陳 棟

大連中遠(yuǎn)川崎船舶工程有限公司

掛舵臂鏜孔后發(fā)現(xiàn)裂紋原因分析及相關(guān)預(yù)防措施

陳 棟

大連中遠(yuǎn)川崎船舶工程有限公司

鑄件在船舶上的應(yīng)用及其廣泛，掛舵臂這種重要的部件。其中以裂紋的危害最為嚴(yán)重。熱處理過程中會產(chǎn)生兩種應(yīng)力。一是熱應(yīng)力，加熱冷卻過程中，零件各部分的加熱冷卻速度不一，因此各部分的膨脹率與收縮率也不一樣，二次產(chǎn)生了熱應(yīng)力。二是相變應(yīng)力（組織應(yīng)力），加熱時，鐵素體，珠光體轉(zhuǎn)變成奧氏體，體積要縮??；淬火時，奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，體積要增大；回火時，馬氏體中隨著碳的析出體積要縮小，這就產(chǎn)生了相變應(yīng)力。零件中的內(nèi)應(yīng)力是以上這兩種應(yīng)力的疊加。當(dāng)內(nèi)應(yīng)力超過了材料的屈服強(qiáng)度時就會出現(xiàn)變形，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力超過材料的抗拉強(qiáng)度或抗壓強(qiáng)度時就會產(chǎn)生裂紋。本文主要是通過一起掛舵臂的質(zhì)量事故，通過對廠家的生產(chǎn)過程分析，確定裂紋產(chǎn)生的原因。從而確定相關(guān)的預(yù)防措施。

圖1

某船的掛舵臂進(jìn)廠檢查時發(fā)現(xiàn)在鏜孔位置存在裂紋（如圖1所示）。調(diào)查發(fā)現(xiàn)在廠家的粗加工時，就發(fā)現(xiàn)多處裂紋狀缺陷。廠家在對缺陷進(jìn)行修補(bǔ)后進(jìn)行了精加工。但是遺憾的是修補(bǔ)后未進(jìn)行進(jìn)一步的無損檢查。修補(bǔ)后僅進(jìn)行了目視檢查。由此判定修補(bǔ)不當(dāng)是裂紋的一個重要原因。

圖2

另外，在NDT檢查中使用PT及MT進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，多處缺陷PT不能檢測出，只能使用MT確認(rèn)。

如圖2所示同樣位置PT不能檢測出缺陷的位置，MT顯示有長條形缺陷。因此判定鑄件淺層內(nèi)部存在缺陷。對MT缺陷進(jìn)行20倍放大確認(rèn)。發(fā)現(xiàn)存在空洞，大多呈星形由以上信息可以確定此次質(zhì)量事故的原因有兩個：焊補(bǔ)因素與鑄造因素。

究其根源是未遵守正確的鑄件修補(bǔ)方法。鑄件的焊補(bǔ)要做到以下幾點(diǎn)：

1、鑄件缺陷部位的清理補(bǔ)焊以前，必須對缺陷部位進(jìn)行清理，以使焊補(bǔ)易于操作，并確保焊補(bǔ)位置的質(zhì)量。為保證焊補(bǔ)金屬與木材很好的熔接和防止焊接裂紋，坡口底部及轉(zhuǎn)角不允許存在尖角。

2、焊補(bǔ)前鑄件的預(yù)熱為防止焊補(bǔ)時因鑄件各部分受熱不均與而引起的變形或裂紋，焊補(bǔ)應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱。

3、選擇合適的焊材。

4、焊后的退火。

5、多處缺陷應(yīng)當(dāng)由小到大或交替補(bǔ)焊。

另一個裂紋誘因是在鑄造過程中造成。通過廠家提供的信息得知，裂紋部位在鑄造過程中存在使用冷鐵的記錄。冷鐵的作用是加速鑄件某部分在澆注過程中的冷卻速度的。使用冷鐵的目的就是為了確保使用冷鐵位置的質(zhì)量，保證此位置的結(jié)晶。根據(jù)相關(guān)資料用數(shù)值模擬法對不同直徑鑄件計算其不同厚度冷鐵的界面?zhèn)鳠崃浚ㄈ缟蠄D所示），發(fā)現(xiàn)冷鐵界面?zhèn)鳠崃颗c其厚度有直接關(guān)系。一般來說，冷鐵厚度增加，其界面?zhèn)鳠崃恳苍黾印?/p>

圖3

圖3為冷鐵厚度3cm時鑄件尺寸變化的Qc-t曲線。當(dāng)冷鐵蓄熱到一定程度時，其傳熱量將不會明顯增加（如圖中曲線的平緩段）。因此在凝固的后期，可將冷鐵導(dǎo)熱視為穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。從圖中也可以看出，如果冷鐵厚度在大于鑄件壁厚之一般時，冷鐵傳熱量簡布會明顯增加。由此可以得出冷鐵的選取是次要的，僅僅能影響導(dǎo)熱效率，但是最終仍然能夠促使鑄件結(jié)晶在與冷鐵接觸的位置向良好的一面發(fā)展。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)我們忽略了一個很重的概念——界面熱阻值。所謂界面熱阻值主要取決于鑄件與鑄型之間的間隙，因此它是隨著鑄件凝固的進(jìn)行而變化的，它是一個變化的值。也就是說掛舵臂的建造過程中，隨著鑄件的凝固鑄件各部位同冷鐵的接觸面出現(xiàn)劇烈的變化，造成各部位冷卻速度出現(xiàn)較大的差別。從而造成鑄件的結(jié)晶不良，也就是說冷鐵在個別位置沒能起到良好的作用，反而加劇了不良影響。

通過以上的分析我們得出了掛舵臂出現(xiàn)缺陷的原因：

1、補(bǔ)焊未按工藝進(jìn)行造成二次缺陷。

2、冷鐵使用不當(dāng)造成鑄件的鑄造缺陷。

針對以上的兩個原因我們制定如下的預(yù)防措施：

首先，研討冷鐵的使用方法和加工余量，盡量避免出現(xiàn)界面熱阻出現(xiàn)較大差異的情況。

其次，嚴(yán)格按照鑄件的修補(bǔ)工藝要求修補(bǔ)，避免二次缺陷的產(chǎn)生。

再次，初加工后增加噴砂的工序要求，以利于鑄件應(yīng)力釋放。

最后，所有的鑄件加工后增加無損探傷工序，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

總之，在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的鑄件裂紋原因往往難以分辨，但是必須對發(fā)現(xiàn)的裂紋進(jìn)行細(xì)致的研討分析，只有這樣才能確認(rèn)裂紋產(chǎn)生在那一階段，原因是什么。才能對生產(chǎn)工藝進(jìn)行合理的調(diào)整從而避免類似問題的發(fā)生，才能逐步的提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而形成自己的管理體系，慢慢的做大做強(qiáng)。

[1]《AFS(美國鑄造協(xié)會)缺陷圖譜及分析》

[2]《現(xiàn)代鑄造廠鑄件質(zhì)量控制與缺陷預(yù)防新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)》于新成主編

[3]《大型鑄鋼件外冷鐵的研究》

[4]《內(nèi)冷鐵在厚大鑄鋼件生產(chǎn)中的應(yīng)用》