導(dǎo)向葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要熱端部件之一,其主要功能是將熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,葉片在高溫燃?xì)猸h(huán)境下工作,服役條件十分惡劣[1-2]。航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向葉片的缺陷檢測(cè)對(duì)飛機(jī)的飛行安全意義重大[3]。 

目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向葉片表面缺陷最常見(jiàn)的檢測(cè)方法為熒光滲透檢測(cè)。一般在毛坯鑄造階段、機(jī)械加工階段及使用后均需進(jìn)行熒光滲透檢測(cè),以保證葉片表面質(zhì)量符合設(shè)計(jì)圖紙要求[4]。如果零件缺陷未暴露至表面或缺陷開(kāi)口被堵塞都可能造成滲透劑無(wú)法滲入,導(dǎo)致缺陷無(wú)法檢出[5]。 

某型導(dǎo)向葉片在機(jī)加階段熒光滲透檢測(cè)時(shí),非加工面發(fā)現(xiàn)超標(biāo)夾渣、疏松等缺陷,導(dǎo)致多批次大量報(bào)廢,造成零件生產(chǎn)周期延后和生產(chǎn)成本的浪費(fèi)。針對(duì)該問(wèn)題,筆者梳理了葉片毛坯、機(jī)加階段的工藝流程,找出了毛坯階段熒光工序未檢出缺陷的原因,改進(jìn)了熒光滲透檢測(cè)工藝,降低了葉片機(jī)加階段毛坯缺陷報(bào)廢率。 

1.   葉片檢測(cè)工藝分析

某型導(dǎo)向葉片機(jī)加階段毛坯面缺陷熒光滲透檢測(cè)結(jié)果如圖1所示,為分析毛坯階段熒光工序未檢出缺陷的原因,筆者對(duì)熒光檢測(cè)工藝、熒光檢測(cè)工序、吹砂清理后表面狀態(tài)進(jìn)行分析,并據(jù)此提出改進(jìn)措施。 

圖  1  某型導(dǎo)向葉片機(jī)加階段毛坯面缺陷熒光滲透檢測(cè)結(jié)果

1.1   毛坯與機(jī)加階段熒光檢測(cè)工藝分析

毛坯與機(jī)加階段熒光檢測(cè)工藝采用的方法和靈敏度等級(jí)均完全相同,相同狀態(tài)下檢測(cè)結(jié)果不應(yīng)存在差異,具體主要工藝參數(shù)如下。 

（1）滲透 

滲透劑牌號(hào)/類(lèi)型為ARDROX970P25E （方法A-3級(jí)）；滲透劑停留時(shí)間為20 min；滲透劑施加方式為浸漬。 

（2）零件清洗 

使用去離子水清洗,水壓不大于0.2 MPa。 

（3）干燥 

先用壓力小于0.17 MPa的過(guò)濾壓縮空氣吹拂聚集水分,再用烘箱干燥,干燥溫度為60 ℃,干燥時(shí)間為10 min。 

（4）顯像 

顯像方式為干粉顯像；顯像劑牌號(hào)為ARDROX9D4A；顯像時(shí)間為20 min。 

（5）檢驗(yàn) 

在黑光燈下進(jìn)行評(píng)定。 

1.2   毛坯與機(jī)加階段熒光檢測(cè)工序狀態(tài)分析

梳理葉片機(jī)加工藝,加工過(guò)程中只進(jìn)行了1次熒光滲透檢測(cè),葉片從毛坯領(lǐng)用后主要進(jìn)行了磨工、鉗工、車(chē)工等工序,在熒光滲透檢測(cè)前進(jìn)行了酸洗和超聲波水劑除油清洗。 

梳理毛坯加工工藝,葉片在毛坯階段共進(jìn)行2次熒光滲透檢測(cè),分別安排在熱處理和表面腐蝕后（首次）和尺寸檢測(cè)后（二次）。 

酸洗和超聲波水劑清洗是熒光滲透檢測(cè)前常用的兩種表面清理方式,在機(jī)加階段熒光滲透檢測(cè)工序前使用這兩種方式對(duì)表面進(jìn)行清理可滿(mǎn)足熒光滲透檢測(cè)時(shí)的表面要求,即機(jī)加階段熒光滲透檢測(cè)的有效性得到了充分的保證。 

相關(guān)規(guī)范要求零件熱處理工藝后必須進(jìn)行熒光滲透檢測(cè),主要是因?yàn)闊崽幚磉^(guò)程有助于零件表面缺陷的暴露,毛坯階段首次熒光滲透檢測(cè)設(shè)在熱處理和表面腐蝕之后,即在零件表面缺陷充分暴露后進(jìn)行檢測(cè),保證了檢測(cè)有效性。二次熒光滲透檢測(cè)之前葉片表面主要進(jìn)行了表面檢測(cè)和尺寸檢測(cè),這兩道工序均需對(duì)表面進(jìn)行返修且返修面積較大,一般采用剛玉砂磨頭進(jìn)行,返修合格后采用100目細(xì)砂進(jìn)行吹砂清理。 

依此推斷,加工葉片熒光滲透檢測(cè)的表面狀態(tài)為酸洗態(tài),毛坯葉片2次熒光滲透檢測(cè)的表面狀態(tài)為吹砂態(tài),葉片機(jī)加階段毛坯面出現(xiàn)的缺陷可能是在毛坯階段表面檢測(cè)和尺寸檢測(cè)拋修后暴露但未被檢出的缺陷。 

1.3   吹砂清理后表面狀態(tài)分析

選取現(xiàn)場(chǎng)使用正常吹砂工藝處理的零件在掃描電子顯微鏡下進(jìn)行觀察,在放大100倍的情況下,發(fā)現(xiàn)葉片表面有少量顯示黑點(diǎn)（見(jiàn)圖2）,經(jīng)XRD(X射線衍射)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)黑點(diǎn)處成分主要為Al2O3,即有部分砂粒覆蓋于基體表面（見(jiàn)圖3,4）。 

圖  2  零件吹砂表面掃描電鏡檢測(cè)結(jié)果（100×）

圖  3  葉片黑點(diǎn)處金相圖像及XRD檢測(cè)圖譜

圖  4  基體處金相圖像及XRD檢測(cè)圖譜

增大吹砂壓力至0.6 MPa,用掃描電鏡觀察吹砂后的葉片表面,結(jié)果顯示在放大100倍的情況下,零件表面覆蓋的砂粒明顯增多（見(jiàn)圖5）。 

圖  5  增大吹砂壓力后吹砂表面掃描電鏡檢測(cè)結(jié)果（100×）

由此可得出結(jié)論,在吹砂過(guò)程中,砂粒打散后的細(xì)粉會(huì)覆蓋零件表面,覆蓋砂粒的數(shù)量隨吹砂壓力的增大而增多,即吹砂壓力越大,吹砂過(guò)程越易對(duì)缺陷開(kāi)口造成堵塞。 

2.   腐蝕對(duì)熒光滲透檢測(cè)結(jié)果的影響

2.1   熒光滲透檢測(cè)前預(yù)腐蝕

國(guó)外相關(guān)規(guī)范中規(guī)定“如果在噴砂、銼削、拋光、機(jī)械研磨、鉆孔、絞孔、車(chē)工、研磨、吹砂、液體打磨、振動(dòng)光飾或其他容易弄臟金屬而妨礙金屬滲透的處理之后進(jìn)行滲透檢驗(yàn),在檢驗(yàn)前,零件應(yīng)進(jìn)行腐蝕,從每個(gè)檢驗(yàn)表面去除0.000 5英寸（0.012 mm）的量”,即熒光滲透檢測(cè)前的腐蝕目的僅是為了打開(kāi)表面缺陷的開(kāi)口[6],保證熒光液的滲入量,其對(duì)零件表面的去除量遠(yuǎn)小于顯晶腐蝕的去除量。 

2.2   腐蝕時(shí)間對(duì)熒光滲透檢測(cè)的影響

腐蝕過(guò)程中發(fā)現(xiàn),對(duì)葉片采用晶粒檢測(cè)腐蝕（時(shí)間一般為1~10 min,具體時(shí)間以顯晶情況為準(zhǔn)）進(jìn)行處理時(shí),會(huì)在葉片表面產(chǎn)生腐蝕坑及掛灰,檢測(cè)時(shí)零件表面產(chǎn)生聚集的熒光顯示會(huì)形成檢測(cè)背景,對(duì)缺陷的識(shí)別造成干擾,腐蝕產(chǎn)生的熒光背景顯示如圖6所示。 

圖  6  腐蝕產(chǎn)生的熒光背景顯示

針對(duì)腐蝕時(shí)間對(duì)熒光滲透檢測(cè)背景影響進(jìn)行試驗(yàn),挑選4件熒光滲透檢測(cè)背景合格的葉片進(jìn)行腐蝕,腐蝕時(shí)間分別為2,5,7,9 min,腐蝕后進(jìn)行熒光滲透檢測(cè),其檢測(cè)結(jié)果如圖7所示。 

圖  7  不同腐蝕時(shí)間對(duì)應(yīng)的葉片熒光滲透檢測(cè)結(jié)果

從對(duì)比情況可以看出,隨著腐蝕時(shí)間的增加,熒光背景深度逐漸變深。腐蝕過(guò)程中,待檢表面易形成腐蝕坑,影響檢測(cè)背景。由于每批葉片的腐蝕時(shí)間不定,所以顯晶腐蝕過(guò)程雖可完全打開(kāi)缺陷開(kāi)口,但提供的檢測(cè)背景不穩(wěn)定。 

根據(jù)上述試驗(yàn)情況,將吹砂態(tài)葉片熒光檢測(cè)前的預(yù)設(shè)腐蝕時(shí)間設(shè)置為2 min。 

3.   試驗(yàn)驗(yàn)證

葉片在熒光滲透檢測(cè)時(shí)存在的主要缺陷有基體裂紋、疏松、夾渣等,一般采用局部拋修的方式去除缺陷,磨頭的主要材料為剛玉砂,拋修磨頭實(shí)物如圖8所示。拋修過(guò)程中磨頭在缺陷部位高速旋轉(zhuǎn),去除缺陷部位基體,拋修后的葉片表面狀態(tài)如圖9所示,缺陷局部部位會(huì)出現(xiàn)高溫情況,易在表面產(chǎn)生塑性變形,而表面變形及金屬粉末易堵塞缺陷開(kāi)口。為防止堵塞現(xiàn)象的發(fā)生,拋修后的零件均會(huì)在吹砂清理后再進(jìn)行最終檢查。 

圖  8  拋修磨頭實(shí)物

圖  9  拋修后的葉片表面狀態(tài)

為驗(yàn)證表面狀態(tài)對(duì)缺陷檢測(cè)的影響,選取存在裂紋、夾渣、疏松等缺陷的葉片,在缺陷拋修、經(jīng)吹砂清理和腐蝕后分別進(jìn)行熒光滲透檢測(cè),拋修、吹砂試驗(yàn)前后的熒光滲透檢測(cè)結(jié)果如表1所示,缺陷1703-3,1038-5不同狀態(tài)下的熒光滲透檢測(cè)結(jié)果對(duì)比如圖10,11所示。 

圖  10  缺陷1703-3不同狀態(tài)下的熒光滲透檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

圖  11  缺陷1308-5不同狀態(tài)下的熒光滲透檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

從以上數(shù)據(jù)可得出,吹砂清理對(duì)于夾渣類(lèi)缺陷開(kāi)口較大的缺陷可進(jìn)行有效的清理,但對(duì)于斷續(xù)裂紋、疏松類(lèi)表面開(kāi)口小的缺陷,清理效果不穩(wěn)定,有可能在吹砂過(guò)程中造成缺陷堵塞,表面腐蝕可為已堵塞的缺陷打開(kāi)開(kāi)口。 

4.   效果驗(yàn)證

在得到以上結(jié)論后,隨機(jī)抽取2批次該型號(hào)導(dǎo)向葉片先進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)并記錄結(jié)果,進(jìn)行2 min腐蝕后再次進(jìn)行熒光檢測(cè),并跟蹤加工階段的熒光檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果對(duì)比如表2所示,可以看出毛坯葉片預(yù)腐蝕后與未腐蝕狀態(tài)下比較,熒光滲透檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的不合格葉片明顯增加,缺陷主要為夾渣、疏松等毛坯鑄造缺陷,預(yù)腐蝕前后熒光滲透檢測(cè)結(jié)果對(duì)比如圖12所示。 

圖  12  預(yù)腐蝕前后的葉片熒光滲透檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

后期機(jī)加階段熒光滲透檢測(cè)兩批次葉片分別報(bào)廢2件和1件且缺陷均在機(jī)加表面,證明非加工面的檢測(cè)結(jié)果與腐蝕狀態(tài)下毛坯終檢熒光顯示相同。 

由此可見(jiàn),毛坯階段吹砂對(duì)經(jīng)過(guò)拋修的葉片表面清理效果有限,預(yù)腐蝕可起到打開(kāi)缺陷開(kāi)口的作用,因此,在葉片拋修之后、進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)前應(yīng)安排預(yù)腐蝕工序。 

5.   結(jié)語(yǔ)

某型號(hào)導(dǎo)向葉片機(jī)加階段非加工面出現(xiàn)超標(biāo)缺陷致葉片大量報(bào)廢,通過(guò)對(duì)其熒光滲透檢測(cè)工藝過(guò)程進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)了機(jī)加階段暴露毛坯缺陷的主要原因?yàn)槊麟A段熒光檢測(cè)前表面清理不徹底,增加預(yù)腐蝕工序后,毛坯階段葉片缺陷檢出率顯著提高,機(jī)加階段報(bào)廢率降低。同時(shí),試驗(yàn)還表明吹砂清理對(duì)部分缺陷的效果不穩(wěn)定,而腐蝕可打開(kāi)堵塞的缺陷開(kāi)口。該試驗(yàn)結(jié)果為航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向葉片的檢測(cè)和生產(chǎn)提供了重要參考,有助于提高葉片質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 

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