渦輪葉片清理工藝介紹了渦輪葉片的清洗、無損檢測、葉型完整性檢測等預處理，以及包括表面損傷修理、葉頂修復、熱靜壓、噴丸強化及涂層修復等在內的先進修理技術。

渦輪葉片的工作條件非常惡劣，因此，在性能先進的航空發動機上，渦輪葉片都采用了性能優異但價格十分昂貴的鎳基和鈷基高溫合金材料以及復雜的制造工藝，例如，定向凝固葉片和單晶葉片。在維修車間采用先進的修理技術對存在缺陷和損傷的葉片進行修復，延長其使用壽命，減少更換葉片，可獲得可觀的經濟收益。為了有效提高航空發動機的工作可*性和經濟性，渦輪葉片先進的修理技術日益受到發動機用戶和修理單位的重視，并獲得了廣泛的應用。

修理前的處理與檢測

渦輪葉片在實施修理工藝之前進行必要的預處理和檢測，以清除其表面的附著雜質；對葉片損傷形式和損傷程度做出評估，從而確定葉片的可修理度和采用的修理技術手段。

1.清洗

由于渦輪葉片表面黏附有燃料燃燒后的沉積物以及涂層和(或)基體經過高溫氧化腐蝕后所產生的熱蝕層，一般統稱為積炭。積炭致使渦輪效率下降，熱蝕層會降低葉片的機械強度和葉片表面處理的工藝效果，同時積炭也掩蓋了葉片表面的損傷，不便于檢測。因此，葉片在進行檢測和修理前，要清除積炭。

積炭質地堅硬，黏附力強，因此，清除積炭是一項較困難的工作。長期以來，各國的航空發動機維修基地都在致力研究高效和高可*性的清洗液和清洗工藝，目前已取得相當的成果。西安航空發動機公司在從英國引進技術的基礎上，研制出四種不同成分配方、不同清除功用的清洗液和分步的清洗工藝，在某型發動機上使用表明清洗效果良好。美國則推行無毒清洗技術，如用堿性清洗液和塑料丸取代氯氟烴溶劑；而一些航空公司已經采用在清理表面積附時間長、易于用水清洗不留殘物的凝膠工藝(SPOPL)。SNECMA公司在20世紀80年代開發了氟化氫(HF)離子清理技術，后來被美國FAA及諸如GE公司等發動機制造商廣泛應用，這種方法特別適用于進行葉片表面處理(如化學氣相沉積)前的預先清理，而且不污染環境。

2.無損檢測

在修理前，使用先進的檢測儀器對葉片的葉型完整性和內部結構進行檢測，以評估磨損、燒熔、腐蝕、掉塊、裂紋、積炭和散熱孔堵塞等損傷缺陷情況，從而指導葉片的具體修理工藝。

對于渦輪葉片的不同部位，無損檢測的側重點也不相同。如導向葉片，主要檢查葉根焊接部位是否有裂紋以及葉身的燒蝕情況。而對于工作葉片，葉頂部位，主要檢查硫化程度和磨損狀況；葉身部位，檢查熱障涂層的退化情況和基本的燒蝕、腐蝕情況；葉根部位，承受著相當大的離心力和高頻振動，會因熱蠕變、疲勞和材料工藝缺陷產生裂紋，因此要重點檢查。

目視檢查是最簡單也是最常用的方法，可發現葉片表面較明顯和尺寸較大的損傷，淘汰不具有修理意義的葉片。但這種方法具有很大的人為不確定因素，檢測誤差較大。光學顯微檢查可發現葉片表面較細微的裂紋，磁粉、渦流等無損檢測技術手段也已廣泛應用于渦輪葉的檢測中，較為先進的是用超聲波和CT檢測葉片結構完整性。

早在20世紀80年代初，美國SONOSCAN公司就已開發激光掃描聲顯微鏡代表的超聲檢測技術，用于葉片的實時光成像檢測。后來，美國NUCON檢測設備公司又研制了檢測大型發動機轉子及轉子葉片完整性和內部裂紋的NIPSCAN系統，此系統由超聲波傳感器夾具、超聲波裂紋探測器和一個計算機系統組成。

目前，CT已經成為適用于測量渦輪葉片壁厚和內部裂紋的主要方法。一臺CT機由X輻射源和專用計算機組成。檢測時，輻射源以扇形釋放光子，通過被檢葉片后被探測器采集。其光子量和密度被綜合后，產生一幅二維層析X光照片，即物體的截面圖，從中分析葉片內部組織結構，得出裂紋的準確位置及尺度。連續拍攝物體的二維掃描，可生成數字化三維掃描圖，用于檢測整個葉片的缺陷，還可檢測空心葉片冷卻通道的情況。CT可探測到10-2mm級的裂紋。

3.葉型的精確檢測

目前，在坐標測量機(CMM)的基礎上，編制微機控制自動檢測所用的應用軟件，發展研制了檢測渦輪葉片的葉身幾何形狀的坐標測量系統(CMMS)，可自動檢測葉身的幾何形狀，并與標準葉型比較；自動給出偏差檢測結果，來判斷葉片的可用度和所需采用的修理手段。

不同CMMS制造商所采用的測量方法有所不同，但都有以下共同點：自動化程度高；檢測速度快，通常一個葉片在1分鐘內檢測完畢；檢測結果精度高；軟件擴充性好，只要修改標準葉型數據庫就可以適用不同型號的葉片的檢測。

葉片修理技術

采用先進的葉片修理技術，修復葉片表面以及內部的缺陷，恢復甚至增強其原有的性能等，這都將大大降低發動機的壽命周期費用，有效提高其經濟性。目前國內外在渦輪葉片修理中所應用的工藝和技術主要有以下幾種。

1.表面損傷的修理

如果經檢驗，葉片表面的微小裂紋或者由燒蝕、腐蝕所導致的缺陷尺度在允許修理范圍內，則對其進行修補。目前先進的修補方法有以下幾種。

一是活化擴散愈合法，這是美國GE公司開發的一種以釬焊為基礎的發動機熱端部件延壽手段。其原理及工藝特點是借助低熔點焊接合金把高溫合金粉末"注入"裂紋中，通過液相燒結使焊接合金同時向高溫合金粉末和基體金屬中擴散，從而使裂紋得到愈合。具體工藝是，把由葉片基體材料成分相同的高溫合金粉末以及釬焊黏結劑、低熔點活化擴散焊接合金(通常含有鉻、鋁、鉭及鈷，并填加2.4%的硼以降低熔點)所組成的裂紋修補材料制成漿料，用氣壓式灌注器填入裂紋中。在真空或惰性氣體中(如氬氣)，葉片被分段加熱至1205℃并保持30分鐘，在液相燒結過程中，焊接合金熔化并使基體合金粉末"鑄造"成裂紋形狀與基體金屬融合。用這種工藝可修理大約1.30mm寬的裂紋和不大于1.50mm的缺陷。活化擴散愈合法的顯微金相檢驗表明，基體金屬與修理后獲得的金屬都具有均勻的材質并有相近的物理性質。用于修補的混合物的組分、比例很重要，對修補的質量有決定性作用，其配方由維護手冊中給出或由試驗所得。

另外一種方法是激光熔覆，是利用一定功率密度的激光束照射(掃描)覆于裂紋、缺陷處的合金粉末，使之完全融化，而基材金屬表層微熔，冷凝后在基材表面形成一個低稀釋度的包覆層，從而彌合裂紋及缺陷。激光熔覆的熔化主要發生在外加的純金屬或合金中，基材表層微熔的目的是使之與外加金屬達到冶金結合，以增強包覆層與基材的結合力，并防止其他元素與包覆元素相互擴散而改變包覆層的成分和性能。激光熔覆所獲得的包覆層組織細小，一般無氣孔和空穴。

2.葉頂的修復

對于葉片受損(主要是磨損、腐蝕和硫化)的頂部，可用等離子電弧焊及鎢極惰性氣體保護焊來修復，即先堆焊上合適的材料，再磨削到所要求的葉片高度。鈷基合金抗熱腐蝕性能好，是一種合適的堆焊材料。美國GE公司采用René１４２合金作為葉尖修復材料，采用堆焊法之前先將葉片在氮氣中加熱至高溫以避免微裂紋的產生。經驗表明，Ｒｅｎé１４２合金結合此工藝修復的葉片具有良好的結構完整性。除焊修外，低壓等離子噴涂ＭｃｒＡｌＹ涂層，已成功地用于修復葉片的頂部了，涂層厚度為２．０３ｍｍ。

ＪＴ８Ｄ、ＪＴ９Ｄ發動機葉片上用于密封的篦齒損傷后，也用上述的堆焊修復方法。在磨剩的殘根上堆焊，可用等離子電弧焊、電子束焊或達波法惰性氣體保護焊等焊接方法。

當用焊接方法修補葉片時，若葉片后緣或頂部的冷卻孔被堵塞或在孔邊產生了裂紋，可以先將孔焊死，再用高能電子束或激光束鉆孔。

3.熱靜壓

熱靜壓是將葉片保持在１０００～１２００℃溫度和１００～２００ＭＰａ壓力的熱等壓條件下，可用于以下目的修復：

①消除焊后存在于金屬中的內應力；

②冶金成分退化修復，渦輪葉片在工作過程中會沿晶界出現脆生相，將降低葉片的塑性和強度，熱靜壓固溶處理可有效恢復葉片結構的退化情況；

③低循環疲勞的修復；

④蠕變損壞的修復。

熱靜壓可恢復葉片原有的強度極限和延伸率，延長蠕變斷裂壽命。

4.噴丸強化

噴丸是以高速彈丸流撞擊受噴工件表面，在受噴材料的再結晶溫度下進行的一種冷加工方法。葉片噴丸強化可提高抗疲勞和抗應力腐蝕性能。它是利用高速彈丸在撞擊葉片時，葉片表面迅速伸長，從而引起表層材料在一定深度范圍內的塑性流動?塑性變形　。變形層的深度取決于彈丸撞擊程度和工件材料的力學性能，通常變形層深度可達０．１２ｍｍ～０．７５ｍｍ。改變噴丸參數，也可以得到合適的變層深度。當噴丸引起葉片表層材料塑性變形時，與表層相鄰的次表層材料也將由于表層變形而變形。但與表層相比較，次表層的變形程度較小，未達到該材料屈服點而保持彈性變形狀態，因此，表層與次表層的這種不均勻塑性變形，能引起材料受噴后的殘余應力場（即應力分布）的改變。試驗表明，噴丸后表層呈現殘余壓縮應力，而在一定深度的次表層則為拉伸應力。表層的殘余壓縮應力可比次表層的拉伸應力高達數倍。這種殘余應力分步模式很有利于疲勞強度和抗應力腐蝕性能的提高。

葉根處的噴丸尤為重要，通過殘余壓力場，增加表面殘余壓應力，使表面實際承受的交變拉應力水平降低，提高抗疲勞性能，避免裂紋的生成。

5.涂層修復

許多性能先進的航空發動機渦輪葉片已應用涂層技術提高其抗氧化、抗腐蝕、耐磨、耐高溫性能以及渦輪的氣動效率，但葉片在使用過程中涂層會不同程度地缺損，因此，在葉片修理時都要對防護涂層進行修復，一般都要將原涂層剝落，重新涂覆新的涂層。另外，原沒有涂層的渦輪葉片，也可以在葉片基體表面涂覆防護涂層，以提高葉片的工作可*性和使用壽命。目前，渦輪葉片所應用的涂層種類主要有抗氧化耐腐蝕涂層、ＭＣｒＡｌＹ金屬基陶瓷熱障涂層、耐磨涂層?主要用于葉冠和葉根　、封嚴涂層等，所采用的涂層制備工藝主要有以下幾種。

擴散滲金屬法：將某種防腐蝕金屬的化學成分在高溫下從填充物中釋放，轉移到部件上并擴散到里面，形成部件防腐的致密層。

熱噴涂工藝：采用氣體、液體燃料或電弧、等離子弧作熱源，將金屬、合金、金屬陶瓷、氧化物、碳化物等噴涂材料加熱到熔融或半熔融狀態，通過高速氣流使其霧化、噴射沉積到工件表面而形成附著牢固的表層的方法。

物理沉積工藝及化學相沉積工藝：通過金屬或化學成分的蒸氣相遷移到基體金屬表面。此工藝受到工裝設備的限制，應用較少。

結束語

由于渦輪葉片工作環境惡劣、合金材料價格貴，其機械狀態檢測和修理受到航空動力界更多的重視。多年的實踐表明，先進的修理技術在航空發動機渦輪葉片的維修中的廣泛應用，在很大程度上有效提高了發動機的航線工作可*性，降低了全壽命費用。當然，采用何種檢測技術及修理工藝，也要充分考慮維修的經濟性，因此，工藝復雜的維修技術一般只用于合金材料昂貴、制造工藝難度大的葉片。

目前，在我國，航空發動機渦輪葉片的機上孔探檢查已廣泛使用，但葉片的先進的修理技術應用不多，這與我國自己制造的發動機葉片材料并不十分昂貴有關。但隨著新型高性能的發動機研制生產，也將采用先進的渦輪葉片材料和制造工藝，這會使渦輪葉片的造價大幅增加。因此，對于國產航空發動機來說，渦輪葉片精確檢測與先進修理技術也有著非常廣闊的應用前景。