董務(wù)江，郭 平，胡 誠

（1.南航新疆分公司 飛機(jī)維修基地，烏魯木齊 830016；2.珠海摩天宇航空發(fā)動(dòng)機(jī)修理有限公司，珠海 519030）

1 典型案例

1.1 某航空公司廣西分公司高壓渦輪葉片斷裂

某航空公司廣西分公司2011年12月報(bào)告，B－5193飛機(jī)左發(fā)CFM56－7／894710發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)振動(dòng)值偏大，即對(duì)該發(fā)進(jìn)行針對(duì)性內(nèi)窺鏡檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一片高壓渦輪葉片從1／3處斷裂，如圖1所示，其余有多處打傷，低壓渦輪葉片也有多處打傷。

1.2 某航空公司貴陽分公司高壓渦輪葉片斷裂

某航空公司貴陽分公司2012年4月B－5120飛機(jī)起飛后不久空中停車。安全落地后內(nèi)窺鏡檢測發(fā)現(xiàn)CFM56－7／890503發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪葉片從根部斷裂，如圖2所示。對(duì)同類型高壓渦輪葉片在大修時(shí)進(jìn)行的熒光檢驗(yàn)及渦流檢驗(yàn)中，在葉根榫頭壓力面上曾發(fā)現(xiàn)熒光顯示，渦流檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)信號(hào)。其典型顯示如圖3（a）所示，由于葉片未斷裂，得到了完整的裂紋顯示形貌，在100倍放大鏡下如圖3（b）所示，此為典型的疲勞裂紋，而且已經(jīng)過了疲勞初期階段，處于擴(kuò)展初期。因此由于這種裂紋無法通過內(nèi)窺鏡檢查出來，只能在大修時(shí)檢查，這就要求葉片在大修時(shí)必須嚴(yán)格執(zhí)行檢驗(yàn)程序。

1.3 某航空公司新疆分公司高壓渦輪葉片斷裂

2007年4月和5月3022飛機(jī)的右發(fā)AV0033和3025飛機(jī)的右發(fā)AV0039在飛行停場后，車間維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)其漿葉被卡住不能正常轉(zhuǎn)動(dòng)，并發(fā)現(xiàn)第2級(jí)功率渦輪葉片有不同程度的被打傷現(xiàn)象。經(jīng)內(nèi)窺鏡檢測發(fā)動(dòng)機(jī)的熱部件，發(fā)現(xiàn)這兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的損傷情況相似，第1、2級(jí)功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片被嚴(yán)重打傷，導(dǎo)向器上部材料嚴(yán)重脫落，其中AV0039發(fā)動(dòng)機(jī)的第1級(jí)功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片離根部1／3處斷裂。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)894710渦輪葉片損傷圖片

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)890503高壓渦輪葉片斷裂圖片

2009年8月，ATR72／B－3027飛機(jī)從起飛后右發(fā)空中停車（PW127／AV0023，總飛行小時(shí)19734：34、飛行小時(shí)4631：34），飛機(jī)隨即返航。根據(jù)現(xiàn)場情況初步判斷是高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片斷裂導(dǎo)致下游部件不同程度的損傷，如圖4所示 。高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片的斷面觀察，能看到中空的葉片內(nèi)部有明顯的沙塵堆積現(xiàn)象（在殘余高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片的葉盆位置上，附著有黑色的堅(jiān)硬沉積物。

圖3 某高壓渦輪疲勞裂紋熒光顯示和放大顯示

對(duì)比修理廠家（AVIO）對(duì)其它用戶的發(fā)動(dòng)機(jī)修理經(jīng)驗(yàn)以及上述AV0023的發(fā)現(xiàn)，該分公司送修的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部存在沙塵堆積比較嚴(yán)重的現(xiàn)象。存在高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)部冷卻通道被嚴(yán)重堵塞后，高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片因局部散熱不良，導(dǎo)致斷裂的可能性。

2 案例分析

2009年3月，ATR－72／B－3027飛機(jī)在執(zhí)行航班時(shí)，左發(fā)（PW127／AV0045，總飛行小時(shí)17597：54，修理后飛行小時(shí)2769：55）發(fā)生空中停車事件，現(xiàn)場照片見圖5。地面內(nèi)窺鏡檢測發(fā)現(xiàn)該發(fā)第一級(jí)功率渦輪轉(zhuǎn)子一片葉片斷裂，第二級(jí)功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片全部被打斷。經(jīng)現(xiàn)場和內(nèi)窺鏡檢測，證實(shí)該發(fā)空停是由于發(fā)動(dòng)機(jī)第一級(jí)功率渦輪葉片斷裂，并將下游部件打傷所致。對(duì)其采用內(nèi)窺鏡檢測發(fā)現(xiàn)損傷，如圖6所示：① 所有的第二級(jí)功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片從葉根部位置斷裂。②2～3點(diǎn)鐘位置的第二級(jí)功率渦輪導(dǎo)向器葉片斷裂，其它位置的導(dǎo)向器葉片均嚴(yán)重打傷。③有一片第一級(jí)功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片從根部斷裂，其它轉(zhuǎn)子葉片后緣明顯打傷，但這些葉片的前緣均狀況良好。④ 低壓渦輪轉(zhuǎn)子、導(dǎo)向器葉片狀況均正常。⑤ 高壓渦輪轉(zhuǎn)子、導(dǎo)向器葉片狀況均正常。⑥進(jìn)氣道、低壓壓氣機(jī)和燃燒室狀況均正常。⑦ 左發(fā)尾噴管和隔熱護(hù)套均有損傷現(xiàn)象。⑧ 從跑道收集到了大量的金屬碎屑。

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)PW127／AV0023損傷照片

隨后對(duì)該型號(hào)的20臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行針對(duì)性內(nèi)窺鏡檢測，未見該部位損傷。

將斷裂的和其它被打傷的第一級(jí)功率渦輪葉片送往普惠－加拿大實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)普惠公司提供的檢查報(bào)告，目視檢查有一片葉片從葉根處斷裂（圖7），這片斷裂葉片的殘余翼型靠后緣位置的斷層區(qū)域顯示出了較深的顏色并且斷面比較平整，出現(xiàn)較深的顏色是由于其受到氧化后變色，也就說明這個(gè)斷面曾經(jīng)在燃?xì)庵斜┞读艘欢螘r(shí)間。前緣斷面較淺的顏色說明相對(duì)于后緣的斷面，是新形成的（圖8）。

圖5 發(fā)動(dòng)機(jī)PW127／AV0045損傷現(xiàn)場照片

圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)PW127／AV0045渦輪葉片檢測結(jié)果

圖7 發(fā)動(dòng)機(jī)PW127／AV0045斷裂葉片

圖8 發(fā)動(dòng)機(jī)PW127／AV0045前緣斷面

通過這些典型的案例可以說明，在先進(jìn)的內(nèi)窺鏡檢測技術(shù)條件下，雖然針對(duì)性地對(duì)可能產(chǎn)生損傷的部件部位進(jìn)行了檢測（在發(fā)生這類損傷的第一時(shí)間，各航空公司的內(nèi)窺鏡檢測人員都做了大量的具體工作），但同類型的損傷及造成的空中停車并沒有得到有效的控制，分析原因主要有：① 由于運(yùn)行環(huán)境的原因造成葉片未達(dá)到大修周期，過早出現(xiàn)疲勞裂紋而斷裂，這就要求必須進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢測，但對(duì)于有些裂紋內(nèi)窺鏡檢測也無法發(fā)現(xiàn)。② 運(yùn)行中出現(xiàn)了疲勞裂紋，在大修時(shí)未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成漏檢，從而導(dǎo)致葉片斷裂。③其它意外原因造成葉片斷裂，這種情況無法避免。

3 葉片修理與無損檢測

出現(xiàn)此類損傷只是表象的反映，技術(shù)落實(shí)（檢查的部位、方法、記錄的方式等等）只是反映表象或者說是把表象更形象具體展示出來，進(jìn)而用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。而內(nèi)在的更深層次的是管理，即發(fā)動(dòng)機(jī)熱部件修理與內(nèi)窺鏡檢測相互間那種隱性的關(guān)聯(lián)。

發(fā)動(dòng)機(jī)熱部件損傷的原因是多方面的，當(dāng)分析評(píng)價(jià)后發(fā)現(xiàn)，這些原因絕大多數(shù)是無法解決的，變量和影響參數(shù)太多。因此要發(fā)現(xiàn)并抓住可以解決的問題來探討才有實(shí)際的意義。

葉片的質(zhì)量問題或者更進(jìn)一步說是葉片大修后的質(zhì)量問題。當(dāng)把葉片修理所牽扯到的修理工藝都定格后，發(fā)現(xiàn)葉片的修理質(zhì)量問題集中的反映在葉片的損傷檢測包括葉片修理前后的無損檢測上（因?yàn)樵诹鸭y的形成初期，或者說在葉片的疲勞源形成的過程中，無損檢測是很難檢測到的）。這是修理葉片過程中漏檢幾率最大的地方。

發(fā)動(dòng)機(jī)修理工藝流程如圖9所示。

圖9 發(fā)動(dòng)機(jī)部件修理流程示意圖

葉片的修理（包括高壓渦輪、中壓渦輪、低壓渦輪的導(dǎo)向器葉片和轉(zhuǎn)子葉片）在分解清洗后檢查，檢查一般分為目視檢查和無損檢測。檢查后的葉片分類：報(bào)廢件、可修理件（對(duì)那些可通過修理手段得以恢復(fù)的損傷）、可修復(fù)件（未發(fā)現(xiàn)損傷，只需要通過表面處理恢復(fù)其功能的葉片）。修理后的葉片經(jīng)無損檢測后與修復(fù)后的葉片一起進(jìn)行表面處理，最后送庫房驗(yàn)收保管，經(jīng)裝配、試車并最終提交給用戶。

以CFM56－7高壓渦輪葉片為例：該葉片在進(jìn)行大修時(shí)，需要進(jìn)行：① 噴水試驗(yàn)：以便檢查冷卻孔是否有堵塞情況。② 葉身進(jìn)行目視檢驗(yàn)：以便檢查帶涂層的葉深是否有裂紋存在。③ 葉根部位：進(jìn)行熒光檢驗(yàn)及渦流檢驗(yàn)，以便檢查是否有疲勞裂紋。并且，在進(jìn)行熒光檢驗(yàn)前，葉根部位要進(jìn)行局部腐蝕，以便使疲勞裂紋充分暴露。④ 修理后的葉片需要進(jìn)行熒光檢驗(yàn)，以保證其符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

在使用的葉片中，新葉片與修復(fù)后的葉片、修理后的葉片之間其材料屬性必定有差異（葉片本身就存在疲勞現(xiàn)象），這些葉片在同等使用條件下的損傷幾率和速率是不一樣的。

4 葉片修理與內(nèi)窺鏡檢測

在發(fā)動(dòng)機(jī)單元體的修理過程中，新葉片與修復(fù)后葉片、修理后葉片混裝是直接或間接地導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過程中其內(nèi)部損傷發(fā)展不均衡的重要原因，這就如同一位60歲的健康老人與一位20歲的健康青年在同一條件下摔倒，其同一部位的損傷必然是老人要重，恢復(fù)的周期也要更長。

筆者了解到，在中國雖有多家發(fā)動(dòng)機(jī)修理廠家，但由于多方面的原因，其熱部件的修理都是外包的。在試車中會(huì)發(fā)現(xiàn)大修后的葉片就有損傷出現(xiàn)（這些損傷葉片主要出現(xiàn)在修理和修復(fù)過的那些葉片上，或者說形成在那些疲勞過度的葉片上），而那些損傷又都在大修標(biāo)準(zhǔn)合理的范圍內(nèi)。所以采用內(nèi)窺鏡檢測和監(jiān)控新發(fā)動(dòng)機(jī)，相對(duì)比檢測和監(jiān)控大修后的發(fā)動(dòng)機(jī)，要容易把握。經(jīng)常遇到大修后的發(fā)動(dòng)機(jī)沒有用數(shù)個(gè)小時(shí)就發(fā)現(xiàn)這樣或那樣的損傷，這其中的原因與不可見損傷在大修過程中的不可檢出性有一定的關(guān)系（漏檢和誤判），與葉片在修理過程中的焊接、機(jī)械加工、熱處理、表面處理等等有一定的關(guān)系。內(nèi)窺鏡檢測人員要把握各種影響因素與葉片的關(guān)聯(lián)，正確判斷葉片的損傷形態(tài)和發(fā)展速率是相當(dāng)?shù)睦щy。所以說葉片的斷裂如果是材料及加工工藝方面的問題，或者是修理廠家的問題，其損傷形態(tài)的變化具有很大的不確定性，內(nèi)窺鏡很難有效地監(jiān)控，因此葉片斷裂造成的事故依然還會(huì)發(fā)生。制造廠家或修理廠家必須盡可能地消除損傷的隱患。

而從內(nèi)窺鏡檢測技術(shù)方面來講，對(duì)于經(jīng)過多次修理后的發(fā)動(dòng)機(jī)，在內(nèi)窺鏡檢測中常常無法判定葉片的損傷存在于哪種類型的葉片中（新的、修復(fù)或修理的），無法判定是哪種類型的葉片最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)重大故障的發(fā)生，也不能排除葉片在大修中出現(xiàn)漏檢的可能性，所以應(yīng)該找到一種可控的方法或方式，來盡可能地消除葉片損傷帶來的隱患。為了做到這一點(diǎn)，筆者建議給修理和修復(fù)過的葉片做明顯的標(biāo)記，以方便內(nèi)窺鏡檢測人員把握和判別葉片的類別（即新的、修理的、修復(fù)的），這有以下好處：① 明確內(nèi)窺鏡檢測范圍，控制葉片損傷的發(fā)展速率。② 確定或者判明哪些修理和修復(fù)后表現(xiàn)出的葉片損傷是葉片修理前已產(chǎn)生卻在修理時(shí)未檢出而造成發(fā)動(dòng)機(jī)故障的。③確定或者是判明修理和修復(fù)后的葉片損傷是造成重大故障的主要來源，并且通過詳細(xì)的記錄指出大修質(zhì)量存在問題的可能性。④ 從另一個(gè)角度講，這種方式的采納可以觀察和監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)熱部件大修的質(zhì)量，以便引起發(fā)動(dòng)機(jī)修理廠家的足夠重視。

一般來講，發(fā)動(dòng)機(jī)在大修時(shí)對(duì)于不可修理件直接報(bào)廢；對(duì)于可修理件，按照修理規(guī)范修理，檢驗(yàn)合格后裝回原發(fā)動(dòng)機(jī)；對(duì)于可恢復(fù)件，在清洗、檢驗(yàn)合格后裝回原發(fā)動(dòng)機(jī)。從理論上講，每一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓渦輪葉片安裝時(shí)都有一個(gè)起始位置，從該位置算起順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，即可知道某一葉片所在的位置。雖然在大修后的發(fā)動(dòng)機(jī)檔案中記載了更換的熱部件，記錄了修理件和修復(fù)件的修理深度，可這并不方便內(nèi)窺鏡檢測人員在現(xiàn)場工作中的確認(rèn)。渦輪葉片作為壽命件，在新出廠或修理后出廠的葉片上，服役周期是一樣的，但在使用過程中，會(huì)出現(xiàn)一些意外情況，例如：葉片的冷卻孔在運(yùn)行中被堵而出現(xiàn)葉片被燒熔現(xiàn)象。尤其在大修后的葉片與新裝上的葉片性能有很大差異。盡管葉片有自己的編號(hào)，但內(nèi)窺鏡人員無法知道每一個(gè)葉片的具體情況，因此筆者認(rèn)為在葉片上做不同的標(biāo)記可方便內(nèi)窺鏡檢測人員在工作中的確認(rèn)，以便于做定向的針對(duì)性檢測。這是一個(gè)簡便易行的方法，在大修后的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)窺鏡監(jiān)控中顯得尤為重要。

筆者希望立一個(gè)課題，來探討無損檢測、發(fā)動(dòng)機(jī)熱部件修理、內(nèi)窺鏡檢查之間某種潛在的因果關(guān)系。如果在發(fā)動(dòng)機(jī)大修時(shí)提出這個(gè)課題，觀察和記錄分析發(fā)動(dòng)機(jī)熱部件修理對(duì)其使用時(shí)限的影響，就有可能對(duì)修理后的質(zhì)量監(jiān)控來判斷；分析更新件、修理件、修復(fù)件在一定運(yùn)行時(shí)間下部件材質(zhì)損傷的變化以及其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)與壽命的影響。相信一定會(huì)有一個(gè)結(jié)果，或者還會(huì)得到一個(gè)求證，正是那些修復(fù)、修理的部件是造成發(fā)動(dòng)機(jī)重大故障時(shí)有發(fā)生的潛在因素。那些修復(fù)、修理的部件是造成二次損傷超標(biāo)的主體，這對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)維修成本的控制是有益的。

5 結(jié)語

主要討論了內(nèi)窺鏡檢測技術(shù)與民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱部件大修中無損檢測間的隱形的相互關(guān)系。在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備的維護(hù)中，內(nèi)窺鏡渦流、內(nèi)窺鏡熒光、內(nèi)窺鏡超聲、內(nèi)窺鏡維修已在實(shí)際中得到了應(yīng)用。隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，相信內(nèi)窺鏡檢測技術(shù)與無損檢測技術(shù)相互的結(jié)合會(huì)在近幾年中更廣泛地應(yīng)用于實(shí)際檢測工程中。