某發(fā)動(dòng)機(jī)葉片拋修裂紋熒光滲透檢測(cè)

唐建朝，周嘉梁

（西安航空動(dòng)力股份有限公司 無(wú)損檢測(cè)中心，西安 710021）

航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)的動(dòng)力裝置，安全性、可靠性要求較高，而渦輪葉片作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)中承受溫度載荷最劇烈和工作環(huán)境最?lèi)毫拥牟考?，在高溫下要承受很大、很?fù)雜的應(yīng)力，因而對(duì)其在制造過(guò)程中的材料及冶金缺陷的檢測(cè)就顯得十分重要。

1 滲透檢測(cè)簡(jiǎn)介

滲透檢測(cè)是一種以毛細(xì)作用原理為基礎(chǔ)的用于檢測(cè)非疏孔性金屬和非金屬試件表面開(kāi)口缺陷的常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法［1］。其由于具有較高的檢測(cè)靈敏度，在航空航天領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。常用的熒光滲透劑的靈敏度等級(jí)有4級(jí)（超高）、3級(jí)（高）和2級(jí)（中）。按照國(guó)外相關(guān)規(guī)范描述，4級(jí)靈敏度應(yīng)能夠發(fā)現(xiàn)開(kāi)口寬度為10μm的缺陷。

滲透檢測(cè)作為一種表面缺陷檢測(cè)方法，其局限性在于只能檢測(cè)出表面開(kāi)口的缺陷，對(duì)污染物堵塞或經(jīng)機(jī)械處理（如噴丸、拋光和研磨等）后開(kāi)口被封閉的缺陷不能有效地檢出［1］。同時(shí)對(duì)于非常淺的毛細(xì)現(xiàn)象較弱的細(xì)微裂紋，在熒光滲透檢測(cè)時(shí)，由于裂紋中殘留的熒光液太少，熒光顯示過(guò)于細(xì)微，無(wú)法形成缺陷顯示，以至于這類(lèi)缺陷不能被有效檢出。

2 渦輪葉片的熒光滲透檢測(cè)

2.1 工序安排

該渦輪葉片為高溫合金材料鍛造成型，在批產(chǎn)時(shí)主要工序?yàn)椋簷C(jī)加—校正—拋光—腐蝕—清洗—熒光—檢驗(yàn)—入庫(kù)；修理時(shí)主要工序?yàn)椋撼e碳—拋光—腐蝕—熒光—檢驗(yàn)—修理—檢驗(yàn)入庫(kù)。

該零件在總裝廠經(jīng)過(guò)2h試車(chē)分解后進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)工作，然后發(fā)動(dòng)機(jī)在廠內(nèi)加速模擬800h試車(chē)后熒光滲透檢測(cè)。葉片新品制造過(guò)程和試車(chē)2h后的滲透檢驗(yàn)均未發(fā)現(xiàn)缺陷顯示。發(fā)動(dòng)機(jī)加速模擬800h試車(chē)后，發(fā)現(xiàn)9件Ⅰ級(jí)渦輪葉片葉身與緣板轉(zhuǎn)接圓弧處點(diǎn)線狀裂紋，最大裂紋范圍為10mm×70mm；3件Ⅱ級(jí)渦輪葉片葉身與緣板轉(zhuǎn)接圓弧處點(diǎn)線狀裂紋，最大裂紋范圍為10mm×30mm。裂紋外觀示例如圖1所示。

圖1 渦輪葉片裂紋外觀示例

2.2 滲透檢測(cè)工藝

該零件為關(guān)重件，針對(duì)該零件的表面狀態(tài)以及使用中的受力大小和缺陷形態(tài)等情況，制定了后乳化3級(jí)靈敏度的熒光滲透檢測(cè)工藝：采用浸漬法施加滲透液，滲透液牌號(hào)為RC－65，滲透時(shí)間為30min（其中浸漬15min，滴落15min）；乳化劑采用ER－83A，乳化時(shí)間為90s，乳化劑濃度為6%～8%；烘干溫度不高于71℃，烘干時(shí)間為10min；顯像劑采用D－90G型干粉顯像劑，采用爆粉的顯像方式，顯像時(shí)間為10min～4h［2］。

3 冶金分析

對(duì)故障葉片進(jìn)行冶金分析，Ⅰ、Ⅱ級(jí)渦輪葉片熒光顯示缺陷位于緣板葉背側(cè)轉(zhuǎn)接R處。分別在Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)渦輪葉片熒光顯示缺陷部位取樣，進(jìn)行SEM（掃描電子顯微鏡）顯微觀察試樣表面；Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)渦輪葉片試樣表面均發(fā)現(xiàn)沿晶裂紋，裂紋細(xì)小曲折，沿葉片縱向垂直加工方向擴(kuò)展，如圖2所示。

圖2 Ⅰ級(jí)與Ⅱ級(jí)渦輪葉片裂紋顯微示例

對(duì)垂直小裂紋磨制金相并進(jìn)行顯微觀察，裂紋細(xì)小末端尖銳，沿晶擴(kuò)展，Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)渦輪葉片裂紋深度均約為0.1mm。由裂紋分布、方向及形貌特征判斷，Ⅰ級(jí)渦輪葉片和Ⅱ級(jí)渦輪葉片緣板與葉背側(cè)轉(zhuǎn)接R處的小裂紋均為拋修裂紋。如圖3，4所示。

圖3 某Ⅰ級(jí)渦輪葉片不同裂紋的顯微形貌

圖4 某Ⅱ級(jí)渦輪葉片裂紋的不同態(tài)形貌

4 檢測(cè)結(jié)果分析

（1）葉片在新品制造過(guò)程中經(jīng)拋修、腐蝕后再進(jìn)行熒光滲透檢驗(yàn)，此時(shí)檢驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)裂紋，原因如下：

該類(lèi)零件拋修裂紋深約0.1mm，寬度細(xì)微至無(wú)法測(cè)量，由金相分析寬度約為1～2μm，尺寸較小，屬于開(kāi)口緊密型裂紋。熒光液難以滲入，不能形成缺陷顯示。

該零件拋修時(shí)會(huì)產(chǎn)生金屬碎屑，細(xì)小的金屬碎屑會(huì)堵塞零件表面缺陷開(kāi)口。該類(lèi)零件雖在熒光檢驗(yàn)前安排腐蝕工序以用于清除零件表面污染物，但這類(lèi)裂紋開(kāi)口緊密，且其中充滿(mǎn)金屬碎屑，即使經(jīng)過(guò)腐蝕處理，仍會(huì)存在不能徹底清除裂紋中污染物的情況，從而產(chǎn)生熒光液無(wú)法滲入裂紋或污染物降低熒光亮度的問(wèn)題，因此未能形成缺陷顯示。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)在工廠試車(chē)2h后，由裝試廠對(duì)該葉片清洗后送檢熒光。由于該零件裂紋細(xì)小，且2h試車(chē)時(shí)間較短，不足以使裂紋開(kāi)口完全打開(kāi)，因此，這道工序的熒光滲透檢驗(yàn)未能檢測(cè)出細(xì)微的拋修裂紋。

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)在工廠進(jìn)行加速模擬800h試車(chē)后對(duì)該葉片先進(jìn)行腐蝕除積碳，然后進(jìn)行熒光滲透檢驗(yàn)。經(jīng)檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)部分零件表面存在點(diǎn)線狀裂紋。原因如下：

發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間試車(chē)，渦輪葉片長(zhǎng)期處于高溫和高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，高溫有利于去除細(xì)小裂紋中的油污等污染物，使裂紋開(kāi)口內(nèi)清潔。國(guó)外先進(jìn)技術(shù)中，熒光滲透檢驗(yàn)之前，將零件在300～400℃高溫環(huán)境下進(jìn)行烘烤，也是出于這方面的考慮；而長(zhǎng)時(shí)間的高速旋轉(zhuǎn)是對(duì)零件進(jìn)行加載的過(guò)程，這與熒光滲透檢驗(yàn)方法中的加載法類(lèi)似。該過(guò)程可以促進(jìn)開(kāi)口緊密的裂紋打開(kāi)，便于熒光液充分滲入裂紋形成熒光顯示。對(duì)于某些開(kāi)口緊密的疲勞裂紋，裂紋內(nèi)部存在污染物的零件，如條件具備，可采用加載法進(jìn)行熒光滲透檢驗(yàn)，但此方法檢測(cè)速度慢，工作效率低。

發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)試后，對(duì)葉片進(jìn)行的腐蝕除積碳處理，也起到清潔零件開(kāi)口缺陷中的污染物的作用，有助于熒光滲透檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)缺陷。

5 結(jié)語(yǔ)

Ⅰ、Ⅱ級(jí)渦輪葉片拋修裂紋深度較淺，且開(kāi)口緊密，在新品制造過(guò)程中進(jìn)行熒光滲透檢驗(yàn)時(shí)不能完全被發(fā)現(xiàn)，但經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間試車(chē)后暴露充分，可以通過(guò)熒光滲透檢驗(yàn)被發(fā)現(xiàn)。同時(shí)經(jīng)過(guò)對(duì)以往大修及長(zhǎng)試，

發(fā)動(dòng)機(jī)Ⅰ、Ⅱ級(jí)渦輪葉片的復(fù)查也曾發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)過(guò)拋修裂紋；該類(lèi)裂紋程度輕微，擴(kuò)展緩慢，可在發(fā)動(dòng)機(jī)到壽返廠大修時(shí)，通過(guò)熒光滲透檢驗(yàn)被發(fā)現(xiàn)。而長(zhǎng)時(shí)間的試車(chē)過(guò)程與加載法原理相似，因此針對(duì)這類(lèi)關(guān)重件（渦輪葉片等），應(yīng)采用加載法或在試車(chē)后進(jìn)行熒光滲透檢驗(yàn)，以確保細(xì)微缺陷被徹底檢出。

［1］ 林猷文，任學(xué)東.滲透檢測(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：1－4.

［2］ HB／Z 61—1998 滲透檢驗(yàn)［S］.