我國的國民經濟建設離不開閥門，在工業領域及城鄉基礎建設領域，閥門這一產品更是不可或缺。 閥門的品種繁雜，常見的有閘閥、蝶閥、截止閥、球閥、止回閥等，材質種類也很多，常見的有鑄鐵、鑄鋼及鑄銅，規格大小也各不相同，小的幾十克，大的幾十噸；不同之品種、不同之材料及不同之規格，都有不同之使用屬性。普通鑄鋼材質蝶閥，由於具備較高之耐壓強度，良好之密封性能，較低之成本，故在工業領域及市政工程領域得到廣泛應用，同樣由於蝶閥結構簡單、操作可靠、造價低廉、口徑齊全（50 ~5000mm ）在閥門需求領域上的比重應當是較高的。 但鑄鋼蝶閥如在鑄造工程中控製不當，會帶來很大之經濟損失。

 

本文結合鑄鋼蝶閥的實際生產、相關技術資料及筆者多年來從事鑄造生產的一些寶貴經驗， 對鑄鋼蝶閥常見的縮孔、裂紋作了原因分析，並提出了改進措施，並使用了科學軟件進行論證等方法，以給閥門生產廠家參考。

 

1 鑄鋼蝶閥之常見缺陷

蝶閥主要有閥體、閥瓣兩大鑄件（見圖 1 ），鑄造缺陷有縮孔、裂紋、氣孔、渣孔、夾砂、冷隔等，其中較為常見的是縮孔和裂紋，這兩大缺陷往往會導致鑄件無法修補（或修補成本很高）而報廢，故本文主要針對這兩類缺陷進行分析和找對策。

 

1 . 1 縮孔（Shrinkage ）

鑄鋼件的縮孔大致可分為內部縮孔、 敞露縮孔、縮鬆、縮陷及芯麵縮孔等，閥體常見的縮孔位置出現在法蘭熱節處（內縮孔）冒口頸部，以及軸孔內部；閥瓣之常見縮孔位於鋸齒形密封槽內冒口頸部，軸銷孔內部，以及背部筋板之熱節處（外部形成縮凹）。 縮孔照片實例見圖2 。

 

1 . 2 裂紋

鑄鋼件的裂紋大致可分為縮裂、熱裂及冷裂，也有把其分為外裂紋、皮下裂紋和內裂紋。 閥體常見之裂紋發生在法蘭背部R 角處， 軸孔外部和本體相接之R 角處，以及軸銷孔內部；閥瓣之裂紋主要出現在軸孔內部及背部加強筋相交之熱節處。 裂紋照片實例見圖3 。

 

2 形成縮孔、裂紋之原因分析

2 . 1 造成縮孔之原因分析

由於鑄鋼件其液態收縮和凝固收縮值是一定的，收縮時間等於鑄件凝固時間， 收縮貫穿凝固過程的始終，不同於鑄鐵在凝固過程有析出石墨的石墨化膨脹，不存在有自補功能，所以其液態收縮和凝固收縮完全靠澆注係統和冒口的外部補縮，所以一旦澆注係統和冒口安排不合理，冒口補貼能力不足、鋼液澆注溫度過高、收縮量大，就會產生各類縮孔缺陷。也有這樣論述“鑄件在凝固過程中，鋼液的凝固收縮和液態收縮大於凝固收縮，凝固期過大造成縮孔”[ 1 ] ，實例照片（見圖2 ）

 

2 . 2 造成裂紋之原因分析

熱裂其實大部分和補縮及鑄件線收縮受阻有關係，其發生的時間段為凝固收縮之後期，此時的鑄件還未完成凝固，溫度比較高，同時鑄件的斷麵厚薄連接處圓角過小；澆注係統不合理；鑄型的退讓性不足；硫磷含量過高等都為造成熱裂和縮裂（照片見圖3 ）。冷裂主要是鑄造應力超過合金之抗拉強度引起的鑄件開裂，其原因是鑄件設計不合理；壁厚懸殊；澆冒係統設置不科學，鑄件各部分溫差大，開箱過早或者開箱後未及時退火處理（實例照片是圖3 ）。

 

3 缺陷防止方法

3 . 1 縮孔、縮鬆的防止

3 . 1 . 1 凝固原理角度出發改進鑄造工藝

長期以來鑄鋼澆注係統工藝的製定都是遵循順序凝固原則采取的工藝措施，保證鑄件結構上各部分按遠離冒口的部分先凝固，靠近冒口的部分後凝固，冒口本身較後凝固的順序進行，以便在鑄件從遠離冒口部分到冒口之間建立一個遞增的溫度梯度。 為此要加強冒口要放在熱節處，如果實在無法防止就用補貼過渡，但冒口和補貼都要足夠大，保證冒口較後凝固，按照這種工藝設計基本能夠生產出合格鑄件，但實際生產中還是會存在一些問題。

 

1 ）閥體傳統工藝

一般為平做造型工藝（法蘭麵一個在底部、一個在頂部），法蘭的熱節在法蘭和筒體相交處，而冒口必須放在法蘭熱節處，澆注係統采用底澆形式，澆注快結束時在冒口補澆熱鋼水，但缺點冒口必須足夠大，工藝出品率低且底法蘭熱節處易出現縮孔，且上法蘭冒口根部有時還會出現縮孔。 另軸孔部位的熱節處在澆注位置中部離冒口太遠，無法得到冒口補縮，易出現縮孔。

 

2 ）閥瓣的傳統工藝

壁厚差異大，熱節處比較多，較大熱節為軸銷孔部位， 但就是在熱節處放置冒口還是無法得到合格鑄件，同時由於軸銷處的熱節很大，冒口必須足夠大，故其工藝出品率及加工成本很高。

3 ）動態順序凝固

動態順序凝固時[ 2 ] 指冒口不放在鑄件的幾何熱節處，而是放在鑄件的幾何熱節的次熱帶處，利用冒口與鑄件次熱節行程的接觸熱節大於鑄件幾何熱節，並晚於鑄件幾何熱節凝固的特性，實現鑄件遠離冒口的部分和幾何熱節先凝固，次熱節和冒口後凝固的凝固順序。 動態順序凝固和傳統之順序凝固不同之處在於冒口的接觸熱節和鑄件的幾何熱節相分離，當然為了減少冒口之尺寸在鑄件之幾何熱節處遠離冒口端放置冷鐵。 可有效地減小冒口之體積提高工藝出品率， 同時也可有效地防止冒口頸之缺陷

 

a 、根據動態順序凝固原理特點設計澆冒口係統，並和《 華鑄 CAE / interCAST 集成係統》[ 3 ] 進行凝固過程電腦模擬驗證，模擬的三維照片見圖4 。照片說明：（1 ）由下而上，藍色的表示溫度較低、紅色表示溫度較高。

（2 ）顯示的顏色為液體表麵而溫度一旦凝固變成固體，就不再顯示顏色，隻用線條表示，S 表示秒，數字表示開始澆注後的時間。

（3 ）黑色表示鑄造缺陷（縮孔）。

b 、閥瓣（DN1600 蝶閥）軟件驗證實例（圖4 ）。該鑄件重量1540kg、材質為WCB、澆注溫度1580°C 、凝固溫度為1420°C 、設計的工藝為采用2 個熱暗冒口，冒口頸位置位於較大熱節（軸銷）處的邊緣靠底部，沒有放在熱節之正中央，下列圖4 （A ~F ）是澆注結束（ 澆注用469.69s） 後鑄件液體表麵溫度狀況。 時間為469 . 69S →16050 . 31S ，即澆注結束至全部凝固之時間。 圖4 （A ）為剛澆注結束（時間點為469 . 69s ）的表麵溫度模擬圖，由此看出由於鑄型的表麵溫度較低， 鋼水迅速冷卻，表麵的迅速降至1500 °C 以下，但由於熱節處以冒口處表麵溫度局部還在 1513 °C 以上；圖 4 （B ）澆注後 351 . 9S（821 . 59s - 467 . 69s ）筋板部分開始凝固， 但熱節處和冒口處鋼液表麵溫度變化不大。 圖四4 （C）澆注後1764.23s(2233.92s-469.69s)橫澆道筋板，底平板（中間位置）均開始凝固， 但熱節處和溫度還是比較高， 其中有一個冒口頂部出現縮凹；圖4（D）；澆注後4517.6(4987.29s-469 . 69s ) ,除了熱節的中心位置和冒口大部份溫度還比較高未凝固外， 鑄件大部分已凝固； 圖4 （E） 澆注後 12104.8s（12574.49s-469.69s） 除了冒口中心位置和冒口頸處未凝固，其餘均已凝固；圖4 （F）澆注後15580.62s （16050 . 31s -469 . 69s ）凝固全部結束，冒口上部產生縮凹。 工藝模擬結果是合格的， 同時實際驗證也是合格的。 當然為了增加工藝之可靠性，在熱節處（筋板交接處、底平板的外園（厚實）處，軸孔位置底部） 適當放置冷鐵激冷效果更佳。

 

4 總結

在秦山核電二廠多次大修期間，經過對換料水池去汙作業人員弱貫穿輻射劑量調查，可以得出如下結論：

（1 ） 構件池去汙作業人員的個人劑量明顯高於堆芯池去汙作業， 而個人劑量比值Hp ( 3 ) / Hp ( 10 ) 和Hp( 0 . 07 ) / Hp ( 10 ) 的平均值十分接近；

（2 ）換料水池去汙人員的三個工種中，外照射風險較大的為衝洗作業， 因此在作業前要特別做好水池內熱粒子的測量和排查工作；

（3 ）擦洗作業人員手掌皮膚劑量較高，建議做針對性監測；

（4 ）對於眼晶體，考慮到近年來國際權威機構已將眼晶體年劑量限值由150mSv 降低到20mSv ， 建議對水池去汙人員進行眼晶體劑量監測；

（5 ） 作業人員劑量主要來自於水池內γ 射線的貢獻， 而個人防護用品對 γ 射線基本沒有衰減效果，綜合考慮建議維持目前個人防護用品配置， 不必額外增加防護用品。