叶片修理技术.pptx

1、航空发动航空发动机叶机叶片修理技术片修理技术RepairTechnologiesforBladesofAero-engineTurbine 涡轮叶片的工作条件涡轮叶片的工作条件非常恶劣，因此，在性非常恶劣，因此，在性能先进的航空发动机上，能先进的航空发动机上，涡轮叶片都采用了性能涡轮叶片都采用了性能优异但价格十分昂贵的优异但价格十分昂贵的镍基和钴基高温合金材镍基和钴基高温合金材料以及复杂的制造工艺，料以及复杂的制造工艺，例如，定向凝固叶片和例如，定向凝固叶片和单晶叶片。在维修车间单晶叶片。在维修车间采用先进的修理技术对采用先进的修理技术对存在缺陷和损伤的叶片存在缺陷和损伤的叶片进行修复，延长其

2、使用进行修复，延长其使用寿命，减少更换叶片，寿命，减少更换叶片，可获得可观的经济收益。可获得可观的经济收益。为使叶片满足高温、高强度工作条件的使用要求，除在结构设计上采用复杂的空心气冷式换热结构和空-空换热器对冷却叶片的二股气流进行冷却，进步对叶片的冷却效果外，在修理过程中也制定了相当严格的技术要求，如多项试验检查要求和修理技术要求，以保证其各项技术指标及安全措施实施到位。修理修理前的处理与前的处理与检测检测 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。主要修理技术指标和试验检查要主要修

3、理技术指标和试验检查要求求为保证高压涡轮工作叶片内部冷却气流通畅，在对叶片进行超声波超声波清洗后，按标准对其进行X X光光检查内腔清洁度；为保证叶片内各腔冷却气流量符合设计要求，要对每个叶片进行水流量水流量检测，检查叶片内各腔的流量和总流量；为保证叶片在损伤限度内工作，要检查并控制叶片叶尖叶尖裂纹长度、数目、间距；为控制叶片蠕变量，要对叶片伸长伸长量进行丈量检查；为保证叶片型面符合设计要求，对经表面抛修过的叶片壁厚壁厚进行丈量检查；定时抽样解剖解剖检查叶片材料组织，定期进行恢复性能热处理；定时更换叶片表面涂层涂层修理，保证其在高温下的防护作用，有效地避免零件基材因高温氧化和热腐蚀作用而导致机械

4、性能明显降低，从而达到延长使用寿命的目的。清洗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。积炭质地坚硬，黏附力强，因此，清除积炭是一项较困难的工作。长期以来，各国的航空发动机维修基地都在致力研究高效和高可靠性的清洗液和清洗工艺，目前已取得相当的成果。西安航空发动机公司在从英国引进技术的基础上，研制出四种不同成分配方、不同清除功用的清洗液和分步的清洗工艺，在某型发动机上

5、使用表明清洗效果良好。美国则推行无毒清洗技术，如用碱性清洗液和塑料丸取代氯氟烃溶剂；而一些航空公司已经采用在清理表面积附时间长、易于用水清洗不留残物的凝胶工艺(SPOPL)。SNECMA公司在20世纪80年代开发了氟化氢(HF)离子清理技术，后来被美国FAA及诸如GE公司等发动机制造商广泛应用，这种方法特别适用于进行叶片表面处理(如化学气相沉积)前的预先清理，而且不污染环境。无损检测无损检测 在在修理前，使用先进的检测仪器对叶片的叶型修理前，使用先进的检测仪器对叶片的叶型完整性和完整性和内部结构进行检测，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，以评

6、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从而指导叶片的具体修理工艺。对于对于涡轮叶片的不同部位，无损检测的侧重点也不相同。如导向叶片，主涡轮叶片的不同部位，无损检测的侧重点也不相同。如导向叶片，主要检查叶根焊接部位是否有裂纹以及叶身的烧蚀情况。而对于工作叶片，叶要检查叶根焊接部位是否有裂纹以及叶身的烧蚀情况。而对于工作叶片，叶顶部位，主要检查硫化程度和磨损状况；叶身部位，检查热障涂层的退化情顶部位，主要检查硫化程度和磨损状况；叶身部位，检查热障涂层的退化情况和基本的烧蚀、腐蚀情况；叶根部位，承受着相当大的离心力和高频振动，况和基本的烧蚀、腐蚀情

7、况；叶根部位，承受着相当大的离心力和高频振动，会因热蠕变、疲劳和材料工艺缺陷产生裂纹，因此要重点检查。会因热蠕变、疲劳和材料工艺缺陷产生裂纹，因此要重点检查。1.1.目视检查：目视检查：优：最简单最常用，可发现叶片表面较明显和尺寸较大的 损伤；缺：具有很大的人为不确定因素，检测误差较大；2.2.光学显微检查：光学显微检查：可发现表面较细微的裂纹；3.3.磁粉磁粉4.4.涡流涡流5.5.超声波超声波无损检测的方法：无损检测的方法：CTCT检测仪：检测仪：适用于测量涡轮叶片壁厚和内部裂纹叶片型面检测方法叶片型面检测方法专用测具检测专用测具检测电感测量电感测量光学投影检测光学投影检测三坐标和四坐标测

8、量机三坐标和四坐标测量机激光测量激光测量叶片型面叶片型面专用测具检测专用测具检测 常用方法为样板测具和摇摆测具 样板检测样板检测是指用叶片固定座即型面测具固定后，用叶盆型面样板和叶背型面样板分别检测叶盆和叶背的型面。摇摆测具摇摆测具用于检测叶身型面截面形状接近圆弧的叶片，而且圆弧的半径在适当尺寸范围以内。这类检测方法效率低，精确度较差，人为因素和其他因素所产生的误差较大，不适应大规模生产，不适合叶片设计、制造、检测一体化的发展趋势，且手工靠模制造周期长，成本高。样板检测样板检测图8 叶片型面测具设计实例 其中样板法属于模拟量检测方法，是用叶片型线的理论值生成样板的检测其中样板法属于模拟量检测方

9、法，是用叶片型线的理论值生成样板的检测面，然后将加工的样板和叶片上对应的型线进行比对，借助灯光等辅助手段面，然后将加工的样板和叶片上对应的型线进行比对，借助灯光等辅助手段观察样板和叶片叶身的间隙大小，估计对应型线的误差观察样板和叶片叶身的间隙大小，估计对应型线的误差4，具有检测速度快、，具有检测速度快、操作简单、便于现场使用等优点，在叶片加工检验过程中得到广泛使用操作简单、便于现场使用等优点，在叶片加工检验过程中得到广泛使用样板检测样板检测图7 叶片测具快速设计系统界面 在分析叶片型面测具设计在分析叶片型面测具设计的基础上，结合某航空企业的基础上，结合某航空企业实际需求，通过提炼设计过实际需求

10、，通过提炼设计过程，采用参数化设计方法，程，采用参数化设计方法，建立模板，使用特征提取、建立模板，使用特征提取、自动装配等技术开发出基于自动装配等技术开发出基于UG平台的叶片测具快速设平台的叶片测具快速设计系统计系统。设计人员只需输入有关参设计人员只需输入有关参数、选择相关叶片特征，即数、选择相关叶片特征，即可在几分钟之内完成叶片测可在几分钟之内完成叶片测具设计，有效地提高了设计具设计，有效地提高了设计效率及自动化水平。效率及自动化水平。电感测量电感测量 电感测量电感测量是指用电感的方法将机械位移量转变为电量，经过放大处理并最后显示出机械位移量的测量方法。电感测量仪具有操作简便、测量直观、精度

11、高、效率高等优点。但电感测量仪不能单独使用，必须配备使测量零件定位、产生相对运动以及固定传感器的测量机械装置。并且，加密测点使测量机械装置更复杂，测量机械装置难保证。因此采用电感测量仪测量叶片往往不理想，且其造价高，制造周期长。光学投影检测光学投影检测 常用于叶片检测的光学投影仪有断面投影仪和光学跟踪投影仪。用光学投影仪光学投影仪检测叶型，可以从屏幕上直接观察到经放大后的实际叶型与理想叶型之间的误差。缺点在于测量结果受叶片表面反射能力的影响较大。此外，受屏幕限制只能测量弦宽不大的叶片。三坐标和四坐标测量机三坐标和四坐标测量机 三坐标测量以空间直角坐标系为参考系，检测机械零件轮廓上各被测量点的坐

12、标值，并对其数据群进行处理，求得零件各几何行位尺寸。可实现数据化、准确率高、易实现设计、制造、检测一体化 Leitz叶轮检测方案叶轮检测方案接触式测量的夹具接触式测量的夹具 叶型叶型的精确的精确检测检测 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。激光测量激光测量 激光测头利用物体表面的反射光进行三角测量时，照射到物体表面激光测头利用物体表面的反射光进行三角测量时，照射到物体表面的激光会呈现颗粒状

13、的结构，这种颗粒状的结构称为的激光会呈现颗粒状的结构，这种颗粒状的结构称为“散斑散斑”，而这种，而这种现象称为现象称为“散斑效应散斑效应”新式测量未来测量前景是非接触式测量高速白光叶片测量机高速白光叶片测量机MAXOS叶片主要技术指标和故障情况叶片主要技术指标和故障情况对于高压涡轮工作叶片，在发动机修理中所发现的主要故障主要包括：1叶片叶尖裂纹叶片叶尖裂纹随着工作时间的增加，叶尖裂纹的产生数目及裂纹长度也是增加的。通过对产生叶尖裂纹的叶片进行解剖、扫描电镜观察和金相分析可以看出：叶片叶尖裂纹属热疲惫裂纹，叶片叶尖裂纹属热疲惫裂纹，其形成与发展是热应力和燃气环境共同作用的结果其形成与发展是热应力

14、和燃气环境共同作用的结果。为保证在规定翻修寿命期内，叶片能够在允许的损伤限内安全工作，修理中用荧光法荧光法检查叶片叶尖工作中产生的裂纹，根据叶片的工况条件等，规定了允许装机使用的叶尖裂纹长度、数量和裂纹之间间距的要求。修理中叶尖裂纹超过规定要求的叶片约占叶片总数的8%(主要是裂纹间距和数量超过规定)。叶片叶尖裂纹叶片叶尖裂纹对于工作中产生叶尖裂纹故障的高压涡轮工作叶片，以高W、Mo含量的Ni基超合金作为填料，采用电火花预置填料与固体激光脉冲优化路径积分焊工艺方法进行修复。修复后的高压涡轮叶片经超声波对激光补焊区往除应力除应力处理、恢复性能热处理热处理、重涂涂层重涂涂层等工作后，通过了300h（

15、折合1000次冷、热循环）的热冲击试验和长期试车考核，叶片激光焊修部位未出现超出大修故检要求的裂纹，符合叶片修理的故检标准，满足发动机工作要求。该项深度修理工艺已纳进修理技术要求并投进产生，使大量因叶尖裂纹超标报废的叶片恢复了使用功能。叶片水流量叶片水流量2叶片水流量为保证叶片内各腔冷却气流量符合设计要求，叶片修理技术要求规定对叶片各腔冷却空气的流通能力进行水流量测试。在规定的温度、压力等条件下，从叶片底部供水，通过叶片前腔进气边孔排水量为(nm)L/min；通过叶片后腔排气边缝排水量为(kh)L/min。从检测结果看，部分叶片的水流量超出规定范围（偏大或偏小）叶片水流量叶片水流量叶片经长期工

16、作后，冷气通道受气流冲洗影响而变大，使叶片水流量略有增加的趋势。大修中高压涡轮叶片水流量偏小的原由于叶片原始状态超差，新备件丈量的结果也说明了这一点。大修中发现的水流量超差的叶片是经过工作寿命考核的，说明流量超差在一流量超差在一定范围内的叶片是可以满足发动机修理和使用要求定范围内的叶片是可以满足发动机修理和使用要求的。的。目前在发动机修理中适当调整叶片水流量检查标准，经长期使用和发动机工作验证，该方法效果良好。叶片伸长量叶片伸长量3叶片伸长量为保证叶片在寿命期内可靠地工作，修理中要求控制叶片蠕变量，对工作后叶片相对于原始状态的伸长量进行测量检查，要求伸长量不大于0.05mm。大修以来因伸长量超差而报废的高压涡轮工作叶片有千余片，其报废有3方面的原因：（1）伸长量超过大修规定的故检标准；（2）无原始叶片长度值；（3）伸长量为负值。发动机修理故检中高压涡轮工作叶片伸长量超标报废的高压涡轮工作叶片伸长量超标报废的主要是因丈量系统与外方丈量系统存在较大差异造成主要是因丈量系统与外方丈量系统存在较大差异造成的。叶片伸长量叶片伸长量叶片伸长量主要是由于丈量系统误差所致，目前在发动机修理中采用了对高