一種渦輪殼鑄件泄漏原因分析

劉俊華，閔立強，張興玲

（共享裝備股份有限公司，寧夏 銀川 750021）

渦輪殼是渦輪增壓器的關鍵零部件之一[1]，作為渦輪增壓器的外部固件，其主要作用是形成渦輪工作的腔體并對進出氣導向，支撐渦輪軸及渦輪旋轉組件。渦輪殼結構復雜，鑄造工藝難度大，鑄件質量要求高，尤其是氣密性。

在對美國一家內燃壓縮公司供應渦輪殼中，顧客反饋該產品在做密封性氣壓測試時出現批量泄漏反饋，給公司帶來了較大的經濟損失和信譽危機。筆者通過檢測理論和生產實踐研究，對渦輪殼泄漏的原因進行了分析，為生產工藝改進提供依據，同時為其他相關研究人員提供參考。

1 泄漏檢測

1.1 概述

泄漏檢測（LT）主要用于檢測壓力容器各連結部位的密封性能，焊縫是否發生泄漏以及泄漏點的定位和定量分析。泄漏檢測的方法可以分為氣密性試驗、氨滲透試驗、鹵素檢漏試驗和氦檢漏試驗[2]。氣密性試驗是將被檢試樣浸在一定溫度的液體里，利用一定壓力狀態下的干燥氣體注入產品待檢測腔體，用肉眼觀察浸液中的試樣表面有無氣泡溢出，浸液一般選擇性能穩定，易觀測且對產品不造成損傷的液體，比如介質水。本文中的泄漏檢測實質上是氣密性試驗。

1.2 氣密性檢測步驟

我司渦輪殼泄漏檢測的方法步驟如圖1 所示：

1）將鑄件側翻置入水中檢驗，看腔體周圍是否漏氣，如圖1（b）所示；

2）將鑄件倒翻置入水中檢驗，看腔體周圍是否漏氣，如圖1（c）所示；

3）將鑄件正面置入水中檢驗，看腔體周圍是否漏氣，如圖1（d）所示。

圖1 渦輪殼滲漏檢測步驟

通過以上三步檢測，如沒有漏氣則鑄件檢測合格。

2 分析與討論

為了找到渦輪殼在顧客處發生泄漏的根本原因，首先與顧客就泄漏細節進行詳細溝通確認。渦輪殼結構及泄漏位置如圖2 所示，從顧客反饋位置看，泄漏位置較為特殊，且軸孔區內側有個通往油腔的凹腔。

圖2 渦輪殼結構及泄漏位置示意圖

2.1 泄漏原理分析

顧客反饋關鍵點：“軸孔部位每間隔約4 min～15 min 溢出一個氣泡，漏氣部位無法觀察確認到”，此細節對于分析至關重要。

一方面，泄漏現象為“4 min～15 min 溢出一個小泡”，是偶爾單個冒泡并非連續氣體溢出。根據氣壓檢測原理論證不應該是一個單純的貫穿缺陷漏氣導致，鑄件壁若是存在一個氣孔、砂眼、縮孔等貫穿性缺陷應為連續溢出氣泡，而且位置固定易追溯觀測到；另一方面，顧客是精加工封堵后檢測，溢出的氣體并不是軸孔的，因為軸孔中心結構部位沒有腔體，離開軸孔約15 cm 才有需氣密性檢測的腔體，說明氣體是從周圍匯聚過來的，且顧客檢測時鑄件是不翻轉的，所以受結構遮擋限制難以獲知具體漏氣部位。

根據上千件渦輪殼氣密性檢測實踐經驗推測，顧客反饋的小氣泡是鑄件外腔壁或熱節部位存在的粘砂在被水浸透過程產生的氣泡。例如，把一塊鑄造砂芯置于水中，會產生分散氣泡，但不是連續密集氣泡，原因是砂子顆粒表面不光滑，表面有空氣附著，當砂子受到水壓影響后，微小的氣泡會匯聚成一個個看得見的氣泡上浮溢出水面，且浸泡時間愈長，氣泡溢出愈困難。

2.2 內窺鏡檢查

為了驗證論斷是否正確，選取一件發生類似泄漏的渦輪殼對其內側腔體進行內窺鏡檢查，結果如圖3 所示。由于鑄件清理時未將腔體表面粘砂徹底清理干凈，導致渦輪殼腔體外部凹處有不同程度粘砂、灰皮存在。

圖3 渦輪殼內腔壁內窺鏡檢查結果

2.3 實體解剖

隨機選取泄漏件進行解剖，解剖結果如圖4 所示，發現鑄件內側腔體外壁及內壁嚴重粘砂、灰皮，外鑄件壁還存在局部變色，對變色壁處進行敲擊后觀測到存在皮下氣孔。

圖4 渦輪殼腔壁內外側鑄造粘砂嚴重

2.4 泄漏鑄件復檢

圖5 渦輪殼皮下氣孔

在推斷得到驗證的基礎上，我司積極與顧客溝通，最終顧客同意選取一件延長檢測時間觀測。結果顯示第一次2 min～4 min 偶發溢出氣泡的氣密性不合渦輪殼，在鑄件復檢15 min 內無泄漏，延長至16 min 后發現溢出一個小泡。隨后顧客又增大壓力復檢1 件，幾分鐘后偶發單個氣泡，延長檢測時間后再無氣泡溢出。

最終，存在問題的11 件渦輪殼復檢結果證明前期反饋氣密性不合漏氣位置不是鑄件腔壁真實泄漏，是鑄件壁粘砂及顧客氣密性檢測工藝存在問題。通過此舉不但解除了公司的信譽危機，為公司挽回了巨額損失，同時也推動顧客檢測工藝改進，實現雙贏。

3 結論與建議

通過上述理論分析和實踐驗證，證明顧客反饋的間歇性氣泡并非鑄件泄漏，而是附著在腔體內部的鑄造粘砂在水介質浸透過程中釋放氣體導致，也存在顧客檢測工藝不完善的原因。為提高渦輪殼鑄件氣密性檢測的準確性及可靠性，特提出以下建議：

1）在鑄件清理檢測環節增加內窺鏡檢測，確認鑄件壁無粘砂后再進行泄漏檢測；

2）凹處結構易蝸聚氣體，延緩氣泡溢出，對于類似結構鑄件應采用多角度旋轉模式進行檢測；

3）對于批量產品建議制定抽檢頻率，進行解剖驗證，便于及早發現和解決產生的批量問題。