航空发动机涡轮叶片裂纹,是影响发动机寿命的安全性的重要因素,特别是对一些细微裂纹的检测,尽早发现问题,可以更好地把控裂纹发展趋势,选择适当的时间点维修或更换发动机。因此,需要采用适宜的无损检测方法对叶片进行监测,其中内窥镜检测和渗透检测都有可取之处,但是又不能完全满足要求。
1. 内窥镜检测。
这种检测手段的最大优点在于可以方便地进入检测空间探查,并且效果直观。航空发动机涡轮分为高压涡轮和低压涡轮,位于发动机内腔尾喷处,涡轮叶盘后端分布着后排承力机匣的尾椎和支板等,检测空间非常有限,环境复杂,一般的检测仪器是难以进入并探查的,但是工业内窥镜凭借毫米级的纤细探头可以自由出入。另一方面,检测人员可以直观看到叶片的状况,方便查找裂纹。
美中不足之处在于,这种检测手段属于目视检测,发现缺陷的灵敏度取决于成像清晰度,也取决于人眼的辨识能力,因此在复杂的表面条件下凭借肉眼发现一些非常细微的缺陷,是有难度的。
2. 荧光渗透检测。
荧光渗透检测更擅长发现表面开口缺陷,而且借助渗透液和显影液的作用,细微缺陷也可以比较明显的呈现出来,便于检测者发现,是表面细微裂纹的理想检测手段。
但是这种检测手段也有弊端,涡轮叶片处于结构复杂的发动机内部,从渗透液、显影液的使用,到对显影效果的查看,都不好实现,空间过于狭小,难以操作。
通过上面的分析可以看出,内窥镜可以轻松进入发动机内部但是对细微裂纹检测有难度,渗透检测法有能力检测细微裂纹、却又苦于难以在发动机内部实施。如果可以将这两种检测技术结合起来,取长补短,将会是比较理想的检测方案。
笔者曾经看到中国航发四川燃气涡轮研究院开发过一套“内窥镜荧光渗透原位检测装置”,将上述两种检测手段结合起来,而且还额外设计了使用空气压缩机喷涂显影液等辅助用品的装置,解决了从外部对内部进行喷涂清洗的问题,并用内窥镜配合进行内部观察,从而实现了对涡轮叶片上细微裂纹的原位检测。
在这样的检测方案中,需选用具有UV检测功能的工业视频内窥镜,例如:美国韦林工业内窥镜MViQ,这样的设备可装配UV功能探头,不仅可以使用UV光查看渗透显影后的裂纹痕迹,还可以方便地切换到白光再次确认缺陷、以及查看清洗效果等。
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