技術(shù)維修與康明斯知識(shí)

氣缸體裂紋現(xiàn)象和缸蓋平直度的檢測(cè)方法

摘要：柴油機(jī)氣缸蓋在很高的燃?xì)鈮毫蜔釕?yīng)力作用下工作，同時(shí)承受氣缸蓋螺栓預(yù)緊力的作用，機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力都較大，而且結(jié)構(gòu)又十分復(fù)雜。各部位溫差大，尤其是進(jìn)、排氣道和噴油器之間水道較窄，熱應(yīng)力更大。因此，惡劣的工作條件下必然容易產(chǎn)生裂紋、翹曲變形等故障，康明斯公司在本文對(duì)這兩種故障進(jìn)行了分析，講述了氣缸蓋發(fā)生裂紋和變形的檢測(cè)與維修方法，以提高柴油發(fā)電機(jī)的檢修質(zhì)量。

一、氣缸裂紋檢查方法與原因分析

    

      一般來(lái)說(shuō)，柴油發(fā)電機(jī)氣缸蓋容易產(chǎn)生裂紋的部位往往與他們的結(jié)構(gòu)有關(guān)，不同形式的柴油發(fā)電機(jī)易出現(xiàn)裂紋的部分各自有它一定的規(guī)律性。由于氣缸蓋工作是在高溫、高壓、熱負(fù)荷和交變載荷下進(jìn)行的，因此，在氣缸蓋平面，氣門導(dǎo)管孔、噴油器孔、冷卻水套壁等處易產(chǎn)生裂紋。

1、氣缸體與氣缸蓋的裂紋的現(xiàn)象特征

（1）柴油發(fā)電機(jī)排白煙。

（2）打開水箱蓋看到水箱冒氣泡

（3）缸壓低。

2、氣缸體與氣缸蓋出現(xiàn)裂紋的原因

（1）氣缸體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各處壁厚不均衡，在一些薄弱部位，剛度低易出現(xiàn)裂紋。

（2）柴油發(fā)電機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的慣性、熱應(yīng)力、氣缸體受交變應(yīng)力作用等原因，使水套壁產(chǎn)生裂紋。

（3）水套中水垢過(guò)厚，減小了冷卻水的通過(guò)，同時(shí)由于水垢?jìng)鳠嵝圆?，降低了柴油發(fā)電機(jī)的散熱性能，特別是氣缸之間、氣門之間的水道阻塞后，嚴(yán)重影響它的散熱，使局部工作溫度升高，熱應(yīng)力過(guò)大，易出現(xiàn)在嚴(yán)冬季節(jié)，驟加高溫?zé)崴选?/span>

（4）氣門座和氣缸套鑲配次數(shù)過(guò)多，壓配工藝不當(dāng)或過(guò)盈量過(guò)大。缸蓋的排柴油發(fā)電機(jī)氣缸體與氣缸蓋容易產(chǎn)生裂紋的部位往往與他們的結(jié)構(gòu)有關(guān)，不同形式的柴油發(fā)電機(jī)易出現(xiàn)裂紋的部分各自有它一定的規(guī)律性。柴油發(fā)電機(jī)的氣缸體與氣缸蓋一般是采用灰鑄鐵、合金鑄鐵及鋁合金鑄造的，它的結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，其工作是在高溫、高壓、熱負(fù)荷和交變載荷下進(jìn)行的。因此氣缸體和氣缸蓋常出現(xiàn)砂眼和裂紋等現(xiàn)象。

（5） 使用不當(dāng)引起滲水、漏水。如柴油機(jī)高溫狀態(tài)下驟加冷水，在嚴(yán)冬季節(jié)起動(dòng)時(shí)驟加高溫水，或沒(méi)有按規(guī)定使用防凍防銹液，致使氣缸體、氣缸蓋被脹裂，或安裝水堵蓋產(chǎn)生裂縫，造成水堵蓋銹蝕、穴蝕出現(xiàn)漏縫。

（6） 拆裝維修不當(dāng)。沒(méi)有按規(guī)定的順序、方法和力矩緊固缸蓋螺栓，使氣缸體和氣缸蓋受力不均或受撞擊產(chǎn)生裂紋;或更換水堵蓋時(shí)安裝不到位，偏斜變形。

（7）制造缺陷。如砂眼、時(shí)效處理不當(dāng)、熱應(yīng)力集中或鑄造時(shí)殘余應(yīng)力較大等，造成氣缸體、缸蓋滲漏水。

3、裂紋檢測(cè)方法

      氣缸體、氣缸蓋等零件的裂紋，通常采用水壓試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。

（1）水壓試驗(yàn)法

      如圖1所示。試驗(yàn)方法是將氣缸蓋及襯墊裝在氣缸體上，將水壓機(jī)出水管接頭與氣缸前端連接好，并封閉所有水道，然后將水壓入缸體水套中，要求壓力為30～40 kPa，保持5 min，如氣缸，氣缸蓋由里向外有水珠滲出，即表明該處有裂紋（典型案例如圖2所示）。更換氣缸套、氣門座圈及氣門導(dǎo)管后應(yīng)再進(jìn)行一次水壓試驗(yàn)。在沒(méi)有水壓機(jī)的情況下，可用自來(lái)水及氣泵將水注入氣缸體、氣缸水套內(nèi)。

 

 

圖1  柴油機(jī)氣缸體裂紋的水壓試驗(yàn)

圖2  柴油機(jī)氣缸蓋閥橋處裂紋典型案例

（2）敲擊檢驗(yàn)法

      另外，對(duì)缸體還可采取敲擊檢驗(yàn)方法。將氣缸體侵入煤油或柴油中片刻，取出后將表面擦干，撒上一層白堊粉，然后用小錘敲擊，在裂紋處會(huì)出現(xiàn)油痕。此法適用于金屬疲勞裂紋的檢驗(yàn)。4氣缸體與氣缸蓋裂紋的修理氣缸體、氣缸蓋裂紋與破裂的修理方法有粘結(jié)、焊接和螺釘填補(bǔ)等。具體采用那種方法應(yīng)根據(jù)裂紋的大小、程度和部位未確定。

（3）探傷檢測(cè)法

 

      探傷檢測(cè)法（裂紋檢測(cè)組件零件號(hào) 3375432）是一種以毛細(xì)作用原理為基礎(chǔ)的用于檢測(cè)非疏孔性金屬和非金屬試件表面開口缺陷的常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法。其由于具有較高的檢測(cè)靈敏度，能夠發(fā)現(xiàn)開口寬度為10μm的缺陷。圖3為氣缸體探傷檢測(cè)示意圖；圖3為氣缸蓋探傷檢測(cè)示意圖。

 

圖3  氣缸體裂紋檢查（康明斯零件號(hào)3375432）

圖4  氣缸蓋裂紋檢查（康明斯零件號(hào)3375432）

 

4、修復(fù)方法

（1）粘結(jié)法

      大部分裂紋可采用粘結(jié)法修復(fù)。常采用環(huán)氧樹脂粘結(jié)，它具有粘結(jié)力強(qiáng)、收縮性小、耐疲勞等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)工藝簡(jiǎn)單、操作方便、成本低。其主要缺點(diǎn)是不耐高溫，不耐沖擊等，而且在下一次所以，除了燃燒室、氣門座附近的高溫區(qū)以外，其余均可采用此法。對(duì)于工作溫度較高的部位如燃燒室、氣門座附近在鑲氣門座與氣門導(dǎo)管前發(fā)現(xiàn)成孔有局部裂紋，可采用扣合鍵無(wú)機(jī)粘結(jié)劑法修理，它可以防止漏水，可承受600℃的高溫，抗壓性能良好。對(duì)破洞和裂紋集中部位，可以采用補(bǔ)板加環(huán)氧樹脂粘結(jié)法修理。用螺釘固定補(bǔ)板，其間涂以環(huán)氧樹脂以保持其密封。

（2）焊接法

      焊接可分為冷焊和熱焊兩種。熱焊時(shí)，將工件預(yù)熱到600～700℃進(jìn)行焊接，焊縫金屬冷卻緩慢，零件冷卻時(shí)各處溫差小，不易形成較大內(nèi)應(yīng)力，防止了零件產(chǎn)生白口和裂紋。但是熱焊易產(chǎn)生變形和氧化比較嚴(yán)重，工藝復(fù)雜，工人勞動(dòng)條件差。冷焊一般不預(yù)熱，工藝順序是：

① 焊前準(zhǔn)備，徹底清潔油污水垢，檢查裂紋方向及起至點(diǎn)，用215 mm鉆頭沿著裂紋鉆一排孔。注意排孔的起至點(diǎn)分別超出裂紋兩端4～5 mm，排孔深度為該處壁厚的2/3，然后修整出60°～70°的V型坡口，下部保持曲線形狀，坡口兩側(cè)25 mm以內(nèi)的表面用鋼絲刷或砂布打光。焊前清除坡口底部裂紋中殘留的油污水分并烘干。

② 焊接時(shí)，用“小電流、分段、分層”錘擊，以減少焊接應(yīng)力和變形。采用直徑為215 mm的鑄607焊條，電流90 A且電流極性為直流反接。③焊接時(shí)，應(yīng)在室內(nèi)避風(fēng)處進(jìn)行，將工件稍加預(yù)熱（200～500℃）后施焊，焊接效果更好。

（3）堵漏劑堵漏法

      堵漏劑是由水玻璃，無(wú)機(jī)聚沉劑、有機(jī)絮凝劑、無(wú)機(jī)填充劑和粘接劑等組成的膠狀液體，適用于鑄鐵或鋁缸體所出現(xiàn)的裂紋、砂眼等缺陷的堵漏。若裂紋寬度、砂眼孔徑超過(guò)013 mm時(shí)最好不用這種方法修復(fù)。堵漏劑堵塞裂紋適于細(xì)小裂紋或有微量滲漏時(shí)采用。裂紋長(zhǎng)度超過(guò)40～50 mm時(shí)，可在裂紋兩端鉆3～4 mm的限制孔，并點(diǎn)焊或攻絲擰上螺絲，防止裂紋擴(kuò)展。同時(shí)，每間隔30～40 mm鉆孔（不鉆通）點(diǎn)焊或攻絲擰上螺釘，避免工作中的振動(dòng)使裂紋擴(kuò)展。

 

二、氣缸蓋變形的原因、檢測(cè)及修復(fù)

 

      氣缸蓋的作用是密封氣缸，與活塞共同形成燃燒空間，并承受高溫高壓燃?xì)獾淖饔?。氣缸蓋承受氣體力和緊固氣缸螺栓所造成的機(jī)械負(fù)荷，同時(shí)還由于與高溫燃?xì)饨佑|而承受很高的熱負(fù)荷。為了保證氣缸的良好密封，氣缸蓋既不能損壞，也不能變形。汽缸蓋變形是指氣缸蓋于汽缸體的結(jié)合平面（下平面）的平面度誤差超限。汽缸蓋變形會(huì)使結(jié)合平面不能平順結(jié)合，導(dǎo)致氣缸密封不嚴(yán)，漏氣、漏油，沖壞汽缸墊，使柴油機(jī)無(wú)法正常工作。

1、氣缸蓋變形的原因

（1）氣缸工作時(shí)受熱不均勻；

（2）長(zhǎng)時(shí)間工作受高溫、高壓影響；

（3）裝配氣缸時(shí)螺栓擰緊力不均勻；

（4）螺紋孔有堵塞現(xiàn)象，螺栓不貫穿螺紋孔出現(xiàn)虛假擰緊

（5）高溫下拆卸汽缸蓋時(shí)受到外力撞擊。

2、檢測(cè)方法和參數(shù)

      氣缸蓋與氣缸墊配合表面如有傷痕、腐蝕或不均勻磨損時(shí)，應(yīng)進(jìn)行檢查。運(yùn)用的工具有精密直尺和塞規(guī)，檢測(cè)步驟如圖5所示。對(duì)氣缸蓋的表面不平度進(jìn)行檢查時(shí)，檢查的位置在圖6所示的方向上進(jìn)行。并取幾個(gè)方向上測(cè)量得到的最大值為缸蓋表面不平度。同時(shí)要測(cè)量缸蓋與歧管接觸面的變形量。

（1）氣缸套每次加工量為0.1270～0.1524mm，氣缸蓋厚度加工達(dá)到使用極限時(shí)應(yīng)予以報(bào)廢。康明斯6BT系列柴油機(jī)氣缸蓋的厚度最小為111.00mm，最大為111.25mm，磨損極限為110.24mm。應(yīng)當(dāng)注意氣缸蓋平面未重新加工時(shí)，只允許用0.7939mm的缸墊。

（2）KTTA型柴油機(jī)氣缸蓋厚度不小于119.76mm。 氣缸蓋的上平面和下平面必須是平行的，不平行度在0.13mm以內(nèi)，否則可能使氣缸套座孔發(fā)生變形。

（3）缸蓋與噴油器套之間接觸座面的邊緣如有磨損，可用鉸刀來(lái)鉸關(guān)表面，切削深度不大于0.254mm。

3、缸蓋平面的修復(fù)

      輕微的可用刮刀刮研；較重的可在平面磨床上磨削；嚴(yán)重的可在刨床上刨削或在銑床上銑削。刮研、磨削、刨削后，允許有不大于1cm2的未加工處，但距孔眼或其它輪廓邊緣均應(yīng)大于20mm。對(duì)局部燒蝕、銹蝕過(guò)于嚴(yán)重處用挖補(bǔ)法修復(fù)?；跉忾T桿頂端、搖臂和推桿到凸輪之間的尺寸將縮小，搖臂的幾何位置將改變等原因，可從缸蓋一平面上切除的金屬量是有限的。無(wú)論哪種修復(fù)方法，在確保達(dá)到技術(shù)要求的情況下，加工量應(yīng)盡量少。一般累計(jì)加工量（與新的比）不得大于0.5～1.0mm。磨削和刨削時(shí)，必須將缸蓋調(diào)平。

      氣缸蓋的翹曲，可用敲壓法校正。敲壓法修復(fù)柴油機(jī)氣缸蓋的方法是：先將厚度約為變形量4倍的鋼片墊放在氣缸蓋與平板之間。把壓板壓在氣缸蓋中部，擰緊螺栓，使氣缸蓋中部的平面貼在平板面上，用小鐵錘沿氣缸蓋筋上敲擊，以減小受壓變形時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，停留5min后，將壓板移裝到全長(zhǎng)1/3處敲擊，再移到另一端1/3處進(jìn)行敲擊。氣缸蓋平面翹曲后，也可用磨削法來(lái)修整，但每次磨削缸蓋厚度有所變薄，燃燒室容積變小，壓縮比增大，從而引起柴油機(jī)的爆燃。因此，磨削不能超過(guò)一定厚度。如桑塔納柴油機(jī)缸蓋高度極限值為132.60mm。氣缸蓋變形經(jīng)過(guò)磨削后易出現(xiàn)燃燒室容積不等的現(xiàn)象，其容積變化值，一般不應(yīng)大于同一柴油機(jī)各燃燒室平均值的4%。對(duì)于汽油機(jī)燃燒室容積一般不應(yīng)小于原廠規(guī)定的95%。否則，會(huì)出現(xiàn)怠速工作不穩(wěn)和增加爆燃傾向。所以氣缸蓋修整后，應(yīng)對(duì)燃燒室容積進(jìn)行測(cè)量。

圖5  柴油機(jī)氣缸蓋不平度檢查方法

圖6  氣缸蓋不平度檢測(cè)方向和位置

 

總結(jié)：

      氣缸蓋在極為苛刻的條件下工作，其底板受熱面“鼻梁區(qū)”或內(nèi)側(cè)表面可能產(chǎn)生裂紋及腐蝕形式的損壞。在底板受熱面“鼻梁區(qū)”產(chǎn)生熱疲勞裂紋是四沖程柴油機(jī)氣缸蓋較為常見的損壞形式。產(chǎn)生熱疲勞裂紋是由于受熱面的溫度超過(guò)材料的使用極限而發(fā)生蠕變，引起局部塑性變形。當(dāng)氣缸蓋在冷熱交替情況下工作時(shí)，受熱面的收縮因塑性變形而受阻，從而產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力。受熱面溫度超過(guò)極限溫度越多，運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，殘余拉伸應(yīng)力就越大，最終因應(yīng)力的反復(fù)交變而出現(xiàn)疲勞裂紋。嚴(yán)重時(shí)可能經(jīng)過(guò)一次冷熱循環(huán)便出現(xiàn)裂紋。因此，熱疲勞是取決于“冷熱”循環(huán)次數(shù)的低循環(huán)疲勞。

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