如何防止低熔點鉛擋塊中出現(xiàn)縮孔

鐘宇行，張展洪，何健浩，余海坤

(廣西梧州市紅十字會醫(yī)院 放療科，廣西梧州543002)

如何防止低熔點鉛擋塊中出現(xiàn)縮孔

鐘宇行，張展洪，何健浩，余海坤

(廣西梧州市紅十字會醫(yī)院 放療科，廣西梧州543002)

目的:找到低熔點鉛合金擋塊中出現(xiàn)縮孔的原因并消除。方法:分層澆注并填充同質(zhì)合金碎塊，盡量使同一層同時凝固，并在澆注過程中始終監(jiān)視每一層的凝固程度，如果發(fā)現(xiàn)凹陷，應(yīng)及時補縮。結(jié)果:使用分層澆注法可以有效地防止低熔點鉛擋塊中出現(xiàn)縮孔。

低熔點鉛擋塊;縮孔;分層澆注;順序凝固

1 縮孔的發(fā)現(xiàn)及成因

1.1 縮孔的發(fā)現(xiàn)

低熔點鉛合金以其熔點低，易于鑄造成型等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于放射治療中制作患者的鉛擋塊。在制作過程中，我們偶然發(fā)現(xiàn)在擋塊的上1/3射野邊緣處有縮孔，查閱《鑄造金屬凝固原理》方知道:鑄件在凝固過程中，由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮，往往在鑄件最后凝固的部位出現(xiàn)孔洞，稱為縮孔。容積大而集中的孔洞稱為集中縮孔，簡稱縮孔，多集中在鑄件上部和最后凝固的部位。細小而分散的孔洞稱為分散性縮孔，簡稱為縮松。

常規(guī)的探傷手段無法探測厚達8cm的鉛合金，故使用300W電烙鐵在每一個制作好的擋塊上部“探傷”，檢查180個擋塊，每一個擋塊上都發(fā)現(xiàn)縮孔，大小不一、形狀各異，全部發(fā)現(xiàn)于擋塊的厚、大部位。共有176個垂直方向測量超過1.6cm，占98%。這176個縮孔有79個延伸到擋塊的下1/3處，占45%，射野越小，縮孔越大。在10個射野等效面積小于6cm2的擋塊上發(fā)現(xiàn)多于一個縮孔。

由于擋塊作為準(zhǔn)直器的一部分形成不規(guī)則射野時，其厚度要達到5個半價層才能使得原射線的穿射量不超過5%。對能量為6MV的 X射線而言，每個半價層是1.65cm，所以凡垂直方向上超過1.65cm的縮孔都因為使原射線的穿射量超過了5%而影響了靶區(qū)劑量分布，不可接受。

1.2 縮孔的成因

當(dāng)鑄件外表的溫度下降到凝固溫度時，鑄件表面凝固一層硬殼，并緊緊包住內(nèi)部的液態(tài)金屬，此時內(nèi)澆口被凍結(jié)。進一步冷卻時，硬殼內(nèi)的液態(tài)金屬因溫度降低而發(fā)生液態(tài)收縮，以及對形成硬殼時凝固收縮的補充，液面下降。與此同時，固態(tài)硬殼也因溫度降低而使鑄件外表尺寸縮小。由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮超過硬殼的固態(tài)收縮，因而液體將與硬殼的頂面脫離。依次進行下去，硬殼不斷加厚，液面將不斷下降，待金屬全部凝固后，在鑄件上部就形成一個倒錐形的縮孔。而產(chǎn)生縮孔的條件是鑄件由表及里的逐層凝固(而不是整個體積同時凝固)。

制造擋塊時使用的模具底部有橡膠片防止金屬液漏出，這就妨礙了模具底部的散熱，而且模具的正中心有泡沫塑料塊，這個塑料塊也妨礙了散熱，這就是縮孔出現(xiàn)延伸到擋塊下部、而且不全是倒錐形的原因。這兩個因素使得預(yù)測縮孔的位置和容積變得不可能，所以修改模具的設(shè)計、設(shè)置冒口以消除縮孔技術(shù)上變得不可行。

對縮孔容積的影響因素有: (1)鑄型的激冷能力越大，縮孔容積越小; (2)澆注溫度越高，縮孔容積越大;(3)澆注速度越慢，縮孔容積越小。

2 消除的對策及工藝

2.1 消除縮孔對策

(1)提高鑄型的激冷能力，加速模具的冷卻。

(2)盡量降低澆注溫度，只要合金液體可以流動，就澆注。

(3)減慢澆注速度。

2.2 具體消除縮孔的工藝

分層澆注，每層厚度不超過1.6cm，以便可以邊澆注邊監(jiān)視液體的凝固程度，并且在發(fā)現(xiàn)液面凹陷時及時補縮。同時可以實現(xiàn)擋塊從下至上實現(xiàn)明顯的順序凝固。應(yīng)注意射野越小，層厚也應(yīng)當(dāng)越薄。

合金液體溫度高到足以流動時，馬上澆注第一層，并同時在泡沫塑料邊緣、擋塊的厚部充填合金碎塊及長約8cm的合金條，碎塊大小要適當(dāng)(1/4個五號電池大小最合適)，當(dāng)合金液即將凝固時，澆注第二層，同時填充碎塊并且將整個模具浸入水中(但切不可浸沒)。盡量制造一個邊澆注邊凝固的條件。

填充碎塊的目的是將擋塊的厚、大部位降溫，使其盡量可以和薄壁同時凝固;合金條的作用是起到類似建筑中的鋼筋的作用，防止擋塊層與層之間因為結(jié)合的強度不足而導(dǎo)致分離。如此澆注至擋塊厚度合乎標(biāo)準(zhǔn)。

在澆注過程中要始終注意液體的凝固程度，冬天工作模具可以不浸水，以便擋塊邊緣可以和中心盡量同時凝固。

澆注至最后一層時，要注意:此時泡沫塊的邊緣部位通常有凹陷，原因是擋塊的頂部已經(jīng)凝固，但頂部硬殼之下會因為泡沫塊的保溫作用而仍有部分糊狀合金尚未徹底凝固，此部分糊狀合金凝固時仍會形成縮松，頂部的薄層硬殼的強度不足以承受大氣壓力而凹陷。此時應(yīng)將擋塊頂部當(dāng)成一個位于頂部開放性的明冒口，適時補充溫度稍高、流動性稍強的合金液，重新熔化頂部薄層以填補細小孔洞、消除縮松。

3 結(jié)果及討論

使用此工藝制作擋塊后，仍使用電烙鐵連續(xù)檢查89個制作好的擋塊，分別在擋塊的上、中、下部“探傷”，并在其后的澆注工作中有意識地抽樣檢查小射野(等效面積小于6cm2)的擋塊77塊，均未再發(fā)現(xiàn)縮孔。證實此工藝能有效的(防止擋塊中出現(xiàn)縮孔。

電烙鐵的頭部有一定的體積(半徑0.8cm)，在“探傷”過程中，不能排除出現(xiàn)以下情況:擋塊中仍可能有細小的縮孔，但是在電烙鐵熔化擋塊的過程中，被熔融狀態(tài)的合金液隨即填補了，從而未能發(fā)現(xiàn)。

我們認為:在實踐工作中，應(yīng)使用功率及頭部體積都適當(dāng)?shù)碾娎予F，從而使得縱向長度超過1.6cm的縮孔必然可以被探出。如果未能探出，則證明該縮孔的縱向長度沒有超過1.6cm，體積如此細小的縮孔不至于使原射線的穿射量超過5%，所以可以忽略。此分層澆注工藝選擇1.6cm左右的層厚，意義就在于此。

［1］胡逸民.腫瘤放射物理學(xué)［M］.北京，原子能出版社.

［2］陳宗民，于文強.鑄造金屬凝固原理［M］.北京，北京大學(xué)出版社.

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2015－02－15