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

1、南京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片故障分析與修理 學(xué)生姓名 學(xué) 號021270160 學(xué) 院航空宇航學(xué)院專 業(yè)飛行器設(shè)計與工程班 級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（論文）誠信承諾書本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）（題目：航空發(fā)動機(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（論文）中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。作者簽名： 2014年06月10日 （學(xué)號）：021270160航空發(fā)動機(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，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、氣體力和震動符合，可見渦輪轉(zhuǎn)子葉片的工作條件十分惡劣。導(dǎo)向葉片使燃?xì)庠谕ㄟ^其的過程中速度增加，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，除了受較大的氣動力與不穩(wěn)定的脈動符合外還處于高溫燃?xì)獾陌鼑?，溫度高，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)動機(jī)的重要組成，渦輪轉(zhuǎn)子葉片還是發(fā)動機(jī)壽命的主要零件之一。因此，對渦輪葉片的故障的

3、研究是十分必要的，對渦輪葉片的維護(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)子葉片的振動類型及其特征61.1.1 轉(zhuǎn)子葉片的震動分類與基本振型61.2 渦輪葉片的常見裂紋7 1.3渦輪葉片的常見裂紋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)動機(jī)葉片的維修技術(shù) 112.1 修理前的處理與檢測112.1.1 清洗112.1.2 無損檢測112.1.3 葉型的精確檢測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 噴丸強化14

8、2.2.4 涂層修復(fù)15結(jié)束語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)計制造性能和可靠性直接關(guān)系到整臺發(fā)動機(jī)的性能水平耐久性和壽命。為了提高發(fā)動機(jī)的推重比，葉片設(shè)計時常采用比強度高的新材料；采用先進(jìn)復(fù)雜的冷卻結(jié)構(gòu)及工藝等措施來實現(xiàn)。因此，研究渦輪葉片故障對提高發(fā)動機(jī)工作安全及正確評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，歸納起來主要包括：熱疲勞在內(nèi)的低循環(huán)疲勞。振動引起的高循環(huán)疲勞，高溫長時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、裂紋等損傷往往會成為腐蝕和疲勞斷裂的初因。 轉(zhuǎn)子葉片變形伸長的直接后果是葉身與機(jī)匣相磨，降低發(fā)動機(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)使葉片的屈服強度偏低；葉片工作溫度過高，是葉片強度降低；或者發(fā)動機(jī)超轉(zhuǎn)，造成離心力過高。葉片變形在實際使用中出現(xiàn)的概率較低。判斷葉片是否發(fā)生變形伸長的主要依據(jù)是檢查機(jī)匣有無磨損的痕跡或檢查葉片是否由于使用溫度過高而發(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，往往是一個葉

10、片折斷而打壞其他葉片，乃至使整臺發(fā)動機(jī)無法工作而危及飛行安全。除因外物撞擊造成葉片瞬時過載斷裂外，絕大多數(shù)是由于各種原因引起的不同類型的疲勞斷裂失效。葉片疲勞斷裂主要是因為離心力疊加彎曲應(yīng)力引起的疲勞斷裂、由振動環(huán)境引起的顫振，扭轉(zhuǎn)共振、彎曲振動疲勞斷裂以及由環(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)子葉片的振動類型及其特征 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、裂失效均與各種類型的振動有關(guān)。1.1.1轉(zhuǎn)子葉片的震動分類與基本振型 渦輪葉片在實際工作中出現(xiàn)振動，按振動的表現(xiàn)形式分，主要有強迫振動、顫振、旋轉(zhuǎn)失速和隨機(jī)振動四種；按照葉片振動里的來源分，有強迫振動和自激振動；按作用在葉片上的應(yīng)力分有振動彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。 對于實際葉片振動分析，主要是自振頻率、振型、振動應(yīng)力和激振力的來源四個因素。在一般清快下，頻率越高，振幅越小，危險性也就越小，大幅低頻振動最為危險。 振型是指葉片以某階自振頻率振動時，葉片各部分的相對振動關(guān)系。典型的振型有一彎、二彎、三彎和一扭、二扭等。對于渦輪轉(zhuǎn)子來說，主要是一彎和一扭振型。 （1）尾流激振 在發(fā)動機(jī)環(huán)形氣流通道中存在

12、障礙物，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)子經(jīng)過這些障礙物時，葉片所受的氣動力將有所改變，會引起激振力?；鹧嫱渤隹诹鲌龇植际遣痪鶆虻?，對于渦輪轉(zhuǎn)子會產(chǎn)生類似于均布障礙物的影響也會引起激振力。 （2）顫振 顫振屬于自激振動，葉片的振型與頻率都與尾流激振大致相同，它與強迫振動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，因而稱為“自激振動”。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。葉片自激振動時必然要從氣流中吸取能量，以補償震動的阻尼場。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)子葉片很少見到顫振。顫振的危害性很大，可在極短時間內(nèi)使葉片發(fā)生斷裂失效，而且往往使一個扇形面內(nèi)的多個葉片斷裂。 （3）隨機(jī)振動 隨機(jī)振動在各個頻率下都有激振力，這些激振力作用在葉片上，會引起葉片普遍的強迫振動，而在某幾個頻率下引起共振，這幾個頻率就是葉片的自振頻率。隨機(jī)振動的激振源是強大的噪聲，故又將此引起的葉片疲勞成為噪聲疲勞，噪聲源是葉片對氣流的干擾和氣流燃燒。噪聲越大，激振力越強，葉片受損可能性越大。1.2渦輪葉片的常見裂紋 渦輪葉片用合金鋼（gh37）制作，裂紋較多。特別是一級工作葉片，沿葉片弦長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)動機(jī)使用時間的增加，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，又稱蠕變強度或蠕變斷裂強度（持久強度）。 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是用絕對溫度表示的熔點）時才顯著起來，才必須給予重視。溫度愈高，蠕變現(xiàn)象愈顯著。 隨著工作時間的增長，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。蠕變過程中同時存在晶內(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)力和熱騷動的作用下，晶體內(nèi)點缺陷選擇與拉應(yīng)力垂直的方向運動，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，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，形

16、成空洞?？斩丛趹?yīng)力持續(xù)作用下逐步長大，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 發(fā)動機(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)動機(jī)啟動、停車過程中熱氣流引起的熱應(yīng)變特性曲線（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)動機(jī)啟動時，使葉片排氣邊的熱應(yīng)力從o點增加到a點（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。高溫時，由于蠕變變形，應(yīng)力松弛使機(jī)械應(yīng)變?yōu)榱悖╞所示）。停車時，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。此時溫度已低可以不考慮e點時蠕變。拉應(yīng)力和應(yīng)變在e點達(dá)到最大值。這時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?，回到回線的o點，此時達(dá)到等溫狀態(tài)，完成了一

18、個熱應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)。 以上分析說明，發(fā)動機(jī)翻修時，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诓畹暮辖穑瑹崞诹鸭y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，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)展過程稱為疲勞。 機(jī)件的疲勞破壞一般分為四個階段：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斷裂。 裂紋萌生出就是常說的疲勞源位置，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，疲勞源才會在金屬內(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，有時則是只有宏觀特征或只有微觀特征。兩種特征都沒有的疲勞斷口也是常見。 高應(yīng)力與低應(yīng)力相比，高應(yīng)力的瞬時斷裂區(qū)的面積相對大些，疲勞源區(qū)有臺階和線痕，表面粗糙，缺乏光

21、澤，疲勞弧帶稀疏，微觀特征有疲勞弧線。 渦輪葉片疲勞斷裂主要是因為離心力疊加彎曲應(yīng)力引起的疲勞斷裂、由振動環(huán)境引起的顫振，扭轉(zhuǎn)共振、彎曲振動疲勞斷裂以及由環(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)動機(jī)葉片的維修技術(shù) 2.1修理前的處理與檢測 渦輪葉片在實施修理工藝之前進(jìn)行必要的預(yù)處理和檢測，以清除其表面的附著雜質(zhì)；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)過高溫氧化腐蝕后所產(chǎn)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(jī)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(jìn)行檢測和修理前，要清除積炭。 積炭質(zhì)地堅硬，黏附力強，因此，清除積炭是一項較困難的工作。長期以來，各國的航空發(fā)動機(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)動機(jī)公司在從英國引進(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)動機(jī)上使用表明清洗效果良好。美國則推行無毒清洗技術(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間長、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年代開發(fā)了氟化氫(hf)離子清理技術(shù)，后來被美國faa及諸如ge公司等發(fā)動機(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無損檢測在修理前，使用先進(jìn)的檢測儀器對葉片的葉型完整性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)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情況，從而指導(dǎo)葉片的具體修理工藝。對于渦輪葉片的不同部位，無損檢測的側(cè)重點也不相同。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，會因熱蠕變、疲勞和材料工藝缺陷產(chǎn)生裂紋，因此要重點檢查。目視檢查是最簡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、渦流等無損檢測技術(shù)手段也已廣泛應(yīng)用于渦輪葉的檢測中，較為先進(jìn)的是用超聲波和ct檢測葉片結(jié)構(gòu)完整性。早在20世紀(jì)80年代初，美國sonoscan公司就已開發(fā)激光掃描聲顯微鏡代表的超聲檢測技術(shù)，用于葉片的實時光成像檢測。后來，美國n

25、ucon檢測設(shè)備公司又研制了檢測大型發(fā)動機(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、超聲波裂紋探測器和一個計算機(jī)系統(tǒng)組成。目前，ct已經(jīng)成為適用于測量渦輪葉片壁厚和內(nèi)部裂紋的主要方法。一臺ct機(jī)由x輻射源和專用計算機(jī)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(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，用于檢測整個葉片的缺陷，還可檢測空心葉片冷卻通道的情況。ct可探測到10-2mm級的裂紋。2.1.3葉型的精確檢測目前

26、，在坐標(biāo)測量機(jī)(cmm)的基礎(chǔ)上，編制微機(jī)控制自動檢測所用的應(yīng)用軟件，發(fā)展研制了檢測渦輪葉片的葉身幾何形狀的坐標(biāo)測量系統(tǒng)(cmms)，可自動檢測葉身的幾何形狀，并與標(biāo)準(zhǔn)葉型比較；自動給出偏差檢測結(jié)果，來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(nèi)檢測完畢；檢測結(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)庫就可以適用不同型號的葉片的檢測。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)甚至增強其原有的性能等，這都將大大降低發(fā)動機(jī)的壽命周期費用，有效提高其經(jīng)濟(jì)性。目前

27、國內(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或兩個以上的零件，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)合力連接成一個不可拆的整體的工藝過程。因為渦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，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：（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)尺寸的修補涂層。熱噴涂的特點：（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)備簡單，通用性強，操作程序少，速度快，生產(chǎn)效率高；（3）集體材料變

29、形小，無熱變形。由于熱噴涂技術(shù)具有無熱變形、生產(chǎn)效率高、用途廣、設(shè)備通用性強等特點，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，成為用來延長發(fā)動機(jī)壽命，提高發(fā)動機(jī)性能、效率的一項不可缺少的技術(shù)。1） 耐磨涂層為了減少航空發(fā)動機(jī)在運轉(zhuǎn)過程中振動、滑動、撞擊和摩擦引起的磨損，提高性能、延長使用壽命，航空發(fā)動機(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)動機(jī)級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過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，仍難滿足使用要求。實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)動機(jī)的關(guān)鍵部件渦輪是有不同級的靜子葉片組成的機(jī)匣和固定在盤上旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子葉片所組成。就發(fā)動機(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”和每級轉(zhuǎn)子及機(jī)匣之間的“級間間隙”。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，由于制造零件的實際偏差和裝配上的公差，這是難以做到的，而且輪盤在高溫高速旋轉(zhuǎn)條件下還會產(chǎn)生縱向運動，葉片徑向“增長”，零件的繞曲變形以及熱脹冷縮等都會改變這些間隙，采取噴涂磨耗涂層，意識間隙最小，即在靜子組件和葉尖相鄰的面上噴涂不同類型涂層，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噴丸強化噴丸強化是用高速彈丸（玻璃丸或鋼丸）撞擊金屬零件表面使之產(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、強化效果明顯等特點。1）干噴丸強化干噴丸強化技術(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化層。干噴丸工藝具有設(shè)備簡單效率高等優(yōu)點，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。2）水噴丸強化水噴丸與干噴丸的強化原理是一樣的，只是水噴丸以高速運動的液體彈丸流取代干噴丸中的彈丸，以此來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。3）旋板強化（或叫做軟輪“噴丸”）旋板強化技術(shù)是美國3m公司在噴丸強化技術(shù)的基礎(chǔ)上研制的新技術(shù)。其強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化層，達(dá)到與噴丸強化同樣的效果。它與噴丸強化相比較有設(shè)備簡單、體積小、使用方便、效率高、經(jīng)濟(jì)耐用、效果好等優(yōu)點。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(jié)晶溫度下進(jìn)行的一種冷加工方法。葉片噴丸強化可提高抗疲勞和抗應(yīng)力腐蝕性能。它是利用高速彈丸在撞擊葉片時，葉片表面迅速伸長，從而引起表層材料在一定深度范圍內(nèi)的塑性流動塑性變形。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，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，能引起材料受噴后的殘余應(yīng)力場（即應(yīng)力分布）的改變。試驗表明，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，通過殘余壓力場，增加表面殘余壓應(yīng)力，使表面實際承受的交變拉應(yīng)力水平降低，提高

35、抗疲勞性能，避免裂紋的生成。噴丸強化工藝不僅能夠顯著地提高零件的疲勞強度，而且還能提高建的抗應(yīng)力腐蝕能力，噴丸強化除了顯著提高零件的上述性能以外，對其抗張強度、屈服強度、沖擊強度、塑性、高溫瞬時強度以及高溫持久強度等基本上無明顯影響。因此，采用噴丸強化技術(shù)，對延長產(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，通過對渦輪葉片葉身，和榫齒噴丸強化后，顯著地提高了疲勞強度，使用壽命延長二分之一倍以上，經(jīng)噴丸強化修復(fù)和延長使用壽命的葉片，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(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)用的涂層種類主要有抗氧化耐腐蝕涂層、金屬