船舶柴油机汽缸盖裂纹及其检修.docVIP

船用柴油机汽缸盖裂纹及其检修方法 汽缸盖作为柴油机的固定机件，也是柴油机组成部分。船用柴油机汽缸盖的结构形式繁多，随机型不同而异。在其上通常布置有排气阀、喷油器、示功阀、启动阀、安全阀以及驱动机构等，汽缸盖的内部要布置相应的流道、孔道及冷却水腔等，因此各种形式的气缸盖的共同特点是结构复杂，孔道较多，壁厚很不均匀。 柴油机气缸盖不仅结果复杂，而且工作条件、受力情况也十分复杂、恶劣。气缸盖的底面直接与高温高压燃气接触，不仅受到高温高压燃气的腐蚀和冲刷，而且承受较高的机械负荷与热负荷；底面在燃气的爆发压力下产生很大的机械应力，壁厚与温度的不均匀导致较高的热应力；螺栓的预紧力使气缸盖承受着压应力，并与燃气压力共同作用使气缸盖受到弯曲作用。此外，冷却水腔还受到水的腐蚀。 正是由于汽缸盖如此恶劣的工作条件，致使汽缸盖很容易损坏。通常损坏形式为：其底面和冷却水腔容易产生裂纹，还有气阀底面和导套容易磨损、冷却水侧被腐蚀等。 一：气缸盖出现裂纹的部位 船用柴油机气缸盖的裂纹主要发生在气缸盖底面有应力集中的地方，如孔与孔之间或空的圆角处、冷却水腔的截面变化等。产生裂纹的具体部位则随机型、气缸盖的结构和材料部不同而不同。 船用四冲程柴油机在进排气孔和喷油器之间以及阀座面上容易产生裂纹。当裂纹产生在底面时，多为径向裂纹；当裂纹产生在外部时，裂纹大多是从中央喷油器孔向进排气阀孔扩张，这是由于小孔处的应力集中所致。 二：气缸盖出现裂纹的原因 气缸盖裂纹是气缸盖较为常见的故障。气缸盖产生裂纹的根本原因是热应力和机械应力周期性的作用。在交变的热应力和机械应力的作用下，将产生疲劳裂纹，从而导致气缸盖裂纹。具体分析气缸盖产生裂纹主要有以下几个原因。 1：结构设计上的原因 气缸盖底面气阀孔周围之所以常产生裂纹，主要是是因为该处有较大的表面积，因此，受热膨胀和冷却收缩速度都比较大。例如，柴油机工作一段时间停车后，气缸盖温度分布变化剧烈，热量通过冷却水和进排气通道迅速散发，所以在气阀孔处易产生裂纹。 再者，由于结构或受力不合理、过度圆角太小等均会引起过大的机械应力，从而导致裂纹。 2：材料、工艺上的原因 气缸盖材料选择不当，质量不符合要求，铸造时没有很好地消除铸造应力，从而导致零件内部有缺陷，使气缸盖在工作时容易产生裂纹。 3：装配质量上的原因 气缸盖螺栓不按规定交叉拧紧，或在发生气缸盖平面漏气时拧紧该处的螺母来解决，都会造成气缸盖受力不均而产生裂纹。喷油器安装不正确，会引起气缸盖底面局部变形，增大喷油器孔处所受的拉应力，使之容易产生裂纹。 4：操作和管理上的原因 柴油机长期在超负荷条件下运转或在未充分暖缸的情况下突然增大负荷，使气缸盖从冷态急剧变为热态，或在高温下急剧冷却而产生裂纹。 柴油机冷启动或启动后加速太快，致使气缸盖底面与冷却面温差过大，热应力增大。故应暖机后再启动，水温升高后方可加速；频繁启动、停车和长期超负荷运转均会是机械应力和热应力增加；冷却与润滑不足或中断，亦会导致机件过热。 5：维护保养不良的原因 安装气缸盖时未按规定上紧螺栓，螺栓受力不均，使气缸盖产生过大的附加应力；长期使用，未清洁冷却水道，致使水腔积垢，影响散热，引起过大的热应力，从而导致裂纹的产生。 三：气缸盖疲劳裂纹 1:热疲劳裂纹 在地板受热面“鼻梁区”产生热疲劳裂纹是四冲程柴油机气缸盖较为常见的损坏形式。产生热疲劳是由于受热面的温度超过材料的使用极限而发生蠕变，引起塑性变形。当气缸盖在冷热交替情况下工作时，受热面的收缩性变形而受阻，从而产生残余拉应力。受热面超过极限温度越多，运行时间越长，残余拉应力就会越大，最终因应力的反复交变而出现疲劳裂纹。严重时可能经过一次冷热循环便出现裂纹。 2:机械疲劳裂纹 气缸盖底板在缸内气体压力作用下发生周期性弯曲变形，其最大拉伸应力发生于底板的内侧表面，阀孔尖角处应力集中很严重，再叠加上的作用，于是机械疲劳裂纹以此尖角为起点，沿阀孔周围逐渐向受热面扩展而裂穿。 3：腐蚀性疲劳裂纹 冷却水中含有各种酸根离子和溶解氧将金属发生电化学腐蚀和氧化，金属晶界是首先被腐蚀和氧化的部位。这将导致被腐蚀的表面变得粗糙并产生应力集中，是材料的疲劳强度显著降低，又由于气缸盖与气缸套的圆锥部分配合不良，以及气缸盖螺栓的过分紧固，在柴油机运转时，是密闭凸院冷却水侧产生较大的脉动机械应力。在腐蚀和较大的脉动机械应力共同作用下，从冷却水侧开始发生腐蚀疲劳裂纹。 四：气缸盖裂纹检查 通常，气缸盖裂纹都有一个产生和发展的过程，因此，平时认真检查、仔细观察、及早发现，就能避免机损事故的发生。气缸盖裂纹检查主要有3种方法：直接观察法、着色探伤法、液压实验法。 1：直接观察法 可根据冷却水压力表指针的摆动和膨胀水箱中水位的上下波