田家洋 孫莎莎 李玫 王濤

摘要：某型發(fā)動(dòng)機(jī)二級(jí)渦輪導(dǎo)向器葉片軸頸斷裂故障多發(fā)，造成發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)件打傷。為提高零件熒光滲透檢測(cè)故障檢出準(zhǔn)確率，通過(guò)對(duì)344臺(tái)次葉片檢測(cè)原始情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并對(duì)各臺(tái)次發(fā)動(dòng)機(jī)葉片檢測(cè)報(bào)廢情況與其總工作時(shí)間、修理次數(shù)、送探時(shí)間、一次送探數(shù)量等因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以確定斷裂故障檢測(cè)環(huán)節(jié)可能造成漏探的原因，制定有效改進(jìn)措施，對(duì)保障葉片修理質(zhì)量具有重要作用。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)向器葉片；熒光滲透檢測(cè)；裂紋；高溫合金

Keywords：nozzle guide vane；fluorescent penetrant inspection；crack；high temperature alloy

0 引言

某型發(fā)動(dòng)機(jī)試車后檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)渦輪葉片多處打傷，壓氣機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)其他部位檢查未見(jiàn)異常。對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)分解檢查，發(fā)現(xiàn)31號(hào)二級(jí)渦輪導(dǎo)向器葉片（材料為GH4033）軸頸斷裂，斷裂軸頸及其固定螺母掉落后造成發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)件打傷。該葉片修理中經(jīng)過(guò)熒光滲透檢測(cè)，判定存在漏檢的可能。為保證葉片熒光滲透檢測(cè)質(zhì)量，需準(zhǔn)確查找檢測(cè)環(huán)節(jié)可能存在的問(wèn)題，制定可行的改進(jìn)和預(yù)防措施。

因該發(fā)動(dòng)機(jī)修理后僅經(jīng)過(guò)試車驗(yàn)證，但歷史上出現(xiàn)過(guò)同類故障且故障多發(fā)，為達(dá)到提高故障檢出準(zhǔn)確率的目的，統(tǒng)計(jì)了344臺(tái)次葉片檢測(cè)原始情況并進(jìn)行總結(jié)分析，確定熒光滲透檢測(cè)環(huán)節(jié)可能造成漏探的原因。

1 探傷故障統(tǒng)計(jì)分析

葉片的探傷方法為自乳化水洗型熒光滲透檢測(cè)，干法顯像。該發(fā)動(dòng)機(jī)修理時(shí)熒光滲透檢測(cè)發(fā)現(xiàn)1片葉片裂紋，已報(bào)廢。為掌握熒光滲透探傷結(jié)果的準(zhǔn)確性及可靠性，分別對(duì)5個(gè)時(shí)間段（時(shí)間段A、B、 C、D、E，間隔時(shí)間相等）葉片熒光滲透檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，5個(gè)時(shí)間段內(nèi)檢測(cè)該型發(fā)動(dòng)機(jī)葉片344臺(tái)次，其中277臺(tái)次熒光滲透檢測(cè)無(wú)裂紋報(bào)廢，64臺(tái)次葉片檢測(cè)發(fā)現(xiàn)裂紋報(bào)廢，占總送探臺(tái)數(shù)的18.6%，葉片報(bào)廢數(shù)量共計(jì)189片。對(duì)各臺(tái)次葉片報(bào)廢情況與其總工作時(shí)間、修理次數(shù)、送探時(shí)間、一次送探數(shù)量等因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可作為總體趨勢(shì)判定的參考。

1.1 總工作時(shí)間不同探傷出現(xiàn)故障的變化趨勢(shì)

在總工作時(shí)間不同的情況下，葉片故障數(shù)量與發(fā)動(dòng)機(jī)總工作時(shí)間統(tǒng)計(jì)如表1所示，變化對(duì)比如圖1至圖4所示。

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)總工作時(shí)間的增加，葉片送探臺(tái)次呈逐步減少趨勢(shì)，葉片熒光滲透檢測(cè)報(bào)廢臺(tái)次呈逐步上升趨勢(shì)。工作時(shí)間在1200～1500h的發(fā)動(dòng)機(jī)送探數(shù)量最少，占送探臺(tái)數(shù)的18.9%，有報(bào)廢件的臺(tái)次占比最高，占有報(bào)廢件總臺(tái)次的40.6%，報(bào)廢機(jī)件數(shù)量占比也最高，占總報(bào)廢數(shù)量的37.6%；工作時(shí)間在900～1200h及600～900h的發(fā)動(dòng)機(jī)有報(bào)廢件臺(tái)次及報(bào)廢數(shù)量次之；工作時(shí)間在600h以內(nèi)的有報(bào)廢件臺(tái)次及報(bào)廢數(shù)量最少。

從檢測(cè)有報(bào)廢件臺(tái)次數(shù)量的累計(jì)占比看，總工作時(shí)間在1200～1500h及900～1200h的葉片檢測(cè)發(fā)現(xiàn)裂紋報(bào)廢數(shù)量較大，分別為40.6%及34.4%，占總報(bào)廢數(shù)量的75%。從送探臺(tái)次數(shù)量累計(jì)占比看，總工作時(shí)間在600h、900～1200h及600～900h的葉片送檢數(shù)量較大，分別為30.5%、27.6%、23%，占送探總數(shù)量的81%。

1.2 修理次數(shù)不同探傷出現(xiàn)故障的變化趨勢(shì)

在總修理次數(shù)不同的情況下，葉片的故障數(shù)量與發(fā)動(dòng)機(jī)總工作時(shí)間對(duì)比變化如表2所示。

發(fā)動(dòng)機(jī)修理次數(shù)為2次及3次的葉片熒光滲透檢測(cè)有報(bào)廢件占比較大，占總臺(tái)次報(bào)廢量的75%，其中修理次數(shù)為2次的占42.2%，修理次數(shù)為3次的占32.8%；葉片報(bào)廢數(shù)量占比也較大，分別為31.2%和32.3%。

結(jié)論：修理次數(shù)與工作時(shí)間基本呈正比關(guān)系，修理次數(shù)越多其工作時(shí)間也越長(zhǎng)。該數(shù)據(jù)也證明熒光滲透檢測(cè)可靠性較高，檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際使用壽命情況相符。

1.3 探傷時(shí)間段不同出現(xiàn)故障的變化趨勢(shì)

時(shí)間段A內(nèi)送探66臺(tái)，報(bào)廢臺(tái)次為24臺(tái)，葉片報(bào)廢數(shù)量為65片，占比較大，幾個(gè)時(shí)間段內(nèi)報(bào)廢量呈逐步下降趨勢(shì)。5個(gè)時(shí)間段內(nèi)該型發(fā)動(dòng)機(jī)大修零翻及一翻數(shù)量分別為27臺(tái)次、41臺(tái)次、36臺(tái)次、23臺(tái)次及50臺(tái)次；兩翻及以上數(shù)量分別為39臺(tái)次、23臺(tái)次、36臺(tái)次、23臺(tái)次和21臺(tái)次，分別占各時(shí)間段內(nèi)總臺(tái)數(shù)的59.1%、35.9%、50%、50%和29.6%。

結(jié)論：除時(shí)間段A外，各時(shí)間段葉片報(bào)廢的臺(tái)數(shù)占比基本持平，因時(shí)間段A內(nèi)大修的發(fā)動(dòng)機(jī)總量占比較高，達(dá)到59.1%，報(bào)廢葉片臺(tái)數(shù)和數(shù)量均比較大，一方面印證了總工作時(shí)間和修理次數(shù)與葉片報(bào)廢數(shù)量呈正比，另一方面也不排除時(shí)間段A之前外場(chǎng)出現(xiàn)葉片斷裂故障后工作者為了加強(qiáng)檢查而對(duì)部分葉片有過(guò)判的可能。

1.4 葉片送探數(shù)量不同探傷出現(xiàn)故障的變化趨勢(shì)

344臺(tái)次葉片中，329臺(tái)次葉片送探數(shù)量為56片，12臺(tái)次葉片送探數(shù)量少于56片，3臺(tái)次葉片未送探。這12臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)中出現(xiàn)裂紋報(bào)廢問(wèn)題發(fā)動(dòng)機(jī)共計(jì)7臺(tái)，占總送探臺(tái)數(shù)58.3%，而329臺(tái)送探發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)裂紋占比17.3%。從占比分布來(lái)看，未滿臺(tái)送探葉片報(bào)廢占比相較滿臺(tái)送探發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢占比量大。

結(jié)論：由于葉片探傷前的目視故檢能剔除部分不合格的機(jī)件，對(duì)于故檢工序有報(bào)廢數(shù)量的發(fā)動(dòng)機(jī)，其機(jī)件整體使用狀態(tài)不佳，探傷工序報(bào)廢數(shù)量也會(huì)增加，因此需重點(diǎn)關(guān)注未滿臺(tái)送探發(fā)動(dòng)機(jī)葉片探傷檢測(cè)情況。

1.5 因探傷人員變化發(fā)現(xiàn)故障的變化趨勢(shì)

為分析探傷工作者對(duì)探傷結(jié)果判定的影響，現(xiàn)分別統(tǒng)計(jì)341臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)人員探傷情況。由數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果來(lái)看，10名探傷工作者判定結(jié)果差異較大，探傷報(bào)廢臺(tái)數(shù)占比從6.2%到47.7%。

結(jié)論：滲透檢測(cè)的成功很大程度上依賴于檢測(cè)人員每一個(gè)工藝步驟的完成質(zhì)量和他們對(duì)檢測(cè)結(jié)果的正確判斷和解釋。探傷檢測(cè)工作者對(duì)產(chǎn)品故障判別標(biāo)準(zhǔn)把控與掌握的技能不完全一致，故障的判斷最終需要人的判斷，個(gè)體認(rèn)知、技能乃至經(jīng)驗(yàn)的不同都會(huì)影響到故障結(jié)論判定。對(duì)于難以判定的故障，人員的放行標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)了偏差。把關(guān)不嚴(yán)的探傷人員有可能會(huì)將帶缺陷的廢品當(dāng)成正品放行通過(guò)，而過(guò)于保守的探傷人員不僅不接受帶有缺陷的產(chǎn)品，也不允許“偽顯示”產(chǎn)品。因此，探傷過(guò)程中如何保證機(jī)件不漏探、不過(guò)判仍是需要研究解決的問(wèn)題。技術(shù)人員應(yīng)以產(chǎn)品探傷過(guò)程為牽引，重點(diǎn)關(guān)注各操作者探傷質(zhì)量的把控，尤其是對(duì)探傷產(chǎn)品變更、新上崗人員技能業(yè)務(wù)不穩(wěn)定等的風(fēng)險(xiǎn)管控。

1.6 探傷發(fā)現(xiàn)故障部位與機(jī)件斷裂位置統(tǒng)計(jì)分析

在探傷發(fā)現(xiàn)故障葉片的64臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)中，有35臺(tái)記錄了裂紋故障部位，為葉片安裝軸頸的R處和螺紋根部，并且R處居多。

為進(jìn)一步驗(yàn)證故障發(fā)生的部位，對(duì)近期熒光滲透檢測(cè)報(bào)廢的葉片進(jìn)行復(fù)查。對(duì)9臺(tái)次25件報(bào)廢葉片重新進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)，其中軸頸R處裂紋16片，螺紋處裂紋2件，R處和螺紋均有裂紋6件，進(jìn)氣邊裂紋1件。

選取2片葉片R處有裂紋顯像的葉片及1片故障機(jī)螺紋處有裂紋的葉片進(jìn)行金相分析，經(jīng)分析確認(rèn)為微小裂紋，如圖5所示。為進(jìn)一步驗(yàn)證已探傷報(bào)廢的葉片和本次故障機(jī)葉片，反工序檢查軸頸R處熒光顯示是否有過(guò)度判別的情況，對(duì)20件軸頸R處顯像的葉片進(jìn)行打磨排除，再次進(jìn)行熒光探傷檢查，軸頸R處裂紋顯像均存在，打磨前后熒光顯示如圖6所示（圖中列舉了3片葉片，其中打磨前顯示嚴(yán)重1片，顯示較輕2片），打磨后熒光顯示更為明顯，且裂紋長(zhǎng)度較打磨前更長(zhǎng)。因GH4033二級(jí)導(dǎo)向器葉片沿軸頸處分布的細(xì)微裂紋在高溫工作狀態(tài)下表面氧化形成復(fù)雜的氧化物堵塞部分裂紋，使得熒光滲透液不能較好滲透進(jìn)入裂紋處，故打磨后裂紋顯示更為明顯。對(duì)R處裂紋顯像較輕的葉片在體式放大鏡下觀察，裂紋形態(tài)不明顯。

從金相分析圖可以看出，滲透檢測(cè)有熒光顯示的3片葉片金相分析時(shí)均顯示為疲勞裂紋，探傷結(jié)果可靠性較高。葉片螺紋牙底裂紋較軸頸R處裂紋更為明顯，裂紋開(kāi)口更寬，多為單條分散型；R處裂紋深度僅為0.103mm，開(kāi)口更加細(xì)小，僅約為幾微米，故R處裂紋熒光顯像較細(xì)，易出現(xiàn)不連續(xù)線狀顯示，螺紋處裂紋顯示較明顯且為多條密集型和單條分散型。

1.7 材料對(duì)探傷檢測(cè)的影響分析

渦輪導(dǎo)向器葉片是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上受熱沖擊最大的零件之一，由于它是靜止的，所受的機(jī)械負(fù)荷并不大，但由于受到應(yīng)力引起的扭曲、溫度劇烈變化引起的裂紋以及發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)形成非正常高應(yīng)力作用萌生的裂紋影響，使葉片在工作中經(jīng)常出現(xiàn)故障。鎳—鉻基高溫合金GH4033熱軋棒材常溫下拉伸性能為945～1088MPa，常溫下屈服強(qiáng)度590MPa，700℃下的抗拉強(qiáng)度685MPa，該合金無(wú)缺口敏感性。由于材料的特性，在葉片R處產(chǎn)生的裂紋熒光顯像通常較為輕微，且部分顯示不連續(xù)，在葉片螺紋處因?yàn)闊晒庖翰灰妆磺逑吹簦菁y處檢測(cè)易造成偽顯示，檢測(cè)難度大。

2 分析結(jié)論

造成某型發(fā)動(dòng)機(jī)二級(jí)渦輪導(dǎo)向器31號(hào)葉片軸頸螺紋斷裂的原因?yàn)槠跀嗔?。因葉片軸頸螺紋處使用后假顯示缺陷較多，理論上熒光滲透檢測(cè)應(yīng)關(guān)注預(yù)清洗和滲透液去除環(huán)節(jié)，預(yù)清洗不到位易造成表面裂紋被遮蓋，滲透液去除不當(dāng)易造成過(guò)洗或清洗不凈，影響探傷質(zhì)量。因此，該故障的發(fā)生原因可能為滲透檢測(cè)工藝控制不當(dāng)所致。一方面是探傷質(zhì)量過(guò)程控制不到位，存在漏檢的可能，另一方面是操作人員認(rèn)知和技能經(jīng)驗(yàn)的差異，對(duì)螺紋類較難判定的工件可能存在誤判。

3 采取措施

3.1 設(shè)置熒光滲透檢測(cè)重點(diǎn)控制手段

為驗(yàn)證二級(jí)渦輪導(dǎo)向器葉片軸徑熒光滲透檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，提高檢測(cè)結(jié)果的可靠性，采取兩人檢測(cè)，互相驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)果。

3.2 對(duì)操作人員進(jìn)行技術(shù)技能培訓(xùn)

滲透檢測(cè)技術(shù)方面，操作人員應(yīng)清楚在什么位置觀察缺陷顯示、如何解釋各種缺陷顯示、正確判斷缺陷顯示以及判斷某工件用某方法探傷質(zhì)量的可靠性。

從問(wèn)題查處和反工序檢查的過(guò)程可知，雖然葉片軸頸螺紋處的微小裂紋受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、操作過(guò)程、人員認(rèn)知、經(jīng)驗(yàn)等客觀因素的影響，操作人員的個(gè)體存在差異，但也同時(shí)反映出部分操作人員技能水平不足，尤其對(duì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的機(jī)件判別的尺度波動(dòng)較大，因此人的因素依然是過(guò)程控制的重點(diǎn)難題。操作人員必須能夠清晰辨認(rèn)相關(guān)顯示，而且能夠區(qū)分假顯示和非相關(guān)顯示，這種技能一方面依靠不斷實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)來(lái)獲得，另一方面需要不定期對(duì)操作人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)及崗位練兵，提高人員操作技能。

4 結(jié)束語(yǔ)

1）葉片的缺陷多數(shù)集中在軸頸部位，為分散型和密集型裂紋。

2）葉片進(jìn)行水洗型熒光滲透探傷時(shí)，葉片螺紋處位置較關(guān)鍵，檢測(cè)的難點(diǎn)在于質(zhì)量過(guò)程控制的把握及對(duì)裂紋處的分析與判斷，應(yīng)嚴(yán)格按工藝要求操作。

3）檢測(cè)過(guò)程中，注意葉片螺紋處相關(guān)顯示的重復(fù)性，如果重復(fù)性較好，以顯示為主。

4）對(duì)總工作時(shí)間長(zhǎng)、修理次數(shù)多及非正常數(shù)量送探的葉片應(yīng)重點(diǎn)檢查，做出客觀、準(zhǔn)確的評(píng)判。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

田家洋，高級(jí)工程師，從事航空維修無(wú)損檢測(cè)技術(shù)管理工作。

孫莎莎，助理工程師，從事航空維修無(wú)損檢測(cè)技術(shù)工作。

李玫，高級(jí)工程師，從事航空維修無(wú)損檢測(cè)技術(shù)工作。

王濤，技師，從事航空維修無(wú)損檢測(cè)操作工作。