某型航空發(fā)動機渦輪葉片渦流探傷干擾信號的鑒別與排除

■ 關(guān)曉全 肖雪萍 金發(fā)政/襄陽航泰動力機器廠

為提高某型航空發(fā)動機渦輪葉片修理可靠性,需在原有熒光探傷檢測手段的基礎(chǔ)上增加對葉片榫頭第一榫齒與延伸段轉(zhuǎn)接R處（見圖1）的渦流探傷。該型機渦輪葉片分高壓、低壓兩級,均為K403鎳基高溫合金材質(zhì),滿足渦流探傷基本條件。

1 概述

渦流探傷是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)的一種表面及近表面檢測手段。探傷時,為了調(diào)節(jié)儀器的試驗狀態(tài)和確定驗收標(biāo)準(zhǔn),需要借助對比試樣對儀器進行調(diào)試[1]。對比試樣可選用自然缺陷或人工缺陷件。當(dāng)采用自然缺陷件時,可以選擇最具代表性自然缺陷作為對比試樣[2]；當(dāng)選用人工缺陷件時,人工損傷應(yīng)與常見缺陷或控制對象形態(tài)相似。

在渦流透入深度范圍內(nèi),所有導(dǎo)致被檢測材料或零件電磁特性變化的不連續(xù)均可能引起渦流的異常響應(yīng)[2]。由被檢對象不連續(xù)性（含缺陷及組織不均勻）引起的稱為缺陷信號,由提離效應(yīng)、邊緣效應(yīng)、參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)纫鸬姆Q為干擾信號,它們的變化方向各不相同,可以采用相位分離法分離干擾因素[2]。

圖1 低壓、高壓葉片檢測部位

2 對比試樣的制作及工藝制定

渦輪葉片檢測主要控制對象為延榫槽方向擴展的裂紋,因此對比試樣的選取以此為參照對象。低壓渦輪葉片的對比試樣采用修理中發(fā)現(xiàn)的自然缺陷件,存在沿榫槽方向擴展的裂紋。高壓渦輪葉片因無自然缺陷件, 以電火花加工沿榫槽方向的人工缺陷模擬裂紋。參考GJB2908-97《渦流檢驗方法》附錄A的要求確定缺陷尺寸,缺陷深度和寬度按標(biāo)準(zhǔn)要求分別定為0.3mm和0.13mm[3],缺陷長度按能夠被檢測儀器最高檢測能力識別的尺寸確定,定為3mm。以上尺寸經(jīng)計量符合要求。

采用SMART-97智能渦流儀,探頭為與其配套的絕對式探頭。分別按對比試樣靈敏度要求確定設(shè)備參數(shù)、設(shè)定報警范圍。

3 問題分析及采取的措施

3.1 檢測中存在的問題

使用該工藝參數(shù)檢查了15臺/份的葉片,其中高壓渦輪葉片1344片,低壓渦輪葉片1611片。檢查結(jié)果為：高壓渦輪葉片信號異常報警292片,占總數(shù)的21.7%,低壓渦輪葉片信號異常報警8片,占總數(shù)的0.5%。高壓渦輪葉片異常率明顯高于正常缺陷比例范圍,且該批次葉片已經(jīng)過熒光探傷檢查,未發(fā)現(xiàn)缺陷,檢測結(jié)果存疑。

3.2 原因分析

對異常部位用著色探傷方法進行補充檢查,未見缺陷,與熒光探傷檢測結(jié)果一致,排除因熒光探傷系統(tǒng)失效造成大面積漏檢的可能性。存疑葉片主要集中在采用人工缺陷對比試樣的高壓渦輪葉片中,低壓葉片異常數(shù)量較少。兩種葉片材質(zhì)相同、大小相近,檢測參數(shù)基本一致,排除參數(shù)設(shè)置不當(dāng)造成誤報警的可能性。基于以上兩點,初步懷疑出現(xiàn)大量零件異常報警的原因為高壓葉片人工缺陷件制作不當(dāng)造成。

圖2 自然裂紋形貌

圖3 人工缺陷信號

高壓葉片采用電火花加工的人工損傷,按GJB2908-97規(guī)定深寬比為2.3,與榫槽方向完全平行。低壓葉片上的自然裂紋經(jīng)在電鏡下觀察裂紋深寬比約為3,沿榫槽方向擴展但與榫槽有一定角度且為波浪形（見圖2）。后者深寬比更大且與探頭移動方向有一定角度。

根據(jù)渦流探傷原理,增大檢測方向與缺陷角度及缺陷深寬比將增強檢測信號。GJB2908-97中將人工缺陷深寬比定為2.3是在缺陷垂直通過渦流場的條件下設(shè)定的,由于高壓渦輪葉片主要控制平行榫槽擴展的橫向裂紋,受零件形貌限制探頭掃查方向與其方向基本一致,大幅度降低了缺陷產(chǎn)生的信號幅度,且與提離信號相位重疊,不能被儀器識別且無法與提離效應(yīng)等干擾信號分離,造成誤報警（見圖3、圖4）。低壓渦輪葉片對比試樣上自然裂紋的形貌特點增強了缺陷信號且能與提離信號分離,檢測效果較好。因此,高壓渦輪葉片對比試樣應(yīng)重新制作。

圖5 滲鋁層引起的干擾信號

圖6 滲鋁層金相圖

3.3 調(diào)整對比試樣

按上述分析,重新制作對比試樣,缺陷深度為0.3mm,寬度為0.1mm,長度為3mm,與榫槽方向有10°夾角。按新制作的對比試樣重新對全部高壓渦輪葉片進行檢測。因提離等因素造成的干擾信號與新的對比試樣上的缺陷信號存在相位差,通過調(diào)整儀器參數(shù)可實現(xiàn)兩者的相位分離。但還有14片葉片仍然檢測異常（見圖5）,該現(xiàn)象表明還有其他原因造成高壓葉片檢測信號異常,需與異常的低壓葉片一起作進一步驗證。

3.4 進一步驗證

觀察剩余存疑的14片高壓、8片低壓葉片,檢測部位表面均存在灰白相間狀顏色變化,原因不明。為驗證異常信號是否由表層下未開口缺陷或組織變化引起,將異常葉片進行酸浸蝕,使可能存在的裂紋充分暴露,再進行熒光探傷檢查,并對榫頭部位補充進行著色探傷檢查,均未發(fā)現(xiàn)異常。為進一步驗證檢測結(jié)果,選取高低壓葉片各兩片進行了剖切檢查,在異常區(qū)域選取多個剖切面,未發(fā)現(xiàn)裂紋及組織變化,但發(fā)現(xiàn)剖切面有斷續(xù)狀滲鋁層（見圖6）。剩余葉片除盡滲鋁層后,異常信號消失。

綜合上述情況,可以做出判斷：所有檢測葉片均正常,部分葉片榫頭表面有斷續(xù)狀滲鋁層,滲鋁層與基體材料電導(dǎo)率存在差異,導(dǎo)致渦流信號畸變,產(chǎn)生異常信號報警。

4 結(jié)論

1） 采用渦流探傷方法檢測渦輪葉片榫頭橫向裂紋時,可適當(dāng)加大對比試樣上人工缺陷深寬比及與榫槽延伸方向夾角,以抑制干擾信號對檢測的影響。

2） 滲鋁層等導(dǎo)電涂層將導(dǎo)致檢測部位電導(dǎo)率變化,產(chǎn)生干擾信號影響判斷,送檢前應(yīng)去除干凈。

3） 影響渦流檢測靈敏度的干擾因素較多,使其可靠性受到影響,但可利用渦流檢測對材質(zhì)電導(dǎo)率變化敏感這一特性,開發(fā)其組織穩(wěn)定性篩查、涂層完好性檢測等功能。

[1] 任吉林,林俊明,高春法.電磁檢測[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000.

[2] 徐可北,周俊華.渦流檢測[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

[3] GJB2908-97《渦流檢驗方法》[S].