1、2005年第5期中國修船9技術交流船舶柴油機汽缸蓋的裂紋產生原因分析及修理王錦輝(南通中遠船務工程集團公司,江蘇南通226006)摘要:在簡要介紹船舶柴油機汽缸蓋惡劣的工作環境基礎上,指出它容易產生的故障,并針對常出現的裂紋故障,分析其裂紋產生的原因,并指出如何檢查裂紋,以及一些應急修理方法,最后給出預防汽缸蓋裂紋產生的措施。關鍵詞:柴油機;汽缸蓋;裂紋;檢查;處理;預防中圖分類號:U672.2文獻標識碼:C文章編號:1001-8328(2005)05-0009-03Abstract:Thisessayfirstlyintroducestheabominableworkingonmentine

2、nginecylin2dercoverworks,pointsoutiteasytobeintroubleand.repairthecracksjustbycheckingthecracksandp.here.Keyrepair;preventItalsotellshowtoaregiven1引言汽缸蓋作為柴油機的固定機件,也是柴油機燃燒室的組成部分。船用柴油機汽缸蓋的結構型式繁多,隨機型不同而異。但各種型式的汽缸蓋的共同特點是結構復雜,孔道較多,壁厚不均。柴油機汽缸蓋不僅結構復雜,而且工作條件、受力情況也十分復雜、惡劣。它不僅受到高溫高壓氣體的強烈作用,而且周期性地承受較高的機械負荷與熱負荷

3、,也受到因冷卻水造成的局部冷熱不勻影響,同時還由于螺栓預緊力使汽缸蓋承受著壓應力,并與燃氣壓力共同作用使汽缸蓋受到彎曲作用,此外,還在截面變化處容易產生應力集中等。正是由于汽缸蓋如此惡劣的工作條件,致使汽缸蓋很容易損壞。通常損壞形式為:其底面和冷卻水腔容易產生裂紋,還有汽閥底面和導套容易磨損,冷卻水側被腐蝕等。本文主要針對柴油機汽缸蓋最經常出現的損壞現象裂紋,進行詳細敘述,分析其裂紋產生原因及其修理、預防措施等。2汽缸蓋產生裂紋的原因汽缸蓋產生裂紋是汽缸蓋較為常見的故障。汽缸蓋產生裂紋的根本原因是熱應力和機械應力周期性的作用。船用大型低速柴油機汽缸蓋裂紋主要發生在底面孔與孔之間和孔的圓角處,即

4、有應力集中的地方。具體產生裂紋的部位則隨機型、汽缸蓋的結構和材料不同而異。小型柴油機通常在汽缸蓋底面進排氣閥孔與噴油器孔之間以及閥座面上產生裂紋。具體分析汽缸蓋產生裂紋主要有以下幾方面原因。(1)結構設計上的原因。汽缸蓋底面氣閥孔周圍之所以常產生裂紋,主要因為該處有較大的表面積,因此,受熱膨脹和冷卻時收縮速度都較大。例如,柴油機工作一段時間停車后,汽缸蓋溫度分布變化劇烈,熱量通過冷卻水和進排氣通道迅速散發,所以在氣閥孔處容易產生裂縫。再者,由于結構或受力不合理、過渡圓角太小等均會引起過大的機械應力,從而導致裂紋。作者簡介:王錦輝(19772),男,江蘇南通人,現任南通中遠船務工程集團有限公司輪

5、機主管。10(2)材料和工藝上的原因。中國修船2005年第5期汽缸蓋材料選擇不當,質量不符合要求,鑄造時沒有很好地消除鑄造應力,從而導致零件內部有缺陷,從而使汽缸蓋在工作時易產生裂紋。(3)裝配質量上的原因。汽缸蓋螺栓不按規定交叉擰緊,或在發生汽缸蓋平面漏氣時擰緊該處的螺母來解決,都會造成汽缸蓋受力不均勻而產生裂紋。噴油器安裝不正確,會引起汽缸蓋底面局部變形,增大噴油器孔處所受的拉應力,使之容易產生裂紋。(4)操作和管理上的原因。柴油機長期在超負荷條件下運轉或在未充分暖機的情況下突然增大負荷,使汽缸蓋從冷態急劇變為熱態,或在高溫下急劇冷卻而產生裂紋。柴油機冷車啟動或啟動后加速太快,致使汽缸蓋底

6、面與冷卻面溫差過大,熱應力增大。故應暖機后再啟動,啟動后待油、水溫度升高后方可加速;頻繁啟動、和熱應力增加;機件過熱。(5)。因長期使用,冷卻水腔積垢影響散熱,產生過大的熱應力,從而導致裂紋的產生。壓試驗才能檢查出來。在檢修中,還可用熒光法、磁力探傷法、超生波探傷法、射線探傷法等多種方法來檢查裂紋。此處不再一一敘述。4汽缸蓋裂紋的應急修理如果汽缸蓋裂紋程度較為嚴重,比如當汽缸蓋的裂紋是裂穿性的,或者裂紋產生在關鍵部位,或者裂紋程度較為嚴重,這些情況無疑都必須更換汽缸蓋;但當裂紋不嚴重或為了應急或延長使用,可根據不同的場合選擇采用合適的方法進行修理。(1)無機聯結劑修補法。這是一種最方便的方法,

7、由于無機聯結劑能夠長期在500高溫下工作,故可用于修補汽缸蓋底面裂紋。對于缸蓋底面裂紋的修理較其他方法可靠。為了增加密封性還可在裂紋處先涂一些無機粘合劑(如磷酸氧化銅粘合劑)或者有機粘合劑,這樣效果更好。(3)鑲套修理法。主要用于汽缸蓋進、排氣閥孔或噴油器孔內的裂紋修理。通常采用此修理后汽缸套可使用兩年以上。襯套的材料一般采用不銹鋼或青銅,襯套端部與閥孔底部加紫銅墊以密封。(4)焊補法。當裂紋較短時,在鏟去裂紋后進行焊補。焊補之前汽缸蓋應預熱,焊前先在裂紋兩端各鉆一止裂孔,并沿裂紋開“U”型坡口,坡口底端應成圓弧形。對于鑄鐵汽缸蓋,焊條可用鎳基鑄鐵焊條,對于鑄鋼汽缸蓋則可用耐熱鋼焊條。每次焊接

8、長度應不超過3040mm,并趁紅熱狀態用小錘快速輕輕敲擊整個焊道,以防止熱裂的產生。錘擊后立即用氧乙炔火焰對準焊縫加熱回火,回火溫度以焊縫表面呈暗紅色即可。此方法對于焊補工藝要求嚴格,尤其是鑄鐵缸蓋焊接部位更應特別小心,如焊前的預熱、焊后的退火處理及焊條的選擇等。因為稍有不當就會在短期使用后因熱應力而再次產生裂紋。(5)覆板修理法。此修理法僅適用于汽缸蓋外表面的裂紋修理,3汽缸蓋裂紋檢查通常,汽缸蓋裂紋都有一個產生和發展的過程,因此,平時認真檢查、仔細觀察、及早發現,就能避免機損事故的發生。汽缸蓋裂紋檢查主要有3種方法:直接觀測法、著色顯痕法、液壓試驗法。(1)直接觀測法。可根據冷卻水壓力表指

9、針的擺動和膨脹水箱中水位的上下波動及有無氣泄、油漬等來判斷汽缸蓋是否有裂紋,還可通過示功閥檢查排氣是否冒白煙或有燃燒不良現象來判斷裂紋發生在哪一缸。經常檢查曲軸箱中滑油油位的變化,若油位升高,油中水分明顯增加,則應懷疑內有裂紋。(2)著色顯痕法。首先仔細擦干汽缸蓋的檢查表面,涂上一層色油,干后再揩去色油,用放大鏡進行檢查,如有裂紋,金屬表面就會有細小的紅色斑痕出現。(3)液壓試驗法。對于內部微小裂紋,如冷卻水腔的微小裂紋,用著色法很難檢查,通常做液2005年第5期王錦輝船舶柴油機汽缸蓋的裂紋產生原因分析及修理11可以收到較好的效果。具體先在裂紋兩端鉆止裂孔,然后將鋼板覆蓋在裂紋部位上,再用螺釘

10、固緊在汽缸蓋上。汽缸蓋裂紋修理后,應對冷卻水腔進行0.7MPa的水壓試驗,以檢驗修理質量。紋產生的幾率。(3)加強對缸蓋過熱部位的冷卻。在柴油機缸蓋冷卻水道內增設擋水板,加快水流速度,且對水流給以必要的引導,使其定向地沖刷排氣門和噴油器使這些受熱嚴重的部件得到較好地冷卻。(4)輪機人員的操作管理科學化。若對柴油機操作管理不當,同樣會導致汽缸蓋產生裂紋。例如,柴油機冷車啟動或啟動后加速太快都容易產生裂紋。更甚者,輪機人員在沒有充分暖缸的情況下增加負荷,急劇調節冷卻水量,造成汽缸蓋“激碎”現象。這是由于受熱件和冷卻液的溫度升高都需要有一個過程,如果加速過快,燃力,輪機人員啟,待油溫,。參考文獻1滿

11、一新,李素玉,等.船機檢修工藝M.人民交通5預防汽缸蓋產生裂紋的措施為了保證船舶柴油機的正常運轉,作為柴油機的重要部件,預防其產生裂紋顯得更為重要,本文總結了以下幾條措施。(1)改善汽缸蓋材質。通過改善材質來減少缸蓋裂紋的產生是一個頗為有效的措施,如缸徑為400mm以下的汽缸蓋通常以灰鑄鐵為最普遍,而缸徑大于400mm時,由于灰鑄鐵經不起大變形的長期考驗,因而以改用球墨鑄鐵為宜。(2)汽缸蓋設計優化。蓋的結構形式,果,即用較薄的底板承受熱負荷,采用較厚的頂面板、中間隔板和圓周壁來提高剛度承受機械負荷,這樣使得機械應力和熱應力各得其所。再如,為減少燃燒室壁上的熱應力,缸蓋四周不能箍得太緊,缸蓋與

12、缸套的定位凸肩要留有充分的余地,又如缸蓋閥門的過橋處常易產生裂紋,可在產生裂紋的部位預先銑去一部分金屬,以減輕應力集中程度,從而減少了由于熱應力過大而導致裂征訂啟事出版社,1993.與預防J.航海技術,2002,(3).3朱彤.柴油機主要零件使用手工修復J.中國修船,1996,(1).4鄒金海.柴油機汽缸蓋的檢修J.中國水運,2003,(9).5李市臣.某輪主機汽缸蓋裂紋事故原因分析J.大連海運學院學報,1994,(3).收稿日期:2005-03船舶維修理論與應用論文集船舶維修理論與應用論文集,從1998年以來,先后出版七集,計883篇文章、420萬字。載有經營管理、維修理論、塢修技術、船機電維修、船舶工藝、國外維修等方面內容,面向生產,薈萃了維修新理論、新技術、新工藝等新發展動向,是從事修船工作者的一本參考書。如有需要,請與修船技術學委會聯系。電話兼傳真)。修船標準合訂本天津修船技術研究所尚存有少量修船標準合訂本,歡迎選購。這批標準主要包括如下種類:(1)船用柴油機修理技術標準(合訂本,共28項);(2)船舶軸系、螺旋槳和舵系統理技術標準(合訂本,共14項);(3)船體修理技術標準(合訂本,共9項);(4)鍋爐修理技術標準(合訂本,共7項)。需