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摘要：發動機被稱為飛機的心臟，而渦輪葉片是航空發動機最重要的部件，因此渦輪葉片的可靠性對飛機來說至關重要。但它也因工作環境惡劣的原因成為發動機最容易出現故障的地方。因此，航空發動機渦輪葉片的故障檢測、故障分析對飛機安全飛行意義重大。本文通過對不同狀況下飛機渦輪葉片所采取不同檢測方法對渦輪葉片上的缺陷進行故障檢測與分析，研究葉片失效原因，確保飛機安全飛行。

關鍵詞：渦輪葉片；故障檢測；故障分析；安全飛行

-年美空軍發生約3800起飛行事故，發動機結構故障占43.%，失效原因有：風扇葉片斷裂，壓氣機葉片產生疲勞裂紋、渦輪葉片斷裂等[1]。18-3年，我國飛行事故中發動機故障占.5%，其中葉片斷裂約%[2]。對于渦輪葉片來說，其科技含量高，我國的航空工業起步較晚，航空科技領域具有一定的短板。而在先進的歐美發達國家，渦輪發動機從生產到維修，都具有先進的技術保障。比如歐美國家的渦輪發動機渦輪前的燃燒的溫度可以經達到了0K以上溫度而不因熱應力和巨大離心力產生失效。不說生產研發和制造技術，就單從維修技術上看，仍有不小差距[3]。從目前我國的渦輪葉片維修現實情況看，想要提高維修能力，必須要重視對渦輪葉片失效分析的基本研究。資料顯示，近年來航空發動機發生的重大事故中，絕大部分原因都是渦輪葉片失效[4]，如圖1所示。

1渦輪葉片故障檢測與分析

在航空發動機中，對任何一處缺陷的疏忽，可能就會引發安全事故。維修人員必須采用有效的檢測技術，及時發現發動機缺陷使其更加直觀地顯示出來，從而對缺陷的相關特征信息進行有效的自動提取和識別。維修人員可根據發動機工作時長、發動機工作狀況、發動機故障現象等采用不同的檢查方法對發動機渦輪葉片進行故障檢查分析。

1.1渦輪葉片檢測方法

1.1.1孔探檢測在發動機沒有完全拆解前，我們可以借助孔探儀對渦輪葉片進行檢測。首先在直桿鏡上連接適當長度的加長直角觀察高壓渦輪轉子葉片鏡或者使用側視鏡進行觀察。渦輪風扇發動機可以站在風扇整流罩的后面，將直桿鏡及直角觀察鏡插人風扇內機匣前緣或者需要檢查的孔探口進行發動機的例行檢查。操作過程中，維修人員要將設備調整到合適的視角，并由另一個工作人員協助緩慢、勻速地后兩個孔探口分別對高壓渦輪葉片的前緣、后緣進行檢查[5]，如圖2所示。1.1.2滲透檢測渦輪葉片的滲透檢測是利用毛細管作用，把融有熒光材料或者著色劑的滲透液涂抹到葉片表面，滲透液由于毛細作用滲入渦輪葉片的表面缺陷中，清理干凈未滲透入缺陷而遺留在表面的滲透液，經干燥后再用顯像劑，利用毛細作用把缺陷中的滲透液重新吸附到葉片表面上，就可以放大呈現出葉片缺陷的形狀和分布。這種方法可以同時檢測多個葉片，在發動機大修或檢修時一般都使用熒光材料來檢測其表面損傷；而在外場條件下，通常使用著色法進行檢測。1.1.3射線檢測渦輪葉片射線檢測是通過設備發射X射線，射線在經過物體后會產生衰減，如果渦輪葉片局部區域存在缺陷，射線在經過葉片后會產生不同程度的衰減，使得葉片不同部位穿透出的射線強度不同，以此來對葉片內部存在的缺陷進行判定。通過射線檢測可以直觀的顯現出葉片的缺陷影像，便于對葉片缺陷進行判定，同時也可清晰判斷缺陷的數量及分布。1.1.4超聲波檢測渦輪葉片超聲波檢測是利用設備把超聲波發射進葉片內部，由于超聲波在葉片內傳播時，遇到葉片缺陷與葉片產生的交界面會發生反射，通過接收反射信號并進行分析可以判定葉片的內部缺陷。同時可根據接收到的反射波信號出現的位置來對缺陷進行定位。此種監測方法可確定渦輪葉片內部缺陷的大小、位置、取向、埋深和性質等參量。1.1.5聲發射檢測聲發射檢測技術，是通過聲發射源發射彈性波，通過葉片內部應力造成的瞬態位移，利用聲發射傳感器探測葉片結構位移量并將機械振動轉換為電信號處理顯現出來。聲發射檢測主要是檢測葉片內缺陷的擴展，并根據葉片的應力特點判斷缺陷危險程度。1.1.6紅外檢測紅外檢測是通過紅外設備加熱渦輪葉片，由于葉片內缺陷的原因造成熱量傳導不同而導致葉片表面溫度的不同，同時通過紅外顯像設備記錄并展現紅外影像形成溫度場，根據溫度場分布就可以檢測出葉片中是否有裂紋、剝離、夾層等缺陷。

1.2渦輪葉片故障分析

1.2.1裂紋分析發動機完全拆解后，對葉片進行目視檢查我們會發現葉片的表面沒有高溫氧化變色現象，但是發現葉片前緣熱障涂層脫落的現象發生并伴有裂紋。觀察裂紋位置，不難發現，裂紋位于葉身葉盆側的上部，裂線不規則。裂紋較短部分，呈近似弦向擴展，如圖3所示。1.2.2斷口分析斷口的地方能夠清楚的看見一些放射狀的棱線、弧線特征，這些特征表明渦輪葉片斷裂的原因是因為疲勞[6]，具體斷口特征如圖4所示。通過用電子顯微鏡對斷口進行掃描，我們會觀察到如圖5所示的現象：熱障涂層有開裂現象。取一個渦輪葉片作為觀察樣本，經金相制備、研磨、拋光、清洗、腐蝕后，再用電子顯微鏡對葉片的基體組織及碳化物進行檢查[7]。在經過腐蝕液進行后，葉片金相組織，如圖6所示，可見葉片組織有超溫現象，因為在圖中可以明顯看到晶界處有碳化物。

2結論與思考

渦輪葉片失效方面有一些認識與思考，希望能夠對飛機發動機維修工作起到一定的參考借鑒作用。結合研究結果和維修人員的維修經驗，提出以下建議：①如果渦輪葉片有明顯斷裂、裂紋等現象，需要立即拆下起動機。這些損傷會起動機渦輪盤動不平衡，在惡劣的工作環境中工作使徑向軸承失效。②渦輪葉片可能存在再結晶隱患，影響發動機使用安全。因此，應增加葉片內腔重點區域的再結晶檢測控制。③建議改進葉片排氣窗結構或改進鑄造工藝，減小葉片排氣窗間隔墻處的殘余應力，消除再結晶。

參考文獻：

[1]段紅燕，王小宏，張洹榕，等.基于熱力耦合計算的渦輪葉片疲勞/蠕變壽命預測[J].蘭州理工大學學報，7，43（4）：5-65.

[2]楊碩.渦扇發動機高壓壓氣機葉片裂紋萌生及擴展壽命預測研究[D].天津：天津大學，5：1-3.

[3]李洋，邱豐，佟文偉.發動機風扇靜子葉片裂紋失效分析[J].失效分析與預防，，14（6）：401-405.

[4]韓帥.航空發動機轉子系統可靠性分析研究[D].西安工業大學，8.

[5]孫見忠，左洪福．使用條件對民航發動機渦輪葉片蠕變壽命的影響分析[J]．中國機械工程，4，25（11）：11-16．

[6]王飛.某渦輪盤低循環疲勞壽命預測及試驗驗證[J].機械制造與自動化，8（6）：142-1.

[7]鄭媛，孫智君，張濤，等.整體葉盤葉片裂紋分析[C].20年全國失效分析學術會議論文集，20：70-.

作者：黃超偉 馬樂 單位：安陽職業技術學院