張鵬飛、肖雄兵

（陜西柴油機(jī)重工有限公司，陜西咸陽 713100）

0 引言

站在實(shí)際情況的角度上來看，由于各大造船系統(tǒng)當(dāng)中所采用的設(shè)備基本一致，這也使得氣缸蓋的整體報(bào)廢率處在較高的水平上，不利于柴油機(jī)后續(xù)的生產(chǎn)發(fā)展。而引發(fā)報(bào)廢問題出現(xiàn)的主要原因就在于氣缸蓋在進(jìn)行水壓試驗(yàn)的過程中出現(xiàn)了滲漏問題。由此可以看出，為了更好地解決氣缸蓋所產(chǎn)生的滲漏問題，相關(guān)的工廠以及研究單位必須開展有針對(duì)性的分析工作，對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，合理地選擇符合實(shí)際情況的材料，制定出更加優(yōu)異的制造工藝。所以，為了更好地幫助造船行業(yè)提升氣缸蓋的整體質(zhì)量，大幅度降低廢品率，就必須找出引發(fā)滲漏問題出現(xiàn)的主要原因，并進(jìn)一步研究出具體防治措施，以此來促進(jìn)后續(xù)各類工作的順利開展。

1 船用中速柴油機(jī)氣缸蓋滲漏的主要原因

1.1 結(jié)構(gòu)縮松所引發(fā)的滲漏問題

船用中速柴油機(jī)氣缸蓋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，在壁厚方面的差異也比較懸殊，而在后續(xù)鑄造凝固收縮的過程中，由于工藝方面考慮不夠全面，就會(huì)使得熱節(jié)部位出現(xiàn)縮松情況，這一點(diǎn)也屬于引發(fā)滲漏問題出現(xiàn)的主要原因。在針對(duì)氣缸蓋進(jìn)行解剖過后，可以在斷面部位看出，凡是出現(xiàn)了漏水問題的部位，其大多數(shù)情況下都存在縮松問題，特別是在啟動(dòng)閥孔部位的縮松問題最為嚴(yán)重，而在缺陷部位的斷面可以用肉眼看出比較深的褐黑色斑點(diǎn)，在利用顯微鏡進(jìn)行觀察過后可以看出，這種斑點(diǎn)就是那些斷斷續(xù)續(xù)貫穿在整體斷面當(dāng)中的孔洞。同時(shí)，孔洞的外形也不夠規(guī)則，可以得出船用中速柴油機(jī)氣缸蓋產(chǎn)生滲漏問題的原因就在于凝固期收縮時(shí)對(duì)缺陷部位沒有進(jìn)行必要收縮。而如果其中合金的結(jié)晶間隙比較小，分散性的縮孔數(shù)量就比較少，但如果結(jié)晶的間隙較大，就會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的縮松問題，合金的致密性也會(huì)受到較為嚴(yán)重的影響。鑄鐵件產(chǎn)生的縮松問題，通常是因遵循結(jié)晶間隙增大而不斷提升的規(guī)律，所以很難對(duì)鑄鐵結(jié)晶間隙進(jìn)行調(diào)整，而獲取到無縮松較致密鑄件。因此，這就需要以此為基礎(chǔ)來采取一些針對(duì)性措施來促進(jìn)冷卻速度的提升，通過降低過熱溫度以及爐前處理等多種方式來進(jìn)行解決。

1.2 鑄鐵材質(zhì)致密性較差

結(jié)合相關(guān)研究內(nèi)容可以明顯看出，引發(fā)船用中速柴油機(jī)氣缸蓋出現(xiàn)泄露問題的主要原因就在于共晶石墨量較多，而在針對(duì)滲漏件以及合格件進(jìn)行充分對(duì)比分析過后可以看出，兩者之間在基本組織上并沒有較為顯著的差異，但在石墨的長度及數(shù)量方面則并不相同，滲漏件的石墨相對(duì)較長，并且斷面的晶粒也比較粗。而那些沒有出現(xiàn)滲漏問題的氣缸蓋，內(nèi)部的石墨長度比較穩(wěn)定，在斷面晶粒方面也比較細(xì)。鑄鐵件出現(xiàn)滲漏問題的主要原因則是在高壓液體的影響下，其中出現(xiàn)了一定程度的問題，而在鑄鐵碳量逐步提升的背景下，其中也會(huì)析出片狀較為粗大的石墨，導(dǎo)致鑄件的斷面過于粗糙，也會(huì)強(qiáng)化石墨對(duì)于各種基體的割裂作用，這樣就會(huì)在顳部形成石墨型通道，從而引發(fā)滲漏問題出現(xiàn)。除此之外，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，船用中速柴油機(jī)氣缸蓋滲漏問題也可能會(huì)由于其他鑄造缺陷引發(fā)，比如氣孔、夾渣及裂紋等問題。氣缸蓋鑄件在基本結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜，型芯數(shù)量也比較多，如果在操作方面出現(xiàn)了失誤，型芯排氣在不夠順暢時(shí)就會(huì)在鑄件當(dāng)中產(chǎn)生氣孔，或在那些壁厚不均勻的部位出現(xiàn)裂紋。而如果在澆筑階段中卷入了一些渣子或砂子，也會(huì)使得鑄件出現(xiàn)夾渣，在后續(xù)水壓試驗(yàn)階段中就會(huì)導(dǎo)致缺陷部位出現(xiàn)滲漏問題[1]。

1.3 冷卻介質(zhì)方面存在的問題

冷卻介質(zhì)自身所具備的性質(zhì)，比如溫度、清潔度以及壓力等內(nèi)容，這些都會(huì)對(duì)船用中速柴油機(jī)氣缸蓋產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。首先，溫度因素，結(jié)合相關(guān)研究可以看出，淡水溫度處在50～60℃的情況下，氣缸蓋出現(xiàn)的穴蝕問題較為嚴(yán)重，而隨著水溫的逐步提升，穴蝕的程度與會(huì)逐步降低，這樣就可以保證柴油機(jī)的性能處在較為穩(wěn)定的狀態(tài)，并降低穴蝕問題的發(fā)生概率，其中冷卻水腔的淡水溫度控制在80～90℃左右最好。其次，壓力，高溫冷卻水的壓力如果比較低，就會(huì)導(dǎo)致水出現(xiàn)氣化等問題，空氣的溶解度也會(huì)逐步降低，從而引發(fā)溢出問題出現(xiàn)，這樣就會(huì)產(chǎn)生氣泡。最后，流速，高溫冷卻水如果整體流速比較低，就會(huì)導(dǎo)致冷卻水吸收較多的熱量而產(chǎn)生汽化問題，但流速也不能過快，如果過快就會(huì)降低其抵抗分離的能力。而在冷卻結(jié)構(gòu)方面，在部分中速柴油機(jī)氣缸蓋當(dāng)中所采用的主要為進(jìn)氣座圈水冷結(jié)構(gòu)及排氣座圈水冷結(jié)構(gòu)，但其中氣缸蓋的本體部位與氣門座圈之間所構(gòu)成的環(huán)狀冷卻水腔，在上部存在部分狹窄區(qū)域，在下部很容易會(huì)產(chǎn)生死水區(qū)，再加上水道的結(jié)構(gòu)上較為復(fù)雜，流道的界面變化也比較大，這樣就會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的壓力波動(dòng)，并形成氣泡。由此可以看出，如果冷卻水腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏合理性，就很容易產(chǎn)生穴蝕故障等問題[2]。

2 船用中速柴油機(jī)氣缸蓋滲漏的具體防治措施

2.1 傳統(tǒng)解決措施

在原本合金鑄鐵的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步采取加大冒口的方式，確保鑄件可以形成有向式的凝固，并在其中適當(dāng)?shù)卦鎏硌a(bǔ)縮作用，這樣就可以避免其出現(xiàn)縮松問題。同時(shí)，還要加快冷卻速度，采用冷鐵來更好的消除厚壁不均勻部位所出現(xiàn)的熱節(jié)，以此來降低滲漏問題的發(fā)生概率，后續(xù)還要針對(duì)澆注系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，通過過濾網(wǎng)澆口來防止其中出現(xiàn)夾渣缺陷。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)奶嵘w熔化溫度，逐步減少碳當(dāng)量，要在其中采取爐前孕育處理的方式來對(duì)晶粒進(jìn)行細(xì)化處理，保證內(nèi)部可以析出一些比較小的石墨，進(jìn)一步提升鑄件斷面的致密度，保證缸蓋的耐壓性在根本上得到提高。而在對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)的過程中，也要對(duì)壁厚進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，穩(wěn)步提升整體壁厚的均勻性，還要對(duì)零件鑄造的工藝性進(jìn)行完善，消除局部過熱的問題。這些都屬于避免縮松，并提升水壓合格率的主要措施。以上所采用的各種傳統(tǒng)的方式，對(duì)避免船用中速柴油機(jī)氣缸蓋滲漏問題出現(xiàn)起到了十分重要的作用，雖然這種方式能夠消除其中存在的縮松缺陷，但在質(zhì)量方面的穩(wěn)定性比較低，使得氣缸蓋出現(xiàn)了較大的質(zhì)量波動(dòng)，滲漏問題也沒有在根本上得到解決[3]。

2.2 加大對(duì)柴油機(jī)吊缸的檢查力度

應(yīng)當(dāng)針對(duì)船用中速柴油機(jī)的氣缸蓋定期展開吊缸檢查，在吊缸過程中，還要對(duì)燃燒室的部件展開更加徹底的清潔，并開展一系列的測(cè)量工作，這樣就可以在其中獲取到磨損及間隙的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)信息，從而針對(duì)內(nèi)部出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行更加及時(shí)的調(diào)整與改進(jìn)。而在針對(duì)柴油機(jī)氣缸蓋進(jìn)行定期吊缸檢查的過程中，還要合理地拉出內(nèi)部的缸套，針對(duì)水腔內(nèi)部出現(xiàn)的結(jié)垢情況進(jìn)行必要的檢查，并及時(shí)對(duì)水垢進(jìn)行清除，保證流道具備著更高的暢通性，防止由于結(jié)垢使得整體流道逐步變窄，從而引發(fā)滲漏問題出現(xiàn)。在后續(xù)更換氣缸套以及活塞環(huán)的實(shí)際過程中，也要按照規(guī)定程序來做好對(duì)應(yīng)的磨合工作，及時(shí)更換內(nèi)部所采用的配件。更換過程中也要始終遵循原廠配件的基本原則，這樣就可以確保配件質(zhì)量更加穩(wěn)定，并提升裝配精度。如果在氣缸蓋中出現(xiàn)的問題并不嚴(yán)重，就可以將其按照原本受測(cè)推力的方向轉(zhuǎn)90°，在后續(xù)安裝過后正式使用，這樣能夠?qū)ρㄎ坏姆植嘉恢眠M(jìn)行改變[4]。

2.3 提升對(duì)于冷卻水的處理力度

在船用中速柴油機(jī)的冷卻水當(dāng)中，其整體水質(zhì)對(duì)氣缸蓋產(chǎn)生的破壞較為嚴(yán)重，通常引發(fā)氣缸蓋壁面腐蝕問題的雜質(zhì)及元素主要就是冷卻水當(dāng)中存在的鹽類物質(zhì)、氧氣以及氯離子等。而針對(duì)硬性鹽類物質(zhì)以及氯離子所產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕問題，通?？梢圆捎盟苄蕴砑觿┑姆绞竭M(jìn)行抑制，盡管這部分添加劑在硬水所產(chǎn)生的影響下會(huì)出現(xiàn)分離破壞，但只需要遵循柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中對(duì)冷卻水質(zhì)的基本需求，就可以取得較為優(yōu)異的效果。目前國內(nèi)的各大內(nèi)燃機(jī)冷卻水當(dāng)中，所采用的緩蝕劑主要就是重鉻酸鹽、NL 防銹油等物質(zhì)，并且取得了較為顯著的效果。結(jié)合對(duì)應(yīng)的研究內(nèi)容可以看出，氣泡的形成與冷卻水的壓力、溫度以及流動(dòng)情況有著較為緊密的聯(lián)系，隨著水壓的逐步提升也有利于對(duì)水中氣體的析出進(jìn)行抑制，如果水溫比較高，就可以避免內(nèi)部產(chǎn)生蒸汽氣泡，還可以大幅度降低水中空氣的蘊(yùn)含量，很容易就會(huì)形成蒸汽，在氣泡的破裂方面也會(huì)產(chǎn)生機(jī)械阻尼作用。所以，隨著水壓以及水溫的提升，其都可以有效降低滲漏問題的發(fā)生概率，而冷卻水的溫度如果處在較高的水平上，就會(huì)加速整體的腐蝕過程，但水溫也不能處在較低的水平上，結(jié)合對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)內(nèi)容可以看出，鋼鐵以及鋁等金屬材料，其在淡水溫度為50～60℃的情況下所產(chǎn)生的滲漏問題比較嚴(yán)重，而隨著溫度的不斷提升，出現(xiàn)的破壞也會(huì)逐步降低。站在船用中速柴油機(jī)基本效能的角度上來看，為了降低腐蝕問題的發(fā)生概率，就應(yīng)將冷卻水的淡水溫度穩(wěn)定控制在80～90℃左右。所以在柴油機(jī)處在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，就必須對(duì)冷卻水的水溫展開穩(wěn)定控制，也要在柴油機(jī)的日常運(yùn)行與管理階段中逐步提升冷卻水的壓力，保證其可以處在比較穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中，水溫方面也要維持在需要允許的范圍當(dāng)中。

2.4 明確具體工況所產(chǎn)生的影響

由于不同船用中速柴油機(jī)的負(fù)荷并不相同，使得氣缸蓋與活塞之間的配合間隙以及側(cè)推力的大小都會(huì)出現(xiàn)變化，針對(duì)那些已經(jīng)確定的柴油機(jī)來說，其處在轉(zhuǎn)速不變的情況下，隨著負(fù)荷的逐步提高也會(huì)使得側(cè)推力隨之提升，活塞對(duì)于缸壁所產(chǎn)生的沖擊以及振動(dòng)也會(huì)越來越劇烈，嚴(yán)重情況下還會(huì)使得缸套出現(xiàn)較為強(qiáng)烈的反彈回撞，這就需要避免柴油機(jī)處在超負(fù)荷的工作狀態(tài)。同時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的逐步提升，也會(huì)由于單位時(shí)間當(dāng)中活塞撞擊缸壁次數(shù)的逐步提高而導(dǎo)致氣缸蓋出現(xiàn)較為強(qiáng)烈的振動(dòng)問題，所以，這就需要在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中針對(duì)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行穩(wěn)定控制，不能超過標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。在保證經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)力性的基本前提下，有效降低中速柴油機(jī)在實(shí)際工作過程中的粗暴程度，逐步減少活塞的側(cè)向撞擊力，以此來保證柴油機(jī)能處在一種平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并降低冷卻水的流動(dòng)速度以及水壓方面所出現(xiàn)的反復(fù)變化，這樣就可以在減少氣泡產(chǎn)生概率的同時(shí)，避免其中出現(xiàn)滲漏問題。除此之外，還要對(duì)氣缸蓋負(fù)荷的均勻性進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整優(yōu)化，穩(wěn)步提高運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，在運(yùn)行管理階段中也要注意不能出現(xiàn)活塞或是氣缸蓋過熱的情況，明確活塞環(huán)是否處在正常的工作狀態(tài)，并強(qiáng)化對(duì)于氣缸潤滑的日常管理力度，在保證所選的潤滑油品質(zhì)能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上展開凈化處理，以此來保證柴油機(jī)可以處在穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中[5]。

3 結(jié)語

綜上所述，在目前的社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中，船用柴油機(jī)屬于船舶的心臟，可以為船舶的海上航行工作提供出必要的能量及動(dòng)力，而柴油機(jī)的汽缸蓋則屬于影響柴油機(jī)使用壽命的主要構(gòu)件，在實(shí)際應(yīng)用過程中如果汽缸蓋出現(xiàn)了滲漏等嚴(yán)重問題，就會(huì)導(dǎo)致船用的柴油機(jī)逐步失效，也會(huì)對(duì)后續(xù)柴油機(jī)工作的穩(wěn)定性產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。因此，這就需要相關(guān)的管理人員在船用中速柴油機(jī)維護(hù)管理階段中采取針對(duì)性措施，大幅度降低滲漏問題的發(fā)生概率，從而進(jìn)一步延長柴油機(jī)的使用壽命。