrinės patikros, paprastai atliekamos naudojant fazuotų matricų ultragarsinę (PAUT) arba skaitmeninę radiografiją, siekiant aptikti nenuolatinį mikro-poringumą dangos ir pagrindo sąsajoje. Jei mentė yra kintamos geometrijos purkštuko dalis arba integruota su galiukų apsaugomis, būtina patikrinti tarpusavio sujungimo elementų struktūrinį tęstinumą, nes šios sritys yra linkusios į slydimo nuovargio sąveiką esant didelėms centrifugalinėms apkrovoms. DR-59L platformos atveju lazerinio dangos parametrai ir liekamųjų įtempimų profiliai turi būti patvirtinti rentgeno difrakcijos (XRD) metodais, siekiant užtikrinti, kad dėl greito aušinimo sukeliami tempimo įtempimai neskatintų įtrūkimų plitimo terminių ciklų metu. Toks griežtas metalurginis priežiūros įgyvendinimas leidžia suteikti sertifikuotą remonto laiką, artimą naujai pagamintų dalių našumui, kartu žymiai sumažinant pavienių turbinos komponentų keitimo ciklų ekonominę naštą.
Efektyvus DR-59L Aukšto Slėgio Turbinos (AST) mentės, ypač 59L.01.02.001 aerodinaminio profilio, atkūrimas reikalauja tikslaus ŠS-70 superlydinio ir Stellite-21 dangos šiluminio plėtimosi koeficiento neatitikimo valdymo. Įdėklo (užkloto) procese, kritiškai svarbu taikyti lokalizuotą indukcinį išankstinį kaitinimą iki 450°C–550°C pagrindo temperatūros, siekiant sumažinti šiluminio smūgio indeksą ir minimalizuoti žalingų delta fazės priemaišų susidarymą šilumos paveiktoje zonoje (PZ). Jei lazerio spindulio intensyvumo profilis nėra Gausiškai pasiskirstęs naudojant IPG YLR-1500-U spindulio pristatymo sistemą, lokalizuotas perkaitimas gali sukelti kobalto matricos išeikvojimą ir lokalizuotų chromo karbidų tinklų susidarymą ties grūdelių ribomis, o tai drastiškai sumažina karštosios korozijos nuovargio ribą esant cikliniam šiluminiam apkrovimui aplinkoje su dideliu sieros kiekiu arba dideliu teršalų kiekiu.
Kalbant apie aerodinaminio profilio vientisumą, po dangos uždėjimo apdirbimas turi atsižvelgti į specifinius DR-59L stadijos prikibimo kampo reikalavimus, kai net 0,05 mm nukrypimas nuo priekinio krašto spindulio arba galinio krašto kreivumo keičia slėgio pasiskirstymą tarp slėgio ir siurbimo pusių. Tai, savo ruožtu, sukelia antrinius srautus ir išilginį srauto migraciją, kuri pagreitina galiuko gaubto nusidėvėjimą ir gali sukelti pirminį tepalo kokso susidarymą guolių atramos korpuse, jei turbinos disko disbalansas pasiekia kritinius lygius. Siekiant išlaikyti optimalų efektyvumą ir užkirsti kelią rotoriaus nestabilumui, kiekviena pataisyta mentė reikalauja griežtos statinio momento patikros, po kurios atliekama dinaminio balansavimo procedūra, siekiant užtikrinti, kad masės centras visame mentės rinkinyje liktų nustatytos ±0,2 g tolerancijos ribose, taip efektyviai užkertant kelią rotoriaus mazgo harmoninei žalai.
Metalurginio ryšio ir struktūrinio patikimumo patikrinimas reikalauja griežtos nuorodos po remonto charakteristikos, apimančios standartines Neterminio bandymo (NTB) procedūras. Naudojant didelės raiškos Skenuojamąjį Elektroninį Mikroskopą (SEM) ir Energijos Sklaidos Rentgeno Spektroskopiją (EDS) sąsajoje tarp dangos ir ŠS-70 pagrindinio metalo, atskleidžiamas praskiesto sluoksnio laipsnis, kuris turi būti griežtai palaikomas žemiau 15%, siekiant užtikrinti kobalto pagrindo paviršiaus ilgaamžiškumą. Be to, būtina patikrinti mikro-tuštumas tarp sluoksnių ribų, nes šie mikroskopiniai defektai dažnai tampa įtempių koncentracijos taškais veikiant dideliems išcentriniams apkrovimams ir kintančioms Dujų Srauto Temperatūroms (DST), būdingoms DR-59L variklio darbo ciklui. Integruojant šiuos pažangius metalurginius kontrolės metodus su periodiniu AST purkštukų deflektorių ir kintamos geometrijos pavaros jungčių endoskopiniu patikrinimu, atkurtų DR-59L komponentų tarnavimo laikas gali patikimai atitikti arba viršyti naujai pagamintų mentių nustatytus intervalus.