Entwicklung einer Hochfrequenz-Induktionsthermografie und -Wirbelstromtechnik zur Fehlerprufung und Charakterisierung der Schichtsysteme von Triebwerksbeschaufelung im Schaufelkanal

摘要

Die hohen Anforderungen an die Leistung und Zuverlassigkeit moderner Triebwerke erfordern die Integritat hochbeanspruchter Triebwerksbauteile, wie der Turbinen-, Verdichter- und Fanbeschaufelung. Insbesondere die Turbinenbeschaufelung der ersten Stufe nach der Brennkammer ist im Betrieb thermisch, mechanisch und chemisch hoch belastet. Dies fuhrt dazu, dass sich Materialeigenschaften mit zunehmender Betriebsdauer verandern. Im Rahmen von Inspektionen und Regenerationsmassnahmen muss somit eine Zustandsbewertung dieser Bauteile nicht nur in Form einer Prufung der zerlegten Einzelkomponenten, sondern auch in Form der beschaufelten Laufrader erfolgen. Die Erweiterung der Pruftechniken von der Einzelschaufel auf beschaufelte Laufrader oder Blisks erfordert neue, innovative Ansatze in der Pruf-, Handhabungstechnik. Die verfolgten Losungsansatze sind die Hochfrequenz-Wirbelstromtechnik mit Pruffrequenzen bis zu 100 MHz und die Induktionsthermografie mit gepulster, hochfrequenter Anregung bis zu 3 MHz. Durch die hohen Anregungsfrequenzen werden die Wirbelstrome auf die oberflachennahen Bereiche begrenzt und so Standardeindringtiefen von > 50 μm realisiert. Hierdurch wird eine differenzierte Betrachtung von Schicht- und Grundwerkstoff ermoglicht. Die Realisierung einer zerstorungsfreien Schaufelprufung im beschaufelten Rad und der Blisk uber den Schaufelkanal erfordert aufgrund der begrenzten Zuganglichkeit eine Miniaturisierung der HF Wirbelstromtechnik. Durch diese Entwicklung konnen hochbelastete Punkte auf der Schaufeloberflache hinsichtlich des Zustandes der Schutzschichten im Schaufelkanal gepruft und bewertet werden. Bei der bildgebenden Prufung mittels gepulst induktiv angeregter Thermografie wird uber einen geometrisch angepassten HF-Induktor eine aktive Schaufelanregung im Schaufelkanal erreicht, das Temperaturfeld der Schaufel mit einem Spiegel umgelenkt und schliesslich mit einer Thermografiekamera erfasst. Durch die Entwicklung dieser Technologien ergeben sich neue Moglichkeiten zur Prufung der Triebwerksbauteile mit schlechter Zuganglichkeit hinsichtlich der Zustandserfassung der Beschichtungen, der Schichtcharakterisierung und Schichtdickenbestimmung, sowie des empfindlichen Nachweises lokaler Schadigungen und Defekte.