閥廳金具鑄造缺陷解決方法探討

0 引言

“疆電入渝”工程是我國首批沙戈荒大型風(fēng)電光伏基地外送工程之一，總投資286億元。工程起于巴里坤換流站，止于重慶市渝北區(qū)渝北換流站，途經(jīng)新疆、甘肅、陜西、四川、重慶五地，直流線路全長 。巴里坤士 換流站工程要求對金具內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行探傷檢測，不允許產(chǎn)品有縮松和氣孔等缺陷。本工程閥廳內(nèi)各種型式的連接金具（含均壓球內(nèi)部金具）共計120套（含球內(nèi)連接金具80套，換流變連接金具24套，均壓環(huán)12套，避雷器連接金具4套），所有金具我公司均按GB/T11346—2018《鋁合金鑄件射線照相檢測缺陷分級》標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行探傷檢測。在生產(chǎn)過程中，通過探傷發(fā)現(xiàn)部分產(chǎn)品內(nèi)部出現(xiàn)氣孔和縮松。公司領(lǐng)導(dǎo)高度重視，成立攻關(guān)小組，從以下幾個方面圓滿解決了產(chǎn)品有氣孔、縮松、縮等缺陷的問題。

1控制金屬液含氣量

熔煉金屬時，盡量減少溶入金屬液中的氣體元素，采用優(yōu)秀的鋁錠原材料、合理的熔煉操作和合適的熔煉設(shè)備。爐料熔化后立即在鋁液表面撒入覆蓋劑[1，防止鋁液氧化和吸氣，便于渣、鋁分離。覆蓋劑采用SRWF無公害覆蓋劑，使用量占爐料總量的 。鋁液在澆鑄前必須進(jìn)行精煉處理，去除鋁液中的氣體和各種非金屬夾雜物，以獲得優(yōu)質(zhì)的鋁液。鋁液達(dá)到精煉溫度后，將烘干的精煉劑分批用鐘罩壓入鋁液中，鐘罩在距坩堝底部 左右處輕微攪動，直至精煉完畢。

精煉工藝參數(shù)應(yīng)符合表1規(guī)定。精煉靜置后澆鑄一塊試樣，在常壓下凝固，借刮去表面氧化皮露出的光亮鏡面觀察氣泡析出情況，精煉效果檢查規(guī)定如表2所示。

2 優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計

在金屬模澆鑄過程中，減少縮松和氣孔的關(guān)鍵在于優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，使產(chǎn)品壁厚變化均勻，連接處圓滑過渡，優(yōu)化鑄造工藝，控制金屬液的流動和溫度，確保模具設(shè)計合理并保持良好的模具和鑄型條件。其中代號408（巴里坤）的蓋板，模具設(shè)計為一模兩出，中間側(cè)澆鑄。由于產(chǎn)品薄厚不均勻，在最厚處有氣孔、縮松，探傷圖如圖1所示。蓋板408（巴里坤）需與多個本體組合成不同的產(chǎn)品，此產(chǎn)品約需要幾千個，如探傷不過關(guān)，將影響30多個產(chǎn)品供貨。

通過觀察分析，此產(chǎn)品中間局部較厚，產(chǎn)品壁厚變化不均勻，于是對產(chǎn)品中間去除部分材料；螺栓孔容易使鋁液形成匯流，所以新模具螺栓孔不帶出。改進(jìn)后產(chǎn)品壁厚變化均勻，連接處圓滑過渡，探傷未見氣孔、縮松。產(chǎn)品改進(jìn)后探傷圖如圖2所示，檢測合格[2-3]。

3 優(yōu)化澆鑄系統(tǒng)

金屬型鑄造澆鑄速度較大，液體金屬充型時，為使型腔內(nèi)氣體盡快排出，要確保氣體流向和金屬液流向一致，順利讓氣體從冒口排出，盡量減小澆道垂直高度，避免液體金屬充型時翻滾、飛濺，產(chǎn)生渦流，沖擊型壁或型芯。金屬型澆鑄系統(tǒng)根據(jù)澆道鋁液流入型腔的位置一般分為頂澆鑄式、側(cè)澆鑄式和底澆鑄式[]。

1）頂澆鑄式，就是鋁液從型腔的頂部進(jìn)入型腔。這種澆鑄形式澆道相對其他形式較短，金屬液消耗少，但鋁液流動易產(chǎn)生渦流卷氣，氣體排出困難，易氣形成缺肉。

2）側(cè)澆鑄式，就是鋁液從型腔的側(cè)面進(jìn)入型腔。

這種澆鑄形式金屬液流動平穩(wěn)，便于排氣、集渣等，澆道較長，鋁液消耗量大，澆冒口回爐多，鋁損耗多，費電。

③）底澆鑄式，就是鋁液從型腔的底部進(jìn)入型腔。這種澆鑄形式金屬液流動較平穩(wěn)，排氣好，但溫度分布不合理，有些產(chǎn)品會因為較厚的地方距離冒口較遠(yuǎn)，補縮不到而形成縮。

5561（巴里坤）改進(jìn)前采用從產(chǎn)品頂部澆鑄金屬液方式，金屬液流動不平穩(wěn)，鋁液產(chǎn)生渦流卷氣，氣體滯留在金屬液中，上部加強筋由于氣形成缺肉，如圖3所示。為消除加強筋氣缺肉的缺陷，決定在模具上開排氣線，在加強筋氣的地方用線切割，利用打桿孔割一條氣線，如圖4所示。

產(chǎn)品加氣線后，加強筋不再缺肉，但探傷有氣孔和縮松，探傷不合格，如圖5所示。由此說明加氣線不能明顯改善產(chǎn)品內(nèi)部氣孔和縮松，需要改進(jìn)澆鑄系統(tǒng)。澆鑄系統(tǒng)的不良設(shè)計和安裝會影響澆鑄效果，從而增加產(chǎn)生氣孔和縮松的風(fēng)險，需要采用合適的澆鑄系統(tǒng)，如直澆道、橫澆道、冒口等，確保澆鑄均勻、穩(wěn)定，避免氣孔和縮松產(chǎn)生。

為保證產(chǎn)品沒有氣孔和縮松，對模具澆鑄系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，如圖6所示。改進(jìn)后產(chǎn)品從側(cè)面澆道澆鑄，以保證金屬液在流入型腔時流動平穩(wěn)，方便氣體排出，減少鋁液翻滾卷氣和金屬被氧化，探傷合格，如圖7所示。

301B本體改進(jìn)前為底澆鑄，金屬液流動與排氣同方向，也符合順序凝固要求，但是此成品中間較厚，凝固補縮出現(xiàn)了問題4，出現(xiàn)了縮，如圖8所示。圖中4個焊導(dǎo)線的孔使鋁液流動形成匯流、卷氣。由于加氣塞和提高澆鑄溫度都解決不了產(chǎn)品圖示位置縮的問題，于是從底澆鑄改為側(cè)澆鑄，并且去除4個焊導(dǎo)線孔。產(chǎn)品如圖9所示，金屬液沒有了匯流，流動平穩(wěn)，金屬充型時間短，產(chǎn)品較厚處靠近冒口，補縮好。

4調(diào)整控制澆鑄溫度

鋁是一種易氧化的金屬，需要控制熔煉溫度，熔煉溫度過高或過低都會影響鑄件的質(zhì)量。過高的熔煉溫度會使鋁液過熱，產(chǎn)生氧化皮，從而形成氣孔；過低的熔煉溫度則會導(dǎo)致鋁液冷卻不均勻，形成夾渣和氣孔。因此，需要根據(jù)鑄件的材質(zhì)和厚度合理控制熔煉溫度，以避免氣孔產(chǎn)生。金屬模澆鑄溫度范圍如表3所示。

402線夾本體壁厚 gt;5mm，所以該產(chǎn)品澆鑄溫度范圍在 。通過對402線夾本體在 680℃ 710℃兩種不同溫度下澆鑄產(chǎn)品進(jìn)行探傷，發(fā)現(xiàn)此產(chǎn)品在溫度較高時探傷質(zhì)量更好。探傷圖分別如圖10、圖11所示。

5模具傾斜，提高工人澆鑄技巧

模具傾斜有利于氣體從模具型腔中排出，一般澆鑄工人會在模具后側(cè)墊一塊木頭或鐵條，如圖12所示。最后，還需要控制澆鑄速度，澆鑄速度過快會使鋁液翻滾，不利于氣體順利排出，從而形成氣孔。因此，需根據(jù)鑄件的材質(zhì)和厚度，合理控制鑄造速度，以避免氣孔的產(chǎn)生。

6 結(jié)束語

從以上案例分析可以看出，要徹底消除澆鑄氣孔和縮松等缺陷，設(shè)計人員必須在產(chǎn)品使用滿足連接和大電流導(dǎo)電需要的前提下改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計，使產(chǎn)品壁厚變化均勻，連接處圓滑過渡；工藝人員必須優(yōu)化鑄造工藝，根據(jù)不同的產(chǎn)品特點選擇不同的澆鑄方式，控制金屬液的流動，以免事后改進(jìn)模具費時費力，增加成本。在模具設(shè)計完成后可以利用加氣塞、割氣線、改變澆鑄溫度、模具傾斜、提高工人澆鑄技巧等措施與方法消除生產(chǎn)澆鑄過程中產(chǎn)品出現(xiàn)的氣孔、縮松和縮等澆鑄缺陷。

[參考文獻(xiàn)]

[1]鋁合金鑄件：GB/T9438—2013[S].

[2]無損檢測X射線數(shù)字成像檢測導(dǎo)則：GB/T35389—2017 [s].

[3]鋁合金鑄件射線照相檢測缺陷分級：GB/T11346—2018 [s].

[4]董永.金屬模鑄造對鑄件凝固的影響[J].鑄造設(shè)備研究， 1997（4）：42-45.

收稿日期：2025-01-02

作者簡介：黃?？。?974一），男，江蘇人，正高級工程師，從事電力金具設(shè)計及生產(chǎn)工藝研究工作。