宋 健 王國柱 王 慶 于 越 康 強

(東方汽輪機有限公司，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，對于超標缺陷，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行修補，才能保證鑄件質量。鑄鋼件缺陷示例見圖1。

1.2 鑄鋼件材質

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

1.3 鑄鋼件消缺情況

當前，我公司鑄鋼件粗加工后，通過打磨方式讓鑄件表面達到檢測要求，進行超聲檢測、磁粉檢測、滲透檢測，檢測結束后，根據(jù)缺陷情況進行消缺，消缺達可焊后再施焊。經(jīng)過調(diào)查分析，針對不同的材質，不同復雜型線的鑄件(如帶噴嘴室汽缸等)，在消缺方面存在如下問題：

(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，導致鑄件割肉，增加補焊量；

(3)不分材質類型，使用電刨消缺；

(4)消缺方式、操作過程不合理等。

不合理的消缺方式加大了鑄件刨坑尺寸、數(shù)量，增加了鑄件補焊量，存在制造風險及質量隱患，導致消缺量大、缺陷未消盡、刨坑清理不干凈等情況，對鑄件質量、生產(chǎn)進度、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

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、硬質合金旋轉銼(球形金屬磨頭)、平面砂輪，都通過空壓風驅動打磨。

考慮到安全因素和打磨質量要求，對打磨工具本身質量要求較高，特別是砂質砂輪，在高速氣動下，若砂輪質量較差，在作業(yè)時容易斷裂飛出碎片傷人，引起安全事故。另外砂輪質量較差時，容易產(chǎn)生因強度不夠導致打磨效果不好的情況。

打磨工具對整個鑄件打磨工序起著至關重要的作用。

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)點是消缺效率較高，能較快地將缺陷消除干凈；缺點是電刨時產(chǎn)生的熱量對鑄件影響較大，操作不當可能導致鑄件產(chǎn)生裂紋或割肉、滲碳量增大等質量問題，主要有碳弧氣刨機、刨鉗、側面送氣刨槍、刨條(碳棒)等構成。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

機械加工消除缺陷，一般在鑄件機械加工階段采取加工消缺方式。

2.2 電刨、打磨操作改進

2.2.1 電刨操作要求及參數(shù)

電刨時，電源采用直流反接，正極接氣刨槍，負極接鑄件。刨條與工作面一般傾角45°；刨削方向是從右到左，從上到下；刨條伸出長度為80～100 mm(當燒損到30～40 mm時，應進行調(diào)整)；壓縮空氣噴射的位置必須在金屬熔化點上，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，保證鑄件質量，坡口形狀不應急劇變化(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

打磨消除鑄件表面缺陷時，一般采用碟形砂輪、平面砂輪等。這類工具的優(yōu)點在于打磨面積較大，能夠較大范圍地消除鑄件表面缺陷，同時能保證鑄件平整度，達到非量化要求，降低勞動強度；缺點在于打磨深度不夠，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，一般采用帶柄橢圓錐磨頭、硬質合金旋轉銼(球形金屬磨頭)，這類設備的優(yōu)點在于能摳除較深的缺陷，同時能消除鑄件局部狹小地方的缺陷；缺點在于不好控制鑄件平整度，消缺后施焊困難。

鑄件打磨對打磨工的操作技能要求較高，特別在鑄件完工前，通過打磨方式對局部進行打磨修整。

2.3 按不同結構鑄件進行消缺

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

須考慮鑄件結構的特殊性，能用打磨消除的缺陷，盡量使用打磨方式消除，如需機械加工消除缺陷時，可使用機械加工消除。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 按不同材質鑄件進行消缺

對于碳素鋼鑄件，根據(jù)材質要求及生產(chǎn)進度，結合磁粉檢測、超聲檢測缺陷面積大小，可優(yōu)先使用電刨消缺處理，再打磨處置。

對于低合金鋼鑄件，結合鑄件結構和施焊難度，優(yōu)先考慮電刨消缺，再打磨處置。

對于不銹鋼鑄件，應優(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，電刨消缺時裂紋容易擴展，導致刨坑加大，增加補焊量，補焊后返工率較大。

2.5 以方便施焊為目的消缺方式

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

汽輪機用鑄鋼件結構復雜，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，以保證補焊質量。

2.6 以減小刨坑體積為目的的消缺方式

由于鑄件型線復雜，在鑄件檢測過程中，超聲檢測往往選擇易檢測的表面進行，但缺陷距離不同表面的長度不一樣。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行消缺處理，如圖3所示，應從40 mm方向進行消缺。

2.7 嚴控消缺質量

汽輪機鑄鋼件消缺環(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，做好消缺質量防控尤為重要。定期對消缺人員進行消缺工藝培訓。根據(jù)無損檢測記錄，抽查消缺刨坑尺寸是否與缺陷記錄相對應。對消缺質量進行KPI考核。定期派專人進行過程質量督查。

3 經(jīng)濟性

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

4 結語

根據(jù)汽輪機鑄鋼件的特點，針對不同結構、不同材質的鑄鋼件，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致的鑄件割肉、裂紋等負面影響，有效減少了鑄件質量問題。