牛德良

（哈尔滨东安发动机（集团）有限公司 黑龙江哈尔滨 150066）

核电用地漏的气孔缺陷分析及改进

牛德良

（哈尔滨东安发动机（集团）有限公司 黑龙江哈尔滨 150066）

本文针对核电用地漏典型废品原因进行分析，根据分析结果制订了相应改进措施，分析结果表明，影响气孔的因素众多，面砂粒度、厚度、干燥程度、浇注系统、钢液温度计成分、浇注速度等均对气孔产生较大影响。为消除上述因素的影响，分别针对原因制定措施，尽量减小上述原因对气孔的影响。

核电；地漏；气孔

1 绪论

AP1000核电用的铸造地漏在国外发展已经有很长一段时间，其铸造工艺和施工水平都领先于国内的铸造行业。国内对于同类铸造产品缺陷分析已有较长时间的研究，本文对地漏气孔缺陷的研究，为今后地漏铸造成品率的进一步提高提供了理论依据，为物项检验人员的驻厂监造、物项验收提供了检测依据。

2 研发背景

AP1000核电使用的地漏，是依据美国西屋公司提供的设计图纸和技术规格书进行生产铸造，主要预埋在核岛各层楼板底板，做下水管道接口使用，在三代核电的污水排泄方面，有着重要的作用。

本文对核电用地漏在生产过程中产生的气孔研究分析，旨在避免后续同类其他的铸造产生同样问题，改进地漏的铸造工艺，提高地漏的铸造水平的同时，为物项的进场验收提供指导依据

3 地漏气孔废品的原因分析及对策

地漏在焊接使用的过程中，发现有密集型气孔，此类气孔主要集中在地漏的腰部接口处，呈蜂窝状，气孔大部分呈球形光滑孔洞，直径约0.5～1mm左右，属于侵入性气孔。产品出厂前经过了喷砂处理，致使气孔在喷砂过程中被堵塞，导致在现场接收时，验收人员肉眼更无法观察到表面气孔缺陷。在焊后PT过程中得以清晰显现。

3.1 影响地漏产生的气孔废品的原因分析

气孔集中部位位于铸件上端热节处，原因为在浇筑过程中产生大量的气体没有排出型腔，此处为热节，最终凝固区域，气孔在此位置聚集不能有效排出导致的集中侵入性气孔。

3.1.1 浇注系统对气孔的影响

此铸件为顶注式，分为四个内浇口进入铸件，由于为顶注，钢液卷气严重，在浇注过程中不能有效排出，加之铸件为薄壁件，上端凝固较快，气体聚集在转角的热节处形成密集的气孔。

内浇口数量较少，造成钢液在铸型中温差较大，当冷的钢液进入铸型后易产生气孔缺陷；如图1所示。

图1 浇注系统

3.1.2 浇注温度及浇注速度对气孔的影响

由于此铸件为铸钢件，钢液比较铁液碳含量低很多，流动性能较铁液要差，浇注过程中要求钢液具有很高的浇注温度及浇注速度才能完成较好的充型，所以浇注温度偏低或者浇注速度偏慢使钢液温度下降过快是导致侵入性气孔产生的直接原因；浇注系统的浇注速度能够满足生产需求，但是浇注温度对于此类薄壁件要求控制较高，当温度低于1560℃时气孔产生的几率较大。

3.1.3 制壳工艺及烘干工艺对气孔的影响

产生气孔的主要气体来源为砂型及空气，型壳极易吸潮，型壳含水量对气孔影响巨大，钢液的精炼除气也至关重要，当型壳在烘干后放置10min以上时会产生大量的气孔。

3.1.4 透气性对气孔的影响

对气孔缺陷的影响因素无外乎为发气及排气的过程，型壳的排气对气孔影响较大，关键在于在浇注过程中型内的气压变化，或者说是气压平衡问题即浇注过程中发气与排气同时进行，如果型腔的排气好，型内的气体能够有效排出，气孔自然解决，而型砂粒度是决定型腔排气的关键，在选用型砂粒度时尽量选择工艺要求下限，既能提高型腔强度又能有效排气。

3.1.5 模壳焙烧对气孔的影响

从壳模焙烧的角度分析，是由于壳模在焙烧过程中，未能按照设定时间和温度进行焙烧，导致有水分残留在壳模内，浇注过程水分不能及时排出，导致气孔缺陷产生。

3.2 消除气孔的对策对策

3.2.1 针对浇注系统的改进

对浇注系统分析认为浇注系统中内浇口数量过小而且分布对称，相对集中，设计为雨淋式浇注系统，使型腔内的钢液温度趋于均衡，有利于气体的排出；浇注系统为半开放式，更改为封闭式，提升浇注速度，减少温度降低，有利于气体在铸件没有凝固时顺利排出型腔。

3.2.2 浇注温度及化学成分的控制

熔炼时间要求小于30min；出炉浇注温度1560～1580℃；预脱氧剂入量0.1～0.2%锰铁、0.1～0.15%硅铁；终脱氧剂加入量0.2～0.3%硅钙；材质按照国标：C≤0.22～0.28，Si≤0.37，Mn≤0.5，S、P≤0.04。

3.2.3 制壳工艺及烘干工艺的控制

焙烧温度1050～1150℃，保温时间＞30min；焙烧炉内温度1050～1150℃，型壳保温时间大于30min，焙烧好的型壳应为白色或蔷薇色；焙烧炉要与熔化炉配合，确保浇注时型壳烧好，并保持高温，浇注时要求型壳从焙烧炉中叉出至浇注不得超过10s。

3.2.4 型腔透气性控制措施

型腔透气性主要体现在制壳工艺控制参数的控制要求：室温22±2℃、湿度 50～65%；脱蜡参数：水温度 168±2℃为宜、气压 0.65～0.8MPa，时间 12～20s。

4 结论

核电用地漏作为国家引进的AP1000核电项目滋生出来的产物，在铸造使用初期阶段，仍具有较大的铸造发展空间，只有采取有效的生产控制管理，并严格控制好铸件的熔炼温度，壳模的焙烧时间，针对存在的问题，结合实际生产条件，严格控制工艺中的每道工序，防止铸造缺陷的产生，即可生产出完全合格铸钢件产品。

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