Laser shock peening technology for repairing turbine blades damaged by pitting corrosion

V příspěvku je hodnocena únavová pevnost martenzitické oceli Böhler T 552 používané na výrobu oběžných lopatek L-1 nízkotlakých stupňů parních turbín. Zkoušky vysoko cyklové únavy byly provedeny na zkušebních tělesech s leštěným povrchem bez vad a vzorcích s umělými vadami (důlky hloubky 500 μm) na vzduchu a v parním kondenzátu při namáhání tah-tlak a předpětí 300 MPa. Povrch zkušebních tyčí s vadami byl v místě důlků zpevněn technologií Laser Shock Peening s ochrannou absorpční vrstvou (LSP). Únavová pevnost tyčí s vadami ošetřenými technologií LSP je výrazně vyšší než pevnost vzorků s vadami bez LSP a blíží se hodnotě stanovené pro materiál bez vad. Korozně-únavová pevnost v parním kondenzátu vzorků s vadami je po aplikaci LSP vyšší než únavová pevnost vzorků s důlky bez LSP na vzduchu.Presentované výsledky byly finančně podpořeny Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy – projekt LQ1603 Výzkum pro SUSEN. Práce byla realizována na velké infrastruktuře Udržitelná energetika (SUSEN) vybudované v rámci projektu CZ.1.05/ 2.1.00/03.0108 a CZ.02.1.01/0.0/0.0/15_008/0000293.The paper evaluates the fatigue strength of the martensitic steel Böhler T552 used for the production of moving L-1 blades of low-pressure steam turbine stages. High cycle fatigue tests were performed on test specimens without defects with a polished surface and samples with artificial defects (pits with a depth of 500 μm) in air and the water condensate under tensile-compressive stresses and pre stress of 300 MPa. The surface of the test bars with defects was locally strengthened – in the place of the pits - by shock waves, which were generated by confining the laser-induced plasma (by technology laser shock peening with protective layer). The fatigue strength of bars with defects treated with LSP technology is significantly higher than the strength of samples without LSP and is close to the value determined for the material with-out defects. Corrosion-fatigue strength in steam condensate of samples with defects is higher after application of LSP than fatigue strength of samples with pits without LSP in air

Increase of material cycle fatigue life time using the laser shock peening method

Laser Shock Peening (LSP) se řadí mezi moderní bezkontaktní technologie zpevňování povrchu kovových materiálů na principu vzniku rázových vln, které se generují během interakce krátkých laserových pulzů s povrchem materiálu. Rázové vlny v materiálu vyvolávají strukturní změny, které mají za důsledek vznik zbytkového tlakového napětí a zvýšení tvrdosti, což obecně vede ke zlepšení únavových vlastností materiálu, zabraňování vzniku a šížení trhlin a zlepšuje odolnost vůči koroznímu praskání a opotřebení. V tomto článku se zabýváme aplikací technologie LSP na vzorky z nerezové austenitické oceli 08Ch18N10T, kdy po ovlivnění došlo k nejméně desetinásobnému prodloužení životnosti materiálu při vysokocyklických únavových zkouškách.Presentované výsledky byly finančně podpořeny Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy – projekt LQ1603 Výzkum pro SUSEN. Práce byla realizována na velké infrastruktuře Udržitelná energetika (SUSEN) vybudované v rámci projektu CZ.1.05/2.1.00/03.0108.Laser Shock Peening (LSP) is one of the modern contactless technologies for surface reinforcement of metallic materials. The technology is based on the shock wave principle generated during the interaction of short laser pulses with the surface of the material. Shock waves in the material induce structural changes that result in residual compressive stress and increase in hardness, generally resulting in improved fatigue properties of the material, preventing crack initiation and propagation, and improving resistance to corrosion cracking and wear. This paper deals with the application of LSP technology to stainless austenitic steel 08Ch18N10T, when the lifetime of the influenced material was prolonged at least ten times in the high-cycle fatigue tests

Laser induced plasma characterization in direct and water confined regimes: new advances in experimental studies and numerical modelling

Optimization of the laser shock peening (LSP) and LASer Adhesion Test (LASAT) processes requires control of the laser-induced target's loading. Improvements to optical and laser technologies allow plasma characterization to be performed with greater precision than 20 years ago. Consequently, the processes involved during laser-matter interactions can be better understood. For the purposes of this paper, a self-consistent model of plasma pressure versus time is required. The current approach is called the inverse method, since it is adjusted until the simulated free surface velocity (FSV) corresponds to the experimental velocity. Thus, it is not possible to predict the behavior of the target under shock without having done the experiments. For the first time, experimental data collected in different labs with the most up-to-date laser parameters are used to validate a self-consistent model for temporal pressure-profile calculation. In addition, the parameters characterizing the plasma (temperature, thickness and duration) are obtained from the ESTHER numerical code, together with the amount of ablated matter. Finally, analytic fits are presented that can reproduce any pressure-temporal profiles in the following domains of validity: Intensities, I, ranging from 10 to 500 GW cm-2 and pulse durations, T pul, between 5 and 40 ns for the direct-illumination regime at 1053 nm, I ranging from 1 to 6 GW cm-2 and T pul between 10 to 40 ns in the water-confined regime at 1053 nm, and I from 1 to 10 GW cm-2 and T pul between 7 and 20 ns in the water-confined regime at 532 nm. These temporal pressure profiles can then be used to predict the aluminum target's behavior under laser shock using mechanical simulation software

Molecular beam epitaxy of CuMnAs

We present a detailed study of the growth of the tetragonal polymorph of antiferromagnetic CuMnAs by the molecular beam epitaxy technique. We explore the parameter space of growth conditions and their effect on the microstructural and transport properties of the material. We identify its typical structural defects and compare the properties of epitaxial CuMnAs layers grown on GaP, GaAs and Si substrates. Finally, we investigate the correlation between the crystalline quality of CuMnAs and its performance in terms of electrically induced resistance switching.Comment: 10 pages, 8 figures and supplementary materia

Laser shock peening technology for repairing turbine blades damaged by pitting corrosion

V příspěvku je hodnocena únavová pevnost martenzitické oceli Böhler T 552 používané na výrobu oběžných lopatek L-1 nízkotlakých stupňů parních turbín. Zkoušky vysoko cyklové únavy byly provedeny na zkušebních tělesech s leštěným povrchem bez vad a vzorcích s umělými vadami (důlky hloubky 500 μm) na vzduchu a v parním kondenzátu při namáhání tah-tlak a předpětí 300 MPa. Povrch zkušebních tyčí s vadami byl v místě důlků zpevněn technologií Laser Shock Peening s ochrannou absorpční vrstvou (LSP). Únavová pevnost tyčí s vadami ošetřenými technologií LSP je výrazně vyšší než pevnost vzorků s vadami bez LSP a blíží se hodnotě stanovené pro materiál bez vad. Korozně-únavová pevnost v parním kondenzátu vzorků s vadami je po aplikaci LSP vyšší než únavová pevnost vzorků s důlky bez LSP na vzduchu.Presentované výsledky byly finančně podpořeny Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy – projekt LQ1603 Výzkum pro SUSEN. Práce byla realizována na velké infrastruktuře Udržitelná energetika (SUSEN) vybudované v rámci projektu CZ.1.05/ 2.1.00/03.0108 a CZ.02.1.01/0.0/0.0/15_008/0000293.The paper evaluates the fatigue strength of the martensitic steel Böhler T552 used for the production of moving L-1 blades of low-pressure steam turbine stages. High cycle fatigue tests were performed on test specimens without defects with a polished surface and samples with artificial defects (pits with a depth of 500 μm) in air and the water condensate under tensile-compressive stresses and pre stress of 300 MPa. The surface of the test bars with defects was locally strengthened – in the place of the pits - by shock waves, which were generated by confining the laser-induced plasma (by technology laser shock peening with protective layer). The fatigue strength of bars with defects treated with LSP technology is significantly higher than the strength of samples without LSP and is close to the value determined for the material with-out defects. Corrosion-fatigue strength in steam condensate of samples with defects is higher after application of LSP than fatigue strength of samples with pits without LSP in air

Increase of material cycle fatigue life time using the laser shock peening method

Laser Shock Peening (LSP) se řadí mezi moderní bezkontaktní technologie zpevňování povrchu kovových materiálů na principu vzniku rázových vln, které se generují během interakce krátkých laserových pulzů s povrchem materiálu. Rázové vlny v materiálu vyvolávají strukturní změny, které mají za důsledek vznik zbytkového tlakového napětí a zvýšení tvrdosti, což obecně vede ke zlepšení únavových vlastností materiálu, zabraňování vzniku a šížení trhlin a zlepšuje odolnost vůči koroznímu praskání a opotřebení. V tomto článku se zabýváme aplikací technologie LSP na vzorky z nerezové austenitické oceli 08Ch18N10T, kdy po ovlivnění došlo k nejméně desetinásobnému prodloužení životnosti materiálu při vysokocyklických únavových zkouškách.Presentované výsledky byly finančně podpořeny Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy – projekt LQ1603 Výzkum pro SUSEN. Práce byla realizována na velké infrastruktuře Udržitelná energetika (SUSEN) vybudované v rámci projektu CZ.1.05/2.1.00/03.0108.Laser Shock Peening (LSP) is one of the modern contactless technologies for surface reinforcement of metallic materials. The technology is based on the shock wave principle generated during the interaction of short laser pulses with the surface of the material. Shock waves in the material induce structural changes that result in residual compressive stress and increase in hardness, generally resulting in improved fatigue properties of the material, preventing crack initiation and propagation, and improving resistance to corrosion cracking and wear. This paper deals with the application of LSP technology to stainless austenitic steel 08Ch18N10T, when the lifetime of the influenced material was prolonged at least ten times in the high-cycle fatigue tests

Corrosion and Electrochemical Properties of Laser-Shock-Peening-Treated Stainless Steel AISI 304L in VVER Primary Water Environment

International audienceLaser Shock Peening (LSP) is a surface treatment technique for metallic materials. It induces plastic deformation at the surface of up to around 1 mm in depth. This process introduces residual stresses that lead to strain hardening, and potentially improvements in fatigue, stress corrosion cracking (SCC) and general corrosion behaviour in many, but not all, corrosive media. In this paper, two specimens made of AISI 304L stainless steel, one LSP-treated and one un-treated, were tested at 280 °C and 8 MPa in VVER (or PWR) primary circuit water chemistry using in situ Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). This experiment serves to qualify the influence of LSP on the changes in corrosion behaviour in high-temperature, high-density water. The residual stress (RS) measurement of the surface showed a compression RS. Before LSP treatment, RS at the surface was 52.2 MPa in the rolling direction 0°RD and 10.42 MPa in the transverse rolling direction 90°RD. After the treatment, surface RS was −175.27 MPa and −183.51 MPa for Scan and TScan directions, respectively. The effect of compressive RS at the surface was studied and showed an increase in corrosion rate. The analysis of oxide layer by SEM revealed differences between LSP-treated and untreated AISI 304L specimens and their connection to corrosion rates

Influence on Micro-Geometry and Surface Characteristics of Laser Powder Bed Fusion Built 17-4 PH Miniature Spur Gears in Laser Shock Peening

Micro-geometrical errors, surface roughness, and surface integrity (microstructure, residual stresses, microhardness) play an important role in defining the quality of the gears as they directly affect their noise, vibration characteristics and service life during their use. In the present work, underwater laser shock peening (LSP) is employed to improve the quality of the laser powder bed fusion built 17-4 PH small-size spur gears (12 mm outside diameter). LSP was employed near the spur gear root, and effects were measured in terms of residual stresses, variation in microgeometry errors, surface roughness, porosity, microstructure, and microhardness. It was observed that LSP could impart compressive residual stresses up to 0.4 mm of measured depth, while the surface roughness has improved by 32%. Microgeometry and microhardness of gears showed minor variations. Additionally, LSP has shown an impact on the microstructure as the grain orientation was altered and grain size reduced by 15.6% due to shock wave transmission. The study paves the way to use LSP as a post-processing technique to modify the surface characteristics of LPBF-built miniature spur gears with minimal impact on the gear microgeometry