核電用地漏的氣孔缺陷分析及改進

牛德良

（哈爾濱東安發(fā)動機（集團）有限公司 黑龍江哈爾濱 150066）

核電用地漏的氣孔缺陷分析及改進

牛德良

（哈爾濱東安發(fā)動機（集團）有限公司 黑龍江哈爾濱 150066）

本文針對核電用地漏典型廢品原因進行分析，根據(jù)分析結(jié)果制訂了相應(yīng)改進措施，分析結(jié)果表明，影響氣孔的因素眾多，面砂粒度、厚度、干燥程度、澆注系統(tǒng)、鋼液溫度計成分、澆注速度等均對氣孔產(chǎn)生較大影響。為消除上述因素的影響，分別針對原因制定措施，盡量減小上述原因?qū)饪椎挠绊憽?/p>

核電；地漏；氣孔

1 緒論

AP1000核電用的鑄造地漏在國外發(fā)展已經(jīng)有很長一段時間，其鑄造工藝和施工水平都領(lǐng)先于國內(nèi)的鑄造行業(yè)。國內(nèi)對于同類鑄造產(chǎn)品缺陷分析已有較長時間的研究，本文對地漏氣孔缺陷的研究，為今后地漏鑄造成品率的進一步提高提供了理論依據(jù)，為物項檢驗人員的駐廠監(jiān)造、物項驗收提供了檢測依據(jù)。

2 研發(fā)背景

AP1000核電使用的地漏，是依據(jù)美國西屋公司提供的設(shè)計圖紙和技術(shù)規(guī)格書進行生產(chǎn)鑄造，主要預(yù)埋在核島各層樓板底板，做下水管道接口使用，在三代核電的污水排泄方面，有著重要的作用。

本文對核電用地漏在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氣孔研究分析，旨在避免后續(xù)同類其他的鑄造產(chǎn)生同樣問題，改進地漏的鑄造工藝，提高地漏的鑄造水平的同時，為物項的進場驗收提供指導(dǎo)依據(jù)

3 地漏氣孔廢品的原因分析及對策

地漏在焊接使用的過程中，發(fā)現(xiàn)有密集型氣孔，此類氣孔主要集中在地漏的腰部接口處，呈蜂窩狀，氣孔大部分呈球形光滑孔洞，直徑約0.5～1mm左右，屬于侵入性氣孔。產(chǎn)品出廠前經(jīng)過了噴砂處理，致使氣孔在噴砂過程中被堵塞，導(dǎo)致在現(xiàn)場接收時，驗收人員肉眼更無法觀察到表面氣孔缺陷。在焊后PT過程中得以清晰顯現(xiàn)。

3.1 影響地漏產(chǎn)生的氣孔廢品的原因分析

氣孔集中部位位于鑄件上端熱節(jié)處，原因為在澆筑過程中產(chǎn)生大量的氣體沒有排出型腔，此處為熱節(jié)，最終凝固區(qū)域，氣孔在此位置聚集不能有效排出導(dǎo)致的集中侵入性氣孔。

3.1.1 澆注系統(tǒng)對氣孔的影響

此鑄件為頂注式，分為四個內(nèi)澆口進入鑄件，由于為頂注，鋼液卷氣嚴(yán)重，在澆注過程中不能有效排出，加之鑄件為薄壁件，上端凝固較快，氣體聚集在轉(zhuǎn)角的熱節(jié)處形成密集的氣孔。

內(nèi)澆口數(shù)量較少，造成鋼液在鑄型中溫差較大，當(dāng)冷的鋼液進入鑄型后易產(chǎn)生氣孔缺陷；如圖1所示。

圖1 澆注系統(tǒng)

3.1.2 澆注溫度及澆注速度對氣孔的影響

由于此鑄件為鑄鋼件，鋼液比較鐵液碳含量低很多，流動性能較鐵液要差，澆注過程中要求鋼液具有很高的澆注溫度及澆注速度才能完成較好的充型，所以澆注溫度偏低或者澆注速度偏慢使鋼液溫度下降過快是導(dǎo)致侵入性氣孔產(chǎn)生的直接原因；澆注系統(tǒng)的澆注速度能夠滿足生產(chǎn)需求，但是澆注溫度對于此類薄壁件要求控制較高，當(dāng)溫度低于1560℃時氣孔產(chǎn)生的幾率較大。

3.1.3 制殼工藝及烘干工藝對氣孔的影響

產(chǎn)生氣孔的主要氣體來源為砂型及空氣，型殼極易吸潮，型殼含水量對氣孔影響巨大，鋼液的精煉除氣也至關(guān)重要，當(dāng)型殼在烘干后放置10min以上時會產(chǎn)生大量的氣孔。

3.1.4 透氣性對氣孔的影響

對氣孔缺陷的影響因素?zé)o外乎為發(fā)氣及排氣的過程，型殼的排氣對氣孔影響較大，關(guān)鍵在于在澆注過程中型內(nèi)的氣壓變化，或者說是氣壓平衡問題即澆注過程中發(fā)氣與排氣同時進行，如果型腔的排氣好，型內(nèi)的氣體能夠有效排出，氣孔自然解決，而型砂粒度是決定型腔排氣的關(guān)鍵，在選用型砂粒度時盡量選擇工藝要求下限，既能提高型腔強度又能有效排氣。

3.1.5 模殼焙燒對氣孔的影響

從殼模焙燒的角度分析，是由于殼模在焙燒過程中，未能按照設(shè)定時間和溫度進行焙燒，導(dǎo)致有水分殘留在殼模內(nèi)，澆注過程水分不能及時排出，導(dǎo)致氣孔缺陷產(chǎn)生。

3.2 消除氣孔的對策對策

3.2.1 針對澆注系統(tǒng)的改進

對澆注系統(tǒng)分析認(rèn)為澆注系統(tǒng)中內(nèi)澆口數(shù)量過小而且分布對稱，相對集中，設(shè)計為雨淋式澆注系統(tǒng)，使型腔內(nèi)的鋼液溫度趨于均衡，有利于氣體的排出；澆注系統(tǒng)為半開放式，更改為封閉式，提升澆注速度，減少溫度降低，有利于氣體在鑄件沒有凝固時順利排出型腔。

3.2.2 澆注溫度及化學(xué)成分的控制

熔煉時間要求小于30min；出爐澆注溫度1560～1580℃；預(yù)脫氧劑入量0.1～0.2%錳鐵、0.1～0.15%硅鐵；終脫氧劑加入量0.2～0.3%硅鈣；材質(zhì)按照國標(biāo)：C≤0.22～0.28，Si≤0.37，Mn≤0.5，S、P≤0.04。

3.2.3 制殼工藝及烘干工藝的控制

焙燒溫度1050～1150℃，保溫時間＞30min；焙燒爐內(nèi)溫度1050～1150℃，型殼保溫時間大于30min，焙燒好的型殼應(yīng)為白色或薔薇色；焙燒爐要與熔化爐配合，確保澆注時型殼燒好，并保持高溫，澆注時要求型殼從焙燒爐中叉出至澆注不得超過10s。

3.2.4 型腔透氣性控制措施

型腔透氣性主要體現(xiàn)在制殼工藝控制參數(shù)的控制要求：室溫22±2℃、濕度 50～65%；脫蠟參數(shù)：水溫度 168±2℃為宜、氣壓 0.65～0.8MPa，時間 12～20s。

4 結(jié)論

核電用地漏作為國家引進的AP1000核電項目滋生出來的產(chǎn)物，在鑄造使用初期階段，仍具有較大的鑄造發(fā)展空間，只有采取有效的生產(chǎn)控制管理，并嚴(yán)格控制好鑄件的熔煉溫度，殼模的焙燒時間，針對存在的問題，結(jié)合實際生產(chǎn)條件，嚴(yán)格控制工藝中的每道工序，防止鑄造缺陷的產(chǎn)生，即可生產(chǎn)出完全合格鑄鋼件產(chǎn)品。

[1]黃漢云.SCS10 不銹、耐蝕鑄鋼皮下氣孔的解決.熱加工工藝，2006，35（13）.

[2]徐興衛(wèi).泵殼鑄件鑄造缺陷及防止.鑄造技術(shù)，2009，30（11）.

[3]蔣智慧，韓振中.鑄鐵件常見鑄造缺陷的防止方法.現(xiàn)代鑄鐵，2005，25（6）.

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1004-7344（2016）12-0267-01

2016-4-10