鑄造件對(duì)帶壓開孔安全施工的影響

帶壓開孔機(jī)承壓部件與管道短節(jié)及閥門在帶壓開孔過程中，組成密閉的壓力容器。要求在能夠承受管道標(biāo)準(zhǔn)壓力及最大壓力時(shí)順利地進(jìn)行管道開孔作業(yè)。這就要求帶壓開孔承壓部件至少要達(dá)到管道所要求的壓力。

管道帶壓開孔時(shí)，管道系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)壓力下，除閥門外，其余設(shè)備均不得使用鑄造部件來進(jìn)行壓力管道的開孔作業(yè)。設(shè)備生產(chǎn)嚴(yán)格按照《先鋒管道設(shè)備生產(chǎn)規(guī)范》進(jìn)行部件生產(chǎn)，嚴(yán)格檢查檢驗(yàn)關(guān)鍵部件的承壓能力。鑄造件的內(nèi)部金相復(fù)雜、氣孔排列不均衡外，其內(nèi)部還存在著較為危險(xiǎn)的鑄造應(yīng)力影響部件的強(qiáng)度及承壓的穩(wěn)定性。下面簡單地介紹一下鑄造應(yīng)力的形成和造成的危害：

鑄造應(yīng)力指的是鑄件在凝固和以后的冷卻過程中體積的變化不能自由的進(jìn)行，于是在產(chǎn)生變形的同時(shí)還產(chǎn)生應(yīng)力，這種應(yīng)力稱為鑄造應(yīng)力。

鑄造應(yīng)力是在鑄件全部進(jìn)入彈性狀態(tài)后，由于收縮受阻或收縮不同步而產(chǎn)生的彈性應(yīng)力。鑄造應(yīng)力削弱鑄件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，降低鑄件的承載能力。同時(shí)造成鑄件變形，甚至開裂，并引起機(jī)械加工后，在使用過程中尺寸發(fā)生變化，不能保證加工精度的可靠性和整機(jī)的精度。

帶壓開孔機(jī)的承壓部件如果使用鑄造件，其內(nèi)部的鑄造應(yīng)力大小無法測量，而且這種應(yīng)力的變化在于向鑄件在不同的方向施加壓力時(shí)，內(nèi)部的應(yīng)力變化也不同。這是極不穩(wěn)定而且不可控制的力量變化，在帶壓開孔設(shè)備的承重部件中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)禁使用。

鑄造應(yīng)力分為以下三種表現(xiàn)形式：

1.相變應(yīng)力

相變應(yīng)力是指在帶壓開孔機(jī)所用的鑄件在冷卻時(shí)發(fā)生相變，由于體積變化造成的內(nèi)應(yīng)力。對(duì)于鋼鐵材料，在彈性狀態(tài)溫度范圍內(nèi)冷卻，相變造成體積膨賬。使鑄件厚壁部分受壓應(yīng)力，薄壁部分受拉應(yīng)力。但鑄件總是力圖通過變形來減緩其內(nèi)應(yīng)力。

因此，帶壓開孔機(jī)承壓部件如采用鑄造方法，則此鑄件常發(fā)生不同程度的變形。鑄件的變形往往使鑄件精度降低，嚴(yán)重時(shí)可以使設(shè)備在帶壓開孔工程施工中由于變形而引起斷軸或爆裂，造成設(shè)備報(bào)廢，甚至出現(xiàn)人員傷亡事故，應(yīng)予防止。

2.熱應(yīng)力

鑄件凝固末期即鑄件合金已搭結(jié)成枝晶網(wǎng)絡(luò)骨架開始及隨后的冷卻過程中，鑄件橫截面和厚薄不同之處由于存在著溫度差而產(chǎn)生的鑄造應(yīng)力，稱之為熱應(yīng)力。鑄件橫截面內(nèi)外，厚薄不同之處冷卻速度有差異，致使有溫度差而導(dǎo)致固態(tài)收縮速率不致辭而相互制約，從而產(chǎn)生了熱應(yīng)力。

3.機(jī)械應(yīng)力

機(jī)械應(yīng)力是鑄件在冷卻收縮時(shí)，受到鑄型或型芯的阻礙而引起的，這種應(yīng)力是拉應(yīng)力或切應(yīng)力。當(dāng)鑄件落砂、清理后，鑄件收縮的障礙去除，機(jī)械應(yīng)力隨之消失。

如果鑄件的熔料質(zhì)量較好，脆性較低，在鑄件內(nèi)應(yīng)力作用下會(huì)緩慢變型，如果鑄件的熔料較差，脆性較高，鑄造內(nèi)應(yīng)力超過金屬的強(qiáng)度極限時(shí)，鑄件便產(chǎn)生裂紋。設(shè)備生產(chǎn)嚴(yán)格按照《先鋒管道設(shè)備生產(chǎn)規(guī)范》進(jìn)行部件生產(chǎn)，嚴(yán)格檢查檢驗(yàn)關(guān)鍵部件的承壓能力。

消除應(yīng)力的方法主要為加熱時(shí)效處理。將鑄件再次加熱到合金的彈塑性狀的溫度范圍，保持一段時(shí)間，待應(yīng)力消失后，再緩慢冷卻至常溫?？刹捎靡韵路椒▉頊p小應(yīng)力的影響，但可能無法完全消除：

1. 裝爐溫度和加熱速度。在裝爐和加熱過程中，鑄件各部分溫度升高不一致時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生新的熱應(yīng)力。如果薄的部分或外層溫度上升較快，而厚的部分或內(nèi)層溫度上升較慢，則薄處或外層產(chǎn)生新的壓應(yīng)力，而厚處或內(nèi)層產(chǎn)生新的拉應(yīng)力。這種新的應(yīng)力與殘留熱應(yīng)力方向一致。

為了防止因裝爐和加熱過程中產(chǎn)生過大的臨時(shí)熱應(yīng)力而導(dǎo)致鑄件開裂，應(yīng)限制裝爐溫度和加熱溫度，特別是對(duì)于殘留熱應(yīng)力較大鑄件，裝入冷爐中。如果必須裝入熱爐中，在裝爐時(shí)應(yīng)把鑄件薄壁部分放在爐溫較低處，把鑄件厚壁部分放在溫度較高處，以減小臨時(shí)熱應(yīng)力。在某些情況下，即使鑄件各部分溫度上升比較均勻，也可能出現(xiàn)裂紋。 這是因?yàn)楹辖饛?qiáng)度隨溫度上升而降低的速度大于應(yīng) 力消失速度的緣故。

2. 時(shí)效溫度和保溫時(shí)間。時(shí)效溫度應(yīng)在鑄鐵的彈塑性狀態(tài)溫度范圍內(nèi)。溫度過高易發(fā)生滲碳體分解，降低鑄鐵的硬度和耐磨性；溫度過低則需延長保溫時(shí)間，使鑄件各部分溫度一致并消除殘留應(yīng)力。

以上兩種方法均為部分帶壓開孔機(jī)承壓部件內(nèi)部應(yīng)力的方法，但卻無法完全消除。設(shè)備生產(chǎn)嚴(yán)格按照《先鋒管道設(shè)備生產(chǎn)規(guī)范》進(jìn)行部件生產(chǎn)，嚴(yán)格檢查檢驗(yàn)關(guān)鍵部件的承壓能力。如果要達(dá)到完全消除，則鑄件變形嚴(yán)重及尺寸無法保證能否繼續(xù)使用。而且這種消除應(yīng)力的方法比其它鍛造和機(jī)加工方法制造出的帶壓開孔機(jī)承壓部件成本要高出1-2倍，并不經(jīng)濟(jì)。如果其價(jià)格還要更低的話，那就根本沒有處理以上缺陷。并且伴隨著鑄造件的氣孔及夾渣等很多缺陷的產(chǎn)生，其質(zhì)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法和鍛造機(jī)加工方法制造的帶壓開孔機(jī)承壓部件相比。

附件：鑄造碳鋼件檢測標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 11352-2009 一般工程用鑄造碳鋼件

GB/T 31204-2014 熔模鑄造碳鋼件

JB/T 7710-2007 薄層碳氮共滲或薄層滲碳鋼件 顯微組織檢測

YC/T 10.6-2018 煙草機(jī)械 通用技術(shù)條件 第6部分：鑄造碳鋼件