산업용 가스 터빈 부품의 NDT를 위한 고급 3D 스캐닝 디지털화 기술

모든 이미지 출처: CAPTURE 3D, ZEISS 계열사

산업용 가스 터빈(IGT) 엔진 부품, 고온 가스 경로 블레이드, 노즐 가이드 베인 등 항공우주 및 발전 부품을 생산하는 회사에서는 터빈 블레이드에 보호 코팅을 적용하여 작동 중에 노출되는 고온을 견딜 수 있도록 합니다. . 코팅의 두께와 미세 구조는 블레이드의 사용 적합성을 보장하기 위해 도포하는 동안과 블레이드의 수명 전체에 걸쳐 평가되어야 합니다. 항공우주 및 발전 회사는 파괴 테스트(DT) 또는 비파괴 테스트(NDT) 기술을 통해 이러한 분석을 수행할 수 있습니다.

DT 방법 ​​중 하나는 방전 가공(EDM) 기술을 사용하여 블레이드 부분을 절단하여 현미경으로 분석함으로써 코팅층의 크기와 구조를 자세히 살펴보는 것입니다. 그러나 각 블레이드의 생산 비용은 $1,000 이상이며 일반적인 요구 사항은 블레이드 20개 중 하나를 검사하는 것이므로 이 방법은 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸리며 대용량에는 비실용적이며 로컬 분석으로 제한됩니다. 이 측정을 위한 일반적인 NDT 기술은 전자기 유도를 사용하여 코팅의 존재로 인한 전기 전도도의 변화를 감지하여 코팅 두께를 측정하는 와전류 테스트입니다. 그러나 이러한 접근 방식은 터빈 블레이드를 구성하는 자기적 특성으로 인해 제한됩니다.

이러한 곤경은 생산부터 MRO에 이르기까지 구성 요소의 수명주기 전반에 걸쳐 파괴적인 방법과 NDT 방법이 의존하는 항공우주 산업에서 흔히 발생합니다. 코팅 두께 측정, 블레이드 내부 벽의 치수 확인 등 품질과 기능에 중요한 분석에 사용되는 파괴 기술은 높은 비용으로 필요한 정보를 제공합니다. 한편 일부 NDT 대안은 응용 프로그램의 재료에 따라 제한되며 필요한 노력에 비해 제한된 정보를 제공합니다. 고급 3D 디지털화 기술은 시간과 비용을 절약하고 단일 측정 세션에서 더 많은 정보에 액세스할 수 있는 현대화된 NDT 대안을 갖춘 솔루션을 제공합니다.

코팅 두께 분석을 위한 파괴 테스트의 또 다른 대안은 블레이드의 일부 영역에서 국부적인 데이터를 분석할 수 있는 표준화된 시편으로 테스트 쿠폰을 사용하는 것입니다. 테스트 쿠폰은 기술자가 코팅의 단면 두께를 평가하는 실험실로 보내집니다. 연구실의 분석은 코팅 적용 공정에 대한 적절한 수정을 나타냅니다. 허용되는 두께에 도달할 때까지 이 과정을 반복합니다. 코팅 프로젝트를 한 번 반복하는 데 6주가 걸릴 수 있으며, 여러 번 반복해야 하는 일부 프로젝트의 경우 개발 프로세스가 길어집니다. 그러나 정확한 3D 스캐너는 블레이드 코팅 두께를 측정하는 빠르고 효율적인 대체 방법을 제공합니다. 실험실에서 분석하기 위해 몇 주를 기다리는 대신 3D 스캐너가 측정값을 신속하게 수집하고 고급 3D 계측 소프트웨어가 코팅 두께를 몇 초 만에 평가합니다. 과정은 간단합니다.

이 프로세스를 디지털화하면 개발 프로세스 속도를 높일 뿐만 아니라 파괴적이고 기존의 NDT 방법에 비해 많은 이점을 얻을 수 있습니다. 데이터 수집 및 검사를 자동화하면 이 프로세스의 속도와 효율성이 더욱 향상됩니다. 운영자는 소프트웨어 내에서 코팅 두께 측정 허용 오차를 미리 정의하여 블레이드의 통과 여부를 판단할 수 있으며, 소프트웨어는 자동으로 통과/실패 보고서를 생성할 수 있습니다. 다층 코팅은 전체 두께로 분석하고 하나의 보고서에서 개별 층별로 평가할 수도 있습니다.

파괴 분석의 또 다른 일반적인 응용 분야에는 고온 블레이드 내의 내부 구조를 검사하는 것이 포함됩니다. 가스 터빈에는 냉각, 성능 및 내구성을 최적화하기 위해 고급 세라믹 코어와 초합금 매몰 주조가 필요합니다. 이러한 저유량 세라믹 코어는 다중 벽과 기타 복잡한 설계 특징을 가지고 있습니다. 이러한 내부 벽을 파괴하지 않고 치수를 빠르고 정확하게 검사하는 것은 어려운 일입니다.