3DX射線測量與檢測在渦輪葉片制造中的重要性分析

（圖源自蔡司）

渦輪葉片制造是航空航天領域具有挑戰性的工藝之一，對于葉片能夠承受惡劣的高溫環境和苛刻的發動機循環來說是必要的。此外，飛機發動機制造商必須能夠證明遵守嚴格的質量法規，以確保這些葉片不會出現故障。

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蔡司工業質量解決方案部 X 射線產品銷售經理 Benedikt Krist 表示：“如今，渦輪葉片制造是一個復雜的過程，其中包含許多手動流程步驟。發動機中有數百個葉片，計算機斷層掃描 [CT] 具有巨大的潛力，可以節省生產時間和成本，同時減少浪費。"

渦輪葉片的鑄造涉及幾個步驟，首先是蠟模和陶瓷芯。“在此階段，重要的是檢查是否存在缺陷（裂紋或氣孔），因為它們可能會導致發動機冷卻和零件完整性出現問題。同時，尺寸檢查（例如壁厚和輪廓檢查）對于在昂貴的金屬澆注操作之前確定至關重要，"Krist 說。檢查方法使用 Zeiss Metrotom 系列設備，每個葉片只需幾分鐘。

金屬澆注和精加工操作完成后，需要進行一些關鍵檢查。“制造商使用高達 250Kv 的 2D 數字 X 射線來檢查葉片冷卻通道內是否有任何剩余的陶瓷芯。堵塞將再次導致過熱問題，"克里斯特補充道。許多制造商仍然使用基于膠片的工藝，但蔡司提供數字射線照相和 2D X 射線圖像存儲，這在減少性能和存儲的時間和成本方面有很多好處。

機械加工和檢驗

然后對零件進行機加工，包括機翼上直徑約為 0.3 毫米的小孔。驗證這些冷卻孔是最困難的檢查挑戰之一。

“這些孔對于手寫筆來說太小了，而且使用光學解決方案是一項具有挑戰性且耗時的技術，"克里斯特說。“方法就是使用 CT。只需掃描一次就足夠了。"

涂 層

葉片經過涂層處理，可以抵抗發動機內部的高溫。該涂層的厚度對其有效性至關重要，涂層太薄會導致故障。

發動機制造商通過在被涂層零件旁邊放置一張優惠券來評估涂層，因此它受到相同的處理。然后將該試樣放入環氧樹脂中，使其硬化，然后拋光并切片，以便測量厚度。該過程通常每班進行一次，檢查涂層工藝，需要一天以上的時間。

蔡司的 CT 顯微工藝只需 2.5 小時即可檢查涂層厚度，縮短了約 90% 的時間。“這個過程可以節省大量時間和金錢。如果流程出現問題，而您直到第二天才發現，您可能會報廢大量零件。"Krist 說道。

此外，蔡司還提供與 CT 產品組合集成的 3D 光學掃描儀。“我們的許多客戶已經擁有 3D 掃描儀，并且正在通過 CT 掃描儀擴展他們的功能，"Krist 說。

該設備使用相同的軟件平臺——GOM Blade Inspect。通用性和熟悉性提高了吞吐量并使添加功能變得更容易。

“我們正在擴展 Metrotom 系列 CT 掃描儀的功能，為我們的航空航天客戶提供新功能。通過集成使用我們的 2D X 射線掃描、3D 掃描儀和 CT 解決方案，他們將能夠節省大量成本。"

未來的增材制造

發動機制造商越來越多地考慮使用增材制造 (AM) 作為鑄造渦輪葉片的替代方案。增材制造是一種更快、更復雜的工藝，也帶來了一些檢查挑戰。

3D CT 掃描已成為檢查增材制造零件的可行方法。它可以快速檢查渦輪葉片的中空結構并精確測量壁厚。

蔡司與金屬增材制造公司 EOS 建立了合作伙伴關系，共同開發確保增材制造金屬零件質量的方法。“我們對增材制造工藝有了深入的了解，"Krist 說。“我們可以使用 CT 掃描來檢查缺陷和裂紋，從而測量和評估壓縮機葉片等增材制造零件。

“利用增材制造提高渦輪葉片等制造速度的潛力巨大，但它需要先進的檢測技術，例如 3D CT 掃描進行檢測。"

Krist 總結道：“我們的目標是成為航空航天公司的計量解決方案提供商——提供設備、軟件、服務和維護。我們提供市場上廣泛的航空航天、國防和太空計量產品組合之一，從顯微鏡和 CT 到質量檢測生產設備。

“我們的產品如何在渦輪葉片制造過程中使用，說明了我們如何幫助工程師節省時間和金錢。"