高中壓缸體上半的鑄造工藝設(shè)計(jì)

摘 要：高中壓缸體上半的中壓排氣管部位的螺栓孔阻斷了冒口的補(bǔ)縮通道，導(dǎo)致該部位底部出現(xiàn)UT超標(biāo)缺陷，通過優(yōu)化鑄造工藝，在外部增加了暗冒口，并且設(shè)置相應(yīng)的冷鐵，解決了內(nèi)部缺陷問題。

關(guān)鍵詞： 缸體；補(bǔ)縮通道；暗冒口；缺陷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.014

0 引言

高中壓缸體是電力機(jī)組的重要部件，缸體由上半和下半用螺栓把合在一起。它是整個(gè)機(jī)組的外部防護(hù)，它的質(zhì)量直接關(guān)系著整個(gè)機(jī)組的安全。因此，缸體鑄件的內(nèi)部質(zhì)量要求很高。我廠為某公司生產(chǎn)了大量的高中壓缸體，鑄造工藝及產(chǎn)品質(zhì)量趨于穩(wěn)定。但缸體上半的中壓排氣管局部區(qū)域的夾渣、縮孔類缺陷一直存在，造成大面積的補(bǔ)焊。不但增加了生產(chǎn)成本，也推遲了產(chǎn)品的交貨期。

1 缸體的缺陷狀況及原因分析

600MW高中壓外缸的材質(zhì)是低合金碳鋼ZG15Cr2Mo1，尺寸為5990×3700×2005，凈重37.9噸。要求整體UT探傷，不允許存在φ3mm以上缺陷。

原工藝方案如圖1所示，采用環(huán)狀明冒口，在內(nèi)腔中放置兩個(gè)暗冒口，在補(bǔ)縮的末端區(qū)放置冷鐵以加大補(bǔ)縮距離。采用底返式澆注系統(tǒng)，內(nèi)澆口直徑為φ60mm，共16道。包孔是φ110mm×2道。鋼水經(jīng)過鈦、鋁脫氧，真空精煉，嚴(yán)格控制氣體含量及殘余元素含量。澆注溫度為1545℃—1560℃。在澆注時(shí)，當(dāng)鋼水上升至分析面200mm以上時(shí)，從冒口進(jìn)行補(bǔ)澆。

鑄件經(jīng)過粗加工及毛面打磨后，UT超聲探傷檢查發(fā)現(xiàn)，在中壓排氣管部位存在一些超標(biāo)缺陷，深度在壁厚的一半左右。在摳除缺陷時(shí)，基本連成一片，由于此處壁厚也較薄，造成大面積摳漏。分析此處的鑄件結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，外表面左右各有5個(gè)大的螺栓孔，這10個(gè)螺栓孔正處于冒口對下部管口的補(bǔ)縮通道上，因此它阻斷了補(bǔ)縮通道。造成了冒口無法對下部的補(bǔ)縮，形成了縮松類缺陷。

2 工藝方案的改進(jìn)

螺栓孔阻斷了冒口向下的補(bǔ)縮通道是產(chǎn)生鑄件內(nèi)部縮松類缺陷的根本原因。因此，重新建立補(bǔ)縮通道是解決問題的有效途徑。從剖視結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，重建補(bǔ)縮通道有兩種方式，方案一是在螺栓孔相應(yīng)的內(nèi)腔部位添加補(bǔ)貼。方案二是將螺栓孔鑄死。由經(jīng)驗(yàn)及補(bǔ)縮理論可知，通道厚度梯度大并且補(bǔ)縮通道短，可最大限度的對末端進(jìn)行補(bǔ)縮。

方案一從內(nèi)腔添加補(bǔ)貼，如圖2所示，形成的補(bǔ)縮通道過長，并且存在“拐彎”區(qū)，對下部達(dá)不到預(yù)期的補(bǔ)縮效果，此方案不可取。

方案二是將螺栓孔鑄死，如圖3所示，鑄死之后，補(bǔ)縮通道很順暢。按此方案生產(chǎn)了10多件產(chǎn)品，UT探傷結(jié)果非常好，此部位沒有發(fā)現(xiàn)任何超標(biāo)缺陷。但是由此產(chǎn)生了一個(gè)新問題，螺栓孔需要機(jī)加工出來，在加工此部位時(shí)，刀具容易與鑄件相干涉，走刀困難，并且加工量很大，增加了制造成本和生產(chǎn)周期。

3 工藝方案的再改進(jìn)

為了不增加制造成本，需鑄出螺栓孔，那么補(bǔ)縮通道必然被切斷。重建補(bǔ)縮通道這條路是走不通的。那么對下部的補(bǔ)縮須另找補(bǔ)縮源頭，于是方案三是在端部中間位置設(shè)置一個(gè)球形暗冒口，并且在螺栓孔末端放置了直接外冷鐵。暗冒口與鑄件相接觸的夾角至關(guān)重要，夾角設(shè)置過大，補(bǔ)縮壓力小，達(dá)不到預(yù)期的補(bǔ)縮效果，夾角設(shè)置的過小，容易形成尖角砂，并且容易產(chǎn)生冒口下縮松類缺陷。經(jīng)過計(jì)算及多次數(shù)值模擬，確定了合適的角度。并且與鑄件相接觸面積盡量小，方便后續(xù)精整時(shí)切割冒口。如圖4所示，從結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大頭底部沒有UT缺陷，取得了很好的補(bǔ)縮效果。

4 結(jié)論

（1）運(yùn)用方案三生產(chǎn)的鑄件，精整后經(jīng)過UT探傷，大頭部位沒有超標(biāo)缺陷，達(dá)到了預(yù)期效果。

（2）方案三與方案二相比，不但節(jié)約了螺栓孔的加工成本，而且切割暗冒口比去除補(bǔ)貼更容易，不會損傷母體，減小了勞動(dòng)量，加快了生產(chǎn)進(jìn)度。

作者簡介：丁大偉（1984-），男，碩士，研究方向：大型鑄鋼件工藝設(shè)計(jì).