柴油机机体裂纹的监测诊断与维修

曹日起，王永旭，于涛，刘享明

（海军 91315 部队，辽宁 大连 116041）

0 引 言

柴油机是绝大多数船舶主动力系统和辅助动力系统的能量来源，柴油机机体是柴油机的重要受力部分，柴油机机体产生的裂纹严重时将使柴油机损坏并停止工作，不仅影响船舶的正常运行，还要花费大量的人力物力对故障进行维修。所以在故障出现前或故障出现早期发现并及时解决，就可以尽可能地减少由于故障产生的经济损失。

1 柴油机机体裂纹的监测

某船柴油机机体细微裂痕是技术人员在对正常使用的柴油机进行例行性检查时发现的，裂纹尚未对柴油机的使用造成影响。监测技术人员使用金属裂纹检测仪等仪器设备对裂纹情况进行了检测。检测发现其6#气缸下方机体与冷却水管连接处存在裂纹，裂纹长度为127 mm，裂纹最宽处为0.12 mm，裂纹呈锯齿状。在对该柴油机其他气缸对应的相同部位进行检查时，发现一台六缸柴油机共计存在裂纹3 处，长度在5.2～12.7 mm 之间，宽度在0.04～0.12 mm 之间。技术人员使用俄罗斯生产的金属应力磁测量仪对发生裂纹的机体内应力情况进行了测量，其中一处的测量图谱见图1。在图谱中可以看到，在距离测量起始点284 mm 处（与裂纹位置吻合），应力测量数据出现了异常波动，漏磁量测量值为17（A/m）/mm，超过了设定的报警值10（A/m）/mm。通过对监测数据进行分析，可以判定在该裂纹处产生了超过允许范围的应力集中，该裂纹已对柴油机机体的受力能力造成影响，如果继续使用将会使裂纹进一步扩大造成柴油机损坏而停止工作，所以应分析裂纹产生的原因，并制定合理的修理方案对裂纹进行修理。

2 柴油机机体裂纹产生的原因分析

根据该型柴油机机体产生裂纹的部位和现象，通过分析，我们认为可能的原因有：

1）机体使用时间长。该机已工作近30a，而且机体在拉伸、弯曲、扭转和振动的交变应力状况下工作，机体产生疲劳裂纹；

图1 某柴油机机体金属应力测量图谱

2）机体变形。机体变形改变了各附件与机体之间的原有相对位置，引起了附加载荷的增大，增加了机体各部分的应力，造成机体裂纹；

3）裂纹处附近的相关部件工作振动大。柴油机机体与冷却水管为刚性连接，冷却水管的振动造成裂纹。

3 柴油机机体裂纹的修理

通常情况下，当裂纹发生在内部且强度要求很高的地方时，可采用金属扣合法进行修复。金属扣合法利用波浪键的塑性变形来实现扣合作用，以达到修复金属裂纹的目的。金属扣合法又分为强固扣合法、强密扣合法、加强扣合法。

1）强固扣合法。该方法在机械构件垂直于裂纹方向上加工出一定形状和尺寸的波形槽，再将波浪键嵌入波形槽中，波浪键与波形槽之间留有0.1 mm 的间隙，常温下铆击波浪键，使波浪键产生塑性变形并填满波形槽。波浪键与波形槽的相互啮合拉紧了裂纹两侧的机械构件，从而起到修复裂纹的作用（图2）。此方法适用于修理壁厚在8～45 mm 之间、并且有一般强度要求的零件。

图2 强固扣合法

2）强密扣合法。该方法是在强固扣合法基础上，再沿裂纹钻孔、攻丝并旋入密封螺钉。每个孔的钻孔、攻丝、旋入密封螺钉3 道工序完成后再钻下一个孔，且各相邻密封螺孔间都有0.5～1.5 mm 的重叠，全部裂纹上装满密封螺钉后压平、打磨（图3）。强密扣合法不仅能够满足零件的强度要求，而且能够满足零件密封性的要求，所以此维修方法适用于气缸盖和缸套维修。

3）加强扣合法。该方法是在机件上垂直裂纹方向加工出一定形状尺寸的键槽，嵌入与之相应形状和尺寸的高强度合金钢块，在钢块与零件的界面处镶入圆柱销（图4）。加强扣合法主要运用于承受高载荷、壁厚超过45 mm 的机件。

通过分析对比，我们采用强固扣合法对裂纹进行了修理，并改进了机体与冷却水管的刚性连接结构。柴油机修理完成且工作80 h 后，使用金属裂纹测量仪对裂纹进行了检测，经检测裂纹长度未进一步加长，裂纹未加宽。可以判定此次对柴油机机体裂纹的检测分析是科学准确的，采用的修理方法是可行的。

4 结 语

图3 强密扣合法

图4 加强扣合法

此次故障位置是船舶动力核心部位——柴油机，如果任由其发展将造成巨大的损失。通过对该柴油机机体裂纹的监测和分析，确认了故障的严重程度，分析了产生裂纹的原因，制定修理方案，并在裂纹影响柴油机正常使用前对裂纹进行了修理，避免了更大故障的发生，取得了较好的效益。

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［2］ 邬刚.柴油机组维修中的金属扣合工艺［J］.设备管理与维修，2007（3）：25-27.

［3］ 熊伟，魏磊.金属扣合工艺［J］.机械工程师，1999（9）：9-11.