渦輪葉片清理工藝介紹了渦輪葉片的清洗、無(wú)損檢測(cè)、葉型完整性檢測(cè)等預(yù)處理，以及包括表面損傷修理、葉頂修復(fù)、熱靜壓、噴丸強(qiáng)化及涂層修復(fù)等在內(nèi)的先進(jìn)修理技術(shù)。

渦輪葉片的工作條件非常惡劣，因此，在性能先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)上，渦輪葉片都采用了性能優(yōu)異但價(jià)格十分昂貴的鎳基和鈷基高溫合金材料以及復(fù)雜的制造工藝，例如，定向凝固葉片和單晶葉片。在維修車(chē)間采用先進(jìn)的修理技術(shù)對(duì)存在缺陷和損傷的葉片進(jìn)行修復(fù)，延長(zhǎng)其使用壽命，減少更換葉片，可獲得可觀的經(jīng)濟(jì)收益。為了有效提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作可*性和經(jīng)濟(jì)性，渦輪葉片先進(jìn)的修理技術(shù)日益受到發(fā)動(dòng)機(jī)用戶(hù)和修理單位的重視，并獲得了廣泛的應(yīng)用。

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。

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(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*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.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)NUCON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。

3.葉型的精確檢測(cè)

目前，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)。

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。

1.表面損傷的修理

如果經(jīng)檢驗(yàn)，葉片表面的微小裂紋或者由燒蝕、腐蝕所導(dǎo)致的缺陷尺度在允許修理范圍內(nèi)，則對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)。目前先進(jìn)的修補(bǔ)方法有以下幾種。

一是活化擴(kuò)散愈合法，這是美國(guó)GE公司開(kāi)發(fā)的一種以釬焊為基礎(chǔ)的發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件延壽手段。其原理及工藝特點(diǎn)是借助低熔點(diǎn)焊接合金把高溫合金粉末"注入"裂紋中，通過(guò)液相燒結(jié)使焊接合金同時(shí)向高溫合金粉末和基體金屬中擴(kuò)散，從而使裂紋得到愈合。具體工藝是，把由葉片基體材料成分相同的高溫合金粉末以及釬焊黏結(jié)劑、低熔點(diǎn)活化擴(kuò)散焊接合金(通常含有鉻、鋁、鉭及鈷，并填加2.4%的硼以降低熔點(diǎn))所組成的裂紋修補(bǔ)材料制成漿料，用氣壓式灌注器填入裂紋中。在真空或惰性氣體中(如氬氣)，葉片被分段加熱至1205℃并保持30分鐘，在液相燒結(jié)過(guò)程中，焊接合金熔化并使基體合金粉末"鑄造"成裂紋形狀與基體金屬融合。用這種工藝可修理大約1.30mm寬的裂紋和不大于1.50mm的缺陷?；罨瘮U(kuò)散愈合法的顯微金相檢驗(yàn)表明，基體金屬與修理后獲得的金屬都具有均勻的材質(zhì)并有相近的物理性質(zhì)。用于修補(bǔ)的混合物的組分、比例很重要，對(duì)修補(bǔ)的質(zhì)量有決定性作用，其配方由維護(hù)手冊(cè)中給出或由試驗(yàn)所得。

另外一種方法是激光熔覆，是利用一定功率密度的激光束照射(掃描)覆于裂紋、缺陷處的合金粉末，使之完全融化，而基材金屬表層微熔，冷凝后在基材表面形成一個(gè)低稀釋度的包覆層，從而彌合裂紋及缺陷。激光熔覆的熔化主要發(fā)生在外加的純金屬或合金中，基材表層微熔的目的是使之與外加金屬達(dá)到冶金結(jié)合，以增強(qiáng)包覆層與基材的結(jié)合力，并防止其他元素與包覆元素相互擴(kuò)散而改變包覆層的成分和性能。激光熔覆所獲得的包覆層組織細(xì)小，一般無(wú)氣孔和空穴。

2.葉頂?shù)男迯?fù)

對(duì)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保護(hù)焊來(lái)修復(fù)，即先堆焊上合適的材料，再磨削到所要求的葉片高度。鈷基合金抗熱腐蝕性能好，是一種合適的堆焊材料。美國(guó)GE公司采用René１４２合金作為葉尖修復(fù)材料，采用堆焊法之前先將葉片在氮?dú)庵屑訜嶂粮邷匾员苊馕⒘鸭y的產(chǎn)生。經(jīng)驗(yàn)表明，Ｒｅｎé１４２合金結(jié)合此工藝修復(fù)的葉片具有良好的結(jié)構(gòu)完整性。除焊修外，低壓等離子噴涂ＭｃｒＡｌＹ涂層，已成功地用于修復(fù)葉片的頂部了，涂層厚度為２．０３ｍｍ。

ＪＴ８Ｄ、ＪＴ９Ｄ發(fā)動(dòng)機(jī)葉片上用于密封的篦齒損傷后，也用上述的堆焊修復(fù)方法。在磨剩的殘根上堆焊，可用等離子電弧焊、電子束焊或達(dá)波法惰性氣體保護(hù)焊等焊接方法。

當(dāng)用焊接方法修補(bǔ)葉片時(shí)，若葉片后緣或頂部的冷卻孔被堵塞或在孔邊產(chǎn)生了裂紋，可以先將孔焊死，再用高能電子束或激光束鉆孔。

3.熱靜壓

熱靜壓是將葉片保持在１０００～１２００℃溫度和１００～２００ＭＰａ壓力的熱等壓條件下，可用于以下目的修復(fù)：

①消除焊后存在于金屬中的內(nèi)應(yīng)力；

②冶金成分退化修復(fù)，渦輪葉片在工作過(guò)程中會(huì)沿晶界出現(xiàn)脆生相，將降低葉片的塑性和強(qiáng)度，熱靜壓固溶處理可有效恢復(fù)葉片結(jié)構(gòu)的退化情況；

③低循環(huán)疲勞的修復(fù)；

④蠕變損壞的修復(fù)。

熱靜壓可恢復(fù)葉片原有的強(qiáng)度極限和延伸率，延長(zhǎng)蠕變斷裂壽命。

4.噴丸強(qiáng)化

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，通常變形層深度可達(dá)０．１２ｍｍ～０．７５ｍｍ。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，提高抗疲勞性能，避免裂紋的生成。

5.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*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、ＭＣｒＡｌＹ金屬基陶瓷熱障涂層、耐磨涂層?主要用于葉冠和葉根　、封嚴(yán)涂層等，所采用的涂層制備工藝主要有以下幾種。

擴(kuò)散滲金屬法：將某種防腐蝕金屬的化學(xué)成分在高溫下從填充物中釋放，轉(zhuǎn)移到部件上并擴(kuò)散到里面，形成部件防腐的致密層。

熱噴涂工藝：采用氣體、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(guò)高速氣流使其霧化、噴射沉積到工件表面而形成附著牢固的表層的方法。

物理沉積工藝及化學(xué)相沉積工藝：通過(guò)金屬或化學(xué)成分的蒸氣相遷移到基體金屬表面。此工藝受到工裝設(shè)備的限制，應(yīng)用較少。

結(jié)束語(yǔ)

由于渦輪葉片工作環(huán)境惡劣、合金材料價(jià)格貴，其機(jī)械狀態(tài)檢測(cè)和修理受到航空動(dòng)力界更多的重視。多年的實(shí)踐表明，先進(jìn)的修理技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的維修中的廣泛應(yīng)用，在很大程度上有效提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的航線(xiàn)工作可*性，降低了全壽命費(fèi)用。當(dāng)然，采用何種檢測(cè)技術(shù)及修理工藝，也要充分考慮維修的經(jīng)濟(jì)性，因此，工藝復(fù)雜的維修技術(shù)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(guó)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的機(jī)上孔探檢查已廣泛使用，但葉片的先進(jìn)的修理技術(shù)應(yīng)用不多，這與我國(guó)自己制造的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片材料并不十分昂貴有關(guān)。但隨著新型高性能的發(fā)動(dòng)機(jī)研制生產(chǎn)，也將采用先進(jìn)的渦輪葉片材料和制造工藝，這會(huì)使渦輪葉片的造價(jià)大幅增加。因此，對(duì)于國(guó)產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，渦輪葉片精確檢測(cè)與先進(jìn)修理技術(shù)也有著非常廣闊的應(yīng)用前景。