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產生缸套裂紋的原因及焊補修復法

發布時間：2023-05-25 21:37:14 ▏閱讀：次

新聞主題	柴油機缸套裂紋的原因及焊修法

柴油發電機的氣缸套是一個圓筒形零件，置于機體的氣缸體孔中，上由氣缸蓋壓緊固定。活塞在其內孔作往復運動，其外有冷卻水冷卻。當發動機啟動工作時，氣缸套內表受高溫高壓燃氣直接作用，并始終與活塞環及活塞裙部發生高速滑動摩擦。外表與冷卻水接觸，在較大溫差下產生嚴重熱應力，受冷卻水腐蝕。活塞對缸套的側推力不僅加劇其內表摩擦，并使其產生彎曲。

氣缸套位置圖-柴油發電機組.png

氣缸套位置示意圖

1、故障現象

一臺柴油發電機組（NT855型重慶康明斯發動機）在使用中出現起動困難，柴油發電機功率不足，排氣管冒黑煙故障。經檢查發現，潤滑油壓力下降至0.25MPa，油底殼進水，潤滑油已變稀、變質。進一步檢查發現，柴油發電機缸壁有一條長約56mm、寬3mm、深3mm的橫向裂紋，冷卻水通過裂紋滲入缸內，造成缸內燃燒不良，導致熄火、冒黑煙等現象。水又經活塞與缸套之間間隙漏入曲軸箱，稀釋潤滑油使油壓降低，并使潤滑油氧化變質。

2、故障查找分析

柴油發電機缸套工作條件惡劣，工作時手里比較復雜，工作溫差很大，受制造安裝、使用維護等因素的影響易產生裂紋。

（1）生產工藝缺陷

缸套生產制造過程中，由于鑄件壁厚不均勻，形狀復雜，易產生砂眼、夾砂、氣孔、松縮、白口組織、微小裂紋、變形等缺陷，是缸體強度降低；缸體機械加工過程中，如銑削、磨削、刨削、鏜孔時產生的殘余應力及劃痕、刀傷等易造成應力集中，產生微觀裂紋；缸套裝配過程中，若沒有嚴格按照裝配工藝規范進行，強行裝合，易使缸套內部積聚過大的殘余應力，引發裂紋。

（2）冷態下的發電機組起動之前，柴油發電機缸體的溫度與環境氣溫相同，起動后，操作人員為了盡快提高機體溫度，不是以怠速或稍高于怠速運轉，而是快速加載使柴油發電機重負荷磨損和高熱量，使缸套突然承受過高的燃氣溫度和過大的燃氣壓力作用，造成缸套冷熱不均，局部過熱、應力分布不均衡，長期如此操作在應力過大處引發裂紋。

NT855康明斯發動機總成.png

康明斯發動機氣缸體示意圖

（3）冷卻水不夠純凈，或添加劑使用不正確，在機體水道內形成水垢，影響冷卻系統的散熱性能，是缸體產生裂紋的危險性增大。

3、故障修復

根據實際作業中的維修條件，以及缸套修復質量要求，采用手工電弧焊對裂紋進行修補。這種方法的優點是工藝靈活，適應性強，而且可以通過工藝調整來改善應力的分布。

缸套由灰鑄鐵而成，塑性差且具有脆性，不能承受塑性變形，強度也較低，導熱能力差，焊接性能不好。因此，在進行焊接修復時，按以下步驟進行。

（1）焊接前徹底清除裂紋處的油污、水垢等，可用堿水、丙酮或汽油清洗，并用刮刀、鋼絲刷清除，甚至可用火焰烘烤清除，保證被修復表面干燥、清潔、粗糙、防止焊接時產生氣孔，夾渣等缺陷。

（2）檢查裂紋的位置和方向，在裂紋兩端各鉆一直徑4~5mm的止裂孔，防止焊接時裂紋繼續延伸。

（3）沿裂紋開V形坡口，坡口角度為60°~70°，底部為圓弧形坡口，坡口深度約為壁厚H的三分之二，坡口兩側20mm以內的缸套表面用鋼絲刷或紗布打磨，露出金屬光澤。

（4）焊前用焊槍或噴燈在缸套裂紋處緩慢地預熱至350℃。選擇Z308純鎳鑄鐵焊條，焊條直徑2~4mm。Z308是純鎳芯石墨型藥皮鑄鐵焊條，該焊條交直流兩用。電弧穩定，具有細小熔滴過渡，熔渣覆蓋均勻，焊縫成形美觀等特點，常溫下可得到奧氏體組織焊縫。焊縫區金屬韌性好，延伸率高，加工性能好，不易產生裂紋、氣孔和夾渣。焊前將焊條加熱至120~150℃，經2h烘干，焊接時采用直流電源反接，反接電流為90~110A，在保證焊接質量的前提下盡量采用較小電流。

（5）焊完后立即用小錘輕輕錘擊焊縫，以細化微觀金屬晶粒，提高焊縫的致密性，并消除焊接應力。焊縫應平整光滑，可用鏨子、圓銼或紗布進行修整。

經過使用驗證，焊修后的柴油發電機缸套工作正常，實現了以較低的檢修費用在短期內恢復柴油發電機工作的目的。

4、氣缸套常用焊修方法

（1）環氧膠粘結

環氧膠結具有粘接力強、收縮小、抗疲勞等優點，同時工藝簡單，操作方便，成本低廉。它最大的缺點是耐熱.不耐沖擊等，而且在下次維修時，用熱堿水煮沸后會出現脫皮現象，需重新粘接。因此，可以用此法對氣缸體及氣缸蓋的其它部位，如燃燒室、氣門座等溫度較高的地方進行修復。

（2）螺釘填充

此法適用于對一些受力要求不大、對裂縫(一般為50mm以下)要求較低的平面部位，其修復質量較好，但較費時。

（3）補板封補法

如果氣缸蓋受力較小，如果裂紋較長或有洞，應在破碎部位周圍用補板密封。

（4）焊補方法

當出現裂紋時，焊接法通常用于修復受力大或溫度高的部位，以及使用上述方法難以操作的部位。

（5）封堵劑的封堵方法