国外航空发动机无损检测技术发展

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1、国外航空发动机无损检测技术发展中国航空工业发展研究中心陈亚莉摘要：本文对国外航空发动机无损检测技术的特点、无损检测技术的发展现状与趋势进行了综述。关键词：航空发动机；无损检测航空发动机是飞行动力的提供者，无论是飞机的安全性，还是其自身极端苛刻的工作状态(高温、高压及高载荷)，都给发动机各部件的品质提出了严格要求，因此，航空发动机的重要、关键部件都必须经过可靠的无损检测。1．航空发动机无损检测技术的特点随着发动机性能的进一步提高，将面临更严酷的工作环境的挑战。航空发动机无损检测呈现出如下特点。1.1无损检测是航空发动机零部件风险评估的有力工具根据美国空军发动机损伤容限要求，8

2、0年代初美国空军提出的新型航空发动机设计及选材标准，要求发动机关键部件必须具有优良的损伤容限特性。以涡轮盘为例，已由强度为标准设计进入以低周疲劳为依据进而又以裂纹da/dN为依据的损伤容限设计。近年在粉末盘中又引入了以夹杂物大小和分布为重要依据的统计力学和概率方法。因此对于发动机进行风险评估至关重要。BC缺陷经常出现，引起缺陷经常出现，十高工件轻微损伤，通过分有害。通过改变改进工艺改到A状工艺减少或消除。态。AD缺陷偶尔发生，引起不经常发生，但特缺陷出现概率小的损伤。改变设计别有害。密切注意方法或规范。工艺过程各元素，低采用新工艺以消除缺陷。低高对发动机性能的影响图1航空发

3、动机风险评估图图1是发动机风险评估图，描述了缺陷出现的频率与对零部件质量影响严重程度的关系，而无损检测是评估这种风险的有效工具。从图中可以看出，影响B、C区的缺陷出现频率为高到中，D区的缺陷影响很严重，可以通过改善及控制工艺来消除。1.2传统的三类五种检测方法仍是航空发动机无损检测的主流航空发动机有三类无损检测方法：表面、表面/近表面、表面以下。常用的五大检测方法（超声、X射线、涡流、磁粉、渗透）适用于发动机的不同部件。1（1）涡流及磁粉检验是主气流通道零部件广泛应用高度可靠的方法通用的表面无损检测法有：表面观察、表面平滑度测量、显微镜法（根据可撕下的塑料薄膜）以及着色渗透

4、检验（特别是与表面相连的不连续性如铸件缩孔、裂纹等）。对表面以及近表面深度（例如0.125mm）检查的方法，涡流检验法是主气流通道零件广泛应用的、高度可靠的方法。磁粉检验是磁性材料如轴承、齿轮及轴的磁场破坏的非常有效的方法。（2）X射线检验法是大多数转动件及静子件皮下检验最有效的方法X射线检验是用作表皮以下检验的原始的但有效的方法。大多数铸造转动件及静子件均用X射线来检验疏松及其他密度受破坏的缺陷。空心叶片孔道的定位也可用X射线检验。（3）超声检验是所有盘件经济可靠的安全检验方法超声检验可检查表皮下的缺陷。尽管应用成本高，但由于可以延长在机上的时间并确保零件的安全和设计寿命

5、，因而经济效益高。例如所有的盘在最后切削加工前均要用切取的方形（声形）标样进行超声检验。超声在改进安全性及成本最低化方面功不可没。出现频率很低但危害性大的缺陷的检查是影响材料发展以及结构高度完整性的关键挑战之一。从航空发动机零部件的无损检测来看，上述三类检验五大方法（超声、X射线、涡流、磁粉、渗透）与机械制造业大体相当。其中着色渗透检验及磁粉检验大约占所有检验的一半，超声及X射线占第三位，涡流检验占10%，其他只占2%。但随着复合材料在现代及今后发动机中应用的增加，涡流检验将减少，将开发复合材料用的电磁检测技术。1.3新型无损检测技术浮出水面随着新型发动机材料与结构的不断出

6、现，无损检测技术的发展与应用呈现出多种方法与技术综合应用、一些快速、实时的新方法和新技术不断出现的特点。2．各种航空发动机无损检测技术的发展现状在航空工业应用中最普遍采用的有超声、X射线、涡流、磁粉、渗透五种方法。此外还有红外检测、计算机层析成象检测和错位散斑干涉检测等多种新的无损检测方法。2.1表面检测表面检测是指能对材料或零件表面缺陷进行检测的无损检测方法，通常包括磁粉检测、渗透检测和涡流检测。在传统的涡流检测方法基础上，国外近年开发出一些新的衍生方法。主要包括以下方面：（1）涡流热成像法检验航空涡轮发动机零部件近几年来越来越多采用热成像法进行裂纹检验，将热成像与涡流检

7、验联合应用，可形成一种涡流热成像检验法。涡流热成像法用50~200ms高频脉冲将零部件加热到一中等、特定的温度。裂纹使感应电流受到干扰，影响零部件表面上的温度分布，在裂纹尖端有一温度较高区，而在裂纹侧面有温度较低区，从而可以用热成像仪对裂纹进行观测。这种方法的显著优点是可以检测被污染的裂纹或涂层下的裂纹。该法非常适用于发动机叶片的维修。因为目前在发动机维修时需剥离叶片涂层，进行裂纹检测并重新涂层。据称涡流热成像法不久将在生产应用中成为实用、快速和可靠的检验法。除用涡流热成像方法检测裂纹外，还可用电压降技术测定单晶合