船舶汽缸盖裂纹与检修分析.docx

1、船舶汽缸盖裂纹与检修分析）论文题目： 船舶汽缸盖裂纹与检修 二级学院： 轮机工程学院 专 业： 轮机工程技术 班 级： 摘 要 在简要介绍船舶柴油机气缸盖恶劣的工作环境基础上，指出它容易产生的故障，并针对常出现的裂纹故障，分析其裂纹产生的原因，并指出如何检查裂纹，以及一些应急修理方法，最后给出预防气缸盖裂纹产生的措施。关键词 船舶；柴油机；气缸盖；裂纹；检查；处理；预防 Abstract（3号黑体，居中）This essay firstly introduces the abominable working environment in which the diesel engine cyli

2、nder cover woeks，points out it easy to be in crouble and analyzes the causes leading to cracksIt also tells how to repair the cracks just by checking the cracks and preventing its appearance damage.Some measures are given here.Keywords Ship;Diesel Engine;Cylinder Cover;Crack;Check;Repair;Prvent目 录 1

3、 引言 1 2 汽缸盖产生裂纹的部位 1 3 汽缸盖产生裂纹的原因 13.1 结构设计上的原因 53.2 材料和工艺上的原因 63.3 装配和质量上的原因 63.4 操作和管理上的原因 63.5 维护和保养不良的原因 6 4 汽缸裂纹的检查方法 14.1 直接观察法 64.2 着色探伤法 64.3 液压试验法 64.3 其他方法 6 5 汽缸裂纹的修理方法 15.1 无机粘接剂修补法 105.2 金属扣合法 65.3 镶套修理法 65.4 焊补法 65.5 覆版修理法 6 6 预防汽缸盖产生裂纹的方法 16.1 改善汽缸盖材料质量 106.2 汽缸盖设计改良 106.3 加强对汽缸盖过热部位冷

4、却 106.4 轮机人员的操作管理规范化 10总 结 14致 谢 15参考文献 151 引言汽缸盖是船舶柴油机的主要固定部件，也是柴油机燃烧室的主要组成部分，汽缸盖的形式各异，根据柴油机的形式而分。汽缸盖上通常有安全阀，示工阀，排气阀，空气分配法，喷油器以及进排气驱动机构，因此各种汽缸盖的共同特点是结构复杂，孔隙较多，厚度不同，受力受热不均匀。汽缸盖不仅结构复杂，而起工作条件，受力，受热也十分复杂，恶劣汽缸盖地面一燃烧气体接触，经常受到燃烧气体的腐蚀和冲刷，并且经常受到交变的力和热负荷，气缸盖在受到燃烧气体的最大爆炸压力作用下的机械应力，汽缸盖厚度不同因而各部位受热情况不同所以受到较大的热应力

5、；汽缸盖受到贯穿螺栓的压应力，并且在气体力的作用下形成弯曲变形，从而使汽缸盖的应力集中，然而，冷却水腔也将受到水的腐蚀由于汽缸盖在如此恶劣的条件下公作，因此汽缸盖容易发生损坏，损坏形式有，地面和冷却强腔发生裂纹，截面变形而应力集中，冷却水腔还要受到水的腐蚀。本文主要介绍汽缸盖的主要损坏形式：裂纹 进行详细的论述，分析形成裂纹的原因以及修理的方法和预防的措施2 汽缸盖产生裂纹的部位船舶柴油机汽缸盖的裂纹一般都在汽缸盖底部应力集中处，如【孔与孔之间；孔与倒角园之间；冷却水腔的截面变化处】，产生裂纹的部位也与柴油机的机型，汽缸盖的材料，汽缸盖的结构不同而不一样。 船舶四冲程柴油机裂纹一般在进排气口与

6、喷油器孔之间。当裂纹发生在底部是，裂纹为径向裂纹，如果裂纹发生在外部时裂纹一般从喷油孔向进排气口方向扩展，是因为孔处的应力集中。 3 汽缸盖产生裂纹的原因 汽缸盖产生裂纹时汽缸盖比较常见故障，汽缸盖产生裂纹的根本原因是热应力和机械应力的交变作用。汽缸盖在交变的应力作用下产生疲劳裂纹，进而产生汽缸盖的裂纹。3.1 结构设计上的原因 气缸盖底面气阀孔周围之所以常产生裂纹，主要因为该处有较大的表面积，因此，受热膨胀和冷却时收缩速度都较大。例如，柴油机工作一段时间停车后，气缸盖温度分布变化剧烈，热量通过冷却水和进排气通道迅速散发，所以在气阀孔处容易产生裂缝。再者，由于结构或受力不合理、过度圆角太小等均

7、会引起过大的机械应力，从而导致裂纹。3.2 材料和工艺上的原因汽缸盖的材料选择不当，质量不符合要求，铸造时没有消除铸造应力，从而导致汽缸盖内部有缺陷，进而导致汽缸盖产生裂纹。3.3 装配置和质量上的原因汽缸盖的贯穿螺栓不按交叉方式拧紧；或者当汽缸盖底部发生漏气时直接拧紧贯穿螺栓来解决，进而造成汽缸盖受力不均而产生裂纹。喷油器安装不正确时会影响汽缸盖底部的变形，从而增大喷油孔处的应力，导致汽缸盖裂纹。3.4 操作和管理上的原因 柴油机长时间高负荷运行；启动柴油机前没有预热直接启动；使气缸从冷状态直接进入热状态或者是气缸从热状态直接进入冷状态，而产生裂纹。柴油机冷车启动或冷车启动过快，导致汽缸盖的

8、底面和冷却面温差太大，进而汽缸盖热应力集中。暖机后在启动，等到油，水达到一定温度在启动；频繁启动，或长时间超负荷运行都会导致应力集中；润滑油不足，冷却液少导致部件温度增加。3.5 维护和保养不良的原因汽缸盖安装没有按规定拧紧螺栓，使螺栓受力不均匀，使气缸盖受到较大扥附加应力。长时间运行没有清洗冷却腔，冷却腔内形成水垢影响冷却，导致汽缸盖热应力较大，从而导致汽缸盖裂纹。4 汽缸盖裂纹的检查方法 通常，汽缸盖的裂纹都有一个发生和扩展的过程，因此平时认真观察，细心检查以及及早发现可以避免事故的发生。通常检查汽缸盖裂纹釉3种方法：直接观察法， 着色探伤法， 液压实验法。4.1 直接观察法可根据冷却水压

9、力表指针的摆动和膨胀水箱中水位的上下波动及有无气泄、油渍等来判断气缸盖是否有裂纹，还可通过示功阀检查排气是否冒白烟或有燃烧不良现象来判断裂纹发生在哪一缸。经常检查曲轴箱中滑油油位的变化，若油位升高，油中水分明显增加，则应怀疑内有裂纹。4.2 着色探伤法着色探伤渗透液是含有红色颜料、溶剂和渗透剂等成分。具有渗透力强，渗透速度快，显象时清晰醒目，洗涤性好，化学稳定性好和无腐蚀或低毒等特点。显象剂常为氧化锌、氧化镁或二氧化钛等白色粉末和有机溶剂组成。显象剂具有悬浮力好，与渗透液有明显的衬度对比，显示缺陷清晰，易于辨别，无腐蚀性等特点。 在着色探伤操作中有浸液法、刷涂法和喷涂法。内压式喷灌操作简单，携

10、带方便，广为应用。一组内压式喷灌各装有清洗剂、渗透剂和显象剂。检验时，先用清洗剂清洁零件待检表面，然后喷涂一层渗透剂，依据材料不同有不同的渗透时间。如常温下铝、镁合金铸件约为15分钟，锻件和钢铸件应不小于30分钟；钢焊件和焊缝有的可打60分钟；塑料、玻璃、陶瓷等非金属材料在530分钟之间。渗透剂渗透时间对检验灵敏度影响很大。时间短，小缺陷难以发现，大缺陷显示不全；时间长，难以清洗和检验效率低。在清洗掉表面渗透剂后再喷涂显象剂，最后就可在白色衬底上显示出红色缺陷痕迹。4.3 液压试验法 对于内部微小的裂纹，如冷却水腔的微小裂纹，用着色法很难检查，通常做液压试验才能检查的出来。 液压试验法实质上是

11、在模拟使用条件下对轴承零件材料内部有无缺陷进行检查的一种无损检验发放。他不需要任何先进的仪器，只用一半的专用夹具和具有压力的气体或液体。 液压试验前，将待检验的零件上的孔，洞等全部堵塞，用专用夹具密封零件形成包括检验部位的密封空腔，注满液体或气体后完全封闭，按要求加压至规定的试验压力，保持一定时间后观察零件外表面山有无液体渗出或气体溢出，从而判断零件有无裂纹。 试验用液体可用水喝油，也可用空气，以有关要求而定。试验压力以零件工作条件而定。柴油机汽缸盖冷却水腔试验压力为0.7MPa，保持5分钟。另外，航行中根据下列现象判断燃烧空气零件有无穿透性裂纹： 1）柴油机运转中，轮机员可根据汽缸盖或活塞冷

12、却水表压力指针波动或膨胀水箱水为上下波动判断零件有穿透性裂纹。因为当汽缸盖或汽缸套有穿透性裂纹时，燃烧室中的高压燃气就会沿裂缝进入冷却水腔，使冷却水系统的压力升高，压力表指针和膨胀水柜水位均升高，当汽缸排气后压力低于冷却水压力，冷却水自裂缝进入汽缸大量泄漏，冷却水压力急剧降低，压力表指针和膨胀水箱水位又迅速降低，此外，还可以从冷却水温升高，淡水消耗量增加，扫汽箱有水流出，膨胀水箱的透气管有气泡冒出和冷水中有油星等现象进一步判断。 2）启动前进行转车和冲车时，轮机员应打示功阀观察有无水汽和水珠喷出。如有水汽或水珠喷出表明燃烧室零件有穿透性裂纹或喷油器冷却水漏泄，应进一步检查和处理，否者缸内积水较

13、多直接启动就会造成水机事故。 3）曲柄箱中滑油量不正常增多或滑油中水分明显增加，或滑又迅速乳化变质均表明由于燃烧室部件有穿透性裂纹使冷却水大量流入。 4）吊缸检修时，轮机员应认真仔细观察各个零件如发现活塞，汽缸盖和汽缸盖表面有锈痕，或活塞顶部积水等，说明燃烧室零件有穿透性裂纹。4.4 其他方法在检修时还可以用荧光法，磁力探伤法，超声波探伤法，射线探伤法等方法来检测裂纹。5 汽缸盖裂纹的修理方法 如果汽缸盖的裂纹较为严重，比如贯穿性裂纹，或者裂纹在关键部位，或裂纹程度比较严重，就直接更换汽缸盖。 如果汽缸盖裂纹不严重或应急延长使用，可以根据不同的环境选择不同的修理方法。5.1 无机粘接剂修补法

14、这是一种最为简单的修补方法，在零件工作环境在500一下可以使用，所以可以用来修补汽缸盖，由于温度的限制，在温度处采用有机粘接剂。5.2 金属扣合法 这种方法的特点是保证强度又有好的密封性，与其他方法比最可靠，为了增加密封性可以再裂纹处涂上有机粘接剂，其效果更好。5.3 镶套修理法主要用于汽缸盖进排气阀孔或喷油孔的内部修理，采用这种方法修理的汽缸盖可以用两年。衬套材料用不锈钢或者青铜，衬套端部与阀孔底部加紫铜垫加以密封。5.4 焊补法 裂纹短时，铲去裂纹进行焊接修补。 焊接工艺的要求比较严格，比如，焊接前要要对零件进行预热，焊接后对零件进行退火处理5.4 覆版修理法此修理法仅适用于汽缸盖外表面的

15、修理，可以得到较好的结果。具体体现在裂纹两端钻止裂孔，然后将钢板覆盖在裂纹部位上，再用螺钉固定在汽缸盖上。汽缸盖裂纹修理后，应对冷却水腔进行0.7MPa的水压试验，以检验修理质量。裂纹微小时应采用锉刀，油石或风砂轮等工具打磨裂纹处于以消磨，经无损探伤或水压试验检验合格后继续使用，否则继续打磨，检验。若裂纹深达壁厚的百分之3以上的话，停止打磨改用其他修理方法或予以换新。6 预防气缸盖产生裂纹的措施 为了保证柴油机的正常运转，作为柴油机的重要部件，预防其产生裂纹更为重要，本文总结了以下几条措施。6.1 改善气缸盖材质 通过改善材质来减少气缸盖裂纹的产生是一个颇为有效的措施，如缸径为400mm以下的

16、气缸盖通常以灰铸铁最为普遍，而缸径大于400mm时，由于灰铸铁经不起大变形的长期考验，因而以改用球墨铸铁为宜。6.2 气缸盖设计优化 如今年来许多中速柴油机都采用了双层底气缸盖的结构形式，它的设计观点是把热负荷和机械负荷分开来处理，采用较薄的底板可以提高冷却效果，降低底板温差，即用较薄的底板承受热负荷，采用较厚的顶面板、中间隔板和圆周壁来提高刚度承受机械负荷，这样使得机械应力和热应力各得其所。 再如，为减少燃烧室壁上的热应力，缸盖四周不能箍得太紧，缸盖与缸套的定位凸肩要留有充分的余地，有如缸盖阀门的过桥处常易产生裂纹，可在产生裂纹的部位预先铣去一部分金属，以减轻应力集中程度，从而减少了由于热应

17、力过大而导致裂纹产生的几率。6.3 加强对气缸盖过热部位的冷却 在柴油机投入运行前，彻底清洗冷却水腔，保证水路畅通。控制冷却水的质量，按说明书的规定控制好冷却水的温度、温差和流量。在柴油机缸盖冷却水道内增设挡水板，加快水流速度，且对水流给以必要的引导，使其定向地冲刷排气门和喷油器使这些受热严重的部件得较好的冷却。避免长时间超负荷运转，防止过热。当采用外源驱动冷却水泵时，柴油机停车后不应过早停止冷却水循环，以避免产生冷却水“过后沸腾”现象。6.4 轮机人员的操作管理科学化。若对柴油机操作管理不当，同样会导致气缸盖产生裂纹。例如，柴油机冷车启动或启动后加速太快都容易产生裂纹。更甚者，轮机人员在没有

18、充分暖缸的情况下增加负荷，急剧调节冷却水量，造成气缸盖“激碎”现象。这是由于受热部件和冷却液的温度升高都需要有一个过程，如果加速过快，燃烧室部件就会因内外壁温差过大而产生过大的热应力，长此下去，就会产生裂纹，因此，轮机人员启动主机前必须充分暖机，启动后不可加速太快，待油温和水温升高后，方可加至全速，同时还要及时清除冷却水腔中的水垢和铁锈9。结论 气缸盖对于船舶柴油机是一个非常重要的部件的，由于气缸盖的工作条件十分恶劣，在正常条件下气缸盖出现裂纹是不可避免的。气缸盖产生裂纹的原因也是多方面的，只有认真对故障进行统计分析，在实际工作中遇到问题应从多方面因素进行综合考虑与判断。本文在分析探讨气缸套产

19、生裂纹的原因的基础上，提出了在使用和保修中减少船舶柴油机气缸盖产生裂纹故障的处理及预防措施，有利于减少气缸盖的故障，保持柴油机良好的性能，对于提高船舶柴油机的整机寿命和机械设备的使用效益有十分重要的意义。而船舶在航行期间，柴油机气缸盖产生裂纹主要是轮机管理不良所导致。因此，在减少气缸盖故障的工作中，提高轮机人员管理水平，科学的轮机管理是关键，严格按照柴油机的保养程序和使用注意事项执行，定期检查，及时维护，保证船舶的正常航行。 致谢语本文得到了“金津”轮上的轮机长和三管轮的耐心指导，他们在资料搜集和构建论文写作的基本思路上给了我很大的帮助，并对本文做了认真的修改，对论文的完成起了决定性的作用，还

20、有他们所教于我的做事的信念，做人的道理，当是今后人生中的一大财富。另外还要特别感谢批阅该论文的集美大学轮机工程学院的老师，在此向您说一声“老师，您辛苦了！”最后，对所有曾关心、支持我的老师和同学们献上我最诚挚的谢意。参考文献1黄少竹.船舶柴油机M.大连：大连海事大学出版社，2006.6566.2满一新.船机维修技术M.大连：大连海事大学出版社，2006.123125.3王锦辉.船舶柴油机气缸盖的裂纹产生原因分析及修理J.中国修船，2005（5）：911.4王瑞宣，宫子武.“金盛”轮主机气缸盖裂纹的原因分析与管理J.船海工程，2006（1）： 6163.5王德生，王宏生. 船舶柴油机气缸盖产生裂

21、纹的分析与预防J.船海工程，2002（3）：3334.6陈学宁.B&W 5L35MC汽缸盖裂纹原因探讨及修复J.中国修船，2005（4）：2223.7李世臣.某轮主机气缸盖裂纹事故原因分析J.大连海事大学学报，1994，20（3）：3841. 8孙和培.“EPTA”轮主机气缸盖裂纹的原因分析与管理J.天津航海，2008（4）：2426.9邹金海.柴油机气缸盖的检修J.中国水运，2003，（9）：43.10施洪新.船舶柴油机气缸盖的裂纹及其检修工艺J.航海技术，2002，（4）：6667.11朱彤.柴油机零件实用手工修复J.中国修船，1996（1）：1617.12XiaoLei Xu, Zhiwei Yu.Failure Analysis of a Diesel Engine Cylinder Head.Engineering Failure Analysis，2006，（13）：11011107.13Wang Deming.Numerical Simulation of Water Quenching Process of an Engine Cylinder HeadJ.Advanced Simulation Technologies，2003，（5）：15711578.