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嘉峪檢測網 2018-09-14 10:39
試制一種航空發動機的過程中，其單晶渦輪葉片毛坯合格件還需要經過26道后續加工工序方能入庫。在機械加工工序全部完成后，需按照X射線檢測規范要求對葉片零件進行檢測。
這一次，中國航發航空科技股份有限公司的同事們在X射線檢測結果中發現了奇怪的異物，這到底是什么東西呢？
附：單晶渦輪葉片機加工序：
磨榫齒型面
磨榫頭和緣板排氣邊
磨榫頭和緣板進氣邊
磨緣板盆徑向面
磨緣板背徑向面
標印
粗磨盆葉冠待焊面
粗磨背葉冠待焊面
第一次檢驗
熒光檢查
葉冠裝配面釬焊
磨葉冠盆堆焊面
磨葉冠背堆焊面
磨葉冠封嚴齒及進、排R
拋修堆焊層
鉗修
第二次檢驗
清洗
熒光檢測
X射線檢測
清洗
測頻
水流量試驗
氣流量試驗
涂層
成品檢驗
單晶渦輪葉片實物與膠片型X射線檢測結果
此次采用的X射線機型號為ISOVOLT320 M2，膠片類型為天津V型，自動洗片機型號為NDT SECO。由上圖所示的X射線檢測結果可以看出，紅色圓圈內為疑似外來物的顯示，該顯示在底片上呈不規則的白色片狀結構，影像的黑度不均勻，且位于葉身有型腔的區域，但位置隨機分布。
一、數字實時成像X射線檢測驗證
為了進一步驗證該疑似顯示的真實性，采用數字實時成像X射線檢測系統(DR)對該葉片進行了復驗。DR檢測系統由射線源、被檢工件、成像探測器、成像及控制中心組成。
單晶渦輪葉片DR檢測示意
單晶渦輪葉片DR檢測現場圖片
X射線機管頭型號為Y.TU/320-D03定向，管電壓為15~320kV，焦點形狀為圓形，小焦點直徑為3.0mm，大焦點直徑為5.5mm。
平板探測器(成像板)是美國PerkinElmer公司的XRD-0822AP，面板部分基本技術參數為：像素數目1024×1024，像素間距200μm，總面積204.8mm×204.8mm。
單晶渦輪葉片DR檢測結果
上圖清晰地顯示出了外來物的影像，證明了外來物存在的真實性。
二、外來物的成因分析
1、排除X射線檢測共檢時缺陷漏檢
為了排除X射線檢測共檢時葉片內部存在高密度夾雜或型腔內殘留型芯沒有清理干凈的可能性，檢測人員對相關顯示的信息進行了統計，然后結合這些信息對共檢的底片進行復查，復查結果顯示所有葉片在共檢時都不存在外來物顯示。
2、排除熒光檢測過程中顯像粉殘留
目視檢測零件外表面光滑無異物，說明該顯示存在于零件內表面，采用冷光源伸到型腔內，裸眼可見該顯示處有多余物緊貼在零件內壁上。于是，技術人員用普通高壓氣槍對葉片型腔進行清理后再次進行X射線檢測，檢測結果顯示該清理無效，底片中的外來物顯示無任何變化。分析該葉片的加工工序，技術人員懷疑是第一次“熒光檢測”過程中顯像粉(鎂粉)經“葉冠裝配面釬焊”工序中的高溫，黏結在葉片內壁形成的。為驗證這種假設，將鎂粉置于零件表面進行X射線檢測。
鎂粉置于單晶渦輪葉片上
經過X射線檢測，發現底片上并沒有鎂粉的影像，該試驗排除了外來物為顯像粉殘留的可能性。
三、剖切零件對外來物進行成分分析
為了弄清楚該外來物的來源，對該零件進行了剖切。
單晶渦輪葉片中的外來物在VHX-5000體視顯微鏡下的顯示及其實物圖
可見該外來物顏色稍黑，質軟，呈蓬松狀，剛性差。采用Oxford能譜儀對單晶葉片基體和外來物進行能譜分析。從葉片型腔內的外來物上取樣(標為樣本1和樣本2)，葉片基體上取樣(標為樣本3)。
剖切面在JEOL JSM-6610LV掃描電鏡下的形貌
四、三個采樣區的能譜分析
由能譜分析結果可以很明顯地發現：該外來物與葉片基體元素含量沒有明顯差異。可以判斷外來物來源于葉片本身。結合葉片機加工序流程，推斷外來物是磨加工過程中產生的金屬粉末通過葉片上的進排氣孔進入型腔內，在進行“葉冠裝配面釬焊”工序時，在真空釬焊爐的高溫環境下由于原子擴散作用緊緊地黏接在葉片內壁上而形成的。
五、外來物的去除
根據外來物的特性，采用水切割設備改裝的超高壓水槍對葉片型腔進行清理，水槍依次對準進氣孔1、2、3進行沖洗，將外來物由排氣孔排出。
單晶渦輪葉片中外來物去除示意及其專用夾具
六、建 議
建議在型腔類零件的機加及運輸過程中，對零件表面型腔入口進行密封保護，以防止型腔內進入外來物，導致零件在工作過程中失效甚至產生致命危害。
來源：無損檢測NDT
