某機高壓渦輪葉片熒光滲透檢測工藝改進

徐亞亞，李 澤，劉興勇

（西安航空動力股份有限公司，西安 710021）

渦輪葉片是航空燃氣發動機中的轉動件，受應力、溫度等環境因素影響，工作條件苛刻，是發動機故障多發件之一［1－2］。

某機兩級高壓渦輪葉片均采用精鑄而成，鑄造工藝復雜。為保證其表面質量，除了在零件的不同制造工藝階段安排熒光滲透檢測工序外［3－4］，為進一步保障外場發動機質量，發動機在進行完一次試車后還需再次對兩級渦輪葉片進行熒光滲透檢測。

試車后對葉片進行熒光滲透檢測時，發現鑄造缺陷比率偏高，引起了用戶對葉片前期熒光滲透檢測質量的懷疑。筆者查找了原因，改變了鑄件熒光滲透檢測前的預處理方式，優化了熒光滲透檢測工藝。

1 原因分析

1.1 葉片制造過程中的熒光滲透檢測工序安排

（1）高壓1級渦輪葉片的檢測

對于高壓1級渦輪葉片，共安排了4次熒光滲透檢測。鑄造階段的2次熒光滲透檢測均在吹砂工序后進行。機械加工階段的熒光滲透檢測，第一次是在焊接完蓋板，腐蝕工序后進行；第二次是在葉片進行了滲鋁工序后進行。

（2）高壓2級渦輪葉片的檢測

對于2級渦輪葉片，共安排了3次熒光滲透檢測。鑄造階段2次，均在吹砂工序后進行；機械加工階段1次，是對葉片完成了所有機加工序，緊接在腐蝕工序后進行的。

1.2 一次試車后的熒光滲透檢測工序安排

發動機一次試車后將葉片分解成單件狀態，由組裝車間清洗后進行熒光滲透檢測。

1.3 兩級葉片的熒光滲透檢測工藝

考慮到葉片屬于關鍵受力件，再結合其制造方法為鑄件的情況，選擇后乳化3級靈敏度的熒光滲透檢測。

1.4 一次試車后熒光滲透檢測發現鑄造缺陷的情況

復查2009年發動機1次試車后渦輪葉片的熒光滲透檢測記錄，發現其鑄造缺陷的比率為6.64%，比率偏高。其中裂紋為18%，冷隔為27.27%，非線性夾雜為9.09%，線性夾雜為45.45%。

從統計數據來看，后續發現缺陷比例最高的為線性夾雜，如圖1，2所示。其中裂紋、非線性夾雜、線性夾雜屬于熒光滲透檢測容易發現的缺陷，但在前期葉片制造階段的熒光滲透檢測中卻未被發現。

圖1 白光下的線性夾雜

圖2 黑光下的線性夾雜

1.5 工藝分析

為查找原因，從以下四個方面進行了梳理：①葉片鑄造及機加工藝中，熒光滲透檢測工序之前的工序。②葉片鑄造及機加工藝中，熒光滲透檢測工藝后的工序。③熒光滲透檢測工藝本身。④試車后，進行熒光滲透檢測前的工序。

1.5.1 葉片熒光滲透檢測前工序影響分析

經過對葉片鑄造和機加工藝路線比較可知：鑄造階段的葉片，熒光滲透檢測前采用吹砂工序來清理零件表面；而機加階段的葉片，熒光滲透檢測前，為使缺陷充分暴露而采用腐蝕來清洗零件表面。

比較這兩種預處理方法知，腐蝕比吹砂的方法更利于缺陷的暴露。對于關鍵件的檢測，規范中一般推薦采用腐蝕的預處理方法。

1.5.2 葉片熒光滲透檢測后工序影響分析

（1）鑄造階段

兩級葉片的鑄造階段，在進行了最后一次熒光滲透檢測后，其后續工序有：振動光飾處理→最后外觀檢查→震動標記→最后審定。

在這些工序中，只有“振動光飾處理”會對零件表面產生輕微影響。但此影響會被后續機加階段的熒光滲透檢測工藝消除，其他工序均不會影響熒光滲透檢測的結果。

（2）機加階段

對1級渦輪葉片的機加階段而言，在進行了最后一次熒光滲透檢測后，其后續工序有：釬焊檢測→修磨葉背緣板→超聲波清洗→除油→壁厚檢查→終檢→超聲波清洗→除油→噴丸處理→目視檢測→包裝入庫。在這些工序中，只有“修磨葉背緣板”工序對葉片緣板的表面狀態有影響。但一次試車后，對鑄造缺陷的位置進行統計分析后發現：這些缺陷位置不固定，無一定規律，且分布在葉片各個部位。因此，此因素不構成鑄造缺陷比率偏高的主要原因。

對2級渦輪葉片的機加階段而言，在進行了最后一次熒光滲透檢測后，其后續工序有：最終檢驗→標刻印記→濕吹砂→包裝入庫。在這些工序中，只有“濕吹砂”工序對葉片的表面狀態有輕微影響。經過相關技術人員充分討論后認為，吹砂的目的是增加零件表面光潔度，不是造成試車后鑄造缺陷比例偏高的主要原因。

1.5.3 葉片的熒光滲透檢測工藝分析

兩級葉片均采用后乳化高靈敏度熒光滲透檢測。分析熒光滲透檢測工藝（預清洗→滲透→預水洗→乳化→最終水洗→干燥→顯像→檢驗）本身，由于此機種是從國外引進，因此將葉片目前的檢測參數和國外的檢測數據卡進行了比對后發現：除了在預清洗工序有差異外，其他檢測參數完全相同。國外的預清洗參數為在120 ℃的烘箱中干燥60min；而目前現場采用的參數為在70 ℃的烘箱中干燥15min。兩者相比，前者對零件缺陷中殘留水分的干燥效果更佳，從而利于滲透液進入缺陷。

1.5.4 葉片一次試車時的熒光滲透檢測工藝分析

由于葉片經過試車，零件表面狀態較差，表面附著物較多，用水基清洗的方法對這種附著物的清洗能力較差。

2 制造與檢測的工藝改進

2.1 對葉片鑄造工藝路線的優化

針對1.5.1節的分析，技術人員對葉片鑄造階段的工藝路線進行改進，將熒光滲透檢測前的吹砂工序改為腐蝕工序，以利于缺陷的暴露。

2.2 熒光滲透檢測工藝本身的優化

針對1.5.3節的分析，為使缺陷中的水分徹底干燥而提高滲透檢測的靈敏度，對葉片預清洗后的干燥參數進行改進，采用在120 ℃的烘箱中干燥60min的工藝。

2.3 葉片一次試車后的工藝優化

針對1.5.4節的分析，真空熱處理具有無氧化、無脫碳，可保持零件表面光亮的熱處理效果，同時可使零件脫脂及脫氣，并凈化表面的特點。經過真空熱處理后，零件表面潔凈及無污染。潔凈的表面能使滲透液對零件表面及缺陷進行良好的潤濕，從而促進其毛細作用。因此，在試車后的熒光滲透檢測前增加了一道真空熱處理工序。

3 效果驗證

在進行上述的改進措施后，統計了幾十臺發動機一次試車后兩級渦輪葉片的檢測結果，發現葉片鑄造缺陷的比例由改進前的6.69%降低到3‰。

4 結語

（1）熒光滲透檢測前增加腐蝕、真空熱處理工序利于缺陷的充分暴露。

（2）對零件采用水基清洗方法進行預處理時，最優化的干燥參數應為：烘箱溫度最低為120℃，干燥時間至少60min。

［1］唐建朝.某發動機葉片拋修裂紋熒光滲透檢測［J］.無損檢測，2014，36（3）：72－74.

［2］陳翠麗.軸承用陶瓷球熒光滲透檢測［J］.無損檢測，2014，36（11）：59－61.

［3］林猷文，任學東.滲透檢測［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［4］王自明.無損檢測綜合知識［M］.北京：機械工業出版社，2004.