2024年大修航空发动机涡轮叶片的检修技术(三篇).pdfVIP

2024年大修航空发动机涡轮叶片的检修技术

介绍了涡轮叶片的清洗、无损检测、叶型完整性检测等预处理，

以及包括表面损伤修理、叶顶修复、热静压、喷丸强化及涂层修复等

在内的先进修理技术。

涡轮叶片的工作条件非常恶劣，因此，在性能先进的航空发动机

上，涡轮叶片都采用了性能优异但价格十分昂贵的镍基和钴基高温合

金材料以及复杂的制造工艺，例如，定向凝固叶片和单晶叶片。在维

修车间采用先进的修理技术对存在缺陷和损伤的叶片进行修复，延长

其使用寿命，减少更换叶片，可获得可观的经济收益。为了有效提高

航空发动机的工作可靠性和经济性，涡轮叶片先进的修理技术日益受

到发动机用户和修理单位的重视，并获得了广泛的应用。

1.修理前的处理与检测

涡轮叶片在实施修理工艺之前进行必要的预处理和检测，以清除

其表面的附着杂质；对叶片损伤形式和损伤程度做出评估，从而确定

叶片的可修理度和采用的修理技术手段。

1.1清洗

由于涡轮叶片表面黏附有燃料燃烧后的沉积物以及涂层和(或)基

体经过高温氧化腐蚀后所产生的热蚀层，一般统称为积炭。积炭致使

涡轮效率下降，热蚀层会降低叶片的机械强度和叶片表面处理的工艺

效果，同时积炭也掩盖了叶片表面的损伤，不便于检测。因此，叶片

在进行检测和修理前，要清除积炭。

1.2无损检测

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在修理前，使用先进的检测仪器对叶片的叶型完整性和内部结构

进行检测，以评估磨损、烧熔、腐蚀、掉块、裂纹、积炭和散热孔堵

塞等损伤缺陷情况，从而指导叶片的具体修理工艺。

目前，CT已经成为适用于测量涡轮叶片壁厚和内部裂纹的主要方

法。一台CT机由x辐射源和专用计算机组成。检测时，辐射源以扇形

释放光子，通过被检叶片后被探测器采集。其光子量和密度被综合

后，产生一幅二维层析x光照片，即物体的截面图，从中分析叶片内

部组织结构，得出裂纹的准确位置及尺度。连续拍摄物体的二维扫

描，可生成数字化三维扫描图，用于检测整个叶片的缺陷，还可检测

空心叶片冷却通道的情况。CT可探测到10-2mm级的裂纹。

1.3叶型的精确检测

目前，在坐标测量机(CMM)的基础上，编制微机控制自动检测所用

的应用软件，发展研制了检测涡轮叶片的叶身几何形状的坐标测量系

统(CMMS)，可自动检测叶身的几何形状，并与标准叶型比较；自动给

出偏差检测结果，来判断叶片的可用度和所需采用的修理手段。

不同CMMS制造商所采用的测量方法有所不同，但都有以下共同

点：自动化程度高；检测速度快，通常一个叶片在1分钟内检测完

毕；检测结果精度高；软件扩充性好，只要修改标准叶型数据库就可

以适用不同型号的叶片的检测。

2.叶片修理技术

采用先进的叶片修理技术，修复叶片表面以及内部的缺陷，恢复

甚至增强其原有的性能等，这都将大大降低发动机的寿命周期费用，

有效提高其经济性。目前国内外在涡轮叶片修理中所应用的工艺和技

术主要有以下几种。

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2.1表面损伤的修理

如果经检验，叶片表面的微小裂纹或者由烧蚀、腐蚀所导致的缺

陷尺度在允许修理范围内，则对其进行修补。目前先进的修补方法有

以下几种。

一是活化扩散愈合法。其原理及工艺特点是借助低熔点焊接合金

把高温合金粉末注入裂纹中，通过液相烧结使焊接合金同时向高温合

金粉末和基体金属中扩散，从而使裂纹得到愈合。

另外一种方法是激光熔覆，是利用一定功率密度的激光束照射(扫

描)覆于裂纹、缺陷处的合金粉末，使之完全融化，而基材金属表层微

熔，冷凝后在基材表面形成一个低稀释度的包覆层，从而弥合裂纹及

缺陷。

2.2叶顶的修复

对于叶片受损(主要是磨损、腐蚀和硫化)的顶部，可用等离子电

弧焊及钨极惰性气体保护焊来修复，即先堆焊上合适的材料，再磨削

到所要求的叶片高度。钴基合金抗热腐蚀性能好，是一种合适的堆焊

材料。经验表明，Ｒｅｎ１４２合金结合此工艺修复的叶片具有良好

的结构完整性。除焊修外，低压等离子喷涂ＭｃｒＡｌＹ涂层，已成

功地用于修复叶片的顶部了，涂层厚度为２．０３ｍｍ。

2.3热静压

热静压是将叶片保持在１０００～１２００℃温度和１００～２

００ＭＰａ压力的热