Tecnologie avanzate di digitalizzazione della scansione 3D per controlli non distruttivi di componenti di turbine a gas industriali

Tutte le immagini Fonte: CAPTURE 3D, una società ZEISS

Le aziende che producono parti aerospaziali e di produzione di energia come componenti di motori di turbine a gas industriali (IGT), pale del percorso del gas caldo e alette guida ugelli applicano un rivestimento protettivo alle pale delle turbine, consentendo loro di resistere alle alte temperature a cui sono esposte durante il funzionamento . Lo spessore e la microstruttura del rivestimento devono essere valutati durante l'applicazione e per tutta la durata di vita della lama per garantirne l'idoneità al servizio. Le aziende aerospaziali e di produzione di energia possono eseguire questa analisi attraverso tecniche di test distruttivi (DT) o non distruttivi (NDT).

Un metodo DT prevede l'utilizzo di tecniche di lavorazione a scarica elettrica (EDM) per tagliare sezioni di lama per l'analisi al microscopio, fornendo uno sguardo dettagliato sulle dimensioni e sulla struttura degli strati di rivestimento. Tuttavia, la produzione di ciascuna lama può costare più di 1.000 dollari e il requisito tipico è quello di controllare una lama su 20, rendendo questo metodo costoso, dispendioso in termini di tempo, poco pratico per grandi volumi e limitato all'analisi locale. Una tecnica NDT comune per questa misurazione è il test a correnti parassite che utilizza l'induzione elettromagnetica per misurare lo spessore del rivestimento rilevando i cambiamenti nella conduttività elettrica causati dalla presenza del rivestimento. Tuttavia, questo approccio è limitato dalle proprietà magnetiche di cui sono costituite le pale della turbina.

Questa situazione è comune nel settore aerospaziale, dove si fa affidamento su metodi distruttivi e NDT durante tutto il ciclo di vita di un componente, dalla produzione alla revisione. Utilizzate per analisi critiche per la qualità e la funzionalità, come le misurazioni dello spessore del rivestimento e la verifica delle dimensioni delle pareti interne delle pale, le tecniche distruttive forniscono le informazioni necessarie, a un costo elevato. Nel frattempo, alcune alternative NDT sono limitate dai materiali dell'applicazione e forniscono informazioni limitate per la quantità di impegno richiesto. Le tecnologie avanzate di digitalizzazione 3D offrono una soluzione con un'alternativa NDT modernizzata che fa risparmiare tempo e denaro e sblocca l'accesso a più informazioni in un'unica sessione di misurazione.

Un'altra alternativa ai test distruttivi per l'analisi dello spessore del rivestimento è l'uso di provini come campioni standardizzati che consentono l'analisi di dati localizzati da poche aree di una pala. I coupon di prova vengono inviati a un laboratorio dove i tecnici valutano lo spessore della sezione trasversale dei rivestimenti. L'analisi del laboratorio indica le opportune modifiche al processo di applicazione del rivestimento. Questo processo viene ripetuto fino al raggiungimento dello spessore consentito. Un'iterazione di un progetto di rivestimento può richiedere sei settimane e, con alcuni progetti che richiedono più iterazioni, questo diventa un lungo processo di sviluppo. Tuttavia, uno scanner 3D accurato offre un metodo alternativo rapido ed efficiente per misurare lo spessore del rivestimento della lama. Invece di aspettare settimane per l'analisi da un laboratorio, uno scanner 3D raccoglie rapidamente le misurazioni e un software metrologico 3D avanzato valuta lo spessore del rivestimento in pochi secondi. Il processo è semplice:

La digitalizzazione di questo processo offre molti vantaggi rispetto ai metodi NDT distruttivi e convenzionali, oltre ad accelerare il processo di sviluppo. L'automazione dell'acquisizione e dell'ispezione dei dati aumenta ulteriormente la velocità e l'efficienza di questo processo. Un operatore può predefinire una tolleranza di misurazione dello spessore del rivestimento all'interno del software per determinare se una lama passa o fallisce e il software può generare automaticamente rapporti di superamento/fallimento. I rivestimenti multistrato possono anche essere analizzati come spessore complessivo e valutati per singoli strati in un unico rapporto.

Un'altra applicazione comune dell'analisi distruttiva prevede l'ispezione delle strutture interne delle pale ad alta temperatura. Le turbine a gas richiedono un nucleo ceramico avanzato e una fusione a cera persa in superlega per ottimizzare il raffreddamento, le prestazioni e la durata. Questi nuclei ceramici a basso flusso hanno pareti multiple e altre caratteristiche di progettazione complesse. Ispezionare in modo rapido e accurato le dimensioni di queste pareti interne senza distruggerle è una sfida.