一種渦輪殼鑄件泄漏原因分析

劉俊華，閔立強(qiáng)，張興玲

（共享裝備股份有限公司，寧夏 銀川 750021）

渦輪殼是渦輪增壓器的關(guān)鍵零部件之一[1]，作為渦輪增壓器的外部固件，其主要作用是形成渦輪工作的腔體并對進(jìn)出氣導(dǎo)向，支撐渦輪軸及渦輪旋轉(zhuǎn)組件。渦輪殼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄造工藝難度大，鑄件質(zhì)量要求高，尤其是氣密性。

在對美國一家內(nèi)燃壓縮公司供應(yīng)渦輪殼中，顧客反饋該產(chǎn)品在做密封性氣壓測試時出現(xiàn)批量泄漏反饋，給公司帶來了較大的經(jīng)濟(jì)損失和信譽(yù)危機(jī)。筆者通過檢測理論和生產(chǎn)實踐研究，對渦輪殼泄漏的原因進(jìn)行了分析，為生產(chǎn)工藝改進(jìn)提供依據(jù)，同時為其他相關(guān)研究人員提供參考。

1 泄漏檢測

1.1 概述

泄漏檢測（LT）主要用于檢測壓力容器各連結(jié)部位的密封性能，焊縫是否發(fā)生泄漏以及泄漏點的定位和定量分析。泄漏檢測的方法可以分為氣密性試驗、氨滲透試驗、鹵素檢漏試驗和氦檢漏試驗[2]。氣密性試驗是將被檢試樣浸在一定溫度的液體里，利用一定壓力狀態(tài)下的干燥氣體注入產(chǎn)品待檢測腔體，用肉眼觀察浸液中的試樣表面有無氣泡溢出，浸液一般選擇性能穩(wěn)定，易觀測且對產(chǎn)品不造成損傷的液體，比如介質(zhì)水。本文中的泄漏檢測實質(zhì)上是氣密性試驗。

1.2 氣密性檢測步驟

我司渦輪殼泄漏檢測的方法步驟如圖1 所示：

1）將鑄件側(cè)翻置入水中檢驗，看腔體周圍是否漏氣，如圖1（b）所示；

2）將鑄件倒翻置入水中檢驗，看腔體周圍是否漏氣，如圖1（c）所示；

3）將鑄件正面置入水中檢驗，看腔體周圍是否漏氣，如圖1（d）所示。

圖1 渦輪殼滲漏檢測步驟

通過以上三步檢測，如沒有漏氣則鑄件檢測合格。

2 分析與討論

為了找到渦輪殼在顧客處發(fā)生泄漏的根本原因，首先與顧客就泄漏細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)溝通確認(rèn)。渦輪殼結(jié)構(gòu)及泄漏位置如圖2 所示，從顧客反饋位置看，泄漏位置較為特殊，且軸孔區(qū)內(nèi)側(cè)有個通往油腔的凹腔。

圖2 渦輪殼結(jié)構(gòu)及泄漏位置示意圖

2.1 泄漏原理分析

顧客反饋關(guān)鍵點：“軸孔部位每間隔約4 min～15 min 溢出一個氣泡，漏氣部位無法觀察確認(rèn)到”，此細(xì)節(jié)對于分析至關(guān)重要。

一方面，泄漏現(xiàn)象為“4 min～15 min 溢出一個小泡”，是偶爾單個冒泡并非連續(xù)氣體溢出。根據(jù)氣壓檢測原理論證不應(yīng)該是一個單純的貫穿缺陷漏氣導(dǎo)致，鑄件壁若是存在一個氣孔、砂眼、縮孔等貫穿性缺陷應(yīng)為連續(xù)溢出氣泡，而且位置固定易追溯觀測到；另一方面，顧客是精加工封堵后檢測，溢出的氣體并不是軸孔的，因為軸孔中心結(jié)構(gòu)部位沒有腔體，離開軸孔約15 cm 才有需氣密性檢測的腔體，說明氣體是從周圍匯聚過來的，且顧客檢測時鑄件是不翻轉(zhuǎn)的，所以受結(jié)構(gòu)遮擋限制難以獲知具體漏氣部位。

根據(jù)上千件渦輪殼氣密性檢測實踐經(jīng)驗推測，顧客反饋的小氣泡是鑄件外腔壁或熱節(jié)部位存在的粘砂在被水浸透過程產(chǎn)生的氣泡。例如，把一塊鑄造砂芯置于水中，會產(chǎn)生分散氣泡，但不是連續(xù)密集氣泡，原因是砂子顆粒表面不光滑，表面有空氣附著，當(dāng)砂子受到水壓影響后，微小的氣泡會匯聚成一個個看得見的氣泡上浮溢出水面，且浸泡時間愈長，氣泡溢出愈困難。

2.2 內(nèi)窺鏡檢查

為了驗證論斷是否正確，選取一件發(fā)生類似泄漏的渦輪殼對其內(nèi)側(cè)腔體進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查，結(jié)果如圖3 所示。由于鑄件清理時未將腔體表面粘砂徹底清理干凈，導(dǎo)致渦輪殼腔體外部凹處有不同程度粘砂、灰皮存在。

圖3 渦輪殼內(nèi)腔壁內(nèi)窺鏡檢查結(jié)果

2.3 實體解剖

隨機(jī)選取泄漏件進(jìn)行解剖，解剖結(jié)果如圖4 所示，發(fā)現(xiàn)鑄件內(nèi)側(cè)腔體外壁及內(nèi)壁嚴(yán)重粘砂、灰皮，外鑄件壁還存在局部變色，對變色壁處進(jìn)行敲擊后觀測到存在皮下氣孔。

圖4 渦輪殼腔壁內(nèi)外側(cè)鑄造粘砂嚴(yán)重

2.4 泄漏鑄件復(fù)檢

圖5 渦輪殼皮下氣孔

在推斷得到驗證的基礎(chǔ)上，我司積極與顧客溝通，最終顧客同意選取一件延長檢測時間觀測。結(jié)果顯示第一次2 min～4 min 偶發(fā)溢出氣泡的氣密性不合渦輪殼，在鑄件復(fù)檢15 min 內(nèi)無泄漏，延長至16 min 后發(fā)現(xiàn)溢出一個小泡。隨后顧客又增大壓力復(fù)檢1 件，幾分鐘后偶發(fā)單個氣泡，延長檢測時間后再無氣泡溢出。

最終，存在問題的11 件渦輪殼復(fù)檢結(jié)果證明前期反饋氣密性不合漏氣位置不是鑄件腔壁真實泄漏，是鑄件壁粘砂及顧客氣密性檢測工藝存在問題。通過此舉不但解除了公司的信譽(yù)危機(jī)，為公司挽回了巨額損失，同時也推動顧客檢測工藝改進(jìn)，實現(xiàn)雙贏。

3 結(jié)論與建議

通過上述理論分析和實踐驗證，證明顧客反饋的間歇性氣泡并非鑄件泄漏，而是附著在腔體內(nèi)部的鑄造粘砂在水介質(zhì)浸透過程中釋放氣體導(dǎo)致，也存在顧客檢測工藝不完善的原因。為提高渦輪殼鑄件氣密性檢測的準(zhǔn)確性及可靠性，特提出以下建議：

1）在鑄件清理檢測環(huán)節(jié)增加內(nèi)窺鏡檢測，確認(rèn)鑄件壁無粘砂后再進(jìn)行泄漏檢測；

2）凹處結(jié)構(gòu)易蝸聚氣體，延緩氣泡溢出，對于類似結(jié)構(gòu)鑄件應(yīng)采用多角度旋轉(zhuǎn)模式進(jìn)行檢測；

3）對于批量產(chǎn)品建議制定抽檢頻率，進(jìn)行解剖驗證，便于及早發(fā)現(xiàn)和解決產(chǎn)生的批量問題。