姜元慶

（中國石油錦西石化分公司安全監(jiān)督中心 遼寧葫蘆島）

一、鑄鐵裂紋常見修理方式

1.往復壓縮機鑄件裂紋原因

往復壓縮機鑄件裂紋原因，除了運動機構存在不平衡力與力矩和基礎設計不當外，還有流體流經(jīng)吸排氣閥時氣流脈動引起的機組振動，因此交變載荷引起往復式壓縮機鑄件振動是產(chǎn)生裂紋的主要原因。由交變應力產(chǎn)生的疲勞裂紋，一般在構件表面上開始，然后逐漸擴展，直到應力達到臨界應力時，發(fā)展為失穩(wěn)擴展，最后凈斷面減少到不能再承擔負荷時，才突然斷裂。裂紋的修復依據(jù)是防止微裂紋的進一步擴展，避免達到臨界應力值而產(chǎn)生的斷裂事故。

2.常規(guī)法修復鑄件裂紋

（1）浸補法修復裂紋。對于無法實施補焊或鑄件的工作溫度＜250℃，而且工作壓力不大的鑄件裂紋缺陷，可以采用浸補的方法修補。浸補法是將呈膠狀的液體滲入鑄件的裂紋縫隙，然后使膠狀液體硬化而填補裂紋縫隙。對于鑄件上穿透的裂紋，可采用真空減壓浸補裝置，當罩內(nèi)空氣抽成真空后，在壓力差的作用下浸補液會滲入縫隙，待浸補液滲透鑄件，即可解除真空。目前效果較好的浸補材是環(huán)氧樹脂，但要根據(jù)機件的使用和操作條件，配不同環(huán)氧值的環(huán)氧樹脂。對曲軸箱或軸承箱而言，可選用環(huán)氧值較低（K=0.25）的樹脂。

（2）熔補法修復裂紋。熔補是利用金屬液的熱量將鑄件表面熔化，同時使鑄件被修補部分與熔補的金屬熔接在一起。為減少內(nèi)應力，鑄件需先預熱，熔補部位凝固后需進行消除應力的熱處理。

（3）補板修補法。補板修補適用于機體外部強度要求不高的裂縫修補場合，在裂縫兩端，分別用4～5 mm的鉆頭鉆出兩個止裂小孔，再將已準備好的補板壓在裂縫上面，使補板與裂縫處緊密貼合，同時將補板固定好。補板的大小應蓋過裂縫周邊25～30 mm，之后連同補板一起沿邊緣距離10～15 mm處，鉆出直徑6～8 mm的螺孔，每個螺孔間距20～25 mm，再在機體上攻絲，將補板緊固即可。

（4）補焊法修復裂紋。補焊前要對裂紋部位進行仔細清理，去除缺陷部位的粘砂、氧化皮與油污，同時在缺陷部位開坡口。對于未穿透的裂紋要開U形坡口，并且要在裂紋兩端5～10 mm處或裂紋末端鉆直徑5～6 mm的小孔，孔深要超過裂紋深度2～3 mm。對鑄件厚度＜20 mm的穿透性裂紋，應開V形坡口，如果坡口較大時，可墊一塊3～5 mm厚的銅板。對于鑄件厚度＞20 mm的穿透性裂紋，應開X形坡口。每焊300 mm的焊縫，要對焊縫反復敲擊且冷卻要緩慢進行，否則熱影響區(qū)會產(chǎn)生裂紋。對材料為灰鑄鐵的曲軸箱裂紋焊接，冷焊時應采用非鑄鐵組織的焊條，采用鋼芯或鑄鐵芯以外的焊條時，應盡量使用小直徑焊條和較小的焊接電流，以減小內(nèi)應力和熱影響區(qū)的寬度。有資料表明，使用銅鋼的組合焊條冷焊鑄件，是目前較好的補焊方法。

上述鑄件裂紋常規(guī)性修復方法的主要缺點表現(xiàn)在抗拉強度低，稍一受力，結合處又開裂。熔補法適用于可移動的小配件，對于大的配件很難實行。補焊法對鑄鐵材料而言，焊接性較差，如果焊接材料和工藝措施選擇不當，在焊縫和母材交界的熔合線處生成一層白口鑄鐵，嚴重時會使整個焊縫斷面白口化，硬度可達到600 HBW。同時鑄鐵補焊時，在焊縫及熱影響區(qū)均會產(chǎn)生馬氏體轉變，形成淬硬組織，還可能產(chǎn)生冷、熱裂紋。焊接中由于焊件局部不均勻受熱，焊縫在冷卻過程中應力很大，由于鑄鐵在400℃以下基本無塑性，當應力超過鑄鐵強度時，會再次發(fā)生冷裂紋。當采用鎳基材料焊補鑄鐵時，由于鑄鐵含S、P高，形成較多的低熔點共晶物，如Ni-Ni3S2（熔點644℃）、Ni-Ni3P（熔點880℃），易產(chǎn)生熱裂紋。

二、金屬縫合技術修復曲軸箱裂紋

1.金屬縫合技術原理

對鑄鐵、鑄鋼所產(chǎn)生的裂紋或破損缺失部位，在常溫下利用特制的縫合螺釘，使裂紋兩側金屬組織受到指向裂紋（或縫合螺釘）方向拉力，再加上在垂直于裂紋方向上安裝不同數(shù)量的加強鎖片，達到裂紋修復的目的。其中特制金屬液的密封性和高強度粘接的作用，進一步提高了裂紋處金屬組織的抗拉和防滲漏能力。

2.對4M80壓縮機裂紋的修復

加氫裝置4M80壓縮機裂紋位于十字頭側曲軸箱觀察窗邊緣，曲軸箱材料為灰鑄鐵，壁厚50 mm，外側裂紋120 mm，為貫穿性裂紋，其中一個螺栓孔也開裂。修復中使用的主要工具有縫合釘、專用鉆頭、專用絲錐、螺孔定位工具、密封螺釘與螺孔修復環(huán)。

（1）對 4M80壓縮機裂紋部位進行打磨，并用滲透探傷，使裂紋清晰可見。

（2）對于厚鑄件分別在3個表面進行裂紋縫合，即裂紋的內(nèi)、外表面與鑄件厚度側。 縫合螺栓與螺孔修復環(huán)及加強鎖片安裝之前，均需將孔內(nèi)金屬屑清理干凈，然后注入特制起密封凝固作用的金屬液。

（3）對于產(chǎn)生裂紋的螺栓孔，首先用專用鉆頭鉆孔，然后用專用絲錐攻絲，再將合適規(guī)格的螺孔修復環(huán)旋進（圖1）。

（4）用專用鉆頭沿著裂紋鉆孔，用特制的絲錐攻絲，將縫補螺栓依次旋進螺栓孔內(nèi)。在垂直于裂紋的方向安裝加強鎖片，鎖片數(shù)量及間距根據(jù)實際情況定（圖2）。

圖1 4M80機曲軸箱開裂螺栓孔安裝螺孔修復環(huán)

圖2 4M80曲軸箱裂紋修復圖

圖3 4M80機曲軸箱裂紋修復后打磨圖片

（5）最后對修復表面進行打磨，將不平處磨光，修復結束（圖 3）。

3.金屬縫合受力情況分析

灰鑄鐵由于片狀石墨的存在，在片狀石墨尖角處應力較集中，在拉應力下先從尖角處局部破裂，因此其抗拉強度很低，只為鋼的 1/3～1/5，金屬縫合承受拉力的能力，是衡量該技術可靠性的重要指標。

（1）金屬縫合特制螺紋與普通螺紋比較。普通連接螺紋，牙型為等邊三角形，牙型角60°，當螺栓擰緊時，螺栓受預緊力的拉伸而產(chǎn)生縱向拉伸應力及螺紋摩擦力矩的扭轉而產(chǎn)生扭轉剪應力，而特制螺紋牙型為斜三角形，牙型角（β-α）為 20°，當螺栓擰緊時，螺栓除了受縱向拉伸應力、扭轉剪應力外，還對周圍金屬施加指向裂紋處的水平拉應力，以增強裂紋處的抗拉強度。牙型圖見圖 4、圖 5。

（2）縫合螺栓及螺孔修復環(huán)對周圍金屬施力情況（圖6、圖7）。

從圖6、圖7受力方向及牙型圖可以看出，縫合螺栓及螺孔修復環(huán)對鑄件受力均指向縫合螺栓和螺孔修復環(huán)方向，使裂紋周圍金屬受到一個緊密的拉力，確保修復完后鑄件的整體抗拉強度。

（3）縫合技術與其他修補形式的試件抗拉能力試驗（表1）。表1是魯恩斯技術服務有限公司提供。

表1顯示，對鑄件試件進行拉力測試，將各試件拉斷時，通過修復栓和加強鎖片修復的試件，所用的破壞拉力最大，達43 43 925 N，采用焊接方法的試件，破壞拉力僅為25 807 N。

圖4 縫合螺栓螺紋牙型圖

圖5 螺旋修復環(huán)外螺紋牙型圖

圖6 縫合螺栓對周圍金屬施加力的方向

表1 不同連接方式鑄件拉力測試

三、結語

4M80壓縮機曲軸箱修復后，已平穩(wěn)運行一個多月，原裂紋修補處完好無損，證明用縫合技術修補鑄鐵裂紋是成功的，省時省費用。鑄件裂紋縫合技術在最少拆卸周圍部件的情況下，可簡單快速地進行修補，修理后無扭曲現(xiàn)象，不用進行熱處理，不會產(chǎn)生應力集中，不同金屬間也能接合。用工業(yè)風作鉆孔動力，在防爆區(qū)域施工也比較安全。修復后不但能恢復應有的強度，還能防止修補處泄漏。

圖7 螺孔修復環(huán)對周圍金屬施加力的方向