閥廳金具鑄造缺陷解決方法探討

0 引言

“疆電入渝”工程是我國首批沙戈荒大型風電光伏基地外送工程之一，總投資286億元。工程起于巴里坤換流站，止于重慶市渝北區渝北換流站，途經新疆、甘肅、陜西、四川、重慶五地，直流線路全長 。巴里坤士 換流站工程要求對金具內部質量進行探傷檢測，不允許產品有縮松和氣孔等缺陷。本工程閥廳內各種型式的連接金具（含均壓球內部金具）共計120套（含球內連接金具80套，換流變連接金具24套，均壓環12套，避雷器連接金具4套），所有金具我公司均按GB/T11346—2018《鋁合金鑄件射線照相檢測缺陷分級》標準要求進行探傷檢測。在生產過程中，通過探傷發現部分產品內部出現氣孔和縮松。公司領導高度重視，成立攻關小組，從以下幾個方面圓滿解決了產品有氣孔、縮松、縮等缺陷的問題。

1控制金屬液含氣量

熔煉金屬時，盡量減少溶入金屬液中的氣體元素，采用優秀的鋁錠原材料、合理的熔煉操作和合適的熔煉設備。爐料熔化后立即在鋁液表面撒入覆蓋劑[1，防止鋁液氧化和吸氣，便于渣、鋁分離。覆蓋劑采用SRWF無公害覆蓋劑，使用量占爐料總量的 。鋁液在澆鑄前必須進行精煉處理，去除鋁液中的氣體和各種非金屬夾雜物，以獲得優質的鋁液。鋁液達到精煉溫度后，將烘干的精煉劑分批用鐘罩壓入鋁液中，鐘罩在距坩堝底部 左右處輕微攪動，直至精煉完畢。

精煉工藝參數應符合表1規定。精煉靜置后澆鑄一塊試樣，在常壓下凝固，借刮去表面氧化皮露出的光亮鏡面觀察氣泡析出情況，精煉效果檢查規定如表2所示。

2 優化產品結構設計

在金屬模澆鑄過程中，減少縮松和氣孔的關鍵在于優化產品設計，使產品壁厚變化均勻，連接處圓滑過渡，優化鑄造工藝，控制金屬液的流動和溫度，確保模具設計合理并保持良好的模具和鑄型條件。其中代號408（巴里坤）的蓋板，模具設計為一模兩出，中間側澆鑄。由于產品薄厚不均勻，在最厚處有氣孔、縮松，探傷圖如圖1所示。蓋板408（巴里坤）需與多個本體組合成不同的產品，此產品約需要幾千個，如探傷不過關，將影響30多個產品供貨。

通過觀察分析，此產品中間局部較厚，產品壁厚變化不均勻，于是對產品中間去除部分材料；螺栓孔容易使鋁液形成匯流，所以新模具螺栓孔不帶出。改進后產品壁厚變化均勻，連接處圓滑過渡，探傷未見氣孔、縮松。產品改進后探傷圖如圖2所示，檢測合格[2-3]。

3 優化澆鑄系統

金屬型鑄造澆鑄速度較大，液體金屬充型時，為使型腔內氣體盡快排出，要確保氣體流向和金屬液流向一致，順利讓氣體從冒口排出，盡量減小澆道垂直高度，避免液體金屬充型時翻滾、飛濺，產生渦流，沖擊型壁或型芯。金屬型澆鑄系統根據澆道鋁液流入型腔的位置一般分為頂澆鑄式、側澆鑄式和底澆鑄式[]。

1）頂澆鑄式，就是鋁液從型腔的頂部進入型腔。這種澆鑄形式澆道相對其他形式較短，金屬液消耗少，但鋁液流動易產生渦流卷氣，氣體排出困難，易氣形成缺肉。

2）側澆鑄式，就是鋁液從型腔的側面進入型腔。

這種澆鑄形式金屬液流動平穩，便于排氣、集渣等，澆道較長，鋁液消耗量大，澆冒口回爐多，鋁損耗多，費電。

③）底澆鑄式，就是鋁液從型腔的底部進入型腔。這種澆鑄形式金屬液流動較平穩，排氣好，但溫度分布不合理，有些產品會因為較厚的地方距離冒口較遠，補縮不到而形成縮。

5561（巴里坤）改進前采用從產品頂部澆鑄金屬液方式，金屬液流動不平穩，鋁液產生渦流卷氣，氣體滯留在金屬液中，上部加強筋由于氣形成缺肉，如圖3所示。為消除加強筋氣缺肉的缺陷，決定在模具上開排氣線，在加強筋氣的地方用線切割，利用打桿孔割一條氣線，如圖4所示。

產品加氣線后，加強筋不再缺肉，但探傷有氣孔和縮松，探傷不合格，如圖5所示。由此說明加氣線不能明顯改善產品內部氣孔和縮松，需要改進澆鑄系統。澆鑄系統的不良設計和安裝會影響澆鑄效果，從而增加產生氣孔和縮松的風險，需要采用合適的澆鑄系統，如直澆道、橫澆道、冒口等，確保澆鑄均勻、穩定，避免氣孔和縮松產生。

為保證產品沒有氣孔和縮松，對模具澆鑄系統進行了改進，如圖6所示。改進后產品從側面澆道澆鑄，以保證金屬液在流入型腔時流動平穩，方便氣體排出，減少鋁液翻滾卷氣和金屬被氧化，探傷合格，如圖7所示。

301B本體改進前為底澆鑄，金屬液流動與排氣同方向，也符合順序凝固要求，但是此成品中間較厚，凝固補縮出現了問題4，出現了縮，如圖8所示。圖中4個焊導線的孔使鋁液流動形成匯流、卷氣。由于加氣塞和提高澆鑄溫度都解決不了產品圖示位置縮的問題，于是從底澆鑄改為側澆鑄，并且去除4個焊導線孔。產品如圖9所示，金屬液沒有了匯流，流動平穩，金屬充型時間短，產品較厚處靠近冒口，補縮好。

4調整控制澆鑄溫度

鋁是一種易氧化的金屬，需要控制熔煉溫度，熔煉溫度過高或過低都會影響鑄件的質量。過高的熔煉溫度會使鋁液過熱，產生氧化皮，從而形成氣孔；過低的熔煉溫度則會導致鋁液冷卻不均勻，形成夾渣和氣孔。因此，需要根據鑄件的材質和厚度合理控制熔煉溫度，以避免氣孔產生。金屬模澆鑄溫度范圍如表3所示。

402線夾本體壁厚 gt;5mm，所以該產品澆鑄溫度范圍在 。通過對402線夾本體在 680℃ 710℃兩種不同溫度下澆鑄產品進行探傷，發現此產品在溫度較高時探傷質量更好。探傷圖分別如圖10、圖11所示。

5模具傾斜，提高工人澆鑄技巧

模具傾斜有利于氣體從模具型腔中排出，一般澆鑄工人會在模具后側墊一塊木頭或鐵條，如圖12所示。最后，還需要控制澆鑄速度，澆鑄速度過快會使鋁液翻滾，不利于氣體順利排出，從而形成氣孔。因此，需根據鑄件的材質和厚度，合理控制鑄造速度，以避免氣孔的產生。

6 結束語

從以上案例分析可以看出，要徹底消除澆鑄氣孔和縮松等缺陷，設計人員必須在產品使用滿足連接和大電流導電需要的前提下改進產品設計，使產品壁厚變化均勻，連接處圓滑過渡；工藝人員必須優化鑄造工藝，根據不同的產品特點選擇不同的澆鑄方式，控制金屬液的流動，以免事后改進模具費時費力，增加成本。在模具設計完成后可以利用加氣塞、割氣線、改變澆鑄溫度、模具傾斜、提高工人澆鑄技巧等措施與方法消除生產澆鑄過程中產品出現的氣孔、縮松和縮等澆鑄缺陷。

[參考文獻]

[1]鋁合金鑄件：GB/T9438—2013[S].

[2]無損檢測X射線數字成像檢測導則：GB/T35389—2017 [s].

[3]鋁合金鑄件射線照相檢測缺陷分級：GB/T11346—2018 [s].

[4]董永.金屬模鑄造對鑄件凝固的影響[J].鑄造設備研究， 1997（4）：42-45.

收稿日期：2025-01-02

作者簡介：黃海俊（1974一），男，江蘇人，正高級工程師，從事電力金具設計及生產工藝研究工作。