往复式压缩机用铸件的常见缺陷及修补措施
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【摘 要】本文通过分析往复式压缩机用铸件的常见缺陷及常用修复措施，以帮助提高铸件合格率，达到经济实用的目的。
【关键词】往复式压缩机;铸件常见缺陷;修补措施
中图分类号： TH45 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）22-0044-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.22.018
金属铸件因适用性广、原材料来源广、可以生产形状复杂的零件、形状尺寸与零件接近、减少切削的特点，在往复式压缩机的设计及制造过程中，得到广泛使用。如机身、隔距件、气缸、缸盖、缸座、活塞、十字头等部件。通常使用的材质有灰铁、球墨铸铁、合金铸铁、铸铝合金等。由于铸造工艺的限制，铸件往往会产生铸造缺陷。随着原材料成本的持续上涨，采用科学的方法，对铸件的裂纹、气孔、砂眼、缩松等缺陷进行合格的修复，以提高铸件合格率，从而有效减少废品回炉损失显得尤为重要。不仅能提高企业效益，还能达到节能减排目的。
1 铸件缺陷
常见的铸件缺陷有：热裂、冷裂、冷隔、砂眼、气孔、缩孔和缩松等。其主要特征、产生原因及影响如下。
1.1 热裂
主要特征：热裂纹呈连续直线或半连续状，其表面被严重氧化，无金属光泽，裂纹头粗尾细。
产生原因及影响：铸件冷却过程中，在固相线附近的液固共存区金属强度大幅度降低，而此时收缩不很大，当内应力超过此温度下金属强度时就会产生热裂纹。热裂纹会破坏铸件的连续性，使强度下降。容易扩展成热处理裂纹。
1.2 冷裂
主要特征：冷裂纹一般发生在铸件应力集中处，裂纹氧化轻或无氧化。
产生原因及影响：冷裂发生在固相线温度以下，是铸件冷却的热应力和组织应力之和超过金属强度而产生的开裂。该裂纹使铸件的使用性能降低，容易在铸件清理、搬运中产生或扩展，并在淬火时成为淬火裂纹。
1.3 冷隔
主要特征：铸件内金属不连续，或断开成狭小、细长、不规则的线状缺陷。一般粗细不均匀，两端没有尖尾。
产生原因及影响：铸件浇注时金属流不能熔合成一体而形成冷隔。它使铸件性能降低，热处理时容易扩展成裂纹。
1.4 砂眼
主要特征：铸件表面或内部形成相对规则的孔洞。
产生原因及影响：砂眼的形成原因是由于砂芯表面掉下的砂粒被铜液包裹存在与铸件表面而形成孔洞。砂芯表面之所以会掉落砂粒，是因为砂芯表面强度不好，烧焦或没有完全固化;砂芯的尺寸与外模不符，合模时造成挤压，砂芯压碎掉落;浇包与浇道处的砂芯相互摩擦掉下的砂随铜水冲进型腔。使铸件产成多肉或缺肉。
1.5 气孔
主要特征：气孔是铸件内存在的光滑孔穴，孔内光滑，无氧化，夹杂等。
产生原因及影响：气孔的形成原因包括模具预热温度太低，液体金属经过浇注系统时冷却太快;模具排气设计不良，气体不能通畅排出;涂料质量不达标，挥发或分解出气体;模具型腔表面有孔洞或凹坑，导致液体金属注入后在该处的气体迅速膨胀压缩液体金属，形成气孔;模具型腔表面锈蚀，没有清理干净;原材料存放不当，使用前没有经过必要的预热;使用的脱氧剂质量不好、用量不够或者操作方法不当;金属熔炼时有一定量的气体在凝固时析出，但没有扩散出金属基体而形成气孔。它会降低铸件性能，容易形成热处理裂纹。
1.6 缩孔和缩松
主要特征：缩孔铸件表面或内部存在的内壁粗糙、形状不规则的孔，当铸件断面上有分散而细小的缩孔时，称为缩松。
产生原因及影响：缩孔和缩松时铸件凝固过程中由于补缩不良而产生的缺陷。通常是铸件最后凝固的热节处，因金属液液态和凝固时收缩补不能得到液体金属及时补偿，从而产生缩孔。铸件凝固后期，在其最后凝固部分的残余金属液中，温度梯度小，使其按同时凝固原则凝固，即在金属液中出现许多细小的晶粒，在晶粒长大互相连接后，将剩余的金属液分割成互不相通的小熔池，这些小熔池在进一步冷却和凝固时得不到液体的补缩，会产生许多细小的孔洞，即缩松。缩孔和缩松会减小铸件的受力面积，在缩孔和缩松的尖角处产生应力集中，使鑄件的力学性能显著降低。
2 缺陷处理的依据
往复式压缩机铸件的修复通常需要考虑到工件的刚性、工件的材质、装配要求、运行环境、以及承受的动载荷情况等因素。
1）首先，要按照API618标准6.15.6章节，铸件缺陷的修补要求：
（1）对承压零件的重要修复、对承受交变负荷运动部件的所有修复，没有采购方书面授权，应不能进行。重要修复是指等于或超过以下任何准则的任何缺陷：
a.承压零件准备焊补的开挖深度超过部件壁厚的50%，和/或在任何方向长度超过150mm的任何修复。
b.零件修复的总面积超过零件表面积的10%的情况。
c.水压试验后对承压件进行的任何修复。
（2）承压铸件不应用敲击、烧熔或灌注来修复。除了按第（3）条规定，承压铸件不应用焊接、电镀或堵塞来修复。
（3）可焊接的钢铸件可用已证实的焊接程序以焊接来修复;灰铸铁或球墨铸铁可以在适用的材料标准如ASTM A278或A395规定的限制内，用堵塞来修补，但不应用焊接来修复。
2）其次，参照国内相关的材料标准，如压缩机灰铸铁件按JB/T6431规定，压缩机球墨铸铁件按JB/T9104规定，压缩机铸钢碳钢件按GB/T11352规定，压缩机铝合金铸件按GB/T9438规定，压缩机铜合金铸件按GB/T13819规定，压缩机不锈钢铸件按GB/T6967规定，仔细核对缺陷位置、大小、数量是否在相应的标准允许范围内，可以修复时，还要考虑其所限制的修补方式，以及修复后的检验措施。 3 缺陷修补措施
常用的铸件缺陷修补措施有以下几种。
1）焊补
焊补是修复铸件缺陷最常用方法之一，如果焊补工艺正确，可使焊补部位获得与铸件本体相同或相似的组织和性能，满足铸件技术性能要求。但焊接是一个受热不均匀、快热、急冷的过程，且焊接应力较大，易引起铸件变形和裂纹。因此焊接工艺最为关键，涉及到焊接方法、焊接材料、施焊参数、热处理等。另外需注意：
（1）焊补前必须对铸件缺陷部位进行清理，去除表面粘砂、氧化皮、油污等，同时对缺陷部位开坡口，坡口形状根据缺陷性质和铸件特点而定。
（2）焊补前铸件的预热，是否需要预热以及预热的温度，依据金属的物理性质、结构、形状及缺陷所在位置决定。对于结构复杂、壁厚不均匀、导热性差、热膨胀系数大的铸件，特别是应力集中部位，均需局部或整体预热。
（3）焊接过程中除第一层和最后一层焊缝外，每焊一层厚可适当敲击，以减少内应力。
如对铸钢件十字头、球铁气缸等表层的缺陷，可在标准允许范围内采用焊补的型式加以修复。
2）浸渗
浸渗适用于修补非加工面上的渗漏缺陷，用与承受水压检验压力不高的容器铸件，或渗漏不很严重的铸件。目前常用的胶状液浸渗，是将呈胶状的液体渗入铸件的孔隙，然后使胶状液硬化，从而填补铸件的孔隙。
浸渗前应对铸件进行脱脂或清除杂质净化处理。由于铸件孔隙内存一定量的空气，同时堵漏液具有一定表面张力，使堵漏液不能很好地充填铸件孔隙，因此，浸渗时常采用加压或真空减压法。浸渗后应立刻去除表面上的堵漏液，擦净铸件表面，若室温20度以上，自然干燥24h;若室温20度以上，放入烘干炉内在180度下，烘烤2h脱水。最后可再次进行耐压试验。
如对往复式压缩机压力不高的气缸、缸盖、缸座水套部位的渗漏，可在浸渗修复后试压合格后回用。
3）金属喷镀
当铸件表面有小缩孔、气孔、缩松缺陷时，可用金属喷镀法来修补。喷镀前应对有缺陷的铸件进行去油除锈处理，将铸件缺陷部位清理干净。根据缺陷情况和铸件使用要求作分层喷镀，每喷一层均用清水将其湿透，然后再喷，直到符合要求为止。
喷镀时应注意控制电压、电流、压缩空气压力、喷射距离和喷镀前铸件表面温度，喷镀后用小锤振击喷镀表面，观察有无气层或脱落现象，以检查喷镀质量。
如压缩机气缸气门孔圆周的铸造缺陷，机加消缺后尺寸不足时，在标准允许修补范围内的，可在气门孔圆周采用先喷镀、再机加工的方式达到合格尺寸。
4）塞补
当铸件不甚重要的较厚部位上有较大的孔洞缺陷时，可用金属塞头镶入来修补铸件缺陷。塞补时将孔洞加工成相应大小的塞孔，配好金属塞头，材质应与铸件材质相同。塞補补缺时，应注意部件允许（下转第111页）（上接第45页）塞补的缺陷数量、塞补嵌入物的大小及位置规定。
如对往复式压缩机用缸座，水压试验时显示在丝堵位置的泄露，可以用塞补的型式予以修复，经重新水压试验合格后回用。
5）其它
当然还有其它修补方法如熔补、填腻修补等，但一般很少用于往复式压缩机铸件的修补，本文中不展开讨论。
4 结语
往复式压缩机因其许多件承受交变负荷、以及运行环境及接触工艺气不同，铸件出现的缺陷，就需要严格遵循相关标准的规定，判断其是否可以修复;确定可以修复的，按照限制的修补措施进行修复，并加强修复后的检验验证。
【参考文献】
[1]API618-2007，石油、化学和气体工业设施用往复压缩机[S].
[2]JB/T9105-2013，大型往复活塞压缩机技术条件[S].
[3]陈国桢，肖柯则，姜不居.铸件缺陷和对策手册[M].北京：机械工业出版社，1996.
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