船舶柴油机汽缸盖的裂纹产生原因分析及修理

修船标准合订本
天津修船技术研究所尚存 有少量修船标准合订本 , 欢迎选购。这批标准主要包括如 下种类 : 术标准 标准 ( 合订本 , 共 28 项 ); ( 合 订本 , 共 9 项 ); ( 4) ( 2) 船舶轴系、螺旋桨和舵系统理技术标准 锅炉 修理技术标准 ( 1) 船用 柴油机 修理技 ( 3) 船体 修理技术 中国修船 编 ( 合订本 , 共 14 项 );
船舶维修理论与应用
论文集
论文集 , 从 1998 年以来 , 先后 出版七 集 , 计 883 篇文 章、 420 万字。载有 经营管 理、维修理
论、坞修技术、船机电维修、船舶工艺、国外维修等方面 内容 , 面向生 产 , 荟萃了维 修新理论、新技 术、新工艺等 新发展 动向 , 是从事修船工作者的一 本参考书。如有需要 , 请与修船技术学委会联系。电话 : 010- 66961069 ( 兼传真 ) 。
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技术交流
船舶柴油机汽缸盖的裂纹产生原因分析及修理
王锦辉 ( 南通中远船务工程集团公司 , 江苏 南通
摘要 :源自文库
226006)
在简要介绍船舶柴油机汽缸盖恶劣的工作环境基础上, 指出它容易产生的故障 , 并针 对常出现的裂纹故障 , 分析其裂纹产生的原因 , 并指出如何检查裂纹, 以及一些应急修理方法, 最后给出预防汽缸盖裂纹产生的措施 。
参考文献 [ 1] 满一新 , 李素玉 , 等 . 船机检修工艺 [M ] . 人民交通 出版社 , 1993. 2002, ( 3) . [ 2] 王德生 , 王宏生 . 船舶 柴油机 汽缸盖产 生裂纹 的分析 与预防 [ J]. 航海技术 , 船, 1996, ( 9). 1994, ( 3).
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王锦辉
船舶柴油机汽缸盖的裂纹 产生原因分析及修理
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可以收到较好的效果。具体先在裂 纹两端钻止裂 孔 , 然后将钢板覆盖在裂纹部位上, 再用螺钉固紧 在汽缸盖上。 汽缸盖 裂纹修 理后, 应对 冷却水腔 进行 0 . 7 M P a的水压试验 , 以检验修理质量。
纹产生的几率。 ( 3) 加强对缸盖过热部位的冷却。 在柴油机缸盖冷却水道内增设挡水板, 加快水 流速度, 且对水流给以必要的引导, 使其定向地冲 刷排气门和喷油器使这些受热严重的部件得到较好 地冷却。 ( 4) 轮机人员的操作管理科学化。 若对柴油机操作管理不当, 同样会导致汽缸盖 产生裂纹。例如, 柴油机冷车启动或启动后加速太 快都容易产生裂纹。更甚者 , 轮机人员在没有充分 暖缸的情况下增加负荷 , 急剧调节冷却水量 , 造成 汽缸盖 激碎 现象。这是 由于受热件和 冷却液 的温度升高都需要有一个过程, 如果加速过快, 燃 烧室部件就会因内外壁温差过大而产生过大的热应 力, 长此下去 , 就会产生裂纹, 因此, 轮机人员启 动前必须充分暖机 , 启动后不可加速太快, 待油温 和水温升高后 , 方可加至全速转 , 同时还要及时清 除冷却水腔中的水垢和铁锈。
3 汽缸盖裂纹检查
通常, 汽缸盖裂纹都有 一个产生和 发展的过 程 , 因此, 平时认真检查、仔细观察、及早发现 , 就能避免机损事故的发生。 汽缸盖裂纹检查 主要有 3 种方法 : 直接观测 法、着色显痕法、液压试验法。 ( 1) 直接观测法。可根据冷却 水压力表指针 的摆动和膨胀水箱中水位的上下波动及有无气泄、 油渍等来判断汽缸盖是否有裂纹, 还可通过示功阀 检查排气是否冒白烟或有燃烧不良现象来判断裂纹 发生在哪一缸。经常 检查曲轴箱中 滑油油位的变 化 , 若油位升高 , 油中水分明显增加 , 则应怀疑内 有裂纹。 ( 2) 着色显痕法。首先仔细擦 干汽缸盖的检 查表面 , 涂上一层色油, 干后再揩去色油 , 用放大 镜进行检查 , 如有裂纹, 金属表面就会有细小的红 色斑痕出现。 ( 3) 液压试验法。对于内部微小 裂纹, 如冷 却水腔的微小裂纹, 用着色法很难检查, 通常做液
4 汽缸盖裂纹的应急修理
如果汽缸盖裂纹程度较为严重, 比如当汽缸盖 的裂纹是裂穿性的 , 或者裂纹产生在关键部位, 或 者裂纹程度较为严重, 这些情况无疑都必须更换汽 缸盖 ; 但当裂纹不严重或为了应急或延长使用, 可 根据不同的场合选择采用合适的方法进行修理。 ( 1) 无机联结剂修补法。 这是一种最方便的方法 , 由于无机联结剂能够 长期在 500 高温下工作, 故可用于修补汽缸盖底 面裂纹。但是由于此温度限制, 所以建议在温度不 高处的裂纹采用有机联结剂修补。 ( 2) 金属扣合法。 此法的特点是能保证强度又有很好的密封性。 对于缸盖底面裂纹的修理较其他方法可靠。为了增 加密封性还可在裂纹 处先涂一些无 机粘合剂 ( 如 磷酸 氧化铜粘合剂 ) 或 者有机粘 合剂, 这 样效 果更好。 ( 3) 镶套修理法。 主要用于汽缸盖进、排气阀孔或喷油器孔内的 裂纹修理。通常采用此修理后汽缸套可使用两年以 上。衬套的材料一般采用不锈钢或青铜 , 衬套端部 与阀孔底部加紫铜垫以密封。 ( 4) 焊补法。 当裂纹较短时 , 在铲去裂纹后进行焊补。 焊补之前汽缸盖应预热 , 焊前先在裂纹两端各 钻一止裂孔, 并沿裂纹开 U 型坡口, 坡口底端 应成圆弧形。对于铸铁汽缸盖, 焊条可用镍基铸铁 焊条 , 对于铸钢汽缸盖则可用耐热钢焊条。每次焊 接长度应不超过 30~ 40 mm, 并趁红热状态用小锤 快速轻轻敲击整个焊道 , 以防止热裂的产生。锤击 后立即用氧 乙炔火焰对准焊缝加热回火, 回火温 度以焊缝表面呈暗红色即可。 此方法对于焊补工艺要求严格, 尤其是铸铁缸 盖焊接部位更应特别小心, 如焊前的预热、焊后的 退火处理及焊条的选择等。因为稍有不当就会在短 期使用后因热应力而再次产生裂纹。 ( 5) 覆板修理法。 此修理法仅适用于汽缸盖外表面的裂纹修理,
收稿日期 : 2005 - 03
5 预防汽缸盖产生裂纹的措施
为了保证船舶柴油机的正常运转 , 作为柴油机 的重要部件 , 预防其产生裂纹显得更为重要, 本文 总结了以下几条措施。 ( 1) 改善汽缸盖材质。 通过改善材质来减少缸盖裂纹的产生是一个颇 为有效的措施, 如缸径为 400 mm 以下的汽缸盖通 常以灰铸铁为最普遍 , 而缸径大于 400 mm 时 , 由 于灰铸铁经不起大变形的长期考验, 因而以改用球 墨铸铁为宜。 ( 2) 汽缸盖设计优化。 如近年来许多中速柴油机都采用了双层底汽缸 盖的结构形式, 它的设计观点是把热负荷和机械负 荷分开来处理, 采用 较薄的底板可 以提高冷却效 果 , 降低底板温差 , 即用较薄的底板承受热负荷 , 采用较厚的顶面板、中间隔板和圆周壁来提高刚度 承受机械负荷, 这样使得机械应力和热应力各得其 所。 再如, 为减少燃烧室壁上的热应力, 缸盖四周 不能箍得太紧, 缸盖与缸套的定位凸肩要留有充分 的余地 , 又如缸盖阀门的过桥处常易产生裂纹 , 可 在产生裂纹的部位预先铣去一部分金属, 以减轻应 力集中程度 , 从而减少了由于热应力过大而导致裂 征订启事
作者简介 : 王锦辉 ( 1977-), 男 , 江苏南通人 , 现任南通中远船务工程集团有限公司轮机主管 。
10 ( 2) 材料和工艺上的原因。
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压试验才能检查出来。 在检修中 , 还可用荧光法、磁力探伤法、超生 波探伤法、射线探伤法等多种方法来检查裂纹。此 处不再一一叙述。
汽缸盖材料选择不当 , 质量不符合要求, 铸造 时没有很好地消除铸造应力, 从而导致零件内部有 缺陷, 从而使汽缸盖在工作时易产生裂纹。 ( 3) 装配质量上的原因。 汽缸盖螺栓不按规定交叉拧紧, 或在发生汽缸 盖平面漏气时拧紧该处的螺母来解决 , 都会造成汽 缸盖受力不均匀而产生裂纹。喷油器安装不正确 , 会引起汽缸盖底面局部变形, 增大喷油器孔处所受 的拉应力, 使之容易产生裂纹。 ( 4) 操作和管理上的原因。 柴油机长期在超负荷条件下运转或在未充分暖 机的情况下突然增大负荷 , 使汽缸盖从冷态急剧变 为热态 , 或在高温下急剧冷却而产生裂纹。 柴油机冷车启动或启动后加速太快, 致使汽缸 盖底面与冷却面温差过大 , 热应力增大。故应暖机 后再启动, 启动后待油、水温度升高后方可加速 ; 频繁启动、停车和长期超负荷运转均会使机械应力 和热应力增加; 冷却与润滑不足或中断, 亦会导致 机件过热。 ( 5) 维护保养不良的原因。 因长期使用 , 冷却水腔积垢影响散热 , 产生过 大的热应力 , 从而导致裂纹的产生。
关键词 : 中图分类号 :
柴油机; 汽缸盖; 裂纹 ; 检查; 处理 ; 预防 U672 . 2 文献标识码: C 文章编号: 1001- 8328 ( 2005) 05- 0009- 03
Abstract : T his essay firstly in troduces the abom in able wo rk ing env iron m ent in wh ich th e diesel eng in e cy lin der cover works , po in ts out it easy to be in troub le and ana lyzes the causes leading to cracks . It also tells how to repa ir the cracks ju st by check ing th e cracks and prevent ing its appearance dam age . Som e m easures are g iv en here . K ey w ord s : d iese l eng in e ; cy linder cover ; crack ; check; repair ; prevent
船舶维修理论与应用
[ 3] 朱彤 . 柴 油 机 主要 零 件使 用 手 工修 复 [ J]. 中 国修 ( 1). [ 4] 邹 金 海 . 柴 油 机 汽 缸 盖 的 检 修 [ J ]. 中 国 水 运 , 2003, [ 5] 李市臣 . 某轮主机汽 缸盖裂纹 事故原因 分析 [ J]. 大 连海运学院学报 ,
1 引言
汽缸盖作为柴油机的固定机件, 也是柴油机燃 烧室的组成部分。船用柴油机汽缸盖的结构型式繁 多 , 随机型不同而异。但各种型式的汽缸盖的共同 特点是结构复杂 , 孔道较多, 壁厚不均。 柴油机汽缸盖不仅结构复杂 , 而且工作条件、 受力情况也十分复杂、恶劣。它不仅受到高温高压 气体的强烈作用 , 而且周期性地承受较高的机械负 荷与热负荷 , 也受到因冷却水造成的局部冷热不匀 影响, 同时还由于螺栓预紧力使汽缸盖承受着压应 力 , 并与燃气压力共 同作用使汽缸 盖受到弯曲作 用 , 此外, 还在截面变化处容易产生应力集中等。 正是由于汽缸盖如此恶劣的工作条件 , 致使汽 缸盖很容易损坏。通常损坏形式为: 其底面和冷却 水腔容易产生裂纹 , 还有汽阀底面 和导套容易磨 损 , 冷却水侧被腐蚀等。 本文主要针对柴油机汽缸盖最经常出现的损坏 现象 裂纹, 进行详细叙述 , 分析其裂纹产生原 因及其修理、预防措施等。
2 汽缸盖产生裂纹的原因
汽缸盖产生裂纹是汽缸盖较为常见的故障。汽 缸盖产生裂纹的根本原因是热应力和机械应力周期 性的作用。船用大型低速柴油机汽缸盖裂纹主要发 生在底面孔与孔之间和孔的圆角处, 即有应力集中 的地方。具体产生裂纹的部位则随机型、汽缸盖的 结构和材料不同而异。小型柴油机通常在汽缸盖底 面进排气阀孔与喷油器孔之间以及阀座面上产生裂 纹。具体分析汽缸盖产生裂纹主要有以下几方面原 因。 ( 1) 结构设计上的原因。 汽缸盖底面气阀孔周围之所以常产生裂纹, 主 要因为该处有较大的表面积 , 因此, 受热膨胀和冷 却时收缩速度都较大。例如 , 柴油机工作一段时间 停车后, 汽缸盖温度分布变化剧烈, 热量通过冷却 水和进排气通道迅速散发, 所以在气阀孔处容易产 生裂缝。 再者 , 由于结构或受力不合理、过渡圆角太小 等均会引起过大的机械应力 , 从而导致裂纹。