[发明专利]基于疲劳失效竞争的离心压缩机叶片可再制造性评价方法

说明书

本发明公开了一种基于疲劳失效竞争的离心压缩机叶片可再制造性评价方法，包括检测已服役叶片表面质量及损伤情况，获取叶片表面质量参数S_r、叶片表面损伤尺寸Sc_r以及叶片内部损伤尺寸Sc_in并计算叶片基体材料的疲劳强度σ_w(S_r)、叶片表面的疲劳强度σ_r(Sc_r)及叶片内部的疲劳强度σ_in(Sc_in)，根据叶片基体材料的疲劳强度σ_w(S_r)和叶片表面的疲劳强度σ_r(Sc_r)对叶片疲劳失效竞争类型进行分类，然后计算基于疲劳竞争的叶片剩余疲劳寿命N_f，比较基于疲劳竞争的叶片剩余疲劳寿命N_f与叶片的寿命临界阈值N_fc：若N_f＞N_fc，说明叶片剩余疲劳寿命大于下一个服役周期，可以再制造，否则不能进行再制造。该方法能够准确确定基于疲劳竞争的叶片剩余疲劳寿命，获得可再制造性评价结果准确可靠。

技术领域

本发明涉及一种叶片可再制造性评价方法，具体涉及一种基于疲劳失效竞争的离心压缩机叶片可再制造性评价方法。

背景技术

再制造是以旧的设备或零部件为毛坯，采用专门的工艺和技术，在性能失效分析、寿命评估等分析的基础上，进行再制造工程设计，利用先进的加工处理技术，使原有的废旧零部件恢复使用性能，并且质量达到或超过新品的一种新的生产过程。

可再制造性评价旨在对判断经过一个服役周期后的废旧叶片能否满足再制造要求。离心压缩机叶片材料一般采用高强度钢FV520B-I，在保证服役安全的前提下，FV520B-I叶片需要具有超高周劳寿命，寿命大于10⁷循环周次。叶片最终的失效形式是由表面损伤与内部损伤之间的疲劳竞争决定的。

疲劳破坏是瞬间发生的，没有预兆，一旦发生将会引起恶性事故。叶片受到疲劳载荷的持续作用，疲劳损伤逐渐扩展，抵抗疲劳失效的能力逐渐衰退。在未经过可再制造性评价的情况下对叶片进行再制造，再制造后叶片疲劳寿命不满足服役要求的可能性大幅增加。因此，在叶片表面损伤与内部损伤之间的疲劳竞争机理的基础上，预测废旧叶片的剩余寿命，并根据基于疲劳失效竞争的剩余寿命的大小进行可再制造性评价是保证离心压缩机叶片再制造后服役安全性的关键。

可再制造性评价的关键问题在于明确疲劳失效竞争机理及叶片剩余疲劳寿命的预测，其难点在于以疲劳失效竞争为基础明确可再制造性评价的具体标准。实际工况中，为了简化分析过程，叶片疲劳失效及预测剩余疲劳寿命主要是以单一损伤作为引起疲劳失效的主要因素，而过程复杂、考虑因素较多的疲劳竞争研究则较少。而实际工况中分析叶片疲劳失效及预测剩余疲劳寿命主要是以单一损伤作为引起疲劳失效的主要因素。《超高强度钢十亿周疲劳研究》讲述了钢材料有内部夹杂物引起的疲劳失效机理及剩余疲劳寿命预测模型，但是忽略了表面损伤对疲劳失效及寿命预测的影响。《表面粗糙度对表面应力集中系数和疲劳寿命影响分析》叙述了表面损伤影响的疲劳失效及寿命预测，该理论对于表面失效的情况比较实用，但不能分析疲劳失效竞争机理及预测剩余疲劳寿命。

引起叶片发生失效的具体损伤形式是影响叶片剩余疲劳寿命最主要的因素。在疲劳载荷的作用下，叶片表面损伤与内部疲劳损伤均会形成相应的疲劳裂纹并发生扩展，使叶片的疲劳强度在服役过程中发生劣化。由于疲劳失效总是优先从疲劳强度较低的位置发生，因此疲劳失效竞争应以不同损伤所对应的疲劳强度作为标准来确定引起疲劳失效的主要因素。疲劳损伤的大小与疲劳强度之间呈负相关，疲劳损伤越大，相应的疲劳强度越小。因此，在临界情况下，以疲劳失效竞争得到的具体损伤作为主要因素进行叶片剩余疲劳寿命预测的结果，则可认为是基于疲劳竞争的叶片剩余疲劳寿命。