宋 健 王國(guó)柱 王 慶 于 越 康 強(qiáng)

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川618000)

1 鑄件情況

1.1 鑄造缺陷

鑄造缺陷是指在鑄造生產(chǎn)過(guò)程中，由于種種原因，在鑄件表面和內(nèi)部產(chǎn)生的各種缺陷的總稱。通常有以下幾種：孔洞類缺陷，裂紋冷隔類缺陷，表面缺陷，夾雜類缺陷，尺寸、形狀偏差缺陷，重量偏差缺陷，成分、組織、性能不合格類缺陷，殘缺類缺陷。

在鑄件后續(xù)清整階段，對(duì)于超標(biāo)缺陷，特別是上述前五種缺陷，其中孔洞類、夾雜類、裂紋冷隔類缺陷均使鑄件的力學(xué)性能降低，影響鑄件的使用性能，縮短鑄件的使用壽命。必須采用合理的手段將其消除后進(jìn)行修補(bǔ)，才能保證鑄件質(zhì)量。鑄鋼件缺陷示例見(jiàn)圖1。

1.2 鑄鋼件材質(zhì)

我公司生產(chǎn)的汽輪機(jī)用鑄鋼件材質(zhì)種類較多，一般分三大類：碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼，均用于汽輪機(jī)不同的靜子部件，如汽缸、閥殼、彎管、隔板套等。材質(zhì)不同，使用的消缺方式有所不同。

1.3 鑄鋼件消缺情況

當(dāng)前，我公司鑄鋼件粗加工后，通過(guò)打磨方式讓鑄件表面達(dá)到檢測(cè)要求，進(jìn)行超聲檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)束后，根據(jù)缺陷情況進(jìn)行消缺，消缺達(dá)可焊后再施焊。經(jīng)過(guò)調(diào)查分析，針對(duì)不同的材質(zhì)，不同復(fù)雜型線的鑄件(如帶噴嘴室汽缸等)，在消缺方面存在如下問(wèn)題：

(a)夾雜(b)裂紋圖1 鑄鋼件缺陷示例Figure 1 Samples of steel castings defects

(1)為了追求生產(chǎn)進(jìn)度，不分缺陷類型，直接使用電刨消缺；

(2)不分缺陷存在的位置，消缺角度選擇不當(dāng)，導(dǎo)致鑄件割肉，增加補(bǔ)焊量；

(3)不分材質(zhì)類型，使用電刨消缺；

(4)消缺方式、操作過(guò)程不合理等。

不合理的消缺方式加大了鑄件刨坑尺寸、數(shù)量，增加了鑄件補(bǔ)焊量，存在制造風(fēng)險(xiǎn)及質(zhì)量隱患，導(dǎo)致消缺量大、缺陷未消盡、刨坑清理不干凈等情況，對(duì)鑄件質(zhì)量、生產(chǎn)進(jìn)度、管理、成本等多方面有重要的影響。

2 優(yōu)化方案

2.1 消缺工具的改進(jìn)

目前我公司使用的打磨消缺工具主要有帶柄橢圓錐磨頭、碟形砂輪、硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)銼(球形金屬磨頭)、平面砂輪，都通過(guò)空壓風(fēng)驅(qū)動(dòng)打磨。

考慮到安全因素和打磨質(zhì)量要求，對(duì)打磨工具本身質(zhì)量要求較高，特別是砂質(zhì)砂輪，在高速氣動(dòng)下，若砂輪質(zhì)量較差，在作業(yè)時(shí)容易斷裂飛出碎片傷人，引起安全事故。另外砂輪質(zhì)量較差時(shí)，容易產(chǎn)生因強(qiáng)度不夠?qū)е麓蚰バЧ缓玫那闆r。

打磨工具對(duì)整個(gè)鑄件打磨工序起著至關(guān)重要的作用。

目前我公司使用碳弧氣刨消除鑄件內(nèi)部較深的缺陷，如孔洞、夾雜、裂紋等缺陷，這種方式優(yōu)點(diǎn)是消缺效率較高，能較快地將缺陷消除干凈；缺點(diǎn)是電刨時(shí)產(chǎn)生的熱量對(duì)鑄件影響較大，操作不當(dāng)可能導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生裂紋或割肉、滲碳量增大等質(zhì)量問(wèn)題，主要有碳弧氣刨機(jī)、刨鉗、側(cè)面送氣刨槍、刨條(碳棒)等構(gòu)成。電刨規(guī)格參數(shù)如表1所示。

表1 電刨規(guī)格參數(shù)Table 1 Specification parameters of air arc cutting

機(jī)械加工消除缺陷，一般在鑄件機(jī)械加工階段采取加工消缺方式。

2.2 電刨、打磨操作改進(jìn)

2.2.1 電刨操作要求及參數(shù)

電刨時(shí)，電源采用直流反接，正極接氣刨槍，負(fù)極接鑄件。刨條與工作面一般傾角45°；刨削方向是從右到左，從上到下；刨條伸出長(zhǎng)度為80～100 mm(當(dāng)燒損到30～40 mm時(shí)，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整)；壓縮空氣噴射的位置必須在金屬熔化點(diǎn)上，如圖2。

在電流和空氣壓力條件不變的情況下，夾角α與刨削深度h的關(guān)系及影響：

(1)夾角越小，刨削深度減小，刨削速度快，并且表面較光滑平整，表面滲碳量小，一般消除鑄件表面缺陷；

(2)夾角越大，刨削深度增加，刨削速度慢，刨渣增多，表面粗糙不平整，表面滲碳量大，一般消除鑄件內(nèi)部較深缺陷。

圖2 夾角和刨削深度示意圖Figure 2 Sketch of angle and cutting depth

為了便于施焊，保證鑄件質(zhì)量，坡口形狀不應(yīng)急劇變化(U型坡口)，表面平整，底部平緩，呈圓角R，不允許有尖角存在。

2.2.2 打磨方式改進(jìn)

打磨消除鑄件表面缺陷時(shí)，一般采用碟形砂輪、平面砂輪等。這類工具的優(yōu)點(diǎn)在于打磨面積較大，能夠較大范圍地消除鑄件表面缺陷，同時(shí)能保證鑄件平整度，達(dá)到非量化要求，降低勞動(dòng)強(qiáng)度；缺點(diǎn)在于打磨深度不夠，不能較好地消除鑄件內(nèi)部較深的缺陷，且因砂輪尺寸較大，無(wú)法打磨鑄件尺寸較小的局部區(qū)域。

打磨消除鑄件內(nèi)部缺陷(一般在50 mm以內(nèi))時(shí)，一般采用帶柄橢圓錐磨頭、硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)銼(球形金屬磨頭)，這類設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)在于能摳除較深的缺陷，同時(shí)能消除鑄件局部狹小地方的缺陷；缺點(diǎn)在于不好控制鑄件平整度，消缺后施焊困難。

鑄件打磨對(duì)打磨工的操作技能要求較高，特別在鑄件完工前，通過(guò)打磨方式對(duì)局部進(jìn)行打磨修整。

2.3 按不同結(jié)構(gòu)鑄件進(jìn)行消缺

消缺方式分類如表2所示。

表2 消缺方式分類Table 2 Classification of defects elimination methods

須考慮鑄件結(jié)構(gòu)的特殊性，能用打磨消除的缺陷，盡量使用打磨方式消除，如需機(jī)械加工消除缺陷時(shí)，可使用機(jī)械加工消除。在打磨方式不能消除缺陷的情況下，可采用電刨方式，盡可能減少電刨方式對(duì)鑄件造成的不利影響(如產(chǎn)生裂紋、割肉等)。

圖3 鑄件超聲檢測(cè)及消缺方向選擇Figure 3 Selection of UT and defects elimination direction of castings

2.4 按不同材質(zhì)鑄件進(jìn)行消缺

對(duì)于碳素鋼鑄件，根據(jù)材質(zhì)要求及生產(chǎn)進(jìn)度，結(jié)合磁粉檢測(cè)、超聲檢測(cè)缺陷面積大小，可優(yōu)先使用電刨消缺處理，再打磨處置。

對(duì)于低合金鋼鑄件，結(jié)合鑄件結(jié)構(gòu)和施焊難度，優(yōu)先考慮電刨消缺，再打磨處置。

對(duì)于不銹鋼鑄件，應(yīng)優(yōu)先考慮打磨方式消缺，特別是某含鈷不銹鋼鑄件，熱敏感性很強(qiáng)，電刨消缺時(shí)裂紋容易擴(kuò)展，導(dǎo)致刨坑加大，增加補(bǔ)焊量，補(bǔ)焊后返工率較大。

2.5 以方便施焊為目的消缺方式

打磨過(guò)程要充分考慮施焊需求，為后續(xù)執(zhí)行補(bǔ)焊提供方便。焊接角度、位置不同，焊工施焊難易程度不同，焊接質(zhì)量也存在差異，消除缺陷方式不合理可能導(dǎo)致不必要的補(bǔ)焊返工。

汽輪機(jī)用鑄鋼件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如閥殼、彎管、帶噴嘴室汽缸、噴嘴室等鑄件腔室狹小，從消缺角度，考慮從外向內(nèi)消缺，施焊時(shí)考慮從外向內(nèi)施焊，盡量避免需要焊工鉆到部分鑄件內(nèi)腔施焊及仰焊，以保證補(bǔ)焊質(zhì)量。

2.6 以減小刨坑體積為目的的消缺方式

由于鑄件型線復(fù)雜，在鑄件檢測(cè)過(guò)程中，超聲檢測(cè)往往選擇易檢測(cè)的表面進(jìn)行，但缺陷距離不同表面的長(zhǎng)度不一樣。為了有效避免盲目消缺，減小刨坑鑄件體積，據(jù)缺陷的深度、存在的具體位置，根據(jù)鑄件壁厚、施焊容易的角度考慮，選擇從距離較短的表面進(jìn)行消缺處理，如圖3所示，應(yīng)從40 mm方向進(jìn)行消缺。

2.7 嚴(yán)控消缺質(zhì)量

汽輪機(jī)鑄鋼件消缺環(huán)節(jié)作為鑄鋼件尾部清整階段極其重要的環(huán)節(jié)，優(yōu)化消缺方式的同時(shí)，做好消缺質(zhì)量防控尤為重要。定期對(duì)消缺人員進(jìn)行消缺工藝培訓(xùn)。根據(jù)無(wú)損檢測(cè)記錄，抽查消缺刨坑尺寸是否與缺陷記錄相對(duì)應(yīng)。對(duì)消缺質(zhì)量進(jìn)行KPI考核。定期派專人進(jìn)行過(guò)程質(zhì)量督查。

3 經(jīng)濟(jì)性

由于消缺方案的改進(jìn)，降低了焊材使用量，節(jié)約鑄件補(bǔ)焊成本，減少補(bǔ)焊返工次數(shù)，保證了鑄件質(zhì)量。與此同時(shí)，縮短了生產(chǎn)周期，充分利用人力、設(shè)備資源，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)汽輪機(jī)鑄鋼件的特點(diǎn)，針對(duì)不同結(jié)構(gòu)、不同材質(zhì)的鑄鋼件，從消缺工具的選擇和消缺操作方式優(yōu)化方面采取措施，達(dá)到了方便施焊、減小鑄件刨坑尺寸的目的。減少了因盲目消缺導(dǎo)致的鑄件割肉、裂紋等負(fù)面影響，有效減少了鑄件質(zhì)量問(wèn)題。