柴油機機體裂紋的監(jiān)測診斷與維修

曹日起，王永旭，于濤，劉享明

（海軍 91315 部隊，遼寧 大連 116041）

0 引 言

柴油機是絕大多數(shù)船舶主動力系統(tǒng)和輔助動力系統(tǒng)的能量來源，柴油機機體是柴油機的重要受力部分，柴油機機體產(chǎn)生的裂紋嚴重時將使柴油機損壞并停止工作，不僅影響船舶的正常運行，還要花費大量的人力物力對故障進行維修。所以在故障出現(xiàn)前或故障出現(xiàn)早期發(fā)現(xiàn)并及時解決，就可以盡可能地減少由于故障產(chǎn)生的經(jīng)濟損失。

1 柴油機機體裂紋的監(jiān)測

某船柴油機機體細微裂痕是技術(shù)人員在對正常使用的柴油機進行例行性檢查時發(fā)現(xiàn)的，裂紋尚未對柴油機的使用造成影響。監(jiān)測技術(shù)人員使用金屬裂紋檢測儀等儀器設(shè)備對裂紋情況進行了檢測。檢測發(fā)現(xiàn)其6#氣缸下方機體與冷卻水管連接處存在裂紋，裂紋長度為127 mm，裂紋最寬處為0.12 mm，裂紋呈鋸齒狀。在對該柴油機其他氣缸對應(yīng)的相同部位進行檢查時，發(fā)現(xiàn)一臺六缸柴油機共計存在裂紋3 處，長度在5.2～12.7 mm 之間，寬度在0.04～0.12 mm 之間。技術(shù)人員使用俄羅斯生產(chǎn)的金屬應(yīng)力磁測量儀對發(fā)生裂紋的機體內(nèi)應(yīng)力情況進行了測量，其中一處的測量圖譜見圖1。在圖譜中可以看到，在距離測量起始點284 mm 處（與裂紋位置吻合），應(yīng)力測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)了異常波動，漏磁量測量值為17（A/m）/mm，超過了設(shè)定的報警值10（A/m）/mm。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，可以判定在該裂紋處產(chǎn)生了超過允許范圍的應(yīng)力集中，該裂紋已對柴油機機體的受力能力造成影響，如果繼續(xù)使用將會使裂紋進一步擴大造成柴油機損壞而停止工作，所以應(yīng)分析裂紋產(chǎn)生的原因，并制定合理的修理方案對裂紋進行修理。

2 柴油機機體裂紋產(chǎn)生的原因分析

根據(jù)該型柴油機機體產(chǎn)生裂紋的部位和現(xiàn)象，通過分析，我們認為可能的原因有：

1）機體使用時間長。該機已工作近30a，而且機體在拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)和振動的交變應(yīng)力狀況下工作，機體產(chǎn)生疲勞裂紋；

圖1 某柴油機機體金屬應(yīng)力測量圖譜

2）機體變形。機體變形改變了各附件與機體之間的原有相對位置，引起了附加載荷的增大，增加了機體各部分的應(yīng)力，造成機體裂紋；

3）裂紋處附近的相關(guān)部件工作振動大。柴油機機體與冷卻水管為剛性連接，冷卻水管的振動造成裂紋。

3 柴油機機體裂紋的修理

通常情況下，當裂紋發(fā)生在內(nèi)部且強度要求很高的地方時，可采用金屬扣合法進行修復(fù)。金屬扣合法利用波浪鍵的塑性變形來實現(xiàn)扣合作用，以達到修復(fù)金屬裂紋的目的。金屬扣合法又分為強固扣合法、強密扣合法、加強扣合法。

1）強固扣合法。該方法在機械構(gòu)件垂直于裂紋方向上加工出一定形狀和尺寸的波形槽，再將波浪鍵嵌入波形槽中，波浪鍵與波形槽之間留有0.1 mm 的間隙，常溫下鉚擊波浪鍵，使波浪鍵產(chǎn)生塑性變形并填滿波形槽。波浪鍵與波形槽的相互嚙合拉緊了裂紋兩側(cè)的機械構(gòu)件，從而起到修復(fù)裂紋的作用（圖2）。此方法適用于修理壁厚在8～45 mm 之間、并且有一般強度要求的零件。

圖2 強固扣合法

2）強密扣合法。該方法是在強固扣合法基礎(chǔ)上，再沿裂紋鉆孔、攻絲并旋入密封螺釘。每個孔的鉆孔、攻絲、旋入密封螺釘3 道工序完成后再鉆下一個孔，且各相鄰密封螺孔間都有0.5～1.5 mm 的重疊，全部裂紋上裝滿密封螺釘后壓平、打磨（圖3）。強密扣合法不僅能夠滿足零件的強度要求，而且能夠滿足零件密封性的要求，所以此維修方法適用于氣缸蓋和缸套維修。

3）加強扣合法。該方法是在機件上垂直裂紋方向加工出一定形狀尺寸的鍵槽，嵌入與之相應(yīng)形狀和尺寸的高強度合金鋼塊，在鋼塊與零件的界面處鑲?cè)雸A柱銷（圖4）。加強扣合法主要運用于承受高載荷、壁厚超過45 mm 的機件。

通過分析對比，我們采用強固扣合法對裂紋進行了修理，并改進了機體與冷卻水管的剛性連接結(jié)構(gòu)。柴油機修理完成且工作80 h 后，使用金屬裂紋測量儀對裂紋進行了檢測，經(jīng)檢測裂紋長度未進一步加長，裂紋未加寬?？梢耘卸ù舜螌Σ裼蜋C機體裂紋的檢測分析是科學準確的，采用的修理方法是可行的。

4 結(jié) 語

圖3 強密扣合法

圖4 加強扣合法

此次故障位置是船舶動力核心部位——柴油機，如果任由其發(fā)展將造成巨大的損失。通過對該柴油機機體裂紋的監(jiān)測和分析，確認了故障的嚴重程度，分析了產(chǎn)生裂紋的原因，制定修理方案，并在裂紋影響柴油機正常使用前對裂紋進行了修理，避免了更大故障的發(fā)生，取得了較好的效益。

［1］ 梅啟炎，梁久壁.金屬扣合修復(fù)技術(shù)［J］.設(shè)備管理與維修，2003（6）：40-41.

［2］ 鄔剛.柴油機組維修中的金屬扣合工藝［J］.設(shè)備管理與維修，2007（3）：25-27.

［3］ 熊偉，魏磊.金屬扣合工藝［J］.機械工程師，1999（9）：9-11.