航空发动机风扇机匣修理技术研究
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作者:李明辉 车畅
摘 要：本文针对航空发动机风扇机匣返厂维修时的故障类型、损坏部位、损坏程度的不同，总结出风扇机匣修理过程中常出现四类典型故障：内环焊点裂纹、孔探仪座磨损量超标、流道涂层磨损、机匣焊缝裂纹。针对不同的故障问题，通过采用钳工修磨氩弧焊焊点，更换孔探仪座新结构，修复流道磨损涂层，挖补补焊修复裂纹等技术方法，制定了深度修理的工艺方案，保证产品质量，有效解决风扇机匣修理过程中出现的典型故障。
关键词：风扇机匣 故障 修理技术 航空发动机
钛合金风扇机匣是航空发动机压气机部件的主要组成部分，在排除故障过程中，修理工艺方法不得当极容易导致转子叶片与机匣基体产生磨损，机匣基体裂纹部位导致零件刚性降低而影响发动机的使用寿命。本文针对风扇机匣组件修理中发生的几种主要典型故障进行分析研究，找出故障原因，制定排故措施及深度修理方法，以提高发动机可维修性、稳定性、安全性，延长其使用寿命。
1 零件结构
某机风扇机匣由机匣、静子内环、静子叶片组合而成，如图1所示。静子叶片上下都带有缘板，上缘板为平行四边形，直接插入机匣型孔内，用电子束焊焊接成一体，形成悬臂结构，下缘板为叶型状，插入有相配型槽和型孔的内环，采用胶接方法固定。风扇部件与低压压气机转子、中介机匣相邻。
通过故障统计，风扇机匣主要故障有以下四种：
（1）内环焊点裂纹故障;
（2）孔探仪座磨损超标故障;
（3）涂层磨损超标或掉块故障;
（4）机匣基体、孔探仪座焊缝裂纹故障。
2 故障原因分析及修理方案制定
2.1 内环焊点故障
静子内环与静子叶片下缘板相邻处有氩弧焊焊点。在故检过程中，发现该部位存在裂纹。从工艺方法、加工过程、理化检测等各个方面复查研究分析，得出结论：内环焊点裂纹为焊点部位的振动疲劳开裂;焊点部位存在应力集中，疲劳强度降低，在工作过程中由于机匣变形、振动等原因导致焊点产生裂纹。
针对内环焊点部位造成的应力集中，工艺方案解决措施：采用钳工修磨方法去除风扇机匣内环氩弧焊焊点。
2.2 孔探仪座磨损超标故障
孔探仪座是发动机留有的观察孔，工作时用相应的孔探儀进行观察，这样可以非常直观地了解发动机的使用情况，观察内部是否有叶片打伤、裂纹、涂层脱落等各类故障。
风扇机匣孔探仪座与机匣本体采用氩弧焊的方式连接成一体。孔探仪堵头与孔探仪座端面在发动机工作过程中相互接触磨损，长时间会造成孔探仪座端面磨损量超标，这样会造成机匣漏气，严重者堵头流落到风扇机匣外，打伤相邻零件，影响机匣的使用效率及安全甚至造成发动机无法正常工作。
针对返厂旧结构的孔探仪座：先将原旧有的探仪座端头去掉，再加工锁丝孔以为后续装配孔探仪座时打锁丝使用，再将新结构的探仪座端头焊接在留有的工艺台上，接着进行X光检查，振动方法去除焊接应力，接下来进行荧光检查，再铣加工探仪座端面，以保证孔探仪座与机匣基体的垂直度要求，最后是装配孔探仪座。
采用上述工艺方法进行更换孔探仪座，经验证修理产品质量合格率100%。更换后的新结构，在外场使用过程中，若出现磨损量超标，则直接人工拆卸锁丝，更换堵头、螺帽即可恢复至新品状态，无需在整机分解返厂修理。同时，对于新品，则均采用新结构进行加工，这样可显著提高风扇机匣的可维修性，降低生产成本及修理周期。
2.3 涂层磨损超标或掉块故障
风扇机匣在外环机匣喷涂有涂层。装配时该部位对应风扇转子叶片，转静子间有间隙要求。该涂层主要发挥着保护、抗磨、抗冲击、减震等作用。在发动机装配过程中，涂层易受到转子叶片挤压而造成局部掉块;在发动机工作过程中，转子叶片易与涂层发生摩擦接触，造成涂层被刮削尺寸超标，耗油量增大，抗喘振能力降低。
修复涂层过程中，由于发动机工作一定的时间，导致机匣本体有一定的变形量，加工难点最主要在于去除涂层这道工序。去除涂层的方法可采用找偏心车加工或高压水剥离方法去除涂层。加工过程中注意事项：加工前一定要检查零件变形状态，根据零件跳动量确定内圆直径最大点与最小点，标示出内圆直径最小点位置。在去除涂层过程中，要仔细测量内圆直径最小点壁厚值，以保证去除涂层后壁厚强度满足产品设计图要求。去除涂层后重新按要求喷涂，按新品进行重新加工，涂层恢复至新品状态。
2.4 机匣基体、孔探仪座焊缝裂纹故障
航空发动机工作环境恶劣，风扇机匣是发动机主要承力壳体之一，在工作过程中，裂纹易发生在应力集中区或是强度较弱区，例如电子束焊缝、氩弧焊焊缝等区域。
通过对大量返厂的大修和排故机匣荧光检查发现，风扇机匣裂纹主要分为两种情况：一种为机匣排气端静子叶片电子束焊缝转接R处裂纹;另一种为探仪座氩弧焊焊缝处裂纹。
按照上述挖补补焊技术修理方案，对某机风扇机匣进行了氩弧焊补焊修理。经X光检查、荧光检查焊缝质量符合标准要求，经试车考核验证，修理部位无裂纹，焊接质量满足使用要求。
3 结论
（1）通过上述介绍的工艺修理方案，可100%去除内环焊点、孔探仪座磨损、涂层磨损、基体裂纹等典型的风扇机匣故障，技术方案均经过现场工艺和产品质量评审，并通过发动机试车考核。
（2）修复后的风扇机匣组件均能正常装机使用，外场工作正常，验证了修理方案的合理性，修理后的状态可满足发动机可靠性要求。
（3）上述修理方案的实施，延长了风扇机匣的使用寿命，实现了风扇机匣自主修理，提高了风扇机匣的利用率、降低了发动机的修理成本。
参考文献
[1] 孟少农.机械加工工艺手册[M].北京：机械工业出版社，1991.
[2] 王聪梅.机匣制造技术[M].北京：科学出版社，2002.
[3] 刘长福，邓明.航空发动机结构分析[M].西安：西北工业大学出版社，2006.
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