核電用地漏的氣孔缺陷分析及改進

牛德良

（哈爾濱東安發動機（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，根據分析結果制訂了相應改進措施，分析結果表明，影響氣孔的因素眾多，面砂粒度、厚度、干燥程度、澆注系統、鋼液溫度計成分、澆注速度等均對氣孔產生較大影響。為消除上述因素的影響，分別針對原因制定措施，盡量減小上述原因對氣孔的影響。

核電；地漏；氣孔

1 緒論

AP1000核電用的鑄造地漏在國外發展已經有很長一段時間，其鑄造工藝和施工水平都領先于國內的鑄造行業。國內對于同類鑄造產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，為物項檢驗人員的駐廠監造、物項驗收提供了檢測依據。

2 研發背景

AP1000核電使用的地漏，是依據美國西屋公司提供的設計圖紙和技術規格書進行生產鑄造，主要預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過程中產生的氣孔研究分析，旨在避免后續同類其他的鑄造產生同樣問題，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依據

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，發現有密集型氣孔，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。產品出廠前經過了噴砂處理，致使氣孔在噴砂過程中被堵塞，導致在現場接收時，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。

3.1 影響地漏產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處，原因為在澆筑過程中產生大量的氣體沒有排出型腔，此處為熱節，最終凝固區域，氣孔在此位置聚集不能有效排出導致的集中侵入性氣孔。

3.1.1 澆注系統對氣孔的影響

此鑄件為頂注式，分為四個內澆口進入鑄件，由于為頂注，鋼液卷氣嚴重，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，氣體聚集在轉角的熱節處形成密集的氣孔。

內澆口數量較少，造成鋼液在鑄型中溫差較大，當冷的鋼液進入鑄型后易產生氣孔缺陷；如圖1所示。

圖1 澆注系統

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致侵入性氣孔產生的直接原因；澆注系統的澆注速度能夠滿足生產需求，但是澆注溫度對于此類薄壁件要求控制較高，當溫度低于1560℃時氣孔產生的幾率較大。

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重要，當型殼在烘干后放置10min以上時會產生大量的氣孔。

3.1.4 透氣性對氣孔的影響

對氣孔缺陷的影響因素無外乎為發氣及排氣的過程，型殼的排氣對氣孔影響較大，關鍵在于在澆注過程中型內的氣壓變化，或者說是氣壓平衡問題即澆注過程中發氣與排氣同時進行，如果型腔的排氣好，型內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，未能按照設定時間和溫度進行焙燒，導致有水分殘留在殼模內，澆注過程水分不能及時排出，導致氣孔缺陷產生。

3.2 消除氣孔的對策對策

3.2.1 針對澆注系統的改進

對澆注系統分析認為澆注系統中內澆口數量過小而且分布對稱，相對集中，設計為雨淋式澆注系統，使型腔內的鋼液溫度趨于均衡，有利于氣體的排出；澆注系統為半開放式，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 澆注溫度及化學成分的控制

熔煉時間要求小于30min；出爐澆注溫度1560～1580℃；預脫氧劑入量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；材質按照國標：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；焙燒爐內溫度1050～1150℃，型殼保溫時間大于30min，焙燒好的型殼應為白色或薔薇色；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在制殼工藝控制參數的控制要求：室溫22±2℃、濕度 50～65%；脫蠟參數：水溫度 168±2℃為宜、氣壓 0.65～0.8MPa，時間 12～20s。

4 結論

核電用地漏作為國家引進的AP1000核電項目滋生出來的產物，在鑄造使用初期階段，仍具有較大的鑄造發展空間，只有采取有效的生產控制管理，并嚴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，結合實際生產條件，嚴格控制工藝中的每道工序，防止鑄造缺陷的產生，即可生產出完全合格鑄鋼件產品。

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TL364+.3

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1004-7344（2016）12-0267-01

2016-4-10