某机高压涡轮叶片荧光渗透检测工艺改进

徐亚亚，李 泽，刘兴勇

（西安航空动力股份有限公司，西安 710021）

涡轮叶片是航空燃气发动机中的转动件，受应力、温度等环境因素影响，工作条件苛刻，是发动机故障多发件之一［1－2］。

某机两级高压涡轮叶片均采用精铸而成，铸造工艺复杂。为保证其表面质量，除了在零件的不同制造工艺阶段安排荧光渗透检测工序外［3－4］，为进一步保障外场发动机质量，发动机在进行完一次试车后还需再次对两级涡轮叶片进行荧光渗透检测。

试车后对叶片进行荧光渗透检测时，发现铸造缺陷比率偏高，引起了用户对叶片前期荧光渗透检测质量的怀疑。笔者查找了原因，改变了铸件荧光渗透检测前的预处理方式，优化了荧光渗透检测工艺。

1 原因分析

1.1 叶片制造过程中的荧光渗透检测工序安排

（1）高压1级涡轮叶片的检测

对于高压1级涡轮叶片，共安排了4次荧光渗透检测。铸造阶段的2次荧光渗透检测均在吹砂工序后进行。机械加工阶段的荧光渗透检测，第一次是在焊接完盖板，腐蚀工序后进行；第二次是在叶片进行了渗铝工序后进行。

（2）高压2级涡轮叶片的检测

对于2级涡轮叶片，共安排了3次荧光渗透检测。铸造阶段2次，均在吹砂工序后进行；机械加工阶段1次，是对叶片完成了所有机加工序，紧接在腐蚀工序后进行的。

1.2 一次试车后的荧光渗透检测工序安排

发动机一次试车后将叶片分解成单件状态，由组装车间清洗后进行荧光渗透检测。

1.3 两级叶片的荧光渗透检测工艺

考虑到叶片属于关键受力件，再结合其制造方法为铸件的情况，选择后乳化3级灵敏度的荧光渗透检测。

1.4 一次试车后荧光渗透检测发现铸造缺陷的情况

复查2009年发动机1次试车后涡轮叶片的荧光渗透检测记录，发现其铸造缺陷的比率为6.64%，比率偏高。其中裂纹为18%，冷隔为27.27%，非线性夹杂为9.09%，线性夹杂为45.45%。

从统计数据来看，后续发现缺陷比例最高的为线性夹杂，如图1，2所示。其中裂纹、非线性夹杂、线性夹杂属于荧光渗透检测容易发现的缺陷，但在前期叶片制造阶段的荧光渗透检测中却未被发现。

图1 白光下的线性夹杂

图2 黑光下的线性夹杂

1.5 工艺分析

为查找原因，从以下四个方面进行了梳理：①叶片铸造及机加工艺中，荧光渗透检测工序之前的工序。②叶片铸造及机加工艺中，荧光渗透检测工艺后的工序。③荧光渗透检测工艺本身。④试车后，进行荧光渗透检测前的工序。

1.5.1 叶片荧光渗透检测前工序影响分析

经过对叶片铸造和机加工艺路线比较可知：铸造阶段的叶片，荧光渗透检测前采用吹砂工序来清理零件表面；而机加阶段的叶片，荧光渗透检测前，为使缺陷充分暴露而采用腐蚀来清洗零件表面。

比较这两种预处理方法知，腐蚀比吹砂的方法更利于缺陷的暴露。对于关键件的检测，规范中一般推荐采用腐蚀的预处理方法。

1.5.2 叶片荧光渗透检测后工序影响分析

（1）铸造阶段

两级叶片的铸造阶段，在进行了最后一次荧光渗透检测后，其后续工序有：振动光饰处理→最后外观检查→震动标记→最后审定。

在这些工序中，只有“振动光饰处理”会对零件表面产生轻微影响。但此影响会被后续机加阶段的荧光渗透检测工艺消除，其他工序均不会影响荧光渗透检测的结果。

（2）机加阶段

对1级涡轮叶片的机加阶段而言，在进行了最后一次荧光渗透检测后，其后续工序有：钎焊检测→修磨叶背缘板→超声波清洗→除油→壁厚检查→终检→超声波清洗→除油→喷丸处理→目视检测→包装入库。在这些工序中，只有“修磨叶背缘板”工序对叶片缘板的表面状态有影响。但一次试车后，对铸造缺陷的位置进行统计分析后发现：这些缺陷位置不固定，无一定规律，且分布在叶片各个部位。因此，此因素不构成铸造缺陷比率偏高的主要原因。

对2级涡轮叶片的机加阶段而言，在进行了最后一次荧光渗透检测后，其后续工序有：最终检验→标刻印记→湿吹砂→包装入库。在这些工序中，只有“湿吹砂”工序对叶片的表面状态有轻微影响。经过相关技术人员充分讨论后认为，吹砂的目的是增加零件表面光洁度，不是造成试车后铸造缺陷比例偏高的主要原因。

1.5.3 叶片的荧光渗透检测工艺分析

两级叶片均采用后乳化高灵敏度荧光渗透检测。分析荧光渗透检测工艺（预清洗→渗透→预水洗→乳化→最终水洗→干燥→显像→检验）本身，由于此机种是从国外引进，因此将叶片目前的检测参数和国外的检测数据卡进行了比对后发现：除了在预清洗工序有差异外，其他检测参数完全相同。国外的预清洗参数为在120 ℃的烘箱中干燥60min；而目前现场采用的参数为在70 ℃的烘箱中干燥15min。两者相比，前者对零件缺陷中残留水分的干燥效果更佳，从而利于渗透液进入缺陷。

1.5.4 叶片一次试车时的荧光渗透检测工艺分析

由于叶片经过试车，零件表面状态较差，表面附着物较多，用水基清洗的方法对这种附着物的清洗能力较差。

2 制造与检测的工艺改进

2.1 对叶片铸造工艺路线的优化

针对1.5.1节的分析，技术人员对叶片铸造阶段的工艺路线进行改进，将荧光渗透检测前的吹砂工序改为腐蚀工序，以利于缺陷的暴露。

2.2 荧光渗透检测工艺本身的优化

针对1.5.3节的分析，为使缺陷中的水分彻底干燥而提高渗透检测的灵敏度，对叶片预清洗后的干燥参数进行改进，采用在120 ℃的烘箱中干燥60min的工艺。

2.3 叶片一次试车后的工艺优化

针对1.5.4节的分析，真空热处理具有无氧化、无脱碳，可保持零件表面光亮的热处理效果，同时可使零件脱脂及脱气，并净化表面的特点。经过真空热处理后，零件表面洁净及无污染。洁净的表面能使渗透液对零件表面及缺陷进行良好的润湿，从而促进其毛细作用。因此，在试车后的荧光渗透检测前增加了一道真空热处理工序。

3 效果验证

在进行上述的改进措施后，统计了几十台发动机一次试车后两级涡轮叶片的检测结果，发现叶片铸造缺陷的比例由改进前的6.69%降低到3‰。

4 结语

（1）荧光渗透检测前增加腐蚀、真空热处理工序利于缺陷的充分暴露。

（2）对零件采用水基清洗方法进行预处理时，最优化的干燥参数应为：烘箱温度最低为120℃，干燥时间至少60min。

［1］唐建朝.某发动机叶片抛修裂纹荧光渗透检测［J］.无损检测，2014，36（3）：72－74.

［2］陈翠丽.轴承用陶瓷球荧光渗透检测［J］.无损检测，2014，36（11）：59－61.

［3］林猷文，任学东.渗透检测［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［4］王自明.无损检测综合知识［M］.北京：机械工业出版社，2004.