高中壓缸體上半的鑄造工藝設計

摘 要：高中壓缸體上半的中壓排氣管部位的螺栓孔阻斷了冒口的補縮通道，導致該部位底部出現UT超標缺陷，通過優化鑄造工藝，在外部增加了暗冒口，并且設置相應的冷鐵，解決了內部缺陷問題。

關鍵詞： 缸體；補縮通道；暗冒口；缺陷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.014

0 引言

高中壓缸體是電力機組的重要部件，缸體由上半和下半用螺栓把合在一起。它是整個機組的外部防護，它的質量直接關系著整個機組的安全。因此，缸體鑄件的內部質量要求很高。我廠為某公司生產了大量的高中壓缸體，鑄造工藝及產品質量趨于穩定。但缸體上半的中壓排氣管局部區域的夾渣、縮孔類缺陷一直存在，造成大面積的補焊。不但增加了生產成本，也推遲了產品的交貨期。

1 缸體的缺陷狀況及原因分析

600MW高中壓外缸的材質是低合金碳鋼ZG15Cr2Mo1，尺寸為5990×3700×2005，凈重37.9噸。要求整體UT探傷，不允許存在φ3mm以上缺陷。

原工藝方案如圖1所示，采用環狀明冒口，在內腔中放置兩個暗冒口，在補縮的末端區放置冷鐵以加大補縮距離。采用底返式澆注系統，內澆口直徑為φ60mm，共16道。包孔是φ110mm×2道。鋼水經過鈦、鋁脫氧，真空精煉，嚴格控制氣體含量及殘余元素含量。澆注溫度為1545℃—1560℃。在澆注時，當鋼水上升至分析面200mm以上時，從冒口進行補澆。

鑄件經過粗加工及毛面打磨后，UT超聲探傷檢查發現，在中壓排氣管部位存在一些超標缺陷，深度在壁厚的一半左右。在摳除缺陷時，基本連成一片，由于此處壁厚也較薄，造成大面積摳漏。分析此處的鑄件結構發現，外表面左右各有5個大的螺栓孔，這10個螺栓孔正處于冒口對下部管口的補縮通道上，因此它阻斷了補縮通道。造成了冒口無法對下部的補縮，形成了縮松類缺陷。

2 工藝方案的改進

螺栓孔阻斷了冒口向下的補縮通道是產生鑄件內部縮松類缺陷的根本原因。因此，重新建立補縮通道是解決問題的有效途徑。從剖視結構可以發現，重建補縮通道有兩種方式，方案一是在螺栓孔相應的內腔部位添加補貼。方案二是將螺栓孔鑄死。由經驗及補縮理論可知，通道厚度梯度大并且補縮通道短，可最大限度的對末端進行補縮。

方案一從內腔添加補貼，如圖2所示，形成的補縮通道過長，并且存在“拐彎”區，對下部達不到預期的補縮效果，此方案不可取。

方案二是將螺栓孔鑄死，如圖3所示，鑄死之后，補縮通道很順暢。按此方案生產了10多件產品，UT探傷結果非常好，此部位沒有發現任何超標缺陷。但是由此產生了一個新問題，螺栓孔需要機加工出來，在加工此部位時，刀具容易與鑄件相干涉，走刀困難，并且加工量很大，增加了制造成本和生產周期。

3 工藝方案的再改進

為了不增加制造成本，需鑄出螺栓孔，那么補縮通道必然被切斷。重建補縮通道這條路是走不通的。那么對下部的補縮須另找補縮源頭，于是方案三是在端部中間位置設置一個球形暗冒口，并且在螺栓孔末端放置了直接外冷鐵。暗冒口與鑄件相接觸的夾角至關重要，夾角設置過大，補縮壓力小，達不到預期的補縮效果，夾角設置的過小，容易形成尖角砂，并且容易產生冒口下縮松類缺陷。經過計算及多次數值模擬，確定了合適的角度。并且與鑄件相接觸面積盡量小，方便后續精整時切割冒口。如圖4所示，從結果發現，大頭底部沒有UT缺陷，取得了很好的補縮效果。

4 結論

（1）運用方案三生產的鑄件，精整后經過UT探傷，大頭部位沒有超標缺陷，達到了預期效果。

（2）方案三與方案二相比，不但節約了螺栓孔的加工成本，而且切割暗冒口比去除補貼更容易，不會損傷母體，減小了勞動量，加快了生產進度。

作者簡介：丁大偉（1984-），男，碩士，研究方向：大型鑄鋼件工藝設計.