I. Venttiilien toimintaympäristö ja rikkoutumisen tärkeimmät syyt
Meren dieselmoottorien venttiilit toimivat pitkään korkean lämpötilan ja korkean stressin olosuhteissa. Siksi on tärkeää valita sopivat materiaalit suunnittelu- ja valmistusprosessien aikana varmistaakseen, että ne kestävät nämä ankarat työympäristöt.
Kun moottori on käynnissä, sylinterin ilmapolttoaineen seoksen palaminen tuottaa erittäin korkeita lämpötiloja. Venttiileille altistetaan nopeat vaikutukset kuumista, syövyttävistä pakokaasuista, lämpötilojen saavuttaessa 700-900. Vaikka lämpöä voidaan haihtua osittain venttiilin ohjaimien ja istuimien läpi sylinterin päähän, jäähdytysvaikutus on rajoitettu.
Lisäksi raikkaan ilman äkillinen pääsy aiheuttaa venttiilien hetkellisen jäähdytyksen, mikä johtaa lämpötilaeron 650-800 asteeseen saakka. Tämä vuorotteleva altistuminen äärimmäisille lämpötiloille johtaa väsymykseen ja hiipimiseen, mikä heikentää merkittävästi venttiilien mekaanisia ominaisuuksia ja kulutuskestävyyttä. Lisäksi venttiilit ovat alttiita eroosiolle korkeissa lämpötiloissa, mikä johtaa muodonmuutokseen ja mahdollisiin vikaantumiseen vuotojen tai halkeamisen vuoksi.
Epätasainen lämpötilan jakautuminen venttiilissä, etenkin venttiililevyalueella, jossa lämpötilaerot voivat saavuttaa 150-200 asteen, aiheuttaa lämpöjännityksiä, jotka aiheuttavat lämpömuodon. Tämä huono lämmönsiirto lisää venttiilin työlämpötilaa ja luo ongelmaa edelleen pahenevan noidankehän. Raskaiden kuormitusten ja pitkän aikavälin altistumisessa korkeille lämpötiloihin ja paineisiin venttiilin rakenteellinen eheys on helposti vaarantunut, mikä johtaa erilaisiin vikaantumisiin liittyviin ongelmiin. Vakavissa tapauksissa tämä voi johtaa onnettomuuksiin.
Erityiseen tapaustutkimukseen sisältyy meri-dieselmoottori, joka epäonnistui 22 390 toiminnan kerääntymisen jälkeen ja 2 116 tuntia korjauksen jälkeen. Sylinterin A2: n keinuvarsi -työntöryhmä havaittiin taivutettuna ja muodonmuutoksena, ja sekä imu- että pakoventtiilit olivat murtuneet. Tässä artikkelissa analysoidaan vaurioituneita venttiilejä tutkimalla niiden materiaalikoostumusta ja mikrorakenteen morfologiaa ja tarjoaa näkemyksiä niiden epäonnistumisen syistä havaintojen perusteella.
Venttiilin vikatilojen analyysi
Venttiilin vajaatoiminta liittyy läheisesti venttiilimekanismiin ja siihen liittyviin komponentteihin. Laajan kokemuksen perusteella venttiilien erilaisia vikailmiöitä on esitetty yhteenvetona, ja tärkeimmät vikatilat luokitellaan seuraavasti:
Kello 1. Venttiilimurtuma
Tämä sisältää murtumia eri paikoissa:
1) ** Lukitusuran murtuma **: Lukourassa ja sen ympäröivällä alueella tapahtuvat murtumat.
2) ** murtuma kitkahitsatussa nivelissä **: ilmenee väärien hitsausten, epätäydellisen hitsauksen tai hitsaushalkeamavyöhykkeiden läsnäolon virheellisen kitkahitsauksen ja yhteyden vuoksi. Korkean stressin aikana toiminnan aikana tämä voi johtaa murtumiin.
3) ** Varren murtuma **: Venttiilin varren pitkin tapahtuvat murtumat.
4) ** Venttiilin pään pudotus **: murtumat varren kaulassa, mikä johtaa venttiilin pään irrottamiseen.
5) ** Päänlohko pudotus **: Pään osittainen irrottaminen tai menetys suuressa tasossa, kaulakorissa tai kartiomaisessa pinnassa, joka voidaan edelleen jakaa säteittäisiin murtumiin ja sointujen murtumiin [3].
14. Epänormaali venttiilin kuluminen
Tämä sisältää monen tyyppisiä kulumistyyppejä:
1) ** Liiallinen kartiomainen pintakulutus **: Venttiilin kartiomaisen pinnan liiallinen kuluminen venttiilin istuintarenkaan liiallisen kitkan vuoksi kosketuksen aikana.
2) ** Epätasainen kartiomainen pintakulutus **: Epätasainen kuluminen, joka johtuu epätasaisesta istuimesta sulkemisprosessin aikana.
3) ** Epänormaali kuluminen venttiilin varren päässä **: ongelmat, kuten liiallinen kuluminen tai pistoke venttiilin varren päähän käytön aikana.
4) ** Epänormaali kuluminen venttiilin varren varrella **: liiallinen kuluminen, epätasainen kuluminen tai tarttuminen, joka aiheutuu venttiilin varren ja ohjausputken välisen epänormaalin kosketuksen aiheuttamasta.
3. Venttiilin muodonmuutos
Tämä viittaa venttiilin pään vääristymiseen, jotka aiheuttavat tekijöiden, kuten vieraiden esineiden vaikutukset venttiilin liikkeen aikana. Se sisältää myös:
1) ** Kartiomainen pinta -eroosio **: Venttiilin kartiomaisen pinnan ja venttiilin istuimen renkaan välisen epäsuhta, mikä johtaa huonoon sylinterin tiivistykseen. Tässä tapauksessa kartiomainen pinta ja pää heikentyvät kaasulla, ylikuumennetuilla, halkeilla ja hapettuneilla. Sylinterin ennenaikainen sytytys voi myös aiheuttaa venttiilin pään alueen merkittävän ylikuumenemisen ja eroosion.
2).
3) ** Pintakerroksen vika **: Väärä pinta- ja sitä seuraavat prosessointitekniikat kartiomaisella pinnalla tai sauvan päähän voi johtaa hitsausvaurioihin, kuten huokoisuus, kutistumisontelot, halkeaminen ja väärät hitsaukset, mikä johtaa venttiilin vikaantumiseen.
4) ** Venttiilin pudotus **: Venttiili putoaa sylinteriin ja muuttuu tehottomaksi muiden komponenttien, kuten venttiilin jousen, venttiilin jousen yläistuimen ja venttiilin lukituslevyn aiheuttamien ongelmien vuoksi.
5) ** Istuinrenkaan siirtyminen **: Venttiilin istuinrengas tulee ulos venttiilin istuimen rengasreikästä sylinterin päässä toiminnan aikana, kuten kokoamisen, prosessoinnin ja lämpöväsymyksen vuoksi.
4. Muut vikatilat
1) ** Venttiilin kevään rikkoutuminen **: Venttiilien jouset rikkoutuvat virheiden tai kohtuuttoman rakenteen vuoksi.
2) ** Sylinterin pään halkeilu **: Sylinterin pään halkeilu ja vuoto toiminnan aikana sylinterin huonojen jäähdytys- tai hiilisaostumien vuoksi.
3) ** Männän kruunun sulaminen **: Männän kruunun ylikuumeneminen ja sulaminen käytön aikana huonon lämmönsiirron, sylinterin hiilen saostumien tai epänormaalien polttoaineen ruiskuttajien vuoksi.
4) ** Kampiakselin takavarikointi **: lehden takavarikointi epänormaalin voitelun ja kohtuuttoman kontaktin vuoksi.
5) ** Ajoitushäiriö **: Ajoitusvirheet, jotka johtuvat ajoitusvaihteiden tai nokka -akselien poikkeavuuksista.
6) ** Epänormaali venttiilin puhdistus **: Venttiilimekanismin komponenttien epänormaalista kulumisesta johtuva liiallinen dynaaminen puhdistuma.
7) ** Pushrod- ja tappet -vika **: Pushrodin ja tappetin rikkoutuminen ja muodonmuutos toiminnan aikana.
Seuraavassa on yksityiskohtainen kuvaus näiden vikatilojen ilmenemismuodosta ja syistä tukemaan vikaantumista ja aiheuttavat analyysiä.
III. Venttiilin vajaatoimintakokeen havaitseminen
Tutkimusprosessin aikana vialliset venttiilikomponentit tarkistettiin erityisesti venttiilin varren pää- ja sauvan päähän (taivutettu osa) lähettämistä ja analysointia varten. Erilaisia tarkastusmenetelmiä käytettiin kattavasti tulosten luotettavuuden parantamiseksi.
1. Yleiskatsaus näytteistä
Neljä näytettä toimitettiin tarkastusta varten:
- Yksi ehjä venttiilin varsi
- Kaksi rikki venttiilin varret
- Yksi epäonnistunut sylinterinpää
Kuten kuviossa 6 esitetään, suoritettiin sekä ehjät että epäonnistuneiden venttiilien murtumapintojen morfologian ja metallografisten olosuhteiden materiaalianalyysi ja vertaileva tutkimus vikaantumisen aiheuttaman analyysin tukemiseksi ja toimien viitteenä vikaantumiselle ja ehkäisemiselle.
Epäonnistuneen venttiilin varren kaksi osaa määritettiin seuraavasti:
- ** Osa A (ehjä osa) **: Venttiilin varsi oli ehjä sekä edessä että takana.
- ** Osa B (epäonnistunut osa) **: Edessä olevan venttiilin varren sienipää puuttui, ja myös takaosan jousi ja hiha puuttuivat. Osion B venttiilin varsi oli taivutettu, rikki ja juuttunut hihan sisään. Asiaankuuluvat olosuhteet on esitetty kuvassa 4.
Kuva 4 -näyte tarkastusta varten
2. Tarkastuspohja ja laitteet
Tarkastus suoritettiin seuraavien standardien mukaisesti:
- Metallografiset tutkimusmenetelmät (gb/t 13298-2015)
- Teräsmateriaalien vikojen elektronisäteen mikroanalyysin yleiset säännöt (GB/T 21638)
Käytetyt tarkastuslaitteet sisältävät:
- Leica M205A -stereo -mikroskooppi (SCW034)
- Zeiss Axioplan2 Optinen mikroskooppi (SCW026)
- JSM -skannauselektronimikroskooppi (SCW030)
3. Tarkastustulokset
Aluksi suoritettiin visuaalinen tarkastus. Havaittiin, että sylinterin pään etupuolella olevassa vaurioituneessa reiässä oli läsnä rikkoutunut venttiilin varsi. Vastakkaisella puolella jousikomponentti pysyi ehjänä, kun taas murtumavaurion sivulla jousikomponentti puuttui, kuten kuvassa 5 esitetään.
Kuvio 5 epäonnistuneen osan makroskooppinen morfologia
Sylinteriosan purkaminen ja analyysi
Sylinteriosa purettiin sivusuunnassa, ja taivutettu venttiilin varsi uutettiin huolellisesti. Tarkastuksen jälkeen havaittiin, että sylinteriosan etupinnalla oli vakava kuluminen. Sylinterin ulkorengas osoitti murtuman merkkejä, ja renkaan pinnasta peräisin oleva alkuperäinen murtuma. Vastakkaisella puolella, jossa venttiilin varsi oli rikki, tunnistettiin putken murtumaan liittyvä vika. Erityisesti putken toisesta päästä löydettiin halkeama, joka ulottui ulkoreunaan aiheuttaen lisähalkeilua, kuten kuvassa 6 esitetään.
Kuva 6 epäonnistuneen osan makroskooppinen morfologia ja kotelon murtuman sijainti ja murtuman morfologia
Kohdassa B murtumispintojen analyysi
Kohdan B epäonnistuneiden osien 汇总: n ja analyysin perusteella on selvää, että on olemassa kaksi erillistä murtumaa, joissa on kolme vastaavaa murtumapintaa. Nämä kolme murtumapinta on merkitty seuraavasti:
- Murtuman pinta B1
- Murtuman pinta B2
- Murtuman pinta B3
Näiden murtumapintojen sijainnit on esitetty kuvassa 7.
Kuvio 7 Venttiilin varren makroskooppinen morfologia epäonnistuneen komponentin osassa B
Murtumapintojen havaitseminen stereomikroskoopin alla
Murtumapinnat tutkittiin käyttämällä makroskooppista stereomikroskooppia. Havaittiin, että murtumien morfologia osoitti vakavia vaurioita iskun kulumisesta. Murtumapinnat B2 ja B3 liittyvät toisiinsa. B3 -murtuman pinnalla tunnistettiin paikalliset väsymiskerrat, vaikka ne ovat heikkoja ja tuskin havaittavissa. Murtuman alkuperä sijaitsee reunassa, kuten kuvioissa 8 ja 9 esitetään.
Kuvio 8 Venttiilin varren pään murtuman lähtökohdan makroskooppinen stereoskooppinen morfologia
Kuvio 9 Venttiilin varren murtuman makroskooppinen stereoskooppinen morfologia epäonnistuneen komponentin osassa B
Pintavaurioiden ja murtumien alkuperän vertailu kolmesta venttiilin varresta
Kolmen venttiilin varren vertaileva analyysi paljasti, että pintavaurioiden sijainnit osoittivat suurta samankaltaisuutta. Lisäksi murtuman alkuperän ja pintavaurioiden välillä oli selkeä sijaintikorrelaatio, kuten kuvassa 10 esitetään.
Kuvio 10 Venttiilin varren pään makroskooppinen stereoskooppinen morfologia
Vaikutusten aiheuttama muodonmuutos havaitaan pään jousen lopussa, ja metallilasvat kiinnitetään jousen sisäseinään. Tämä vaurio vastaa venttiilin varren pintavaurioita, kuten kuvassa 11 esitetään.
Kuva 11 Makroskooppinen stereoskooppinen morfologia venttiilin varren pään alueella
4. Tarkastuspäätös
Tarkastusta varten toimitettu murtunut venttiilin varsi voidaan jakaa ensisijaisesti kolmeen osaan: Pääpää, taivutettu varren osa ja venttiilin istuin. Venttiilin varren murtumapinnan lähellä havaittiin hienoja poikittaisia halkeamia, joiden syvyydet vaihtelivat 4 - 10 μm. Nämä halkeamat johtavat stressipitoisuuteen juurissaan. Syövyttävän ympäristön ja toistuvan liikkeen vaikutuksesta tapahtuu väsymyshalkeaminen, mikä johtaa lopulta venttiilin varren pään murtumiseen.
Venttiilin varren pään murtuman jälkeen venttiilin varren liike muuttuu epätasapainoiseksi, aiheuttaen operatiivista häiritsemistä, taivutusta ja kitkaa hihaa vastaan. Tämä johtaa halkeamiin ja hihan mahdolliseen epäonnistumiseen. Vertailun ollessa ehjä venttiilin varsi määritettiin, että nämä hienot halkeamat ovat koneistusmerkkejä kääntöoperaatioista. Nämä koneistusmerkit toimivat alkuperäisinä vikoina, jotka edistävät murtumien aloittamista. Komponenttien spektrianalyysi paljasti syövyttävien oksidien läsnäolon hienoissa halkeamissa, jotka ovat yhdenmukaisia venttiilin pinnalla havaittujen kanssa. Näiden oksidien läsnäolo kiihdyttää materiaalikorroosiota ja edistää halkeamien etenemistä.