7.2　涡轮盘的常见故障修理

涡轮盘包括盘体和榫槽两部分，盘体是指圆心到完整的最大圆周部分，榫头为盘外端的纵树形部分，如图2-7-13和图2-7-14所示。涡轮盘直径、厚度和转动惯量大，离心力大，其应力和应力容积增加，故障率增加，寿命降低。

图2-7-13　涡轮盘

图2-7-14　装涡轮叶片的涡轮盘

1.涡轮盘的常见故障

裂纹、表面损伤、防护层脱落是涡轮盘的常见故障，特别是涡轮盘的很多小裂纹故障，属于典型的热疲劳龟裂现象。涡轮盘裂纹主要分为榫头裂纹、槽底裂纹、锁孔裂纹和密封齿齿底径向裂纹。裂纹可分为单条裂纹和贯穿性裂纹，贯穿性裂纹危害较大，可能导致榫齿裂穿掉块，打坏发动机后面的零部件。

（1）榫头裂纹。榫头裂纹由结构、受力、高温、高转速、高压、热疲劳和热腐蚀等因素引起。纵树形榫头裂纹一般从最外榫齿开始，逐渐向盘心各齿发展，裂纹断口有明显的疲劳源，疲劳源起始点一般在最外榫齿与叶片接触面压痕处。断口有明显的相互平行的弧形线和显微疲劳条带。裂纹从晶界开始，穿晶发展，晶界有氧化现象，氧化加速了裂纹的形成和发展。叶背面的榫头比叶盘面裂纹多，进气方向比排气方向边缘裂纹多。

（2）槽底裂纹。涡轮盘的槽底径向裂纹位于槽底放锁片处，由盘缘向盘心发展，裂纹发展速度较快。有的裂纹从外向内扩展，有的从内向外扩展，表面的晶界、晶粒先氧化，然后沿晶界扩展，如图2-7-15所示。

（3）锁孔裂纹。锁孔裂纹非直线扩展，裂纹附近有晶间氧化，裂纹处有腐蚀产物，属于典型的腐蚀疲劳裂纹。

（4）密封齿齿底径向裂纹。齿面后端倒角处裂纹，与涡轮盘槽底径向裂纹相似，属于热疲劳裂纹现象，如图2-7-16所示。

图2-7-15　涡轮盘榫齿裂纹和槽底裂纹

图2-7-16　密封齿齿底径向裂纹

（5）表面损伤。涡轮盘的表面损伤主要有榫齿上有锐边、毛刺、压伤，表面有接触痕迹、划伤和划痕。

（6）变形。涡轮盘的变形主要是指涡轮盘的直径增大、榫齿变形，部分涡轮盘存在拉紧螺栓孔变形和孔口硬皮现象。

（7）接触面积不合格。两级涡轮盘通过端面接触时，要求端面的平面度和两端面的平行度符合一定要求。使用锥形螺栓固定涡轮盘的轴向位置时，应检查锥形螺栓与涡轮盘螺栓孔的接触面积，主要通过着色检查接触面积。着色面积不合格时，易导致受力不均匀，可能引起螺栓变形或裂纹。

2.涡轮盘的修理

（1）常规修理。涡轮盘表面的轻微压痕、压坑和凹坑，打磨凸起。表面的浅表龟裂，采用铲除细小裂纹的方法，排除故障。封严齿裂纹，更换封严圈。单条浅裂纹，圆滑过渡到裂纹尖端，磨削、提槽消除尖端应力集中。榫齿上有锐边时抛光型面，圆滑过渡，倒角半径应在规定范围。表面有接触痕迹、划伤和划痕时，使用放大镜和标准样板对比检查，允许存在不超过一定深度的划痕和划伤，超过规定时打磨凸起。当涡轮盘的直径增大、榫齿变形超出规定时，更换新件。当两级涡轮盘的接触面、涡轮盘螺栓孔与锥形螺栓的接触面积不合格时，研磨，着色检查，直至恢复到规定接触面积。

（2）特殊修理。涡轮盘的高温燃气腐蚀和热疲劳破坏是其最大故障特点，常规修理方法可以确保修理后继续使用。也可以采取预防性修理措施，对涡轮盘表面采用喷丸和抛光的表面强化方法进行预防性修理，延长使用寿命，提高抗高温燃气腐蚀和抗疲劳破坏能力，提高材料的热强度性能。

涡轮盘表面精度提高，表面层强化和获得一定的残余应力能显著提高零件在振动和循环应力作用下的寿命。为使表面粗糙度值小、表面被强化和表面留有一定残余应力，采用喷丸法强化涡轮盘表面，通过丸子与涡轮盘表面互撞时在两者的接触区发生塑性变形，使涡轮盘表面层内形成压应力，即表面获得负应力层，表面获得强化，消除或减小了机械加工产生的拉应力，提高了疲劳强度和抗热腐蚀性能。

涡轮盘圆周、榫槽和端面的毛刺及倒圆，可使用“海草刷”或“卡普隆刷”抛光加工。圆盘刷和涡轮旋转，毛刷穿透深度0.4～0.5 mm。使用钢丝刷毛的圆盘刷去除涡轮盘圆周、榫槽和端面的毛刺和倒圆边缘，使用海草刷毛的圆盘刷抛光各加工位置。