董務(wù)江，郭 平，胡 誠

（1.南航新疆分公司 飛機維修基地，烏魯木齊 830016；2.珠海摩天宇航空發(fā)動機修理有限公司，珠海 519030）

1 典型案例

1.1 某航空公司廣西分公司高壓渦輪葉片斷裂

某航空公司廣西分公司2011年12月報告，B－5193飛機左發(fā)CFM56－7／894710發(fā)動機高壓壓氣機振動值偏大，即對該發(fā)進行針對性內(nèi)窺鏡檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一片高壓渦輪葉片從1／3處斷裂，如圖1所示，其余有多處打傷，低壓渦輪葉片也有多處打傷。

1.2 某航空公司貴陽分公司高壓渦輪葉片斷裂

某航空公司貴陽分公司2012年4月B－5120飛機起飛后不久空中停車。安全落地后內(nèi)窺鏡檢測發(fā)現(xiàn)CFM56－7／890503發(fā)動機高壓渦輪葉片從根部斷裂，如圖2所示。對同類型高壓渦輪葉片在大修時進行的熒光檢驗及渦流檢驗中，在葉根榫頭壓力面上曾發(fā)現(xiàn)熒光顯示，渦流檢驗時發(fā)現(xiàn)超標信號。其典型顯示如圖3（a）所示，由于葉片未斷裂，得到了完整的裂紋顯示形貌，在100倍放大鏡下如圖3（b）所示，此為典型的疲勞裂紋，而且已經(jīng)過了疲勞初期階段，處于擴展初期。因此由于這種裂紋無法通過內(nèi)窺鏡檢查出來，只能在大修時檢查，這就要求葉片在大修時必須嚴格執(zhí)行檢驗程序。

1.3 某航空公司新疆分公司高壓渦輪葉片斷裂

2007年4月和5月3022飛機的右發(fā)AV0033和3025飛機的右發(fā)AV0039在飛行停場后，車間維護人員發(fā)現(xiàn)其漿葉被卡住不能正常轉(zhuǎn)動，并發(fā)現(xiàn)第2級功率渦輪葉片有不同程度的被打傷現(xiàn)象。經(jīng)內(nèi)窺鏡檢測發(fā)動機的熱部件，發(fā)現(xiàn)這兩臺發(fā)動機的損傷情況相似，第1、2級功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片被嚴重打傷，導(dǎo)向器上部材料嚴重脫落，其中AV0039發(fā)動機的第1級功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片離根部1／3處斷裂。

圖1 發(fā)動機894710渦輪葉片損傷圖片

圖2 發(fā)動機890503高壓渦輪葉片斷裂圖片

2009年8月，ATR72／B－3027飛機從起飛后右發(fā)空中停車（PW127／AV0023，總飛行小時19734：34、飛行小時4631：34），飛機隨即返航。根據(jù)現(xiàn)場情況初步判斷是高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片斷裂導(dǎo)致下游部件不同程度的損傷，如圖4所示 。高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片的斷面觀察，能看到中空的葉片內(nèi)部有明顯的沙塵堆積現(xiàn)象（在殘余高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片的葉盆位置上，附著有黑色的堅硬沉積物。

圖3 某高壓渦輪疲勞裂紋熒光顯示和放大顯示

對比修理廠家（AVIO）對其它用戶的發(fā)動機修理經(jīng)驗以及上述AV0023的發(fā)現(xiàn)，該分公司送修的發(fā)動機內(nèi)部存在沙塵堆積比較嚴重的現(xiàn)象。存在高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)部冷卻通道被嚴重堵塞后，高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片因局部散熱不良，導(dǎo)致斷裂的可能性。

2 案例分析

2009年3月，ATR－72／B－3027飛機在執(zhí)行航班時，左發(fā)（PW127／AV0045，總飛行小時17597：54，修理后飛行小時2769：55）發(fā)生空中停車事件，現(xiàn)場照片見圖5。地面內(nèi)窺鏡檢測發(fā)現(xiàn)該發(fā)第一級功率渦輪轉(zhuǎn)子一片葉片斷裂，第二級功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片全部被打斷。經(jīng)現(xiàn)場和內(nèi)窺鏡檢測，證實該發(fā)空停是由于發(fā)動機第一級功率渦輪葉片斷裂，并將下游部件打傷所致。對其采用內(nèi)窺鏡檢測發(fā)現(xiàn)損傷，如圖6所示：① 所有的第二級功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片從葉根部位置斷裂。②2～3點鐘位置的第二級功率渦輪導(dǎo)向器葉片斷裂，其它位置的導(dǎo)向器葉片均嚴重打傷。③有一片第一級功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片從根部斷裂，其它轉(zhuǎn)子葉片后緣明顯打傷，但這些葉片的前緣均狀況良好。④ 低壓渦輪轉(zhuǎn)子、導(dǎo)向器葉片狀況均正常。⑤ 高壓渦輪轉(zhuǎn)子、導(dǎo)向器葉片狀況均正常。⑥進氣道、低壓壓氣機和燃燒室狀況均正常。⑦ 左發(fā)尾噴管和隔熱護套均有損傷現(xiàn)象。⑧ 從跑道收集到了大量的金屬碎屑。

圖4 發(fā)動機PW127／AV0023損傷照片

隨后對該型號的20臺發(fā)動機進行針對性內(nèi)窺鏡檢測，未見該部位損傷。

將斷裂的和其它被打傷的第一級功率渦輪葉片送往普惠－加拿大實驗室，根據(jù)普惠公司提供的檢查報告，目視檢查有一片葉片從葉根處斷裂（圖7），這片斷裂葉片的殘余翼型靠后緣位置的斷層區(qū)域顯示出了較深的顏色并且斷面比較平整，出現(xiàn)較深的顏色是由于其受到氧化后變色，也就說明這個斷面曾經(jīng)在燃氣中暴露了一段時間。前緣斷面較淺的顏色說明相對于后緣的斷面，是新形成的（圖8）。

圖5 發(fā)動機PW127／AV0045損傷現(xiàn)場照片

圖6 發(fā)動機PW127／AV0045渦輪葉片檢測結(jié)果

圖7 發(fā)動機PW127／AV0045斷裂葉片

圖8 發(fā)動機PW127／AV0045前緣斷面

通過這些典型的案例可以說明，在先進的內(nèi)窺鏡檢測技術(shù)條件下，雖然針對性地對可能產(chǎn)生損傷的部件部位進行了檢測（在發(fā)生這類損傷的第一時間，各航空公司的內(nèi)窺鏡檢測人員都做了大量的具體工作），但同類型的損傷及造成的空中停車并沒有得到有效的控制，分析原因主要有：① 由于運行環(huán)境的原因造成葉片未達到大修周期，過早出現(xiàn)疲勞裂紋而斷裂，這就要求必須進行內(nèi)窺鏡檢測，但對于有些裂紋內(nèi)窺鏡檢測也無法發(fā)現(xiàn)。② 運行中出現(xiàn)了疲勞裂紋，在大修時未被及時發(fā)現(xiàn)，造成漏檢，從而導(dǎo)致葉片斷裂。③其它意外原因造成葉片斷裂，這種情況無法避免。

3 葉片修理與無損檢測

出現(xiàn)此類損傷只是表象的反映，技術(shù)落實（檢查的部位、方法、記錄的方式等等）只是反映表象或者說是把表象更形象具體展示出來，進而用標準對其進行評價。而內(nèi)在的更深層次的是管理，即發(fā)動機熱部件修理與內(nèi)窺鏡檢測相互間那種隱性的關(guān)聯(lián)。

發(fā)動機熱部件損傷的原因是多方面的，當分析評價后發(fā)現(xiàn)，這些原因絕大多數(shù)是無法解決的，變量和影響參數(shù)太多。因此要發(fā)現(xiàn)并抓住可以解決的問題來探討才有實際的意義。

葉片的質(zhì)量問題或者更進一步說是葉片大修后的質(zhì)量問題。當把葉片修理所牽扯到的修理工藝都定格后，發(fā)現(xiàn)葉片的修理質(zhì)量問題集中的反映在葉片的損傷檢測包括葉片修理前后的無損檢測上（因為在裂紋的形成初期，或者說在葉片的疲勞源形成的過程中，無損檢測是很難檢測到的）。這是修理葉片過程中漏檢幾率最大的地方。

發(fā)動機修理工藝流程如圖9所示。

圖9 發(fā)動機部件修理流程示意圖

葉片的修理（包括高壓渦輪、中壓渦輪、低壓渦輪的導(dǎo)向器葉片和轉(zhuǎn)子葉片）在分解清洗后檢查，檢查一般分為目視檢查和無損檢測。檢查后的葉片分類：報廢件、可修理件（對那些可通過修理手段得以恢復(fù)的損傷）、可修復(fù)件（未發(fā)現(xiàn)損傷，只需要通過表面處理恢復(fù)其功能的葉片）。修理后的葉片經(jīng)無損檢測后與修復(fù)后的葉片一起進行表面處理，最后送庫房驗收保管，經(jīng)裝配、試車并最終提交給用戶。

以CFM56－7高壓渦輪葉片為例：該葉片在進行大修時，需要進行：① 噴水試驗：以便檢查冷卻孔是否有堵塞情況。② 葉身進行目視檢驗：以便檢查帶涂層的葉深是否有裂紋存在。③ 葉根部位：進行熒光檢驗及渦流檢驗，以便檢查是否有疲勞裂紋。并且，在進行熒光檢驗前，葉根部位要進行局部腐蝕，以便使疲勞裂紋充分暴露。④ 修理后的葉片需要進行熒光檢驗，以保證其符合驗收標準。

在使用的葉片中，新葉片與修復(fù)后的葉片、修理后的葉片之間其材料屬性必定有差異（葉片本身就存在疲勞現(xiàn)象），這些葉片在同等使用條件下的損傷幾率和速率是不一樣的。

4 葉片修理與內(nèi)窺鏡檢測

在發(fā)動機單元體的修理過程中，新葉片與修復(fù)后葉片、修理后葉片混裝是直接或間接地導(dǎo)致發(fā)動機在使用過程中其內(nèi)部損傷發(fā)展不均衡的重要原因，這就如同一位60歲的健康老人與一位20歲的健康青年在同一條件下摔倒，其同一部位的損傷必然是老人要重，恢復(fù)的周期也要更長。

筆者了解到，在中國雖有多家發(fā)動機修理廠家，但由于多方面的原因，其熱部件的修理都是外包的。在試車中會發(fā)現(xiàn)大修后的葉片就有損傷出現(xiàn)（這些損傷葉片主要出現(xiàn)在修理和修復(fù)過的那些葉片上，或者說形成在那些疲勞過度的葉片上），而那些損傷又都在大修標準合理的范圍內(nèi)。所以采用內(nèi)窺鏡檢測和監(jiān)控新發(fā)動機，相對比檢測和監(jiān)控大修后的發(fā)動機，要容易把握。經(jīng)常遇到大修后的發(fā)動機沒有用數(shù)個小時就發(fā)現(xiàn)這樣或那樣的損傷，這其中的原因與不可見損傷在大修過程中的不可檢出性有一定的關(guān)系（漏檢和誤判），與葉片在修理過程中的焊接、機械加工、熱處理、表面處理等等有一定的關(guān)系。內(nèi)窺鏡檢測人員要把握各種影響因素與葉片的關(guān)聯(lián)，正確判斷葉片的損傷形態(tài)和發(fā)展速率是相當?shù)睦щy。所以說葉片的斷裂如果是材料及加工工藝方面的問題，或者是修理廠家的問題，其損傷形態(tài)的變化具有很大的不確定性，內(nèi)窺鏡很難有效地監(jiān)控，因此葉片斷裂造成的事故依然還會發(fā)生。制造廠家或修理廠家必須盡可能地消除損傷的隱患。

而從內(nèi)窺鏡檢測技術(shù)方面來講，對于經(jīng)過多次修理后的發(fā)動機，在內(nèi)窺鏡檢測中常常無法判定葉片的損傷存在于哪種類型的葉片中（新的、修復(fù)或修理的），無法判定是哪種類型的葉片最終導(dǎo)致發(fā)動機重大故障的發(fā)生，也不能排除葉片在大修中出現(xiàn)漏檢的可能性，所以應(yīng)該找到一種可控的方法或方式，來盡可能地消除葉片損傷帶來的隱患。為了做到這一點，筆者建議給修理和修復(fù)過的葉片做明顯的標記，以方便內(nèi)窺鏡檢測人員把握和判別葉片的類別（即新的、修理的、修復(fù)的），這有以下好處：① 明確內(nèi)窺鏡檢測范圍，控制葉片損傷的發(fā)展速率。② 確定或者判明哪些修理和修復(fù)后表現(xiàn)出的葉片損傷是葉片修理前已產(chǎn)生卻在修理時未檢出而造成發(fā)動機故障的。③確定或者是判明修理和修復(fù)后的葉片損傷是造成重大故障的主要來源，并且通過詳細的記錄指出大修質(zhì)量存在問題的可能性。④ 從另一個角度講，這種方式的采納可以觀察和監(jiān)控發(fā)動機熱部件大修的質(zhì)量，以便引起發(fā)動機修理廠家的足夠重視。

一般來講，發(fā)動機在大修時對于不可修理件直接報廢；對于可修理件，按照修理規(guī)范修理，檢驗合格后裝回原發(fā)動機；對于可恢復(fù)件，在清洗、檢驗合格后裝回原發(fā)動機。從理論上講，每一臺發(fā)動機的高壓渦輪葉片安裝時都有一個起始位置，從該位置算起順時針轉(zhuǎn)動，即可知道某一葉片所在的位置。雖然在大修后的發(fā)動機檔案中記載了更換的熱部件，記錄了修理件和修復(fù)件的修理深度，可這并不方便內(nèi)窺鏡檢測人員在現(xiàn)場工作中的確認。渦輪葉片作為壽命件，在新出廠或修理后出廠的葉片上，服役周期是一樣的，但在使用過程中，會出現(xiàn)一些意外情況，例如：葉片的冷卻孔在運行中被堵而出現(xiàn)葉片被燒熔現(xiàn)象。尤其在大修后的葉片與新裝上的葉片性能有很大差異。盡管葉片有自己的編號，但內(nèi)窺鏡人員無法知道每一個葉片的具體情況，因此筆者認為在葉片上做不同的標記可方便內(nèi)窺鏡檢測人員在工作中的確認，以便于做定向的針對性檢測。這是一個簡便易行的方法，在大修后的發(fā)動機內(nèi)窺鏡監(jiān)控中顯得尤為重要。

筆者希望立一個課題，來探討無損檢測、發(fā)動機熱部件修理、內(nèi)窺鏡檢查之間某種潛在的因果關(guān)系。如果在發(fā)動機大修時提出這個課題，觀察和記錄分析發(fā)動機熱部件修理對其使用時限的影響，就有可能對修理后的質(zhì)量監(jiān)控來判斷；分析更新件、修理件、修復(fù)件在一定運行時間下部件材質(zhì)損傷的變化以及其對發(fā)動機整體結(jié)構(gòu)與壽命的影響。相信一定會有一個結(jié)果，或者還會得到一個求證，正是那些修復(fù)、修理的部件是造成發(fā)動機重大故障時有發(fā)生的潛在因素。那些修復(fù)、修理的部件是造成二次損傷超標的主體，這對于發(fā)動機維修成本的控制是有益的。

5 結(jié)語

主要討論了內(nèi)窺鏡檢測技術(shù)與民用航空發(fā)動機熱部件大修中無損檢測間的隱形的相互關(guān)系。在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備的維護中，內(nèi)窺鏡渦流、內(nèi)窺鏡熒光、內(nèi)窺鏡超聲、內(nèi)窺鏡維修已在實際中得到了應(yīng)用。隨著科技的進步與發(fā)展，相信內(nèi)窺鏡檢測技術(shù)與無損檢測技術(shù)相互的結(jié)合會在近幾年中更廣泛地應(yīng)用于實際檢測工程中。