航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片故障分析與修理 畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、南京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片故障分析與修理 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào)021270160 學(xué) 院航空宇航學(xué)院專(zhuān) 業(yè)飛行器設(shè)計(jì)與工程班 級(jí)12 指導(dǎo)教師 二一四年六月- 2 -南京航空航天大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠(chéng)信承諾書(shū)本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）（題目：航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片故障分析與修理）是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。盡本人所知，除了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。作者簽名： 2014年06月10日 （學(xué)號(hào)）：021270160航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片故障分析與修理摘 要燃?xì)鉁u輪是航空燃?xì)鉁u

2、輪發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件之一。渦輪葉片分為渦輪轉(zhuǎn)子葉片和導(dǎo)向葉片。渦輪轉(zhuǎn)子葉片是把高溫燃?xì)獾哪芰哭D(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子的機(jī)械功的重要零件。工作時(shí)，它不僅被經(jīng)常變化著的高溫燃?xì)馑鼑?，并且還承受著高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的巨大離心力、氣體力和震動(dòng)符合，可見(jiàn)渦輪轉(zhuǎn)子葉片的工作條件十分惡劣。導(dǎo)向葉片使燃?xì)庠谕ㄟ^(guò)其的過(guò)程中速度增加，壓力及溫度下降，氣流方向改變。雖然導(dǎo)向葉片是靜止件，但是工作條件十分惡劣，除了受較大的氣動(dòng)力與不穩(wěn)定的脈動(dòng)符合外還處于高溫燃?xì)獾陌鼑校瑴囟雀?，冷熱變化大，溫度不均勻?yán)重。它們的工作環(huán)境都十分惡劣，但是它們都是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成，渦輪轉(zhuǎn)子葉片還是發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的主要零件之一。因此，對(duì)渦輪葉片的故障的

3、研究是十分必要的，對(duì)渦輪葉片的維護(hù)是必不可少的。 關(guān)鍵詞：燃?xì)鉁u輪，葉片維護(hù)analysis and repair the fault of aero engine turbine bladeabstract gas turbine is one of the important components of aero gas turbine engine. turbine blade for turbine rotor blades and guide vanes. turbine rotor blade is the important part of high temperature ga

4、s energy into mechanical work of the rotor. when working, surrounded by high temperature gas not only is constantly changing, and it also bear huge centrifugal force, the high-speed rotation of the gas force and vibration with visible turbine rotor blades, the poor working conditions. guide vane gas

5、 increased faster in the process, the pressure and the temperature drop, change of flow direction. although the guide vane is stationary, but the work condition is very bad, in addition to theaerodynamic force large and unstable pulsation meet is in high temperature gas surrounded, high temperature,

6、 hot and cold changes, uneven temperature seriously. their working conditions are very bad, but they are an important component of gas turbine engine, one of the main parts of turbine rotor blades or engine life. therefore, research on fault of turbine blades is very necessary, maintenance of turbin

7、e blade is essential.key words：gas turbine，blade maintenance目 錄摘 要3第一章 渦輪葉片的故障分析 61.1 轉(zhuǎn)子葉片的振動(dòng)類(lèi)型及其特征61.1.1 轉(zhuǎn)子葉片的震動(dòng)分類(lèi)與基本振型61.2 渦輪葉片的常見(jiàn)裂紋7 1.3渦輪葉片的常見(jiàn)裂紋71.3.1 蠕變斷裂71.3.2熱疲勞斷裂81.3.3 疲勞斷裂9第二章 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的維修技術(shù) 112.1 修理前的處理與檢測(cè)112.1.1 清洗112.1.2 無(wú)損檢測(cè)112.1.3 葉型的精確檢測(cè)122.3葉片修理技術(shù)122.2.1 焊接修理122.2.2熱噴涂技術(shù)132.2.3 噴丸強(qiáng)化14

8、2.2.4 涂層修復(fù)15結(jié)束語(yǔ)16參考文獻(xiàn)17致謝18第一章 渦輪葉片的故障分析渦輪葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)最主要的部件之一，是高溫、高負(fù)荷、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的典型熱端構(gòu)件，它的設(shè)計(jì)制造性能和可靠性直接關(guān)系到整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能水平耐久性和壽命。為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比，葉片設(shè)計(jì)時(shí)常采用比強(qiáng)度高的新材料；采用先進(jìn)復(fù)雜的冷卻結(jié)構(gòu)及工藝等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，研究渦輪葉片故障對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作安全及正確評(píng)估葉片的損傷形式和損傷程度有重要意義。 分析葉片產(chǎn)生損傷的主要原因，歸納起來(lái)主要包括：熱疲勞在內(nèi)的低循環(huán)疲勞。振動(dòng)引起的高循環(huán)疲勞，高溫長(zhǎng)時(shí)間載荷作用下的蠕變變形和蠕變應(yīng)力斷裂，高溫燃?xì)鉀_刷腐蝕和氧化、以及外物損傷等。轉(zhuǎn)子葉

9、片的失效模式隨工作條件的不同而有所不同，主要是外物損傷、變形伸長(zhǎng)和斷裂三種失效形式。葉片的外物損傷主要表現(xiàn)為凹坑、掉塊、表層剝落、彎曲變形、裂紋和折斷等。其中凹坑、裂紋等損傷往往會(huì)成為腐蝕和疲勞斷裂的初因。 轉(zhuǎn)子葉片變形伸長(zhǎng)的直接后果是葉身與機(jī)匣相磨，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的使用可靠性。其主要原因有：材料選用不當(dāng)或熱處理工藝不當(dāng)使葉片的屈服強(qiáng)度偏低；葉片工作溫度過(guò)高，是葉片強(qiáng)度降低；或者發(fā)動(dòng)機(jī)超轉(zhuǎn)，造成離心力過(guò)高。葉片變形在實(shí)際使用中出現(xiàn)的概率較低。判斷葉片是否發(fā)生變形伸長(zhǎng)的主要依據(jù)是檢查機(jī)匣有無(wú)磨損的痕跡或檢查葉片是否由于使用溫度過(guò)高而發(fā)生蠕變。 轉(zhuǎn)子葉片出現(xiàn)斷裂的概率最高，其危害性也最大，往往是一個(gè)葉

10、片折斷而打壞其他葉片，乃至使整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法工作而危及飛行安全。除因外物撞擊造成葉片瞬時(shí)過(guò)載斷裂外，絕大多數(shù)是由于各種原因引起的不同類(lèi)型的疲勞斷裂失效。葉片疲勞斷裂主要是因?yàn)殡x心力疊加彎曲應(yīng)力引起的疲勞斷裂、由振動(dòng)環(huán)境引起的顫振，扭轉(zhuǎn)共振、彎曲振動(dòng)疲勞斷裂以及由環(huán)境介質(zhì)以及接觸狀態(tài)引起的高溫疲勞、微動(dòng)疲勞和腐蝕損傷導(dǎo)致的疲勞斷裂。但由于葉片工作環(huán)境的復(fù)雜性，葉片實(shí)際的疲勞斷裂往往并非上述某一模式。而是多種情況的疊加。1.1轉(zhuǎn)子葉片的振動(dòng)類(lèi)型及其特征 轉(zhuǎn)子葉片在工作狀態(tài)下要承受大的離心應(yīng)力載荷，如果再疊加上非正常工作情況下引起的振動(dòng)交變載荷則極有可能導(dǎo)致葉片早起疲勞斷裂失效。大部分轉(zhuǎn)子葉片的疲勞斷

11、裂失效均與各種類(lèi)型的振動(dòng)有關(guān)。1.1.1轉(zhuǎn)子葉片的震動(dòng)分類(lèi)與基本振型 渦輪葉片在實(shí)際工作中出現(xiàn)振動(dòng)，按振動(dòng)的表現(xiàn)形式分，主要有強(qiáng)迫振動(dòng)、顫振、旋轉(zhuǎn)失速和隨機(jī)振動(dòng)四種；按照葉片振動(dòng)里的來(lái)源分，有強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)；按作用在葉片上的應(yīng)力分有振動(dòng)彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。 對(duì)于實(shí)際葉片振動(dòng)分析，主要是自振頻率、振型、振動(dòng)應(yīng)力和激振力的來(lái)源四個(gè)因素。在一般清快下，頻率越高，振幅越小，危險(xiǎn)性也就越小，大幅低頻振動(dòng)最為危險(xiǎn)。 振型是指葉片以某階自振頻率振動(dòng)時(shí)，葉片各部分的相對(duì)振動(dòng)關(guān)系。典型的振型有一彎、二彎、三彎和一扭、二扭等。對(duì)于渦輪轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，主要是一彎和一扭振型。 （1）尾流激振 在發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)形氣流通道中存在

12、障礙物，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)這些障礙物時(shí)，葉片所受的氣動(dòng)力將有所改變，會(huì)引起激振力?；鹧嫱渤隹诹鲌?chǎng)分布是不均勻的，對(duì)于渦輪轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似于均布障礙物的影響也會(huì)引起激振力。 （2）顫振 顫振屬于自激振動(dòng)，葉片的振型與頻率都與尾流激振大致相同，它與強(qiáng)迫振動(dòng)不同之處在于它不伴有任何帶頻率的激振力。顫振的頻率基本上由葉片本身的幾何尺寸和材料性質(zhì)所決定，因而稱(chēng)為“自激振動(dòng)”。顫振有亞音速失速、亞音速非失速、超音速失速、超音速非失速及堵塞顫振等。葉片自激振動(dòng)時(shí)必然要從氣流中吸取能量，以補(bǔ)償震動(dòng)的阻尼場(chǎng)。發(fā)生顫振的必要條件是氣流攻角大于臨界攻角，葉背氣流分離引起升力變化，導(dǎo)致顫振。 顫振多發(fā)生在壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，而

13、渦輪轉(zhuǎn)子葉片很少見(jiàn)到顫振。顫振的危害性很大，可在極短時(shí)間內(nèi)使葉片發(fā)生斷裂失效，而且往往使一個(gè)扇形面內(nèi)的多個(gè)葉片斷裂。 （3）隨機(jī)振動(dòng) 隨機(jī)振動(dòng)在各個(gè)頻率下都有激振力，這些激振力作用在葉片上，會(huì)引起葉片普遍的強(qiáng)迫振動(dòng)，而在某幾個(gè)頻率下引起共振，這幾個(gè)頻率就是葉片的自振頻率。隨機(jī)振動(dòng)的激振源是強(qiáng)大的噪聲，故又將此引起的葉片疲勞成為噪聲疲勞，噪聲源是葉片對(duì)氣流的干擾和氣流燃燒。噪聲越大，激振力越強(qiáng)，葉片受損可能性越大。1.2渦輪葉片的常見(jiàn)裂紋 渦輪葉片用合金鋼（gh37）制作，裂紋較多。特別是一級(jí)工作葉片，沿葉片弦長(zhǎng)方向的橫向裂紋較多，沿葉高方向的縱向裂紋較少。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)使用時(shí)間的增加，故障率逐漸增

14、大。橫向裂紋多產(chǎn)生在距葉根三分之一處的排氣邊，葉背與葉根的轉(zhuǎn)接圓弧處，裂紋逐步擴(kuò)展斷裂，葉片榫齒也常發(fā)生裂紋。1.3渦輪葉片的常見(jiàn)裂紋1.3.1蠕變斷裂 金屬材料在一定溫度下，收持續(xù)應(yīng)力的作用而引起的緩慢的塑性變形叫做金屬的蠕變。引起蠕變的的應(yīng)力叫蠕變應(yīng)力。在蠕變應(yīng)力作用下，蠕變變形逐漸增加，最終斷裂，這種斷裂叫蠕變斷裂。導(dǎo)致斷裂的最小應(yīng)力叫做蠕變斷裂應(yīng)力，又稱(chēng)蠕變強(qiáng)度或蠕變斷裂強(qiáng)度（持久強(qiáng)度）。 蠕變可發(fā)生于低溫和溫室下，但只有當(dāng)溫度高于0.3tm（tm是用絕對(duì)溫度表示的熔點(diǎn)）時(shí)才顯著起來(lái)，才必須給予重視。溫度愈高，蠕變現(xiàn)象愈顯著。 隨著工作時(shí)間的增長(zhǎng)，葉片的變形逐漸增大。所以，渦輪葉片在高

15、溫下承受負(fù)荷，其毀壞是逐漸產(chǎn)生的。當(dāng)然，燃?xì)鉁囟仍礁?，?fù)荷越大，引起毀壞的期限也越短。蠕變過(guò)程中同時(shí)存在晶內(nèi)滑移和晶界變形，并在一定溫度和應(yīng)力條件下形成空洞和裂紋，裂紋發(fā)展，導(dǎo)致斷裂。多以解釋蠕變機(jī)制的應(yīng)力集中理論和空位聚集理論。 （1）引力集中理論 在三晶交接處及晶界與滑移線(xiàn)的交截處因形變而產(chǎn)生應(yīng)力集中，形成楔形沿晶裂紋，裂紋擴(kuò)展，導(dǎo)致晶界斷裂。 （2）空位聚集理論 空洞肯能在下列兩種情況下形成：在應(yīng)力和熱騷動(dòng)的作用下，晶體內(nèi)點(diǎn)缺陷選擇與拉應(yīng)力垂直的方向運(yùn)動(dòng)，停止與拉應(yīng)力的方向上，空位在此界面上逐漸聚集，達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，晶界破裂，形成空洞；另外，滑移面和滑移界的交割，具有析出物的晶界滑動(dòng)，形

16、成空洞?？斩丛趹?yīng)力持續(xù)作用下逐步長(zhǎng)大，連續(xù)成波浪形（r形）裂紋，發(fā)生沿晶界斷裂。 裂紋的宏觀形態(tài)特征是：裂紋往往出現(xiàn)在邊緣，呈短細(xì)的裂口狀，并伴隨有零件的外形變化。 在光學(xué)顯微鏡下觀察，蠕變裂紋的起源處的形態(tài)往往是境界空穴，裂紋沿晶界擴(kuò)展，斷口呈顆粒狀，表面有一層很厚的氧化膜。1.3.2熱疲勞斷裂 1）概述熱疲勞斷裂是由于交變熱應(yīng)力或熱應(yīng)變作用而產(chǎn)生的疲勞破壞。熱應(yīng)力是由于溫度分布不均、金屬自由膨脹或收縮受到限制而產(chǎn)生的。圖14熱疲勞曲線(xiàn) 發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪導(dǎo)向器葉片的裂紋是熱疲勞斷裂的典型例子。如圖14所示是葉片在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、停車(chē)過(guò)程中熱氣流引起的熱應(yīng)變特性曲線(xiàn)（葉片本體溫度用體積平均溫度tm表示，

17、葉片排氣邊溫度用tc表示）。葉片排氣邊較薄，加熱、冷卻比葉片中部快，這樣，排氣邊和葉片中部的溫差很大，熱應(yīng)力和熱應(yīng)變也很大，其最大值位于排氣邊。 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，使葉片排氣邊的熱應(yīng)力從o點(diǎn)增加到a點(diǎn)（c所示）。葉片上文的溫度梯度達(dá)到最大值（a所示）以后溫度梯度逐步減小，到達(dá)彈性拉伸區(qū)的b點(diǎn)。高溫時(shí)，由于蠕變變形，應(yīng)力松弛使機(jī)械應(yīng)變?yōu)榱悖╞所示）。停車(chē)時(shí)，葉片排氣邊薄，受到拉伸載荷作用（從d到e），產(chǎn)生塑性變形。此時(shí)溫度已低可以不考慮e點(diǎn)時(shí)蠕變。拉應(yīng)力和應(yīng)變?cè)趀點(diǎn)達(dá)到最大值。這時(shí)葉片排氣邊和中部溫度差也達(dá)到最大值。然后冷卻，排氣邊的負(fù)荷減小，直到應(yīng)變?yōu)榱?，回到回線(xiàn)的o點(diǎn)，此時(shí)達(dá)到等溫狀態(tài)，完成了一

18、個(gè)熱應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)。 以上分析說(shuō)明，發(fā)動(dòng)機(jī)翻修時(shí)，為什么總是在葉片的排氣邊有裂紋。 2）熱疲勞裂紋及斷口的形態(tài)特征 宏觀上，熱疲勞裂紋一般較粗短，有時(shí)呈裂口狀，由于零件表面受溫度影響而具有一定色澤，所以宏觀檢查難以發(fā)現(xiàn)熱疲勞裂紋。 熱疲勞裂紋的微觀形態(tài)與材料抗熱疲勞性能有關(guān)?？篃崞诓畹暮辖?，熱疲勞裂紋比較彎曲，沿晶界擴(kuò)展，裂紋條數(shù)較多，成漿糊了從缺口處發(fā)源的縱向裂紋外，還會(huì)有多條與之垂直的橫向裂紋，構(gòu)成疲勞裂紋網(wǎng)絡(luò)?？篃崞诤玫暮辖?，熱疲勞裂紋比較平直，傳晶擴(kuò)展，裂紋比較單一，通常只有一條主裂紋，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋變寬并不斷延長(zhǎng)，熱疲勞裂紋附近，晶粒往往有碎化現(xiàn)象。熱疲勞斷口表面垂直于主

19、應(yīng)力方向，表面連續(xù)平坦，疲勞擴(kuò)展區(qū)比較粗糙，有較明顯的纖維狀，最終斷裂區(qū)有45剪切唇口。熱疲勞源區(qū)附近表面上，常?？捎^察到一些斷口面平行或呈一定角度的裂口，并具有不同程度的氧化色澤。 熱疲勞斷口的微觀形態(tài)的基本特征是韌窩花樣，有等軸韌窩和撕裂韌窩，撕裂的方向代表該局部裂紋的擴(kuò)展方向，韌窩近乎成排規(guī)則排列，且大多數(shù)撕裂韌窩排的撕裂方向近似垂直于裂紋的擴(kuò)展方向。 熱疲勞裂口氧化嚴(yán)重，尤其在裂紋源區(qū)附近，極不易清洗干凈，在電鏡下可觀察到所謂“花朵狀形變窩”花樣。實(shí)際上，這是氧化龜裂，也是熱疲勞斷口微觀形態(tài)的判斷依據(jù)之一。1.3.3疲勞斷裂 許多機(jī)件按靜強(qiáng)度要求是足夠安全的，但是在低于屈服極限、甚至彈

20、性極限以下的交變應(yīng)力反復(fù)作用下，卻會(huì)導(dǎo)致破壞。由于交變應(yīng)力反復(fù)作用導(dǎo)致的破壞叫做疲勞斷裂，疲勞斷裂的發(fā)展過(guò)程稱(chēng)為疲勞。 機(jī)件的疲勞破壞一般分為四個(gè)階段：裂紋萌生（成核）、微裂紋形成（疲勞擴(kuò)展的第一階段）、疲勞裂紋擴(kuò)展的第二階段和瞬時(shí)斷裂。 裂紋萌生出就是常說(shuō)的疲勞源位置，它一定在應(yīng)力集中處，一般位于幾件表面，只有在金屬內(nèi)部有冶金缺陷時(shí)，疲勞源才會(huì)在金屬內(nèi)部。 疲勞斷口的宏觀判據(jù)是疲勞弧帶，微觀判據(jù)是疲勞條痕。有的故障件兩種特征都有，有時(shí)則是只有宏觀特征或只有微觀特征。兩種特征都沒(méi)有的疲勞斷口也是常見(jiàn)。 高應(yīng)力與低應(yīng)力相比，高應(yīng)力的瞬時(shí)斷裂區(qū)的面積相對(duì)大些，疲勞源區(qū)有臺(tái)階和線(xiàn)痕，表面粗糙，缺乏光

21、澤，疲勞弧帶稀疏，微觀特征有疲勞弧線(xiàn)。 渦輪葉片疲勞斷裂主要是因?yàn)殡x心力疊加彎曲應(yīng)力引起的疲勞斷裂、由振動(dòng)環(huán)境引起的顫振，扭轉(zhuǎn)共振、彎曲振動(dòng)疲勞斷裂以及由環(huán)境介質(zhì)以及接觸狀態(tài)引起的高溫疲勞、微動(dòng)疲勞和腐蝕損傷導(dǎo)致的疲勞斷裂。但由于渦輪葉片工作環(huán)境的復(fù)雜性，渦輪葉片實(shí)際的疲勞斷裂往往并非上述某一模式。而是多種情況的疊加。第二章 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的維修技術(shù) 2.1修理前的處理與檢測(cè) 渦輪葉片在實(shí)施修理工藝之前進(jìn)行必要的預(yù)處理和檢測(cè)，以清除其表面的附著雜質(zhì)；對(duì)葉片損傷形式和損傷程度做出評(píng)估，從而確定葉片的可修理度和采用的修理技術(shù)手段。2.1.1清洗 由于渦輪葉片表面黏附有燃料燃燒后的沉積物以及涂層和(

22、或)基體經(jīng)過(guò)高溫氧化腐蝕后所產(chǎn)生的熱蝕層，一般統(tǒng)稱(chēng)為積炭。積炭致使渦輪效率下降，熱蝕層會(huì)降低葉片的機(jī)械強(qiáng)度和葉片表面處理的工藝效果，同時(shí)積炭也掩蓋了葉片表面的損傷，不便于檢測(cè)。因此，葉片在進(jìn)行檢測(cè)和修理前，要清除積炭。 積炭質(zhì)地堅(jiān)硬，黏附力強(qiáng)，因此，清除積炭是一項(xiàng)較困難的工作。長(zhǎng)期以來(lái)，各國(guó)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修基地都在致力研究高效和高可靠性的清洗液和清洗工藝，目前已取得相當(dāng)?shù)某晒?。西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司在從英國(guó)引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制出四種不同成分配方、不同清除功用的清洗液和分步的清洗工藝，在某型發(fā)動(dòng)機(jī)上使用表明清洗效果良好。美國(guó)則推行無(wú)毒清洗技術(shù)，如用堿性清洗液和塑料丸取代氯氟烴溶劑；而一些航空公司已

23、經(jīng)采用在清理表面積附時(shí)間長(zhǎng)、易于用水清洗不留殘物的凝膠工藝(spopl)。snecma公司在20世紀(jì)80年代開(kāi)發(fā)了氟化氫(hf)離子清理技術(shù)，后來(lái)被美國(guó)faa及諸如ge公司等發(fā)動(dòng)機(jī)制造商廣泛應(yīng)用，這種方法特別適用于進(jìn)行葉片表面處理(如化學(xué)氣相沉積)前的預(yù)先清理，而且不污染環(huán)境。2.1.2無(wú)損檢測(cè)在修理前，使用先進(jìn)的檢測(cè)儀器對(duì)葉片的葉型完整性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，以評(píng)估磨損、燒熔、腐蝕、掉塊、裂紋、積炭和散熱孔堵塞等損傷缺陷情況，從而指導(dǎo)葉片的具體修理工藝。對(duì)于渦輪葉片的不同部位，無(wú)損檢測(cè)的側(cè)重點(diǎn)也不相同。如導(dǎo)向葉片，主要檢查葉根焊接部位是否有裂紋以及葉身的燒蝕情況。而對(duì)于工作葉片，葉頂部位，主要

24、檢查硫化程度和磨損狀況；葉身部位，檢查熱障涂層的退化情況和基本的燒蝕、腐蝕情況；葉根部位，承受著相當(dāng)大的離心力和高頻振動(dòng)，會(huì)因熱蠕變、疲勞和材料工藝缺陷產(chǎn)生裂紋，因此要重點(diǎn)檢查。目視檢查是最簡(jiǎn)單也是最常用的方法，可發(fā)現(xiàn)葉片表面較明顯和尺寸較大的損傷，淘汰不具有修理意義的葉片。但這種方法具有很大的人為不確定因素，檢測(cè)誤差較大。光學(xué)顯微檢查可發(fā)現(xiàn)葉片表面較細(xì)微的裂紋，磁粉、渦流等無(wú)損檢測(cè)技術(shù)手段也已廣泛應(yīng)用于渦輪葉的檢測(cè)中，較為先進(jìn)的是用超聲波和ct檢測(cè)葉片結(jié)構(gòu)完整性。早在20世紀(jì)80年代初，美國(guó)sonoscan公司就已開(kāi)發(fā)激光掃描聲顯微鏡代表的超聲檢測(cè)技術(shù)，用于葉片的實(shí)時(shí)光成像檢測(cè)。后來(lái)，美國(guó)n

25、ucon檢測(cè)設(shè)備公司又研制了檢測(cè)大型發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)子葉片完整性和內(nèi)部裂紋的nipscan系統(tǒng)，此系統(tǒng)由超聲波傳感器夾具、超聲波裂紋探測(cè)器和一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。目前，ct已經(jīng)成為適用于測(cè)量渦輪葉片壁厚和內(nèi)部裂紋的主要方法。一臺(tái)ct機(jī)由x輻射源和專(zhuān)用計(jì)算機(jī)組成。檢測(cè)時(shí)，輻射源以扇形釋放光子，通過(guò)被檢葉片后被探測(cè)器采集。其光子量和密度被綜合后，產(chǎn)生一幅二維層析x光照片，即物體的截面圖，從中分析葉片內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，得出裂紋的準(zhǔn)確位置及尺度。連續(xù)拍攝物體的二維掃描，可生成數(shù)字化三維掃描圖，用于檢測(cè)整個(gè)葉片的缺陷，還可檢測(cè)空心葉片冷卻通道的情況。ct可探測(cè)到10-2mm級(jí)的裂紋。2.1.3葉型的精確檢測(cè)目前

26、，在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(cmm)的基礎(chǔ)上，編制微機(jī)控制自動(dòng)檢測(cè)所用的應(yīng)用軟件，發(fā)展研制了檢測(cè)渦輪葉片的葉身幾何形狀的坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)(cmms)，可自動(dòng)檢測(cè)葉身的幾何形狀，并與標(biāo)準(zhǔn)葉型比較；自動(dòng)給出偏差檢測(cè)結(jié)果，來(lái)判斷葉片的可用度和所需采用的修理手段。不同cmms制造商所采用的測(cè)量方法有所不同，但都有以下共同點(diǎn)：自動(dòng)化程度高；檢測(cè)速度快，通常一個(gè)葉片在1分鐘內(nèi)檢測(cè)完畢；檢測(cè)結(jié)果精度高；軟件擴(kuò)充性好，只要修改標(biāo)準(zhǔn)葉型數(shù)據(jù)庫(kù)就可以適用不同型號(hào)的葉片的檢測(cè)。2.2葉片修理技術(shù)采用先進(jìn)的葉片修理技術(shù)，修復(fù)葉片表面以及內(nèi)部的缺陷，恢復(fù)甚至增強(qiáng)其原有的性能等，這都將大大降低發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命周期費(fèi)用，有效提高其經(jīng)濟(jì)性。目前

27、國(guó)內(nèi)外在渦輪葉片修理中所應(yīng)用的工藝和技術(shù)主要有以下幾種。2.2.1焊接修理焊接是將兩個(gè)或兩個(gè)以上的零件，在外界某種能量的作用下，借助于各零件接觸部位的的原子核分子間的相互結(jié)合力連接成一個(gè)不可拆的整體的工藝過(guò)程。因?yàn)闇u輪葉片一般是有難熱合金制成所以大多使用氬弧焊。氬弧焊的氣體保護(hù)電弧焊（又稱(chēng)氣電焊）的一種，它和一般手工電弧焊的主要區(qū)別是，用保護(hù)氣體（氬弧焊就是用氬氣）將電弧、熔池與空氣隔開(kāi)，杜絕空氣的有害作用，以獲得性能良好的焊縫。氬弧焊的特點(diǎn)：（1）氬氣屬惰性氣體，不溶于液態(tài)金屬，是一種優(yōu)良的焊接用保護(hù)氣體；（2）焊縫表面形狀好，具有較好的機(jī)械性能；（3）電弧穩(wěn)定性好，飛濺少；（4）可焊接1毫

28、米以下薄板及某些一種金屬；（5）一定條件下可進(jìn)行各種位置的焊接。2.2.2熱噴涂技術(shù)熱噴涂技術(shù)是把絲（棒）狀或粉末狀材料加熱到熔化或軟化狀態(tài)，并進(jìn)一步霧化、加速，然后沉積到要噴涂的零件或基體材料上。許多金屬、合金、氧化物、難熔化合物甚至有機(jī)塑料都可以使用噴涂技術(shù)，噴涂到各種各樣的金屬和非金屬基體上以獲得具有耐磨、耐熱和耐氧化、防腐蝕、電絕緣或?qū)щ姷雀鞣N不同性能的涂層和用以控制機(jī)械零件間隙的可磨耗封嚴(yán)涂層以及用以恢復(fù)尺寸的修補(bǔ)涂層。熱噴涂的特點(diǎn)：（1）噴涂材料廣泛，所獲得的涂層性能也非常廣泛，并適用于各種基體材料，用途廣；（2）設(shè)備簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，操作程序少，速度快，生產(chǎn)效率高；（3）集體材料變

29、形小，無(wú)熱變形。由于熱噴涂技術(shù)具有無(wú)熱變形、生產(chǎn)效率高、用途廣、設(shè)備通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，又能跟據(jù)零件工作條件達(dá)到耐蝕、耐磨、耐高溫、密封等不同目的。因此，成為用來(lái)延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命，提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能、效率的一項(xiàng)不可缺少的技術(shù)。1） 耐磨涂層為了減少航空發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中振動(dòng)、滑動(dòng)、撞擊和摩擦引起的磨損，提高性能、延長(zhǎng)使用壽命，航空發(fā)動(dòng)機(jī)零、部件廣泛采用的耐磨涂層包括鈷基、鎳基和碳化鎢等多種涂層。通常，碳化鎢鈷耐磨涂層用于450以下，是一種中溫耐磨涂層；碳化鉻加鎳鎘、鈷鉻鎢、鎳鎘硼硅為高溫耐磨涂層，可用于800左右。其中鎳鎘-碳化鉻涂層在845、1444公斤厘米負(fù)載下工作10小時(shí)展現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性，在92

30、5下具有比鎳鉻層更優(yōu)異的抗氧化性能。為了消除渦噴7發(fā)動(dòng)機(jī)級(jí)空心精鑄渦輪葉片葉冠由于工作磨損導(dǎo)致尺寸超差造成的振動(dòng)過(guò)大引起的榫齒延伸段折斷和裂紋的故障，在其表面用等離子火焰噴涂鈷鉻鎢高溫耐磨涂層。2）耐熱涂層現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)希望盡可能調(diào)高渦輪前溫度，以增大推力。因此渦輪葉片的工作溫度也相應(yīng)提高。雖然用耐高溫材料，仍難滿(mǎn)足使用要求。實(shí)踐證明在渦輪葉片上采用耐熱涂層，能夠提高部件的難熱性能，并防止出現(xiàn)變形和裂紋。3）可磨耗涂層現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件渦輪是有不同級(jí)的靜子葉片組成的機(jī)匣和固定在盤(pán)上旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子葉片所組成。就發(fā)動(dòng)機(jī)的效率而言，必須把靜子和轉(zhuǎn)子兩部分之間的間隙保持在最小的限度，這些間隙包谷轉(zhuǎn)子

31、葉片葉尖與靜止的外環(huán)之間的“葉尖間隙”和每級(jí)轉(zhuǎn)子及機(jī)匣之間的“級(jí)間間隙”。為減少由于間隙大引起的氣流泄漏，從理論上講希望這些間隙接近零，由于制造零件的實(shí)際偏差和裝配上的公差，這是難以做到的，而且輪盤(pán)在高溫高速旋轉(zhuǎn)條件下還會(huì)產(chǎn)生縱向運(yùn)動(dòng)，葉片徑向“增長(zhǎng)”，零件的繞曲變形以及熱脹冷縮等都會(huì)改變這些間隙，采取噴涂磨耗涂層，意識(shí)間隙最小，即在靜子組件和葉尖相鄰的面上噴涂不同類(lèi)型涂層，當(dāng)旋轉(zhuǎn)零件與它摩擦?xí)r，該涂層做出犧牲性磨耗，使間隙大最小限度。2.2.3噴丸強(qiáng)化噴丸強(qiáng)化是用高速?gòu)椡瑁úＡ杌蜾撏瑁┳矒艚饘倭慵砻媸怪a(chǎn)生殘余壓應(yīng)力并形成細(xì)化亞晶粒的冷作硬化層，從而提高零件疲勞強(qiáng)度，和抗應(yīng)力腐蝕能力的一

32、種工藝方法。它具有效率高、成本低、強(qiáng)化效果明顯等特點(diǎn)。1）干噴丸強(qiáng)化干噴丸強(qiáng)化技術(shù)是靠離心輪產(chǎn)生的離心力或從噴嘴噴出的壓縮空氣將噴丸噴射到零件表面，使其具有一定厚度的表面強(qiáng)化層。干噴丸工藝具有設(shè)備簡(jiǎn)單效率高等優(yōu)點(diǎn)，但在大量生產(chǎn)中，尚存在粉塵污染，噪聲大彈丸消耗量大燈缺點(diǎn)。2）水噴丸強(qiáng)化水噴丸與干噴丸的強(qiáng)化原理是一樣的，只是水噴丸以高速運(yùn)動(dòng)的液體彈丸流取代干噴丸中的彈丸，以此來(lái)減少干噴丸工藝中所產(chǎn)生的粉塵污染，保護(hù)環(huán)境，改善工作條件。所謂的液體彈丸流，目前常用的是水和彈丸（玻璃丸）的混合物，只要采用合理的工藝參數(shù)水噴丸同樣能夠取得和干噴丸相同的效果。水噴丸與干噴丸相比，具有污染小、噪音低、彈丸消

33、耗小、節(jié)電等優(yōu)點(diǎn)。3）旋板強(qiáng)化（或叫做軟輪“噴丸”）旋板強(qiáng)化技術(shù)是美國(guó)3m公司在噴丸強(qiáng)化技術(shù)的基礎(chǔ)上研制的新技術(shù)。其強(qiáng)化原理是以粘有彈丸的特這旋板在旋轉(zhuǎn)中連續(xù)不斷的打擊金屬表面，使其獲得一定的厚度的表面強(qiáng)化層，達(dá)到與噴丸強(qiáng)化同樣的效果。它與噴丸強(qiáng)化相比較有設(shè)備簡(jiǎn)單、體積小、使用方便、效率高、經(jīng)濟(jì)耐用、效果好等優(yōu)點(diǎn)。噴丸是以高速?gòu)椡枇髯矒羰車(chē)姽ぜ砻?，在受?chē)姴牧系脑俳Y(jié)晶溫度下進(jìn)行的一種冷加工方法。葉片噴丸強(qiáng)化可提高抗疲勞和抗應(yīng)力腐蝕性能。它是利用高速?gòu)椡柙谧矒羧~片時(shí)，葉片表面迅速伸長(zhǎng)，從而引起表層材料在一定深度范圍內(nèi)的塑性流動(dòng)塑性變形。變形層的深度取決于彈丸撞擊程度和工件材料的力學(xué)性能，通常變形

34、層深度可達(dá)0.12mm0.75mm。改變噴丸參數(shù)，也可以得到合適的變層深度。當(dāng)噴丸引起葉片表層材料塑性變形時(shí)，與表層相鄰的次表層材料也將由于表層變形而變形。但與表層相比較，次表層的變形程度較小，未達(dá)到該材料屈服點(diǎn)而保持彈性變形狀態(tài)，因此，表層與次表層的這種不均勻塑性變形，能引起材料受?chē)姾蟮臍堄鄳?yīng)力場(chǎng)（即應(yīng)力分布）的改變。試驗(yàn)表明，噴丸后表層呈現(xiàn)殘余壓縮應(yīng)力，而在一定深度的次表層則為拉伸應(yīng)力。表層的殘余壓縮應(yīng)力可比次表層的拉伸應(yīng)力高達(dá)數(shù)倍。這種殘余應(yīng)力分步模式很有利于疲勞強(qiáng)度和抗應(yīng)力腐蝕性能的提高。葉根處的噴丸尤為重要，通過(guò)殘余壓力場(chǎng)，增加表面殘余壓應(yīng)力，使表面實(shí)際承受的交變拉應(yīng)力水平降低，提高

35、抗疲勞性能，避免裂紋的生成。噴丸強(qiáng)化工藝不僅能夠顯著地提高零件的疲勞強(qiáng)度，而且還能提高建的抗應(yīng)力腐蝕能力，噴丸強(qiáng)化除了顯著提高零件的上述性能以外，對(duì)其抗張強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、塑性、高溫瞬時(shí)強(qiáng)度以及高溫持久強(qiáng)度等基本上無(wú)明顯影響。因此，采用噴丸強(qiáng)化技術(shù)，對(duì)延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命和提高產(chǎn)品質(zhì)量具有極其重要的意義。有g(shù)h32、gh33熱強(qiáng)合金制造的渦輪葉片第一榫齒裂紋和排氣邊緣裂紋故障直接影響著使用的安全性和可靠性，通過(guò)對(duì)渦輪葉片葉身，和榫齒噴丸強(qiáng)化后，顯著地提高了疲勞強(qiáng)度，使用壽命延長(zhǎng)二分之一倍以上，經(jīng)噴丸強(qiáng)化修復(fù)和延長(zhǎng)使用壽命的葉片，在使用中，均為發(fā)現(xiàn)榫齒和葉身出現(xiàn)裂紋。2.2.4涂層修復(fù)許多性能先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片已應(yīng)用涂層技術(shù)提高其抗氧化、抗腐蝕、耐磨、耐高溫性能以及渦輪的氣動(dòng)效率，但葉片在使用過(guò)程中涂層會(huì)不同程度地缺損，因此，在葉片修理時(shí)都要對(duì)防護(hù)涂層進(jìn)行修復(fù)，一般都要將原涂層剝落，重新涂覆新的涂層。另外，原沒(méi)有涂層的渦輪葉片，也可以在葉片基體表面涂覆防護(hù)涂層，以提高葉片的工作可靠性和使用壽命。目前，渦輪葉片所應(yīng)用的涂層種類(lèi)主要有抗氧化耐腐蝕涂層、金屬