大修航空發(fā)動機渦輪葉片的檢修技術

1、 大修航空發(fā)動機渦輪葉片的檢修技術 介紹了渦輪葉片的清洗、無損檢測、葉型完整性檢測等預處理，以及包括表面損傷修理、葉頂修復、熱靜壓、噴丸強化及涂層修復等在內的先進修理技術。 渦輪葉片的工作條件特別惡劣，因此，在性能先進的航空發(fā)動機上，渦輪葉片都采納了性能優(yōu)異但價格非常昂貴的鎳基和鈷基高溫合金材料以及簡單的制造工藝，例如，定向凝固葉片和單晶葉片。在修理車間采納先進的修理技術對存在缺陷和損傷的葉片進行修復，延長其使用壽命，削減更換葉片，可獲得可觀的經濟收益。為了有效提高航空發(fā)動機的工作牢靠性和經濟性，渦輪葉片先進的修理技術日益受到發(fā)動機用戶和修理單位的重視，并獲得了廣泛的應用。 1.修理前的處理與

2、檢測 渦輪葉片在實施修理工藝之前進行必要的預處理和檢測，以清除其表面的附著雜質；對葉片損傷形式和損傷程度做出評估，從而確定葉片的可修理度和采納的修理技術手段。 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(或)基體經過高溫氧化腐蝕后所產生的熱蝕層，一般統(tǒng)稱為積炭。積炭致使渦輪效率下降，熱蝕層會降低葉片的機械強度和葉片表面處理的工藝效果，同時積炭也掩蓋了葉片表面的損傷，不便于檢測。因此，葉片在進行檢測和修理前，要清除積炭。 1.2無損檢測 在修理前，使用先進的檢測儀器對葉片的葉型完整性和內部結構進行檢測，以評估磨損、燒熔、腐蝕、掉塊、裂紋、積炭和散熱孔堵塞等損傷缺陷狀況，從而指

3、導葉片的詳細修理工藝。 目前，CT已經成為適用于測量渦輪葉片壁厚和內部裂紋的主要方法。一臺CT機由X輻射源和專用計算機組成。檢測時，輻射源以扇形釋放光子，通過被檢葉片后被探測器采集。其光子量和密度被綜合后，產生一幅二維層析X光照片，即物體的截面圖，從中分析葉片內部組織結構，得出裂紋的精確位置及尺度。連續(xù)拍攝物體的二維掃描，可生成數字化三維掃描圖，用于檢測整個葉片的缺陷，還可檢測空心葉片冷卻通道的狀況。CT可探測到10-2mm級的裂紋。 1.3葉型的精確檢測 目前，在坐標測量機(CMM)的基礎上，編制微機掌握自動檢測所用的應用軟件，進展研制了檢測渦輪葉片的葉身幾何外形的坐標測量系統(tǒng)(CMMS)，

4、可自動檢測葉身的幾何外形，并與標準葉型比較；自動給出偏差檢測結果，來推斷葉片的可用度和所需采納的修理手段。 不同CMMS制造商所采納的測量方法有所不同，但都有以下共同點：自動化程度高；檢測速度快，通常一個葉片在1分鐘內檢測完畢；檢測結果精度高；軟件擴充性好，只要修改標準葉型數據庫就可以適用不同型號的葉片的檢測。 2.葉片修理技術 采納先進的葉片修理技術，修復葉片表面以及內部的缺陷，恢復甚至增加其原有的性能等，這都將大大降低發(fā)動機的壽命周期費用，有效提高其經濟性。目前國內外在渦輪葉片修理中所應用的工藝和技術主要有以下幾種。 2.1表面損傷的修理 假如經檢驗，葉片表面的微小裂紋或者由燒蝕、腐蝕所導

5、致的缺陷尺度在允許修理范圍內，則對其進行修補。目前先進的修補方法有以下幾種。 一是活化集中愈合法。其原理及工藝特點是借助低熔點焊接合金把高溫合金粉末注入裂紋中，通過液相燒結使焊接合金同時向高溫合金粉末和基體金屬中集中，從而使裂紋得到愈合。 另外一種方法是激光熔覆，是利用肯定功率密度的激光束照耀(掃描)覆于裂紋、缺陷處的合金粉末，使之完全溶化，而基材金屬表層微熔，冷凝后在基材表面形成一個低稀釋度的包覆層，從而彌合裂紋及缺陷。 2.2葉頂的修復 對于葉片受損(主要是磨損、腐蝕和硫化)的頂部，可用等離子電弧焊及鎢極惰性氣體愛護焊來修復，即先堆焊上合適的材料，再磨削到所要求的葉片高度。鈷基合金抗熱腐蝕

6、性能好，是一種合適的堆焊材料。閱歷表明，合金結合此工藝修復的葉片具有良好的結構完整性。除焊修外，低壓等離子噴涂涂層，已勝利地用于修復葉片的頂部了，涂層厚度為。 2.3熱靜壓 熱靜壓是將葉片保持在溫度和壓力的熱等壓條件下，可用于以下目的修復： 消退焊后存在于金屬中的內應力； 冶金成分退化修復，渦輪葉片在工作過程中會沿晶界消失脆生相，將降低葉片的塑性和強度，熱靜壓固溶處理可有效恢復葉片結構的退化狀況； 低循環(huán)疲憊的修復； 蠕變損壞的修復。 熱靜壓可恢復葉片原有的強度極限和延長率，延長蠕變斷裂壽命。 2.4噴丸強化 噴丸是以高速彈丸流撞擊受噴工件表面，在受噴材料的再結晶溫度下進行的一種冷加工方法。葉

7、片噴丸強化可提高抗疲憊和抗應力腐蝕性能。它是利用高速彈丸在撞擊葉片時，葉片表面快速伸長，從而引起表層材料在肯定深度范圍內的塑性流淌塑性變形。變形層的深度取決于彈丸撞擊程度和工件材料的力學性能，通常變形層深度可達。轉變噴丸參數，也可以得到合適的變層深度。當噴丸引起葉片表層材料塑性變形時，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，未達到該材料屈服點而保持彈性變外形態(tài)，因此，表層與次表層的這種不勻稱塑性變形，能引起材料受噴后的殘余應力場（即應力分布）的轉變。試驗表明，噴丸后表層呈現殘余壓縮應力，而在肯定深度的次表層則為拉伸應力。表層的殘余壓縮應力可比次表層的

8、拉伸應力高達數倍。這種殘余應力分步模式很有利于疲憊強度和抗應力腐蝕性能的提高。 2.5涂層修復 很多性能先進的航空發(fā)動機渦輪葉片已應用涂層技術提高其抗氧化、抗腐蝕、耐磨、耐高溫性能以及渦輪的氣動效率，但葉片在使用過程中涂層會不同程度地缺損，因此，在葉片修理時都要對防護涂層進行修復，一般都要將原涂層剝落，重新涂覆新的涂層。另外，原沒有涂層的渦輪葉片，也可以在葉片基體表面涂覆防護涂層，以提高葉片的工作牢靠性和使用壽命。目前，渦輪葉片所應用的涂層種類主要有抗氧化耐腐蝕涂層、金屬基陶瓷熱障涂層、耐磨涂層主要用于葉冠和葉根、封嚴涂層等，所采納的涂層制備工藝主要有以下幾種。 集中滲金屬法：將某種防腐蝕金屬

9、的化學成分在高溫下從填充物中釋放，轉移到部件上并集中到里面，形成部件防腐的致密層。 熱噴涂工藝：采納氣體、液體燃料或電弧、等離子弧作熱源，將金屬、合金、金屬陶瓷、氧化物、碳化物等噴涂材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，通過高速氣流使其霧化、噴射沉積到工件表面而形成附著堅固的表層的方法。 物理沉積工藝及化學相沉積工藝：通過金屬或化學成分的蒸氣相遷移到基體金屬表面。此工藝受到工裝設備的限制，應用較少。 由于渦輪葉片工作環(huán)境惡劣、合金材料價格貴，其機械狀態(tài)檢測和修理受到航空動力界更多的重視。多年的實踐表明，先進的修理技術在航空發(fā)動機渦輪葉片的修理中的廣泛應用，在很大程度上有效提高了發(fā)動機的航線工作牢靠性，降低了全壽命費用。當然，采納何種檢測技術及修理工藝，也要充分考慮修理的經濟性，因此，工藝簡單的修理技術一般只用于合金材料昂貴、制造工藝難度大的葉片。 目前，在我國，航空發(fā)動機渦輪葉片的機上