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燃机机体损坏后的修理方案分析

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摘要:某内燃机机体遭受断裂连杆撞击,缸套冷却水腔下密封内表面和滑油喷嘴安装法兰表面严重破损、变形;主轴瓦孔内径和中心线直线度超差。采用铸铁焊工艺局部焊补破损位置后加工至标准尺寸,然后采用电刷镀工艺修复主轴瓦孔至标准尺寸,用激光自准仪检测主轴瓦孔中心线直线度达到标准要求。

关键词:内燃机;机体;损坏;修复

引言

为了减少温室气体排放,充分利用垃圾填埋场释放的沼气,国内许多大中城市均在垃圾填埋场安装沼气发电机组。这些以沼气为燃料的内燃机负荷较大,且受沼气中所含杂质影响,容易出现各类机损事故。例如,2015年11月,某垃圾填埋场一发电机组在运行过程中A3缸连杆螺栓突然断裂,断裂后的连杆撞击曲轴与机体,导致后者严重变形,该发电机组被迫停机。故障内燃机型号为MWMTCG2020V20,缸径170mm,冲程195mm,转速1500(r•min-1),功率2056kW。

1修前检测

该机解体后对曲轴和机体进行了仔细检测,检测项目及结果如下。

1.1外观目视检查

(1)3#缸套润滑油喷油嘴安装法兰位受损,表面凹凸不平;法兰6只螺栓及2只定位销断裂在螺栓孔内,见图1所示;(2)A3、B3缸套腔内孔口受损,缸套水密封圈位置有缺失,见图1所示;(3)A3侧道门密封面有明显外凸现象,见图2。

1.2着色探伤

对机体内部及外部表面进行渗透着色探伤,未发现裂纹。

1.3形位尺寸检测

(1)探伤后清洗瓦盖、机体,然后装配瓦盖,在未扭紧螺栓的情况下测量瓦盖左右侧定位面与机座的间隙,结果见表1;(2)将全部主轴瓦盖螺栓及侧拉螺栓按标准扭矩扭紧;(3)用内径量表测量主轴瓦座孔内径,结果见表2;(4)用激光检测仪检测主轴瓦座孔中心线直线度,测量结果见表3。

2修理方案检测结果表明:

A3、B3缸套润滑油喷油嘴安装法兰位,及其相邻的A3、B3缸套密封内圆和曲柄箱道门均遭撞击,发生变形;主轴座瓦孔内径和中心线直线度均超出标准要求。为了恢复机体的适用性,决定先采用铸铁焊工艺焊补受撞击部位;然后加工焊补位置后电刷镀主瓦盖两侧定位面和主轴瓦孔内表面,镗削加工到标准尺寸并恢复中心线直线度。 

3修理

3.1焊补及加工机体材料

为球墨铸铁,碳含量较高,硅、硫、磷等杂质成分含量也较高,焊接性能较差。目前焊接铸铁件常用方法主要有氧炔焰钎焊、二氧化碳保护焊、手工电渣焊、焊条电弧焊等。此处采用比较成熟的焊条电弧焊工艺。(1)电源选取:BX1-400型交流焊机。(2)施焊参数选择:为了减小焊接热输出,应尽量选择小电流,此处电流90~110A,电压18~26V。(3)焊材选取:为了获得较好的焊接韧性和焊接后良好的可加工性能,选择WE777铸铁专用纯镍焊条,直径3.2mm。(4)焊前准备:取出断裂螺栓及定位销,用砂轮机打磨破损位置表面,消除毛刺并使之顺滑。(5)施焊:①用氧炔焰局部加热焊缝周边区域,使温度保持在300℃左右;②小电流断续施焊,每焊10~20mm即停下,用气锤连续敲击焊缝以消除应力。③重复第②步直至焊完,然后覆盖保温棉保温6h,使其缓慢冷却以防急冷造成应力集中。(6)探伤检验:采用渗透探伤法检验焊缝及周围区域有无裂纹、气孔等缺陷,如有则应消除缺陷后焊补,直至检验合格。(7)利用数控铣床对焊补后的滑油喷嘴法兰铣削加工,加工深度参考未受损滑油喷嘴法兰。加工后法兰形貌见图3。(8)采用铣床加工A3侧道门密封面,直至平整。(9)采用镗床加工焊补后的A3、B3缸套密封位内孔,加工尺寸参考未受损位置尺寸,加工过程如图4。加工后的A3、B3缸套密封位形貌见图5和图6。(10)为检验焊补对机架的影响,焊补后重新检测主轴瓦孔形位尺寸。经检测发现:机座焊补前后主轴瓦孔内径最大变化0.01mm,主轴瓦孔中心线直线度没有发生变化,可见焊补过程没有形成大的变形。

3.2主轴瓦孔修理具体修理实施过程如下:

(1)根据表1测得的数据,电刷镀全部瓦盖侧定位面,然后逐一研配,要求侧定位间隙至±0.02mm,且侧定位面接触率不低于85%;(2)磨削全部瓦盖下平面后着色修配瓦盖与机座平面,直至着色检查接触率大于85%以上;(3)电刷镀全部主轴瓦座孔内表面直至有足够的加工余量;(4)按标准程序和标准扭矩将全部主轴瓦盖螺栓及侧拉螺栓扭紧;(5)通过夹具将镗削设备安装至机架自由端,安装镗杆,并以1#和11#主轴瓦座孔为基准找正镗杆;(6)逐一镗削主轴瓦座孔至目标尺寸;(7)测量尺寸达到目标值后,拆卸镗削设备,修顺主轴瓦座孔边缘毛刺;(8)目测并用渗透探伤法检查镀层表面质量,如发现鼓泡、起皮、剥落现象,应对不合格区域重新电刷镀,然后重复以上程序直至合格;(9)在主轴瓦座孔内表面电刷镀硬化镍耐磨层;(10)用激光自准仪检测主轴瓦座孔中心线直线度,如合格则提交成品检验。

4成品检验修复后成品具体检测结果

如下:(1)渗透探伤没有发现焊缝及周围区域有裂纹等缺陷;(2)渗透探伤没有发现电刷镀层有缺陷;(3)瓦盖侧定位面着色接触无间隙,着色接触率达85%以上;(4)瓦盖与机座搭口平面接触,无间隙,着色接触率达85%以上;(5)主轴瓦孔内径检测结果见表4。(6)主轴瓦孔中心线直线度检测结果见表5。

5结束语

本文采用焊补修理的工艺方案,结合电刷镀工艺修复受撞击变形、破裂的发动机机体,精确地恢复了机体的各形位尺寸,快捷、安全地恢复了发动机的使用性能,节约了可观的更换新件费用。采用上述复合工艺已安全修复了众多机体并获得了可靠的修复质量。该机修理结束后交付客户装机使用,运行6个月、12个月时分别进行回访,客户反馈发电机组运行正常,进一步证明了此修复工艺方案是安全可靠的。

参考文献

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[2]侯宏庆.6E390系列柴油机汽缸体裂纹的焊接[J].中国修船,2005(5):14-16.

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[4]文志杰.锤击法消除铸铁焊接应力的研究[D].济南:山东大学,2011.

[5]杨新华,宋丽平,王艳芳.灰铸铁HT250电弧热焊与冷焊工艺对比研究[J].热加工工艺,2013,42(5):172-174.

作者:阎军 刘勇 董文仲 单位:大连海事大学董氏镀铁有限公司

柴油机杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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