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[摘 要]我国的经济进入了一个飞速发展的时期，在这个时期下船舶柴油机也得到了快速的发展，但是船舶柴油机汽缸盖经常在非常恶劣的环境中工作，所以会出现一些问题，在本篇文章中我主要分析的是船舶柴油机汽缸盖的裂纹产生原因分析及修理。
[关键词]船舶柴油机汽缸盖裂纹产生原因修理
中图分类号：TS413 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）32-0157-02
柴油机的固定机件是汽缸盖，与此同时，它是柴油机燃烧室的非常重要的组成部分，船舶的柴油机的汽缸盖的类型是非常多的，他们的特点也都不大相同，但他们的结构都非常的复杂，而且在非常恶劣的环境中工作，所以会出现一些问题。
一、船舶柴油机汽缸盖的裂纹产生原因
汽缸盖产生裂纹是汽缸盖较为常见的故障。汽缸盖产生裂纹的根本原因是热应力和机械应力周期性的作用。船用大型低速柴油机汽缸盖裂纹主要发生在底面孔与孔之间和孔的圆角处，即有应力集中的地方。具体产生裂纹的部位则随机型、汽缸盖的结构和材料不同而异。小型柴油机通常在汽缸盖底面进排汽阀孔与喷油器孔之间以及阀座面上产生裂纹。具体分析汽缸盖产生裂纹主要有以下几方面原因。
1.1 结构设计方面的原因
汽缸盖底面汽阀孔周围之所以常产生裂纹，主要因为该处有较大的表面积，因此，受热膨胀和冷却时收缩速度都较大。例如，柴油机工作一段时间停车后，汽缸盖温度分布变化剧烈，热量通过冷却水和进排汽通道迅速散发，所以在汽阀孔处容易产生裂缝。再者，由于结构或受力不合理、过渡圆角太小等均会引起过大的机械应力，从而导致裂纹。
1.2 材料和工艺方面的原因
汽缸盖材料选择不当，质量不符合要求，铸造时没有很好地消除铸造应力，从而导致零件内部有缺陷，从而使汽缸盖在工作时易产生裂纹。
1.3 装配质量方面的原因
汽缸盖螺栓不按规定交叉拧紧，或在发生汽缸盖平面漏汽时拧紧该处的螺母来解决，都会造成汽缸盖受力不均匀而产生裂纹。喷油器安装不正确，会引起汽缸盖底面局部变形，增大喷油器孔处所受的拉应力，使之容易产生裂纹。
1.4 操作和管理方面的原因
柴油机长期在超负荷条件下运转或在未充分暖机的情况下突然增大负荷，使汽缸盖从冷态急剧变为热态，或在高温下急剧冷却而产生裂纹。柴油机冷车启动或启动后加速太快，致使汽缸盖底面与冷却面温差过大，热应力增大。故应暖机后再启动，启动后待油、水温度升高后方可加速；频繁启动、和热应力增加；机件过热。因长期使用，冷却水腔积垢影响散热，产生过大的热应力，从而导致裂纹的产生。
二、船舶柴油机汽缸盖检查措施
通常，汽缸盖裂纹都有一个产生和发展的过程，因此，平时认真检查、仔细观察、及早发现，就能避免机损事故的发生。汽缸盖裂纹检查主要有3种方法：直接观察法、着色探伤法、液压试验法。
2.1 直接的观察
可根据膨胀水箱中水位的上下波动及有无汽泄、油渍等来判断汽缸盖是否有裂纹，还可通过示功阀检查排汽是否冒白烟或有燃烧不良现象来判断裂纹发生在哪一缸。经常检查曲轴箱中滑油油位的变化，若油位升高，油中水分明显增加，则应怀疑内有裂纹。
2.2 着色探伤
着色探伤渗透液是含有红色颜料、溶剂和渗透剂等成分。具有渗透力强，渗透速度快，显象时清晰醒目，洗涤性好，化学稳定性好和无腐蚀或低毒等特点。显象剂常为氧化锌、氧化镁或二氧化钛等白色粉末和有机溶剂组成。显象剂具有悬浮力好，与渗透液有明显的衬度对比，显示缺陷清晰，易于辨别，无腐蚀性等特点。在着色探伤操作中有浸液法、刷涂法和喷涂法。内压式喷灌操作简单，携带方便，广为应用。一组内压式喷灌各装有清洗剂、渗透剂和显象剂。检验时，先用清洗剂清洁零件待检表面，然后喷涂一层渗透剂，依据材料不同有不同的渗透时间。如常温下铝、镁合金铸件约为15分钟，锻件和钢铸件应不小于30分钟；钢焊件和焊缝有的可打60分钟；塑料、玻璃、陶瓷等非金属材料在5～30分钟之间。渗透剂渗透时间对检验灵敏度影响很大。时间短，小缺陷难以发现，大缺陷显示不全；时间长，难以清洗和检验效率低。在清洗掉表面渗透剂后再喷涂显象剂，最后就可在白色衬底上显示出红色缺陷痕迹。
2.3 液压试验法
对于内部微小裂纹，如冷却水腔的微小裂纹，用着色法很难检查，通常做液压试验才能检查出来。液压试验法实质上是在模拟使用条件下对承压零件材料内部有无缺陷进行检验的一种无损检验方法。它不需任何先进的仪器，只用一般的专用夹具和具有压力的汽体或液体。液压试验前，将待检零件上的孔、洞等全部堵塞，用专用夹具密封零件形成包括检验部位的密封空腔，注满液体或汽体后完全封闭，按要求加压至规定试验压力，保持一定时间后观察零件外表面上有无液体渗出或汽体逸出，从而判断零件有无裂紋。试验用液体可用水或油，也可用空汽，以有关要求而定。试验压力以零件工作条件而定。柴油机汽缸盖冷却水腔试验压力为0.7MPa，保持5分钟。柴油机运转中，轮机员可根据汽缸或活塞冷却水表压力指针波动或膨胀水柜水位上下波动判断零件有穿透性裂纹。因为当汽缸盖或汽缸套有穿透性裂纹时，燃烧室中的高压燃汽就会沿裂缝进入冷却水腔，使冷却水系统的压力升高，压力表指针和膨胀水柜水位均升高；当汽缸排汽后压力低于冷却水压力，冷却水自裂缝进入汽缸大量漏泄，冷却水压力急剧降低，压力表指针和膨胀水柜水位又迅速降低。此外，还可从冷却水温升高，淡水消耗量增加，扫汽箱有水流出，膨胀水柜的透汽管有汽泡冒出和冷却水中有油星等现象进一步判断。至于燃烧室中哪个零件裂穿则需要进一步检查。
三、船舶柴油机汽缸盖的裂纹修理措施
如果汽缸盖的裂纹较为严重，比如贯穿性裂纹，或者裂纹在关键部位，或裂纹程度比较严重，就直接更换汽缸盖。如果汽缸盖裂纹不严重或应急延长使用，可以根据不同的环境选择不同的修理方法。 3.1 无机粘接剂修补法
这是一种最为简单的修补方法，在零件工作环境在500℃一下可以使用，所以可以用来修补汽缸盖，由于温度的限制，在温度处采用有机粘接剂。
3.2 金属扣合法
这种方法的特点是保证强度又有好的密封性，与其他方法比最可靠，为了增加密封性可以再裂纹处涂上有机粘接剂，其效果更好。
3.3 镶套修理法
主要用于汽缸盖进排汽阀孔或喷油孔的内部修理，采用这种方法修理的汽缸盖可以用两年。衬套材料用不锈钢或者青铜，衬套端部与阀孔底部加紫铜垫加以密封。
3.4 焊补法
裂纹短时，铲去裂纹进行焊接修补。焊接工艺的要求比较严格，比如，焊接前要要对零件进行预热，焊接后对零件进行退火处理
3.5 覆版修理法
此修理法仅适用于汽缸盖外表面的修理，可以得到较好的结果。具体体现在裂纹两端钻止裂孔，然后将钢板覆盖在裂纹部位上，再用螺钉固定在汽缸盖上。汽缸盖裂纹修理后，应对冷却水腔进行0.7MPa的水压试验，以检验修理质量。裂纹微小时应采用锉刀，油石或风砂轮等工具打磨裂纹处于以消磨，经无损探伤或水压试验检验合格后继续使用，否则继续打磨，检验。若裂纹深达壁厚的百分之3以上的话，停止打磨改用其他修理方法或予以换新。
四、防止汽缸盖产生裂纹的措施
为了保证柴油机的正常运转，作为柴油机的重要部件，预防其产生裂纹更为重要，本文总结了以下几条措施。
4.1 对于汽缸盖材质要改善
通过改善材质来减少汽缸盖裂纹的产生是一个颇为有效的措施，如缸径为400mm以下的汽缸盖通常以灰铸铁最为普遍，而缸径大于400mm时，由于灰铸铁经不起大变形的长期考验，因而以改用球墨铸铁为宜。
4.2 对于汽缸盖设计要进行优化
如今年来许多中速柴油机都采用了双层底汽缸盖的结构形式，它的设计观点是把热负荷和机械负荷分开来处理，采用较薄的底板可以提高冷却效果，降低底板温差，即用较薄的底板承受热负荷，采用较厚的顶面板、中间隔板和圆周壁来提高刚度承受机械负荷，这样使得机械应力和热应力各得其所。再如，为减少燃烧室壁上的热应力，缸盖四周不能箍得太紧，缸盖与缸套的定位凸肩要留有充分的余地，有如缸盖阀门的过桥处常易产生裂纹，可在产生裂纹的部位预先铣去一部分金属，以减轻应力集中程度，从而减少了由于热应力过大而导致裂纹产生的几率。
4.3 对于轮机人员的操作管理要科学化。
若对柴油机操作管理不当，同样会导致汽缸盖产生裂纹。例如，柴油机冷车启动或启动后加速太快都容易产生裂纹。更甚者，轮机人员在没有充分暖缸的情况下增加负荷，急剧调节冷却水量，造成汽缸盖“激碎”现象。这是由于受热部件和冷却液的温度升高都需要有一个过程，如果加速过快，燃烧室部件就会因内外壁温差过大而产生过大的热应力，长此下去，就会产生裂纹，因此，轮机人员启动主机前必须充分暖机，启动后不可加速太快，待油温和水温升高后，方可加至全速，同时还要及时清除冷却水腔中的水垢和铁锈。
汽缸盖对于船舶柴油机是一个非常重要的部件的，由于汽缸盖的工作条件十分恶劣，在正常条件下汽缸盖出现裂纹是不可避免的。本文在分析探讨汽缸套产生裂纹的原因的基础上，提出了在使用和保修中减少船舶柴油机汽缸盖产生裂纹故障的处理及预防措施，有利于减少汽缸盖的故障，保持柴油机良好的性能，对于提高船舶柴油机的整机寿命和机械设备的使用效益有十分重要的意义。而船舶在航行期间，柴油机汽缸盖产生裂纹主要是轮机管理不良所导致。因此，在减少汽缸盖故障的工作中，提高轮机人員管理水平，科学的轮机管理是关键，严格按照柴油机的保养程序和使用注意事项执行，定期检查，及时维护，保证船舶的正常航行。
四、总结
在本篇文章中我首先分析了船舶柴油机汽缸盖的裂纹产生原因，即结构设计方面的原因、材料和工艺方面的原因、装配质量方面的原因以及操作和管理方面的原因，之后我又分析了船舶柴油机汽缸盖检查措施，即直接的观察、着色探伤、液压试验法，之后还分析了船舶柴油机汽缸盖的裂纹修理措施，最后分析了防止汽缸盖产生裂纹的措施。
参考文献
[1] 黄少竹.船舶柴油机[M].大连海事大学出版社.2006（12）.
[2] 满一新.船机维修技术[M].大连海事大学出版社.2006（12）.
[关键词]船舶柴油机汽缸盖裂纹产生原因修理
中图分类号：TS413 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）32-0157-02
柴油机的固定机件是汽缸盖，与此同时，它是柴油机燃烧室的非常重要的组成部分，船舶的柴油机的汽缸盖的类型是非常多的，他们的特点也都不大相同，但他们的结构都非常的复杂，而且在非常恶劣的环境中工作，所以会出现一些问题。
一、船舶柴油机汽缸盖的裂纹产生原因
汽缸盖产生裂纹是汽缸盖较为常见的故障。汽缸盖产生裂纹的根本原因是热应力和机械应力周期性的作用。船用大型低速柴油机汽缸盖裂纹主要发生在底面孔与孔之间和孔的圆角处，即有应力集中的地方。具体产生裂纹的部位则随机型、汽缸盖的结构和材料不同而异。小型柴油机通常在汽缸盖底面进排汽阀孔与喷油器孔之间以及阀座面上产生裂纹。具体分析汽缸盖产生裂纹主要有以下几方面原因。
1.1 结构设计方面的原因
汽缸盖底面汽阀孔周围之所以常产生裂纹，主要因为该处有较大的表面积，因此，受热膨胀和冷却时收缩速度都较大。例如，柴油机工作一段时间停车后，汽缸盖温度分布变化剧烈，热量通过冷却水和进排汽通道迅速散发，所以在汽阀孔处容易产生裂缝。再者，由于结构或受力不合理、过渡圆角太小等均会引起过大的机械应力，从而导致裂纹。
1.2 材料和工艺方面的原因
汽缸盖材料选择不当，质量不符合要求，铸造时没有很好地消除铸造应力，从而导致零件内部有缺陷，从而使汽缸盖在工作时易产生裂纹。
1.3 装配质量方面的原因
汽缸盖螺栓不按规定交叉拧紧，或在发生汽缸盖平面漏汽时拧紧该处的螺母来解决，都会造成汽缸盖受力不均匀而产生裂纹。喷油器安装不正确，会引起汽缸盖底面局部变形，增大喷油器孔处所受的拉应力，使之容易产生裂纹。
1.4 操作和管理方面的原因
柴油机长期在超负荷条件下运转或在未充分暖机的情况下突然增大负荷，使汽缸盖从冷态急剧变为热态，或在高温下急剧冷却而产生裂纹。柴油机冷车启动或启动后加速太快，致使汽缸盖底面与冷却面温差过大，热应力增大。故应暖机后再启动，启动后待油、水温度升高后方可加速；频繁启动、和热应力增加；机件过热。因长期使用，冷却水腔积垢影响散热，产生过大的热应力，从而导致裂纹的产生。
二、船舶柴油机汽缸盖检查措施
通常，汽缸盖裂纹都有一个产生和发展的过程，因此，平时认真检查、仔细观察、及早发现，就能避免机损事故的发生。汽缸盖裂纹检查主要有3种方法：直接观察法、着色探伤法、液压试验法。
2.1 直接的观察
可根据膨胀水箱中水位的上下波动及有无汽泄、油渍等来判断汽缸盖是否有裂纹，还可通过示功阀检查排汽是否冒白烟或有燃烧不良现象来判断裂纹发生在哪一缸。经常检查曲轴箱中滑油油位的变化，若油位升高，油中水分明显增加，则应怀疑内有裂纹。
2.2 着色探伤
着色探伤渗透液是含有红色颜料、溶剂和渗透剂等成分。具有渗透力强，渗透速度快，显象时清晰醒目，洗涤性好，化学稳定性好和无腐蚀或低毒等特点。显象剂常为氧化锌、氧化镁或二氧化钛等白色粉末和有机溶剂组成。显象剂具有悬浮力好，与渗透液有明显的衬度对比，显示缺陷清晰，易于辨别，无腐蚀性等特点。在着色探伤操作中有浸液法、刷涂法和喷涂法。内压式喷灌操作简单，携带方便，广为应用。一组内压式喷灌各装有清洗剂、渗透剂和显象剂。检验时，先用清洗剂清洁零件待检表面，然后喷涂一层渗透剂，依据材料不同有不同的渗透时间。如常温下铝、镁合金铸件约为15分钟，锻件和钢铸件应不小于30分钟；钢焊件和焊缝有的可打60分钟；塑料、玻璃、陶瓷等非金属材料在5～30分钟之间。渗透剂渗透时间对检验灵敏度影响很大。时间短，小缺陷难以发现，大缺陷显示不全；时间长，难以清洗和检验效率低。在清洗掉表面渗透剂后再喷涂显象剂，最后就可在白色衬底上显示出红色缺陷痕迹。
2.3 液压试验法
对于内部微小裂纹，如冷却水腔的微小裂纹，用着色法很难检查，通常做液压试验才能检查出来。液压试验法实质上是在模拟使用条件下对承压零件材料内部有无缺陷进行检验的一种无损检验方法。它不需任何先进的仪器，只用一般的专用夹具和具有压力的汽体或液体。液压试验前，将待检零件上的孔、洞等全部堵塞，用专用夹具密封零件形成包括检验部位的密封空腔，注满液体或汽体后完全封闭，按要求加压至规定试验压力，保持一定时间后观察零件外表面上有无液体渗出或汽体逸出，从而判断零件有无裂紋。试验用液体可用水或油，也可用空汽，以有关要求而定。试验压力以零件工作条件而定。柴油机汽缸盖冷却水腔试验压力为0.7MPa，保持5分钟。柴油机运转中，轮机员可根据汽缸或活塞冷却水表压力指针波动或膨胀水柜水位上下波动判断零件有穿透性裂纹。因为当汽缸盖或汽缸套有穿透性裂纹时，燃烧室中的高压燃汽就会沿裂缝进入冷却水腔，使冷却水系统的压力升高，压力表指针和膨胀水柜水位均升高；当汽缸排汽后压力低于冷却水压力，冷却水自裂缝进入汽缸大量漏泄，冷却水压力急剧降低，压力表指针和膨胀水柜水位又迅速降低。此外，还可从冷却水温升高，淡水消耗量增加，扫汽箱有水流出，膨胀水柜的透汽管有汽泡冒出和冷却水中有油星等现象进一步判断。至于燃烧室中哪个零件裂穿则需要进一步检查。
三、船舶柴油机汽缸盖的裂纹修理措施
如果汽缸盖的裂纹较为严重，比如贯穿性裂纹，或者裂纹在关键部位，或裂纹程度比较严重，就直接更换汽缸盖。如果汽缸盖裂纹不严重或应急延长使用，可以根据不同的环境选择不同的修理方法。 3.1 无机粘接剂修补法
这是一种最为简单的修补方法，在零件工作环境在500℃一下可以使用，所以可以用来修补汽缸盖，由于温度的限制，在温度处采用有机粘接剂。
3.2 金属扣合法
这种方法的特点是保证强度又有好的密封性，与其他方法比最可靠，为了增加密封性可以再裂纹处涂上有机粘接剂，其效果更好。
3.3 镶套修理法
主要用于汽缸盖进排汽阀孔或喷油孔的内部修理，采用这种方法修理的汽缸盖可以用两年。衬套材料用不锈钢或者青铜，衬套端部与阀孔底部加紫铜垫加以密封。
3.4 焊补法
裂纹短时，铲去裂纹进行焊接修补。焊接工艺的要求比较严格，比如，焊接前要要对零件进行预热，焊接后对零件进行退火处理
3.5 覆版修理法
此修理法仅适用于汽缸盖外表面的修理，可以得到较好的结果。具体体现在裂纹两端钻止裂孔，然后将钢板覆盖在裂纹部位上，再用螺钉固定在汽缸盖上。汽缸盖裂纹修理后，应对冷却水腔进行0.7MPa的水压试验，以检验修理质量。裂纹微小时应采用锉刀，油石或风砂轮等工具打磨裂纹处于以消磨，经无损探伤或水压试验检验合格后继续使用，否则继续打磨，检验。若裂纹深达壁厚的百分之3以上的话，停止打磨改用其他修理方法或予以换新。
四、防止汽缸盖产生裂纹的措施
为了保证柴油机的正常运转，作为柴油机的重要部件，预防其产生裂纹更为重要，本文总结了以下几条措施。
4.1 对于汽缸盖材质要改善
通过改善材质来减少汽缸盖裂纹的产生是一个颇为有效的措施，如缸径为400mm以下的汽缸盖通常以灰铸铁最为普遍，而缸径大于400mm时，由于灰铸铁经不起大变形的长期考验，因而以改用球墨铸铁为宜。
4.2 对于汽缸盖设计要进行优化
如今年来许多中速柴油机都采用了双层底汽缸盖的结构形式，它的设计观点是把热负荷和机械负荷分开来处理，采用较薄的底板可以提高冷却效果，降低底板温差，即用较薄的底板承受热负荷，采用较厚的顶面板、中间隔板和圆周壁来提高刚度承受机械负荷，这样使得机械应力和热应力各得其所。再如，为减少燃烧室壁上的热应力，缸盖四周不能箍得太紧，缸盖与缸套的定位凸肩要留有充分的余地，有如缸盖阀门的过桥处常易产生裂纹，可在产生裂纹的部位预先铣去一部分金属，以减轻应力集中程度，从而减少了由于热应力过大而导致裂纹产生的几率。
4.3 对于轮机人员的操作管理要科学化。
若对柴油机操作管理不当，同样会导致汽缸盖产生裂纹。例如，柴油机冷车启动或启动后加速太快都容易产生裂纹。更甚者，轮机人员在没有充分暖缸的情况下增加负荷，急剧调节冷却水量，造成汽缸盖“激碎”现象。这是由于受热部件和冷却液的温度升高都需要有一个过程，如果加速过快，燃烧室部件就会因内外壁温差过大而产生过大的热应力，长此下去，就会产生裂纹，因此，轮机人员启动主机前必须充分暖机，启动后不可加速太快，待油温和水温升高后，方可加至全速，同时还要及时清除冷却水腔中的水垢和铁锈。
汽缸盖对于船舶柴油机是一个非常重要的部件的，由于汽缸盖的工作条件十分恶劣，在正常条件下汽缸盖出现裂纹是不可避免的。本文在分析探讨汽缸套产生裂纹的原因的基础上，提出了在使用和保修中减少船舶柴油机汽缸盖产生裂纹故障的处理及预防措施，有利于减少汽缸盖的故障，保持柴油机良好的性能，对于提高船舶柴油机的整机寿命和机械设备的使用效益有十分重要的意义。而船舶在航行期间，柴油机汽缸盖产生裂纹主要是轮机管理不良所导致。因此，在减少汽缸盖故障的工作中，提高轮机人員管理水平，科学的轮机管理是关键，严格按照柴油机的保养程序和使用注意事项执行，定期检查，及时维护，保证船舶的正常航行。
四、总结
在本篇文章中我首先分析了船舶柴油机汽缸盖的裂纹产生原因，即结构设计方面的原因、材料和工艺方面的原因、装配质量方面的原因以及操作和管理方面的原因，之后我又分析了船舶柴油机汽缸盖检查措施，即直接的观察、着色探伤、液压试验法，之后还分析了船舶柴油机汽缸盖的裂纹修理措施，最后分析了防止汽缸盖产生裂纹的措施。
参考文献
[1] 黄少竹.船舶柴油机[M].大连海事大学出版社.2006（12）.
[2] 满一新.船机维修技术[M].大连海事大学出版社.2006（12）.