通气导管外壁磨损故障原因分析及修复方法的研究

曹立斌

摘要：导管被广泛应用到航空发动机上，其质量直接影响航空发动机的工作安全。某型航空发动机在厂内修理时，某通风导管组件与基座配合处磨损，因磨损面积超标或磨损深度超标报度，由于缺少修理方法而报度。本文通过对故障的形成原因进行分析，提出一种可行的修理方案。

关键词：导管;外壁磨损;修理

航空发动机由很多系统组成，如燃油系统，滑油系统，通气系统等，每个系统的正常工作都是通过导管来实现的。接触式密封结构是管路和机体之间常用的密封方式。发动机在修理时，导管外壁接口存在磨损故障，且故障率较高。

热喷涂是用特种热源（燃烧火焰、电弧、等离子焰流、激光等）或一定温度的高温、高压、高速气体（冷气动力喷涂）将涂层材料熔化或半熔化，或将固态粒子加速至数倍声速，高速度喷射并牢固粘结在零件基体表面，形成设定组织性能的连续涂层[1]。等离子喷涂技术产生于20世纪四十年代，随着现代航空、航天技术的发展而迅速发展起来。已广泛应用于军事、航空、航天、纺织、机械、电力、生物工程等各个领域，是一项应用相当广泛的热喷涂技术[2]。

本文中针对通气导管外壁磨损故障，通过分析该零件材料及使用工况，选用热喷涂中的等离子喷涂进行修理，并将该方法应用于同类型故障的修理。

一、故障分析

（一）故障形貌

通风导管的配合方式见图1。磨损位置位于导管和固定基座金属部分的配合面位置，随着发动机工作，在导管外壁可能形成不同深度的磨损或偏磨，磨损遍布导管外壁配合面且磨损深度和磨损面积不等。

（二）形成原因

通风导管的功用为连通发动机后轴承腔和尾锥基座后的加力燃烧室，使发动机后轴承腔的空气排入发动机尾锥基座后的加力燃烧室。

如图1，通风导管的一端插入固定基座中，另一端通过螺钉进行固定限位，通风导管与固定基座为小间隙配合。同时，因导管长度较长，并呈悬臂结构，在装配完成后，存在一定程度的不同轴及倾斜，再加上发动机工作时的高频振动和气流扰动，导致导管和固定基座振动频率无法完全一致，导管和固定基座间隙的位置产生微动，进而导致通气导管外壁存在磨损或偏磨。

二、故障修理

通过分析该零件材料及使用工况，选用热喷涂中的等离子喷涂进行修理。对故障通风导管磨损位置进行机械加工，将磨损部位去除。对机械加工后的故障通风导管喷涂NiCrA1涂层以恢复零件尺寸，然后再次通过机械加工的方式去除多余涂层，使磨损部位通过喷涂后平滑转接，并满足通气导管外壁的设计尺寸要求。

（一）材料选择

为保证喷涂后导管材料的相关性能，通过分析该零件材料及使用工况，本文修理的故障通风导管材料牌号为OCr18Ni10Ti，因此，最终确认选择NiCrA1涂层进行喷涂修复。

（二）机械加工

对故障通风导管外壁进行机械加工，法除堆积的导管基体材料，根据导管实际结构选择车削加工。将导管安装到车床上的三爪卡盘上，使用百分表对导管进行找正。考虑到通风导管外壁磨损位置一般占整个圆周故障通风导管旋转一周车削加工受力不均匀，降低加工质量，因此车削转速不易过高，设定主轴转速350r/min，进给量0.05mm/r（依据实际情况可进行调整），手动进给。去除堆积不平的导管基体材料直至通风导管基体平整。用千分尺分别沿导管圆周均布测量4个直径尺寸，其平均值应在给定的公差范围内。

（三）喷涂

使用组锉或细砂纸对车削加工后的通气导管磨损部位进行打磨，打磨毛刺，然后使用酒精对车加工处进行擦洗干净。

安装喷涂防护工装，喷涂时应保护导管生体，边缘允许过渡。简要喷涂参数如下：

导管材料：OCr18Ni10Ti

喷涂材料：NiCrA1合金粉末

喷涂单边厚度：0.45-0.6mm

（四）喷涂后机械加工

在故障通风导管喷涂修复后，再次对故障通风导管外壁进行机械加工，车削加工去除堆积的多余涂层。将导管安装到車床上的三瓜卡盘上，使用百分表对导管进行找正。设定主轴转速350r/min，进给量0.05mm/r《依据实际情况可进行调整），手动进给。去除堆积的多余涂层，直至符合规定的尺寸。用千分尺分别沿导管圆周均布测量4个直径尺寸，其平均值应在给定的公差范围内。

（五）清洗

使用热滑油进行脉冲加压冲洗3min，加压冲洗时滑油应以饱满油流从通风导管完全射流排出;滑油冲洗后，使用汽油进行加压冲洗通风导管内外表面10s，清洗附着在导管内外表面多余的残屑。

（六）修后验证及检查

为保证修理后的导管无任何泄漏风险，须将修理后的通风导管装配到发动机上，进行一定时间的试车验证，最终确定修理质量是否满足要求。在试车结束后，应再次对导管涂层进行检查，检查涂层结合力，防止经一定时间的工作后，产生其它质量缺陷。

在修理的一批次导管中，随机抽取一件进行切割，对喷涂位置剖面做金相分析，应无裂纹、脱层脱落以及其他缺陷，母材与涂层融合性应满足要求。

三、结论

航空发动机修理过程中，通风导管外壁管口磨损故障率较高，一旦发生密封失效危害性较大，选用合理的修理方法，是降低发动机修理成本的需要途径。本文提出的磨损故障的喷涂修复方法，经实物修理及相关验证，证明该工艺方法可行，修理过程中质量受控，修理件达到恢复功能的目的。喷涂修复是一种合理、有效的修理方法，可以应用于导管的外壁磨损或类似结构零件的修理。

参考文献：

[1]李其连.热喷涂技术在航空发动机制造中的应用与发展[J].中国航空报，2014-10-23.

[2]陈丽梅，李强.等离子喷涂技术现状及发展剧[J].热处理技术与装备，2006，27（1）：1-5.