航空發(fā)動機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣修理技術(shù)研究

李明輝 車暢

摘? ?要：本文針對航空發(fā)動機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣返廠維修時的故障類型、損壞部位、損壞程度的不同，總結(jié)出風(fēng)扇機(jī)匣修理過程中常出現(xiàn)四類典型故障：內(nèi)環(huán)焊點裂紋、孔探儀座磨損量超標(biāo)、流道涂層磨損、機(jī)匣焊縫裂紋。針對不同的故障問題，通過采用鉗工修磨氬弧焊焊點，更換孔探儀座新結(jié)構(gòu)，修復(fù)流道磨損涂層，挖補(bǔ)補(bǔ)焊修復(fù)裂紋等技術(shù)方法，制定了深度修理的工藝方案，保證產(chǎn)品質(zhì)量，有效解決風(fēng)扇機(jī)匣修理過程中出現(xiàn)的典型故障。

關(guān)鍵詞：風(fēng)扇機(jī)匣? 故障? 修理技術(shù)? 航空發(fā)動機(jī)

鈦合金風(fēng)扇機(jī)匣是航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)部件的主要組成部分，在排除故障過程中，修理工藝方法不得當(dāng)極容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片與機(jī)匣基體產(chǎn)生磨損，機(jī)匣基體裂紋部位導(dǎo)致零件剛性降低而影響發(fā)動機(jī)的使用壽命。本文針對風(fēng)扇機(jī)匣組件修理中發(fā)生的幾種主要典型故障進(jìn)行分析研究，找出故障原因，制定排故措施及深度修理方法，以提高發(fā)動機(jī)可維修性、穩(wěn)定性、安全性，延長其使用壽命。

1? 零件結(jié)構(gòu)

某機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣由機(jī)匣、靜子內(nèi)環(huán)、靜子葉片組合而成，如圖1所示。靜子葉片上下都帶有緣板，上緣板為平行四邊形，直接插入機(jī)匣型孔內(nèi)，用電子束焊焊接成一體，形成懸臂結(jié)構(gòu)，下緣板為葉型狀，插入有相配型槽和型孔的內(nèi)環(huán)，采用膠接方法固定。風(fēng)扇部件與低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、中介機(jī)匣相鄰。

通過故障統(tǒng)計，風(fēng)扇機(jī)匣主要故障有以下四種：

（1）內(nèi)環(huán)焊點裂紋故障;

（2）孔探儀座磨損超標(biāo)故障;

（3）涂層磨損超標(biāo)或掉塊故障;

（4）機(jī)匣基體、孔探儀座焊縫裂紋故障。

2? 故障原因分析及修理方案制定

2.1 內(nèi)環(huán)焊點故障

靜子內(nèi)環(huán)與靜子葉片下緣板相鄰處有氬弧焊焊點。在故檢過程中，發(fā)現(xiàn)該部位存在裂紋。從工藝方法、加工過程、理化檢測等各個方面復(fù)查研究分析，得出結(jié)論：內(nèi)環(huán)焊點裂紋為焊點部位的振動疲勞開裂;焊點部位存在應(yīng)力集中，疲勞強(qiáng)度降低，在工作過程中由于機(jī)匣變形、振動等原因?qū)е潞更c產(chǎn)生裂紋。

針對內(nèi)環(huán)焊點部位造成的應(yīng)力集中，工藝方案解決措施：采用鉗工修磨方法去除風(fēng)扇機(jī)匣內(nèi)環(huán)氬弧焊焊點。

2.2 孔探儀座磨損超標(biāo)故障

孔探儀座是發(fā)動機(jī)留有的觀察孔，工作時用相應(yīng)的孔探儀進(jìn)行觀察，這樣可以非常直觀地了解發(fā)動機(jī)的使用情況，觀察內(nèi)部是否有葉片打傷、裂紋、涂層脫落等各類故障。

風(fēng)扇機(jī)匣孔探儀座與機(jī)匣本體采用氬弧焊的方式連接成一體。孔探儀堵頭與孔探儀座端面在發(fā)動機(jī)工作過程中相互接觸磨損，長時間會造成孔探儀座端面磨損量超標(biāo)，這樣會造成機(jī)匣漏氣，嚴(yán)重者堵頭流落到風(fēng)扇機(jī)匣外，打傷相鄰零件，影響機(jī)匣的使用效率及安全甚至造成發(fā)動機(jī)無法正常工作。

針對返廠舊結(jié)構(gòu)的孔探儀座：先將原舊有的探儀座端頭去掉，再加工鎖絲孔以為后續(xù)裝配孔探儀座時打鎖絲使用，再將新結(jié)構(gòu)的探儀座端頭焊接在留有的工藝臺上，接著進(jìn)行X光檢查，振動方法去除焊接應(yīng)力，接下來進(jìn)行熒光檢查，再銑加工探儀座端面，以保證孔探儀座與機(jī)匣基體的垂直度要求，最后是裝配孔探儀座。

采用上述工藝方法進(jìn)行更換孔探儀座，經(jīng)驗證修理產(chǎn)品質(zhì)量合格率100%。更換后的新結(jié)構(gòu)，在外場使用過程中，若出現(xiàn)磨損量超標(biāo)，則直接人工拆卸鎖絲，更換堵頭、螺帽即可恢復(fù)至新品狀態(tài)，無需在整機(jī)分解返廠修理。同時，對于新品，則均采用新結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工，這樣可顯著提高風(fēng)扇機(jī)匣的可維修性，降低生產(chǎn)成本及修理周期。

2.3 涂層磨損超標(biāo)或掉塊故障

風(fēng)扇機(jī)匣在外環(huán)機(jī)匣噴涂有涂層。裝配時該部位對應(yīng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片，轉(zhuǎn)靜子間有間隙要求。該涂層主要發(fā)揮著保護(hù)、抗磨、抗沖擊、減震等作用。在發(fā)動機(jī)裝配過程中，涂層易受到轉(zhuǎn)子葉片擠壓而造成局部掉塊;在發(fā)動機(jī)工作過程中，轉(zhuǎn)子葉片易與涂層發(fā)生摩擦接觸，造成涂層被刮削尺寸超標(biāo)，耗油量增大，抗喘振能力降低。

修復(fù)涂層過程中，由于發(fā)動機(jī)工作一定的時間，導(dǎo)致機(jī)匣本體有一定的變形量，加工難點最主要在于去除涂層這道工序。去除涂層的方法可采用找偏心車加工或高壓水剝離方法去除涂層。加工過程中注意事項：加工前一定要檢查零件變形狀態(tài)，根據(jù)零件跳動量確定內(nèi)圓直徑最大點與最小點，標(biāo)示出內(nèi)圓直徑最小點位置。在去除涂層過程中，要仔細(xì)測量內(nèi)圓直徑最小點壁厚值，以保證去除涂層后壁厚強(qiáng)度滿足產(chǎn)品設(shè)計圖要求。去除涂層后重新按要求噴涂，按新品進(jìn)行重新加工，涂層恢復(fù)至新品狀態(tài)。

2.4 機(jī)匣基體、孔探儀座焊縫裂紋故障

航空發(fā)動機(jī)工作環(huán)境惡劣，風(fēng)扇機(jī)匣是發(fā)動機(jī)主要承力殼體之一，在工作過程中，裂紋易發(fā)生在應(yīng)力集中區(qū)或是強(qiáng)度較弱區(qū)，例如電子束焊縫、氬弧焊焊縫等區(qū)域。

通過對大量返廠的大修和排故機(jī)匣熒光檢查發(fā)現(xiàn)，風(fēng)扇機(jī)匣裂紋主要分為兩種情況：一種為機(jī)匣排氣端靜子葉片電子束焊縫轉(zhuǎn)接R處裂紋;另一種為探儀座氬弧焊焊縫處裂紋。

按照上述挖補(bǔ)補(bǔ)焊技術(shù)修理方案，對某機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣進(jìn)行了氬弧焊補(bǔ)焊修理。經(jīng)X光檢查、熒光檢查焊縫質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，經(jīng)試車考核驗證，修理部位無裂紋，焊接質(zhì)量滿足使用要求。

3? 結(jié)論

（1）通過上述介紹的工藝修理方案，可100%去除內(nèi)環(huán)焊點、孔探儀座磨損、涂層磨損、基體裂紋等典型的風(fēng)扇機(jī)匣故障，技術(shù)方案均經(jīng)過現(xiàn)場工藝和產(chǎn)品質(zhì)量評審，并通過發(fā)動機(jī)試車考核。

（2）修復(fù)后的風(fēng)扇機(jī)匣組件均能正常裝機(jī)使用，外場工作正常，驗證了修理方案的合理性，修理后的狀態(tài)可滿足發(fā)動機(jī)可靠性要求。

（3）上述修理方案的實施，延長了風(fēng)扇機(jī)匣的使用壽命，實現(xiàn)了風(fēng)扇機(jī)匣自主修理，提高了風(fēng)扇機(jī)匣的利用率、降低了發(fā)動機(jī)的修理成本。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

[2] 王聰梅.機(jī)匣制造技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

[3] 劉長福，鄧明.航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)分析[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2006.