混流式水輪機(jī)焊接轉(zhuǎn)輪上冠、下環(huán)鑄件

肖章玉、呂友清。

二重集團(tuán)（德陽）重型裝備股份有限公司、中國第一重型機(jī)械股份公司。

鑄件有多種分類方法：按其所用金屬材料的不同，分為鑄鋼件、鑄鐵件、鑄銅件、鑄鋁件、鑄鎂件、鑄鋅件、鑄鈦件等。而每類鑄件又可按其化學(xué)成分或金相組織進(jìn)一步分成不同的種類。如鑄鐵件可分為灰鑄鐵件、球墨鑄鐵件、蠕墨鑄鐵件、可鍛鑄鐵件、合金鑄鐵件等；按鑄型成型方法的不同，可以把鑄件分為普通砂型鑄件、金屬型鑄件、壓鑄件、離心鑄件、連續(xù)澆注件、熔模鑄件、陶瓷型鑄件、電渣重熔鑄件、雙金屬鑄件等。其中以普通砂型鑄件應(yīng)用最多，約占全部鑄件產(chǎn)量的80%。而鋁、鎂、鋅等有色金屬鑄件，多是壓鑄件。

用鑄造方法獲得的金屬物件，即把熔煉好的液態(tài)金屬，用澆注、壓射、吸入或其他方法注入預(yù)先準(zhǔn)備好的鑄型中，冷卻后經(jīng)落砂、清理（見鑄件清理）和后處理（見鑄件后處理），所得到的具有一定形狀，尺寸和性能的物件。

鑄件應(yīng)用歷史悠久。古代人們用鑄件作錢幣、祭器、兵器、工具和一些生活用具。近代，鑄件主要用作機(jī)器零部件的毛坯，有些精密鑄件，也可直接用作機(jī)器的零部件。鑄件在機(jī)械產(chǎn)品中占有很大的比重，如拖拉機(jī)中，鑄件重量約占整機(jī)重量的50～70%，農(nóng)業(yè)機(jī)械中占40～70%，機(jī)床、內(nèi)燃機(jī)等中達(dá)70～90%。各類鑄件中，以機(jī)械用的鑄件品種最多，形狀最復(fù)雜，用量也最大，約占鑄件總產(chǎn)量的60%。其次是冶金用的鋼錠模和工程用的管道。

鑄件也與日常生活有密切關(guān)系。例如經(jīng)常使用的門把、門鎖、暖氣片、上下水管道、鐵鍋、煤氣爐架、熨斗等，都是鑄件。

主要包括外觀質(zhì)量、內(nèi)在質(zhì)量和使用質(zhì)量。外觀質(zhì)量指鑄件表面粗糙度、表面缺陷、尺寸偏差、形狀偏差、重量偏差；內(nèi)在質(zhì)量主要指鑄件的化學(xué)成分、物理性能、機(jī)械性能、金相組織以及存在于鑄件內(nèi)部的孔洞、裂紋、夾雜、偏析等情況；使用質(zhì)量指鑄件在不同條件下的工作耐久能力，包括耐磨、耐腐蝕、耐激冷激熱、疲勞、吸震等性能以及被切削性、可焊性等工藝性能。

鑄件質(zhì)量對機(jī)械產(chǎn)品的性能有很大影響。例如，機(jī)床鑄件的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性，直接影響機(jī)床的精度保持壽命；各類泵的葉輪、殼體以及液壓件內(nèi)腔的尺寸、型線的準(zhǔn)確性和表面粗糙度，直接影響泵和液壓系統(tǒng)的工作效率，能量消耗和氣蝕的發(fā)展等；內(nèi)燃機(jī)缸體、缸蓋、缸套、活塞環(huán)、排氣管等鑄件的強(qiáng)度和耐激冷激熱性，直接影響發(fā)動機(jī)的工作壽命。

影響鑄件質(zhì)量的因素很多，第一是鑄件的設(shè)計工藝性。進(jìn)行設(shè)計時，除了要根據(jù)工作條件和金屬材料性能來確定鑄件幾何形狀、尺寸大小外，還必須從鑄造合金和鑄造工藝特性的角度來考慮設(shè)計的合理性，即明顯的尺寸效應(yīng)和凝固、收縮、應(yīng)力等問題，以避免或減少鑄件的成分偏析、變形、開裂等缺陷的產(chǎn)生。第二要有合理的鑄造工藝。即根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)、重量和尺寸大小，鑄造合金特性和生產(chǎn)條件，選擇合適的分型面和造型、造芯方法，合理設(shè)置鑄造筋、冷鐵、冒口和澆注系統(tǒng)等。以保證獲得優(yōu)質(zhì)鑄件。第三是鑄造用原材料的質(zhì)量。金屬爐料、耐火材料、燃料、熔劑、變質(zhì)劑以及鑄造砂、型砂粘結(jié)劑、涂料等材料的質(zhì)量不合標(biāo)準(zhǔn)，會使鑄件產(chǎn)生氣孔、針孔、夾渣、粘砂等缺陷，影響鑄件外觀質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量，嚴(yán)重時會使鑄件報廢。第四是工藝操作，要制定合理的工藝操作規(guī)程，提高工人的技術(shù)水平，使工藝規(guī)程得到正確實(shí)施。

鑄造生產(chǎn)中，要對鑄件的質(zhì)量進(jìn)行控制與檢驗(yàn)。首先要制定從原材料、輔助材料到每種具體產(chǎn)品的控制和檢驗(yàn)的工藝守則與技術(shù)條件。對每道工序都嚴(yán)格按工藝守則和技術(shù)條件進(jìn)行控制和檢驗(yàn)。最后對成品鑄件作質(zhì)量檢驗(yàn)。要配備合理的檢測方法和合適的檢測人員。一般對鑄件的外觀質(zhì)量，可用比較樣塊來判斷鑄件表面粗糙度；表面的細(xì)微裂紋可用著色法、磁粉法檢查。對鑄件的內(nèi)部質(zhì)量，可用音頻、超聲、渦流、X射線和γ射線等方法來檢查和判斷。

砂型鑄造鑄件缺陷有：冷隔、澆不足、氣孔、粘砂、夾砂、砂眼、脹砂等。

1）冷隔和澆不足 液態(tài)金屬充型能力不足，或充型條件較差，在型腔被填滿之前，金屬液便停止流動，將使鑄件產(chǎn)生澆不足或冷隔缺陷。澆不足時，會使鑄件不能獲得完整的形狀；冷隔時，鑄件雖可獲得完整的外形，但因存有未完全融合的接縫，鑄件的力學(xué)性能嚴(yán)重受損。

防止?jié)膊蛔愫屠涓簦禾岣邼沧囟扰c澆注速度。

2）氣孔 氣體在金屬液結(jié)殼之前未及時逸出，在鑄件內(nèi)生成的孔洞類缺陷。氣孔的內(nèi)壁光滑，明亮或帶有輕微的氧化色。鑄件中產(chǎn)生氣孔后，將會減小其有效承載面積，且在氣孔周圍會引起應(yīng)力集中而降低鑄件的抗沖擊性和抗疲勞性。氣孔還會降低鑄件的致密性，致使某些要求承受水壓試驗(yàn)的鑄件報廢。另外，氣孔對鑄件的耐腐蝕性和耐熱性也有不良的影響。

防止氣孔的產(chǎn)生：降低金屬液中的含氣量，增大砂型的透氣性，以及在型腔的最高處增設(shè)出氣冒口等。

3）粘砂 鑄件表面上粘附有一層難以清除的砂粒稱為粘砂。粘砂既影響鑄件外觀，又增加鑄件清理和切削加工的工作量，甚至?xí)绊憴C(jī)器的壽命。例如鑄齒表面有粘砂時容易損壞，泵或發(fā)動機(jī)等機(jī)器零件中若有粘砂，則將影響燃料油、氣體、潤滑油和冷卻水等流體的流動，并會玷污和磨損整個機(jī)器。

防止粘砂：在型砂中加入煤粉，以及在鑄型表面涂刷防粘砂涂料等。

4）夾砂 在鑄件表面形成的溝槽和疤痕缺陷，在用濕型鑄造厚大平板類鑄件時極易產(chǎn)生。

鑄件中產(chǎn)生夾砂的部位大多是與砂型上表面相接觸的地方，型腔上表面受金屬液輻射熱的作用，容易拱起和翹曲，當(dāng)翹起的砂層受金屬液流不斷沖刷時可能斷裂破碎，留在原處或被帶入其它部位。鑄件的上表面越大，型砂體積膨脹越大，形成夾砂的傾向性也越大。

5）砂眼 在鑄件內(nèi)部或表面充塞著型砂的孔洞類缺陷。

6）脹砂 澆注時在金屬液的壓力作用下，鑄型型壁移動，鑄件局部脹大形成的缺陷。 為了防止脹砂，應(yīng)提高砂型強(qiáng)度、砂箱剛度、加大合箱時的壓箱力或緊固力，并適當(dāng)降低澆注溫度，使金屬液的表面提早結(jié)殼，以降低金屬液對鑄型的壓力。

質(zhì)量檢測

鑄件的檢測主要包括尺寸檢查、外觀和表面的目視檢查、化學(xué)成分分析和力學(xué)性能試驗(yàn)，對于要求比較重要或鑄造工藝上容易產(chǎn)生問題的鑄件，還需要進(jìn)行無損檢測工作，可用于球墨鑄鐵件質(zhì)量檢測的無損檢測技術(shù)包括液體滲透檢測、磁粉檢測、渦流檢測、射線檢測、超聲檢測及振動檢測等。

一、鑄件表面及近表面缺陷的檢測

1）液體滲透檢測

液體滲透檢測用來檢查鑄件表面上的各種開口缺陷，如表面裂紋、表面針孔等肉眼難以發(fā)現(xiàn)的缺陷。常用的滲透檢測是著色檢測，它是將具有高滲透能力的有色（一般為紅色）液體（滲透劑）浸濕或噴灑在鑄件表面上，滲透劑滲入到開口缺陷里面，快速擦去表面滲透液層，再將易干的顯示劑（也叫顯像劑）噴灑到鑄件表面上，待將殘留在開口缺陷中的滲透劑吸出來后，顯示劑就被染色，從而可以反映出缺陷的形狀、大小和分布情況。需要指出的是，滲透檢測的精確度隨被檢材料表面粗糙度增加而降低，即表面越光檢測效果越好，磨床磨光的表面檢測精確度最高，甚至可以檢測出晶間裂紋。除著色檢測外，熒光滲透檢測也是常用的液體滲透檢測方法，它需要配置紫外光燈進(jìn)行照射觀察，檢測靈敏度比著色檢測高。

2）渦流檢測

渦流檢測適用于檢查表面以下一般不大于6～7MM深的缺陷。渦流檢測分放置式線圈法和穿過式線圈法2種。當(dāng)試件被放在通有交變電流的線圈附近時，進(jìn)入試件的交變磁場可在試件中感生出方向與激勵磁場相垂直的、呈渦流狀流動的電流（渦流），渦流會產(chǎn)生一與激勵磁場方向相反的磁場，使線圈中的原磁場有部分減少，從而引起線圈阻抗的變化。如果鑄件表面存在缺陷，則渦流的電特征會發(fā)生畸變，從而檢測出缺陷的存在，渦流檢測的主要缺點(diǎn)是不能直觀顯示探測出的缺陷大小和形狀，一般只能確定出缺陷所在表面位置和深度，另外它對工件表面上小的開口缺陷的檢出靈敏度不如滲透檢測。

3）磁粉檢測

磁粉檢測適合于檢測表面缺陷及表面以下數(shù)毫米深的缺陷，它需要直流（或交流）磁化設(shè)備和磁粉（或磁懸浮液）才能進(jìn)行檢測操作。磁化設(shè)備用來在鑄件內(nèi)外表面產(chǎn)生磁場，磁粉或磁懸浮液用來顯示缺陷。當(dāng)在鑄件一定范圍內(nèi)產(chǎn)生磁場時，磁化區(qū)域內(nèi)的缺陷就會產(chǎn)生漏磁場，當(dāng)撒上磁粉或懸浮液時，磁粉被吸住，這樣就可以顯示出缺陷來。這樣顯示出的缺陷基本上都是橫切磁力線的缺陷，對于平行于磁力線的長條型缺陷則顯示不出來，為此，操作時需要不斷改變磁化方向，以保證能夠檢查出未知方向的各個缺陷。

二、鑄件內(nèi)部缺陷的檢測

對于內(nèi)部缺陷，常用的無損檢測方法是射線檢測和超聲檢測。其中射線檢測效果最好，它能夠得到反映內(nèi)部缺陷種類、形狀、大小和分布情況的直觀圖像，但對于大厚度的大型鑄件，超聲檢測是很有效的，可以比較精確地測出內(nèi)部缺陷的位置、當(dāng)量大小和分布情況。

1）射線檢測（微焦點(diǎn)XRAY）

射線檢測，一般用X射線或γ射線作為射線源，因此需要產(chǎn)生射線的設(shè)備和其他附屬設(shè)施，當(dāng)工件置于射線場照射時，射線的輻射強(qiáng)度就會受到鑄件內(nèi)部缺陷的影響。穿過鑄件射出的輻射強(qiáng)度隨著缺陷大小、性質(zhì)的不同而有局部的變化，形成缺陷的射線圖像，通過射線膠片予以顯像記錄，或者通過熒光屏予以實(shí)時檢測觀察，或者通過輻射計數(shù)儀檢測。其中通過射線膠片顯像記錄的方法是最常用的方法，也就是通常所說的射線照相檢測，射線照相所反映出來的缺陷圖像是直觀的，缺陷形狀、大小、數(shù)量、平面位置和分布范圍都能呈現(xiàn)出來，只是缺陷深度一般不能反映出來，需要采取特殊措施和計算才能確定。國際鑄業(yè)網(wǎng)出現(xiàn)應(yīng)用射線計算機(jī)層析照相方法，由于設(shè)備比較昂貴，使用成本高，無法普及，但這種新技術(shù)代表了高清晰度射線檢測技術(shù)未來發(fā)展的方向。此外，使用近似點(diǎn)源的微焦點(diǎn)X射線系統(tǒng)實(shí)際上也可消除較大焦點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生的模糊邊緣，使圖像輪廓清晰。使用數(shù)字圖像系統(tǒng)可提高圖像的信噪比，進(jìn)一步提高圖像清晰度。

2）超聲檢測

超聲檢測也可用于檢查內(nèi)部缺陷，它是利用具有高頻聲能的聲束在鑄件內(nèi)部的傳播中，碰到內(nèi)部表面或缺陷時產(chǎn)生反射而發(fā)現(xiàn)缺陷。反射聲能的大小是內(nèi)表面或缺陷的指向性和性質(zhì)以及這種反射體的聲阻抗的函數(shù)，因此可以應(yīng)用各種缺陷或內(nèi)表面反射的聲能來檢測缺陷的存在位置、壁厚或者表面下缺陷的深度。超聲檢測作為一種應(yīng)用比較廣泛的無損檢測手段，其主要優(yōu)勢表現(xiàn)在：檢測靈敏度高，可以探測細(xì)小的裂紋；具有大的穿透能力，可以探測厚截面鑄件。其主要局限性在于：對于輪廓尺寸復(fù)雜和指向性不好的斷開性缺陷的反射波形解釋困難；對于不合意的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如晶粒大小、組織結(jié)構(gòu)、多孔性、夾雜含量或細(xì)小的分散析出物等，同樣妨礙波形解釋；另外，檢測時需要參考標(biāo)準(zhǔn)試塊。

鑄件缺陷如何修補(bǔ)鑄件：

解決鑄件縮松缺陷的方法，最根本的著眼點(diǎn)就是“熱平衡”。其方法是：

（1）在機(jī)床鑄件結(jié)構(gòu)形成的厚處與熱節(jié)處，實(shí)行快速凝固，人為地造成機(jī)床鑄件各處溫度場的基本平衡。采用內(nèi)外冷鐵，局部采用蓄熱量大的鋯英砂，鉻鐵礦砂或特種涂料。

（2）合理的工藝設(shè)計。內(nèi)澆道設(shè)在機(jī)床鑄件相對溥壁處，數(shù)時多且分散。使最早進(jìn)入厚壁處的金屬液率先凝固，薄壁處后凝固，使各處基本達(dá)到均衡凝固。對于壁厚均勻的機(jī)床鑄件，采用多個內(nèi)澆道和出氣孔。內(nèi)澆道多，分散與均布，使整體熱量均衡。出氣孔細(xì)且多，即排氣通暢又起散熱作用。

（3）改變內(nèi)澆道的位置

（4）選用蓄熱量大的造型材料，這對用消失模生產(chǎn)抗磨產(chǎn)品極為重要！鉻鐵礦砂取代石英砂等蓄熱量小的其它砂種，會取得良好的效果，澆畢微震更優(yōu)！

（5）低溫快燒，開放式澆注系統(tǒng)。使金屬液快速，平穩(wěn)，均衡地充滿鑄型。這要因件制宜。

（6）球鐵的機(jī)床鑄型強(qiáng)度大，表面硬度≧90，砂箱剛性大，對消除縮松有利。

（7）需要冒口時，當(dāng)首遷熱冒口，且離開熱節(jié)。若將冒口置于熱節(jié)上，必將加大冒口尺寸，形成“熱上加熱”。弄不好，非但縮松難除，還會產(chǎn)生集中性縮孔，又降低了工藝出品率。

（8）鑄型傾斜擺放與合金化，都獲益。消除機(jī)床鑄件縮松缺陷是一個復(fù)雜的認(rèn)識與實(shí)施過程。應(yīng)以“熱平衡”為基本原則，對雎體鑄件做科學(xué)分析，制訂合理的工藝方案，遷擇好適宜的造型材料，工裝及正確操作且標(biāo)準(zhǔn)化。那么任何機(jī)床鑄件的縮松缺陷都可以解決。

由于多種因素影響，常常會出現(xiàn)氣孔、針孔、夾渣、裂紋、凹坑等缺陷。常用的修補(bǔ)設(shè)備為氬弧焊機(jī)、電阻焊機(jī)、冷焊機(jī)等。對于質(zhì)量與外觀要求不高的鑄件缺陷可以用氬弧焊機(jī)等發(fā)熱量大、速度快的焊機(jī)來修補(bǔ)。但在精密鑄件缺陷修補(bǔ)領(lǐng)域，由于氬焊熱影響大，修補(bǔ)時會造成鑄件變形、硬度降低、砂眼、局部退火、開裂、針孔、磨損、劃傷、咬邊、或者是結(jié)合力不夠及內(nèi)應(yīng)力損傷等二次缺陷。冷焊機(jī)正好克服了以上缺點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在熱影響區(qū)域小，鑄件無需預(yù)熱，常溫冷焊修補(bǔ)，因而無變形、咬邊和殘余應(yīng)力，不會產(chǎn)生局部退火，不改變鑄件的金屬組織狀態(tài)。因而冷焊機(jī)適用于精密鑄件的表面缺陷修補(bǔ)。冷焊的焊補(bǔ)范圍為Φ1.5-Φ1.2mm焊補(bǔ)點(diǎn)反復(fù)熔化堆積的過程，在大面積缺陷修補(bǔ)過程中，修復(fù)效率是制約其廣泛推廣應(yīng)用的唯一因素。對于大缺陷，推薦傳統(tǒng)焊補(bǔ)工藝與鑄造缺陷修補(bǔ)機(jī)的復(fù)合應(yīng)用。可有時我們的缺陷沒有很多，就不必要投入較大的成本，我們用一些修補(bǔ)劑就可以修補(bǔ)好的，方便簡單，例如鐵質(zhì)材料的，我們可以用（勁素成）JS902修補(bǔ)一下就可以了，用不完可以放到以后再用，這樣可以為我們的廠家節(jié)省成本啊，讓我們的鑄造廠家把更多的資金投入到提高產(chǎn)品本身質(zhì)量上，讓使用者創(chuàng)造更多的財富。

三、鑄件質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果

鑄件質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果通常分為三類：合格品、返修品、廢品。

1）合格品指外觀質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量都符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或交貨驗(yàn)收技術(shù)條件的鑄件；

2）返修品指外觀質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量不完全符合標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收條件，但允許返修，返修后能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)和鑄件交貨驗(yàn)收技術(shù)條件要求的鑄件；

3）廢品指外觀質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量都不合格，不允許返修或返修后仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)和鑄造交貨驗(yàn)收技術(shù)條件要求的鑄件。廢品又分為內(nèi)廢和外廢兩種。內(nèi)廢指在鑄造廠內(nèi)或鑄造車間內(nèi)發(fā)現(xiàn)的廢品鑄件；外廢指鑄件在交付后發(fā)現(xiàn)的廢品，其所造成的經(jīng)濟(jì)損失遠(yuǎn)比內(nèi)廢大。

影響鑄件凝固方式的因素

鑄件的凝固方法有很多種。鑄件在凝固的過程中，其斷面上一般分為三個區(qū)：1—固相區(qū)2—凝固區(qū)3—液相區(qū)對凝固區(qū)影響較大的是凝固區(qū)的寬窄，依此劃分凝固方式。第一，中間凝固：大多數(shù)合金的凝固介于逐層凝固和糊狀凝固之間。第二，逐層凝固：純金屬，共晶成分合金在凝固過程中沒有凝固區(qū)，斷面液，固兩相由一條界限清楚分開，隨溫度下降，固相層不斷增加，液相層不斷減少，直達(dá)中心。第三，糊狀凝固：合金結(jié)晶溫度范圍很寬，在凝固某段時間內(nèi)，鑄件表面不存在固體層，凝固區(qū)貫穿整個斷面，先糊狀，后固化。相關(guān)專家表示，影響鑄件凝固方式的因素總結(jié)：第一，鑄件的溫度梯度。合金結(jié)晶溫度范圍一定時，凝固區(qū)寬度取決于鑄件內(nèi)外層的溫度梯度。溫度梯度愈小，凝固區(qū)愈寬。（內(nèi)外溫差大，冷卻快，凝固區(qū)窄）。第二，合金的結(jié)晶溫度范圍。范圍小：凝固區(qū)窄，愈傾向于逐層凝固。如：砂型鑄造，低碳鋼逐層凝固，高碳鋼糊狀凝固。

鑄造缺陷修補(bǔ)劑是雙組分、膠泥狀、室溫固化高分子樹脂膠 ，以金屬及合金為強(qiáng)化填充劑的聚合金屬復(fù)合型冷焊修補(bǔ)材料。與金屬具有較高的結(jié)合強(qiáng)度，并基本可保存顏色一致，具有耐磨抗蝕與耐老化的特性。固化后的材料具有較高的強(qiáng)度，無收縮，可進(jìn)行各類機(jī)械加工。具有抗磨損、耐油、防水、耐各種化學(xué)腐蝕等優(yōu)異性能，同時可耐高溫120℃。

用途

鑄造缺陷修補(bǔ)劑是由多種合金材料和改性增韌耐熱樹脂進(jìn)行復(fù)合得到的高性能聚合金屬材料，適用于各種金屬鑄件的修補(bǔ)及缺陷大于2mm的各種鑄件氣孔、砂眼、麻坑、裂紋、磨損、腐蝕的修復(fù)與粘接。通用于對顏色要求不太嚴(yán)格的各種鑄造缺陷的修復(fù)，具有較高的強(qiáng)度，并可與基材一起進(jìn)行各類機(jī)械加工。

如何檢測

鑄件本身的屬性直接影響加工的品質(zhì)，其中硬度值是決定鑄件加工的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

1）布氏硬度：主要用來測定鑄件、鍛件、有色金屬制件、熱軋坯料及退火件的硬度,測定范圍≯HB450。

2）洛氏硬度：HRA主要用于高硬度試件,測定硬度高于HRC67以上的材料和表面硬度,如硬質(zhì)合金、氮化鋼等，測定范圍HRA>70。HRC主要用于鋼制件（如碳鋼、工具鋼、合金鋼等）淬火或回火后的硬度測定,測定范圍HRC20~67。

3）維氏硬度：用來測定薄件和鋼板制件的硬度,也可用來測定滲碳、氰化、氮化等表面硬化制件的硬度。