柴油機機體裂紋的監測診斷與維修

曹日起，王永旭，于濤，劉享明

（海軍 91315 部隊，遼寧 大連 116041）

0 引 言

柴油機是絕大多數船舶主動力系統和輔助動力系統的能量來源，柴油機機體是柴油機的重要受力部分，柴油機機體產生的裂紋嚴重時將使柴油機損壞并停止工作，不僅影響船舶的正常運行，還要花費大量的人力物力對故障進行維修。所以在故障出現前或故障出現早期發現并及時解決，就可以盡可能地減少由于故障產生的經濟損失。

1 柴油機機體裂紋的監測

某船柴油機機體細微裂痕是技術人員在對正常使用的柴油機進行例行性檢查時發現的，裂紋尚未對柴油機的使用造成影響。監測技術人員使用金屬裂紋檢測儀等儀器設備對裂紋情況進行了檢測。檢測發現其6#氣缸下方機體與冷卻水管連接處存在裂紋，裂紋長度為127 mm，裂紋最寬處為0.12 mm，裂紋呈鋸齒狀。在對該柴油機其他氣缸對應的相同部位進行檢查時，發現一臺六缸柴油機共計存在裂紋3 處，長度在5.2～12.7 mm 之間，寬度在0.04～0.12 mm 之間。技術人員使用俄羅斯生產的金屬應力磁測量儀對發生裂紋的機體內應力情況進行了測量，其中一處的測量圖譜見圖1。在圖譜中可以看到，在距離測量起始點284 mm 處（與裂紋位置吻合），應力測量數據出現了異常波動，漏磁量測量值為17（A/m）/mm，超過了設定的報警值10（A/m）/mm。通過對監測數據進行分析，可以判定在該裂紋處產生了超過允許范圍的應力集中，該裂紋已對柴油機機體的受力能力造成影響，如果繼續使用將會使裂紋進一步擴大造成柴油機損壞而停止工作，所以應分析裂紋產生的原因，并制定合理的修理方案對裂紋進行修理。

2 柴油機機體裂紋產生的原因分析

根據該型柴油機機體產生裂紋的部位和現象，通過分析，我們認為可能的原因有：

1）機體使用時間長。該機已工作近30a，而且機體在拉伸、彎曲、扭轉和振動的交變應力狀況下工作，機體產生疲勞裂紋；

圖1 某柴油機機體金屬應力測量圖譜

2）機體變形。機體變形改變了各附件與機體之間的原有相對位置，引起了附加載荷的增大，增加了機體各部分的應力，造成機體裂紋；

3）裂紋處附近的相關部件工作振動大。柴油機機體與冷卻水管為剛性連接，冷卻水管的振動造成裂紋。

3 柴油機機體裂紋的修理

通常情況下，當裂紋發生在內部且強度要求很高的地方時，可采用金屬扣合法進行修復。金屬扣合法利用波浪鍵的塑性變形來實現扣合作用，以達到修復金屬裂紋的目的。金屬扣合法又分為強固扣合法、強密扣合法、加強扣合法。

1）強固扣合法。該方法在機械構件垂直于裂紋方向上加工出一定形狀和尺寸的波形槽，再將波浪鍵嵌入波形槽中，波浪鍵與波形槽之間留有0.1 mm 的間隙，常溫下鉚擊波浪鍵，使波浪鍵產生塑性變形并填滿波形槽。波浪鍵與波形槽的相互嚙合拉緊了裂紋兩側的機械構件，從而起到修復裂紋的作用（圖2）。此方法適用于修理壁厚在8～45 mm 之間、并且有一般強度要求的零件。

圖2 強固扣合法

2）強密扣合法。該方法是在強固扣合法基礎上，再沿裂紋鉆孔、攻絲并旋入密封螺釘。每個孔的鉆孔、攻絲、旋入密封螺釘3 道工序完成后再鉆下一個孔，且各相鄰密封螺孔間都有0.5～1.5 mm 的重疊，全部裂紋上裝滿密封螺釘后壓平、打磨（圖3）。強密扣合法不僅能夠滿足零件的強度要求，而且能夠滿足零件密封性的要求，所以此維修方法適用于氣缸蓋和缸套維修。

3）加強扣合法。該方法是在機件上垂直裂紋方向加工出一定形狀尺寸的鍵槽，嵌入與之相應形狀和尺寸的高強度合金鋼塊，在鋼塊與零件的界面處鑲入圓柱銷（圖4）。加強扣合法主要運用于承受高載荷、壁厚超過45 mm 的機件。

通過分析對比，我們采用強固扣合法對裂紋進行了修理，并改進了機體與冷卻水管的剛性連接結構。柴油機修理完成且工作80 h 后，使用金屬裂紋測量儀對裂紋進行了檢測，經檢測裂紋長度未進一步加長，裂紋未加寬?？梢耘卸ù舜螌Σ裼蜋C機體裂紋的檢測分析是科學準確的，采用的修理方法是可行的。

4 結 語

圖3 強密扣合法

圖4 加強扣合法

此次故障位置是船舶動力核心部位——柴油機，如果任由其發展將造成巨大的損失。通過對該柴油機機體裂紋的監測和分析，確認了故障的嚴重程度，分析了產生裂紋的原因，制定修理方案，并在裂紋影響柴油機正常使用前對裂紋進行了修理，避免了更大故障的發生，取得了較好的效益。

［1］ 梅啟炎，梁久壁.金屬扣合修復技術［J］.設備管理與維修，2003（6）：40-41.

［2］ 鄔剛.柴油機組維修中的金屬扣合工藝［J］.設備管理與維修，2007（3）：25-27.

［3］ 熊偉，魏磊.金屬扣合工藝［J］.機械工程師，1999（9）：9-11.