柴油機汽缸套穴蝕的成因與預(yù)防措施

王玉明

摘要：穴蝕破壞會造成柴油機汽缸套缸壁穿透而報廢，給用戶或使用單位造成較大的經(jīng)濟損失。分析了穴蝕產(chǎn)生的原因，提出了預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：柴油機;汽缸套;穴蝕

柴油機在運轉(zhuǎn)中，缸套外表面和缸體內(nèi)表面浸水的某些部位，會產(chǎn)生不同于一般腐蝕和機械磨損的呈蜂窩狀密集麻點或魚鱗狀剝落痕跡，這種現(xiàn)象在發(fā)動機中稱為“穴蝕”。近年來，伴隨高速大功率柴油機的出現(xiàn)，汽缸套及機體越來越多地出現(xiàn)穴蝕破壞，而穴蝕一旦發(fā)生，其發(fā)展會很快，有的柴油機運行不到1 000 h，缸套就因穴蝕穿透缸壁而報廢，給用戶或使用單位造成較大的經(jīng)濟損失。因此，研究其形成的原因，以便采取預(yù)防措施延緩穴蝕的產(chǎn)生，對減少機械故障和延長機械壽命是有必要的。

1穴蝕現(xiàn)象

穴蝕區(qū)域有很多孔徑為1～5 mm、深達2～3 mm的孔群，成片狀分布?？锥幢砻媲鍧崳瑳]有腐蝕生成物的沉積。隨著柴油機運轉(zhuǎn)時間的延長，這些孔洞逐漸擴大、變深，會引起汽缸套穿透漏水而失效。缸套穴蝕發(fā)生的部位都聚集在連桿擺動平面以內(nèi)，且在下述三個區(qū)域內(nèi)最易產(chǎn)生：①連桿擺動平面的兩側(cè)，缸套中上部及下部聚集如帶狀的深孔群，且在活塞主推力面一側(cè)穴蝕較為嚴(yán)重。②在進水口處及水流轉(zhuǎn)彎處孔洞聚集，是振動和水力共同作用下產(chǎn)生的穴蝕。③在支承及上下腰帶處產(chǎn)生細小穴蝕，呈蠕蟲形、條狀凹坑或不規(guī)則的環(huán)形凹坑，嚴(yán)重時會形成裂紋。

2穴蝕產(chǎn)生的原因

穴蝕是腐蝕的一種特殊形式， 它是物理破壞和化學(xué)破壞結(jié)合的產(chǎn)物?；钊麑Ω滋桩a(chǎn)生撞擊，使缸套高頻振動，引起了流體的動壓變化，使冷卻水受到交變的作用力，時而拉伸，時而壓縮。當(dāng)水受拉伸時，水層中形成低壓區(qū)。當(dāng)壓力低于該溫度下的飽和蒸汽壓力時，引起局部流體汽化，產(chǎn)生空泡。隨后水受壓縮時，空泡內(nèi)壓力驟然升高，使空泡潰滅產(chǎn)生高達數(shù)千兆帕的壓力波和微射流，射速可達130 m/s。壓力波和微射流直接作用在汽缸套外壁極小的面積上，使金屬表面受到很高的沖擊擠壓應(yīng)力。當(dāng)這種周而復(fù)始的沖擊載荷超過材料的屈服強度時，受沖擊處便產(chǎn)生塑性變形和疲勞剝落破壞。由于機械剝落破壞了金屬表面的氧化層，露出金屬本體，使得電位差增大，又加速了電化腐蝕（包括不同材料間的電化學(xué)腐蝕、應(yīng)力腐蝕和氧濃度差腐蝕等）。而電化學(xué)腐蝕的結(jié)果，又使金屬表面疏松，力學(xué)性能下降，這樣又加速了機械剝落的破壞。因而穴蝕破壞是機械作用的疲勞剝落破壞與電化學(xué)腐蝕破壞共同作用的結(jié)果。兩者互為因果，相互影響，相互促進，使得穴蝕破壞速度加快，在汽缸套外壁上產(chǎn)生蜂窩狀孔群，嚴(yán)重時可將汽缸套擊穿。汽缸套的穴蝕破壞除上述原因外，還有柴油機的結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝、金屬材料、維護保養(yǎng)和使用管理等方面的因素。

3預(yù)防與修理

對于高速柴油機來說，汽缸套的穴蝕破壞速度是很快的，一般可達（1.5～5） mm/1000 h。因此，穴蝕破壞直接影響了柴油機工作的可靠性和使用壽命。有資料統(tǒng)計表明，穴蝕破壞可使汽缸套的使用壽命降低05～5年。所以要提高柴油機工作的可靠性和延長其使用壽命，就要對柴油機汽缸套的穴蝕進行預(yù)防與修理。

（1）盡量減小汽缸套的振動，振動是穴蝕的根源。在柴油機修理中，一是應(yīng)盡量減少活塞與汽缸套的配合間隙;二是要保證汽缸套的支承剛度。汽缸套的上、下腰帶處與機體上、下支承孔的配合間隙不宜過大，更小的間隙有利于限制汽缸套振動的振幅，從而減少穴蝕破壞;三是要盡量保證修理和裝配質(zhì)量，以減少柴油機的振動。引起柴油機較大振動的主要因素有：曲軸的直線度、曲軸的動平衡、各缸活塞連桿組件的質(zhì)量差、供油量和供油時間，及與所帶機械的對中性不好和固定不牢等。

（2）使用管理中提高冷卻水的溫度。冷卻水溫度不宜過低，較高的水溫容易形成蒸汽，對空泡的潰滅有阻尼作用，從而減輕穴蝕。試驗和實踐證明，當(dāng)冷卻水溫度在55 ℃時，汽缸套穴蝕最為嚴(yán)重，提高冷卻水溫度至85 ℃時，對減輕穴蝕最為有利。此外，減少水中的含氧量、清除水中的雜質(zhì)、提高水的潔凈度均有利于減輕穴蝕。

（3）有些柴油機在汽缸套左右兩側(cè)采用焊鋅帶的辦法，即減輕汽缸套的穴蝕，又防止電化學(xué)腐蝕。

（4）改善腐蝕環(huán)境和冷卻水中的介質(zhì)是使用最普遍和行之有效的辦法之一，即在冷卻水中加入添加劑，可起到防腐蝕、防穴蝕、防垢和防凍等作用。目前國內(nèi)外普遍采用在柴油機冷卻液中加入添加劑，來預(yù)防汽缸套穴蝕的產(chǎn)生，如美國的D.C.A冷卻液添加劑和日本的T.C.L不凍液，能夠在發(fā)動機缸套表面形成保護膜，并隨著液體的流動不斷沖刷生成于汽缸套外表面的氣泡，從而大大降低產(chǎn)生穴蝕的機率。目前國產(chǎn)的HG-KB冷卻液添加劑在防穴蝕和防腐蝕等性能方面均優(yōu)于美國、日本和國內(nèi)的同類產(chǎn)品。將HG-KB多功能添加劑加入冷卻水后，緩蝕率可達90%以上。

（5）當(dāng)汽缸套的穴蝕深度超過壁厚的1/2時，一般都作報廢處理。穴蝕深度小于壁厚的1/2時，可用膠補的辦法進行修理。膠補時先將孔穴清洗干凈，使金屬基體露出，然后用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑將孔穴填平，待粘結(jié)劑固化后，再涂上一層防穴蝕的涂料。對穴蝕較深的孔用銅焊條焊補也有一定的作用。對穴蝕不是很嚴(yán)重的缸套，可將汽缸套換位90°使用。但這種方法只能在汽缸套結(jié)構(gòu)許可換位的情況下才能采用，如195型柴油機的汽缸套就不能換位90°使用。