涡喷-6 航改燃气轮机的叶片修理

0 前言

涡喷-6 是沈阳黎明发动机公司（410 厂）在前苏联的Pд-9Б喷气式发动机基础上仿制并发展形成的一个国产发动机型号。是新中国成立后的首台超音速航空发动机，该发动机结构属于轴流式单转子带加力燃烧室的涡轮喷气发动机。该型号发动机是中国产量最大的航空发动机，主要应用在强-5 系列和歼-6 系列国产战机，近年仍有一定数量在服役。自20 世纪80 年代以来，“涡喷-6 型发动机”普遍应用于民用航改机的改造，研发出了该型号的航改燃气轮机，开始在全国投入运行。WP6G1 型功率4100kW，热效率19.0%，压比6.76，涡轮前温度737℃，排气温度412℃，并取得了不错的效果。

1 叶片修理前处理及故障检测

1.1 清洗

由于叶片在长时间的高温环境下工作，叶片表面在高温燃烧后产生了氧化腐蚀的热蚀层和沉积物，从而使发动机的运行效率降低，这些严重的问题会导致叶片性能的退化和叶片的强度降低，同时也不利于叶片表面损伤的检测。因此，在对其检测和进行修理前，必须要进行叶片表面清理。

叶片表面的清理工作是一个比较复杂的环节。很长时间内，很多国内外的叶片维修企业都在探索一种高效又环保的叶片清理方法。波音公司率先推行的一种无害清洗方法，用碱性清洗液代替氯氟烃清洗剂，德国MTU 公司研制了一种不损伤叶片的清洁技术，后来被通用、空客等厂商广泛的应用，这种方法在很大程度上降低了叶片的清理难度，而且不污染环境。

由于目前的“涡喷-6 型发动机”系“航改燃气轮机”，主要应用于民用方面，结合实际的情况，采用航空煤油、二硫化钼等对叶片表面进行清理，清理后的叶片表面效果整洁如新，达到叶片修理工艺的要求。

1.2 叶片的检测

清理叶片后，使用无损探测仪检测叶片的内部结构，通过检测根据叶片的损伤、热蚀、裂纹、掉块等缺陷，从而具体编制修理叶片的工艺。

对于叶片的不同位置，检测也不相同。比如，叶身部分的烧蚀程度和产生的形变；叶顶部分的磨损和掉块状况；叶根部和榫槽是否有裂纹和腐蚀，重点部位都要进行着重检查。

目视检查是目前最普遍、最简单的检查方法，对表面有明显损伤、变形、裂痕的叶片通过目视检查来发现，淘汰无法修复的叶片。但此方法检查的误差较大，具有不确定性。所以，对叶片表面目视无法检查到的细微裂纹采用无损探伤检测，而荧光、磁粉等检测方法也开始用于叶片的无损检测中，目前世界上较为领先的检测方法是CT（X 射线）和超声波。

结合实际的修理情况，CT（X 射线）是适用于检测叶片内部裂纹的最佳方法，一般可以探测到0.005～0.01mm 等级的细微裂纹。检测时，通过叶片X 光的照片和叶片横扫的图像，对其叶片内部进行分析，确定叶片的裂纹的准确信息。而叶片的三维图像，可以进一步检测整个叶片的缺陷。

2 叶片修复

2.1 修理方法

经过检验后，叶片表面的细小裂纹、硬伤磕碰在允许修理的范围内，对其进行修补。而目前，应用最广泛的就是焊接修理。而涡喷6 动叶片是由GH2132 高温合金制成，所以采用氩弧焊对叶片缺陷处进行补焊修理。

氩弧焊在工业领域是一种较为常用的焊接方法，在焊接过程中它使用氩气来做保护，又称氩气保护焊。其主要的特点是把电弧、熔池用氩气与空气隔绝，防止焊区氧化，获得良好的焊接性能与效果。

表1 叶片经不同热处理方式的检测硬度平均值?

氩弧焊的特征：

（1）氩气为惰性气体，不溶于液态金属，属于优良的焊保气体。

（2）起弧稳定，外溅少。

（3）焊接表面良好，机械性能较强。

（4）在一定条件下可进行各种形式的焊接。

（5）焊接速度快，热量集中，电流密度大，熔敷率高。

（6）可以焊接1mm 以下的金属及薄板。

2.2 补焊材料选择

根据叶片材料组成及其化学性能，在补焊材料选材中要充分考虑补焊材质与基体材质要有良好的相容性，故采用GH113 高温合金焊丝进行施焊。

GH113 高温合金材料，又称做GH1131，它是一种耐高温、高性能的铁基合金，含镍量约为28%。该合金具有良好的热加工性能和焊接、冷成型工艺性能。广泛应用于制造在800～1150℃下工作的航天运载火箭发动机和在700℃下长期工作的燃气轮机高温部件。该合金主要用作发动机高温部件。在航空航天领域，已经成为制造发动机和燃气轮机部件的主要原材料。

文章来源：《材料热处理学报》 网址: http://www.clrclxbzz.cn/qikandaodu/2021/0126/457.html