畢業(yè)設計船舶柴油機氣缸蓋裂紋及其檢修(編輯修改稿)
2024-09-02 12:47 本頁面
【文章內容簡介】 原因 氣缸蓋底面氣閥孔周圍之所以常產生裂紋，主要因為該處有較大的表面積，因此，受熱膨脹和冷卻時收縮速度都較大。例如，柴油機工作一段時間停車后，氣缸蓋溫度分布變化劇烈，熱量通過冷卻水和進排氣通道迅速散發(fā)，所以在氣閥孔處容易產生裂縫?！ ≡僬?，由于結構或受力不合理、過度圓角太小等均會引起過大的機械應力，從而導致裂紋[4]。 材料和工藝上的原因 氣缸蓋材料選擇不當，質量不符合要求，鑄造時沒有很好地消除鑄造應力，從而導致零件內部有缺陷，從而使氣缸蓋在工作時容易產生裂紋。 裝配質量上的原因 氣缸蓋螺栓不按規(guī)定交叉擰緊，或在發(fā)生氣缸蓋平面漏氣時擰緊該處的螺母來解決，都會造成氣缸蓋受力不均勻而產生裂紋。噴油器安裝不正確，會引起氣缸蓋底面局部變形，增大噴油器孔處所受的拉應力，使之容易產生裂紋。 操作和管理上的原因 柴油機長期在超負荷條件下運轉或在未充分暖缸的情況下突然增大負荷，使氣缸蓋從冷態(tài)急劇變?yōu)闊釕B(tài)，或在高溫下急劇冷卻而產生裂紋?！ 〔裼蜋C冷車啟動或啟動后加速太快，致使氣缸蓋底面與冷卻面溫差過大，熱應力增大。故應暖機后再啟動，啟動后待油、水溫度升高后方可加速；頻繁啟動、停車和長期超負荷運轉均會使機械應力和熱應力增加；冷卻與潤滑不足或中斷，亦會導致機件過熱。 維護保養(yǎng)不良的原因安裝氣缸蓋時未按規(guī)定上緊螺栓，個螺栓受力不均，使氣缸蓋產生過大的附加應力；長期使用，未清潔冷卻水道，致使水腔積垢，影響散熱，引起過大的熱應力，從而導致裂紋的產生。3 氣缸蓋疲勞裂紋 熱疲勞裂紋 在底板受熱面“鼻梁區(qū)”產生熱疲勞裂紋是四沖程柴油機氣缸蓋較為常見的損壞形式。產生熱疲勞是由于受熱面的溫度超過材料的使用極限而發(fā)生蠕變，引起塑性變形。當氣缸蓋在冷熱交替情況下工作時，受熱面的收縮性變形而受阻，從而產生殘余拉伸應力。受熱面溫度超過極限溫度越多，運行時間越長，殘余拉伸應力就越大，最終因應力的反復交變而出現疲勞裂紋。嚴重時可能經過一次冷熱循環(huán)便出現裂紋[5]。 機械疲勞裂紋 氣缸蓋底板在缸內氣體壓力作用下發(fā)生周期性彎曲變形，其最大拉伸應力發(fā)生于底板的內側表面，閥孔尖角處應力集中嚴重，再疊加上熱應力（底板內側表面所受熱應力也為拉伸應力）的作用，于是機械疲勞裂紋以此尖角為起點，沿閥孔周圍逐漸向受熱面擴展而裂穿。 腐蝕疲勞裂紋 冷卻水中含有各種酸根離子和溶解氧將對金屬發(fā)生電化學腐蝕和氧化，金屬晶界是首先被腐蝕和氧化的部位。這將導致被腐蝕的表面變得粗糙并產生應力集中，使材料的疲勞強度顯著下降。又由于氣缸蓋與氣缸套的圓錐部分配合不良，以及氣缸蓋螺栓的過分緊固，在柴油機運轉時，使密封凸緣冷卻水側產生較大的脈動機械應力。在腐蝕和較大的脈動機械應力共同作用下，從冷卻水側開始發(fā)生腐蝕疲勞裂紋。4 氣缸蓋裂紋檢查 通常，氣缸蓋裂紋都有一個產生和發(fā)展的過程，因此，平時認真檢查、仔細觀察、及早發(fā)現，就能避免機損事故的發(fā)生。氣缸蓋裂紋檢查主要有３種方法：直接觀察法、著色探傷法、液壓試驗法。 直接觀察法 可根據冷卻水壓力表指針的擺動和膨脹水箱中水位的上下波動及有無氣泄、油漬等來判斷氣缸蓋是否有裂紋，還可通過示功閥檢查排氣是否冒白煙或有燃燒不良現象來判斷裂紋發(fā)生在哪一缸。經常檢查曲軸箱中滑油油位的變化，若油位升高，油中水分明顯增加，則應懷疑內有裂紋。 著色探傷法 著色探傷滲透液是含有紅色顏料、溶劑和滲透劑等成分。具有滲透力強，滲透速度快，顯象時清晰醒目，洗滌性好，化學穩(wěn)定性好和無腐蝕或低毒等特點。顯象劑常為氧化鋅、氧化鎂或二氧化鈦等白色粉末和有機溶劑組成。顯象劑具有懸浮力好，與滲透液有明顯的襯度對比，顯示缺陷清晰，易于辨別，無腐蝕性等特點。 在著色探傷操作中有浸液法、刷涂法和噴涂法。內壓式噴灌操作簡單，攜帶方便，廣為應用。一組內壓式噴灌各裝有清洗劑、滲透劑和顯象劑。檢驗時，先用清洗劑清潔零件待檢表面，然后噴涂一層滲透劑，依據材料不同有不同的滲透時間。如常溫下鋁、鎂合金鑄件約為15分鐘，鍛件和鋼鑄件應不小于30分鐘；鋼焊件和焊縫有的可打60分鐘；塑料、玻璃、陶瓷等非金屬材料在5~30分鐘之間。滲透劑滲透時間對檢驗靈敏度影響很大。時間短，小缺陷難以發(fā)現，大缺陷顯示不全；時間長，難以清洗和檢驗效率低。在清洗掉表面滲透劑后再噴涂顯象劑，最后就可在白色襯底上顯示出紅色缺陷痕跡。 液壓試驗法 對于內部微小裂紋，如冷卻水腔的微小裂紋，用著色法很難檢查，通常做液壓試驗才能檢查出來。 液壓試驗法實質上是在模擬使用條件下對承壓零
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