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柴油机汽缸套穴蚀的成因与预防措施
来源:本站整理  作者:佚名  2019-08-05 07:08:28

  摘要:穴蚀破坏会造成柴油机汽缸套缸壁穿透而报废,给用户或使用单位造成较大的经济损失。分析了穴蚀产生的原因,提出了预防措施。

 
    柴油机在运转中,缸套外表面和缸体内表面浸水的某些部位,会产生不同于一般腐蚀和机械磨损的呈蜂窝状密集麻点或鱼鳞状剥落痕迹,这种现象在发动机中称为“穴蚀”。近年来,伴随高速大功率柴油机的出现,汽缸套及机体越来越多地出现穴蚀破坏,而穴蚀一旦发生,其发展会很快,有的柴油机运行不到1 000 h,缸套就因穴蚀穿透缸壁而报废,给用户或使用单位造成较大的经济损失。因此,研究其形成的原因,以便采取预防措施延缓穴蚀的产生,对减少机械故障和延长机械寿命是有必要的。

    1穴蚀现象
    穴蚀区域有很多孔径为1~5 mm、深达2~3 mm的孔群,成片状分布。孔洞表面清洁,没有腐蚀生成物的沉积。随着柴油机运转时间的延长,这些孔洞逐渐扩大、变深,会引起汽缸套穿透漏水而失效。缸套穴蚀发生的部位都聚集在连杆摆动平面以内,且在下述三个区域内最易产生:①连杆摆动平面的两侧,缸套中上部及下部聚集如带状的深孔群,且在活塞主推力面一侧穴蚀较为严重。②在进水口处及水流转弯处孔洞聚集,是振动和水力共同作用下产生的穴蚀。③在支承及上下腰带处产生细小穴蚀,呈蠕虫形、条状凹坑或不规则的环形凹坑,严重时会形成裂纹。

2穴蚀产生的原因
    穴蚀是腐蚀的一种特殊形式,它是物理破坏和化学破坏结合的产物。活塞对缸套产生撞击,使缸套高频振动,引起了流体的动压变化,使冷却水受到交变的作用力,时而拉伸,时而压缩。当水受拉伸时,水层中形成低压区。当压力低于该温度下的饱和蒸汽压力时,引起局部流体汽化,产生空泡。随后水受压缩时,空泡内压力骤然升高,使空泡溃灭产生高达数千兆帕的压力波和微射流,射速可达130 m/s。压力波和微射流直接作用在汽缸套外壁极小的面积上,使金属表面受到很高的冲击挤压应力。当这种周而复始的冲击载荷超过材料的屈服强度时,受冲击处便产生塑性变形和疲劳剥落破坏。由于机械剥落破坏了金属表面的氧化层,露出金属本体,使得电位差增大,又加速了电化腐蚀(包括不同材料间的电化学腐蚀、应力腐蚀和氧浓度差腐蚀等)。而电化学腐蚀的结果,又使金属表面疏松,力学性能下降,这样又加速了机械剥落的破坏。因而穴蚀破坏是机械作用的疲劳剥落破坏与电化学腐蚀破坏共同作用的结果。两者互为因果,相互影响,相互促进,使得穴蚀破坏速度加快,在汽缸套外壁上产生蜂窝状孔群,严重时可将汽缸套击穿。汽缸套的穴蚀破坏除上述原因外,还有柴油机的结构设计、制造工艺、金属材料、维护保养和使用管理等方面的因素。
 
3预防与修理
    对于高速柴油机来说,汽缸套的穴蚀破坏速度是很快的,一般可达(1.5~5) mm/1000 h。因此,穴蚀破坏直接影响了柴油机工作的可靠性和使用寿命。有资料统计表明,穴蚀破坏可使汽缸套的使用寿命降低0.5~5年。所以要提高柴油机工作的可靠性和延长其使用寿命,就要对柴油机汽缸套的穴蚀进行预防与修理。
    (1)尽量减小汽缸套的振动,振动是穴蚀的根源。在柴油机修理中,一是应尽量减少活塞与汽缸套的配合间隙;二是要保证汽缸套的支承刚度。汽缸套的上、下腰带处与机体上、下支承孔的配合间隙不宜过大,更小的间隙有利于限制汽缸套振动的振幅,从而减少穴蚀破坏;三是要尽量保证修理和装配质量,以减少柴油机的振动。引起柴油机较大振动的主要因素有:曲轴的直线度、曲轴的动平衡、各缸活塞连杆组件的质量差、供油量和供油时间,及与所带机械的对中性不好和固定不牢等。
    (2)使用管理中提高冷却水的温度。冷却水温度不宜过低,较高的水温容易形成蒸汽,对空泡的溃灭有阻尼作用,从而减轻穴蚀。试验和实践证明,当冷却水温度在55℃时,汽缸套穴蚀最为严重,提高冷却水温度至85℃时,对减轻穴蚀最为有利。此外,减少水中的含氧量、清除水中的杂质、提高水的洁净度均有利于减轻穴蚀。
    (3)有些柴油机在汽缸套左右两侧采用焊锌带的办法,即减轻汽缸套的穴蚀,又防止电化学腐蚀。
    (4)改善腐蚀环境和冷却水中的介质是使用最普遍和行之有效的办法之一,即在冷却水中加人添加剂,可起到防腐蚀、防穴蚀、防垢和防冻等作用。目前国内外普遍采用在柴油机冷却液中加人添加剂,来预防汽缸套穴蚀的产生,如美国的D. C. A冷却液添加剂和日本的T.C.L不冻液,能够在发动机缸套表面形成保护膜,并随着液体的流动不断冲刷生成于汽缸套外表面的气泡,从而大大降低产生穴蚀的机率。目前国产的HG-KB冷却液添加剂在防穴蚀和防腐蚀等性能方面均优于美国、日本和国内的同类产品。将HG-KB多功能添加剂加人冷却水后,缓蚀率可达90%以上。
    (5)当汽缸套的穴蚀深度超过壁厚的1/2时,一般都作报废处理。穴蚀深度小于壁厚的1/2时,可用胶补的办法进行修理。胶补时先将孔穴清洗干净,使金属基体露出,然后用环氧树脂粘结剂将孔穴填平,待粘结剂固化后,再涂上一层防穴蚀的涂料。对穴蚀较深的孔用铜焊条焊补也有一定的作用。对穴蚀不是很严重的缸套,可将汽缸套换位90°使用。但这种方法只能在汽缸套结构许可换位的情况下才能采用,如195型柴油机的汽缸套就不能换位90°使用。
 

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