我国的国民经济建设离不开阀门，在工业领域及城乡基础建设领域，阀门这一产品更是不可或缺。 阀门的品种繁杂，常见的有闸阀、蝶阀、截止阀、球阀、止回阀等，材质种类也很多，常见的有铸铁、铸钢及铸铜，规格大小也各不相同，小的几十克，大的几十吨；不同之品种、不同之材料及不同之规格，都有不同之使用属性。普通铸钢材质蝶阀，由于具备较高之耐压强度，良好之密封性能，较低之成本，故在工业领域及市政工程领域得到广泛应用，同样由于蝶阀结构简单、操作可靠、造价低廉、口径齐全（50 ~5000mm ）在阀门需求领域上的比重应当是较高的。 但铸钢蝶阀如在铸造工程中控制不当，会带来很大之经济损失。

 

本文结合铸钢蝶阀的实际生产、相关技术资料及笔者多年来从事铸造生产的一些宝贵经验， 对铸钢蝶阀常见的缩孔、裂纹作了原因分析，并提出了改进措施，并使用了科学软件进行论证等方法，以给阀门生产厂家参考。

 

1 铸钢蝶阀之常见缺陷

蝶阀主要有阀体、阀瓣两大铸件（见图 1 ），铸造缺陷有缩孔、裂纹、气孔、渣孔、夹砂、冷隔等，其中较为常见的是缩孔和裂纹，这两大缺陷往往会导致铸件无法修补（或修补成本很高）而报废，故本文主要针对这两类缺陷进行分析和找对策。

 

1 . 1 缩孔（Shrinkage ）

铸钢件的缩孔大致可分为内部缩孔、 敞露缩孔、缩松、缩陷及芯面缩孔等，阀体常见的缩孔位置出现在法兰热节处（内缩孔）冒口颈部，以及轴孔内部；阀瓣之常见缩孔位于锯齿形密封槽内冒口颈部，轴销孔内部，以及背部筋板之热节处（外部形成缩凹）。 缩孔照片实例见图2 。

 

1 . 2 裂纹

铸钢件的裂纹大致可分为缩裂、热裂及冷裂，也有把其分为外裂纹、皮下裂纹和内裂纹。 阀体常见之裂纹发生在法兰背部R 角处， 轴孔外部和本体相接之R 角处，以及轴销孔内部；阀瓣之裂纹主要出现在轴孔内部及背部加强筋相交之热节处。 裂纹照片实例见图3 。

 

2 形成缩孔、裂纹之原因分析

2 . 1 造成缩孔之原因分析

由于铸钢件其液态收缩和凝固收缩值是一定的，收缩时间等于铸件凝固时间， 收缩贯穿凝固过程的始终，不同于铸铁在凝固过程有析出石墨的石墨化膨胀，不存在有自补功能，所以其液态收缩和凝固收缩完全靠浇注系统和冒口的外部补缩，所以一旦浇注系统和冒口安排不合理，冒口补贴能力不足、钢液浇注温度过高、收缩量大，就会产生各类缩孔缺陷。也有这样论述“铸件在凝固过程中，钢液的凝固收缩和液态收缩大于凝固收缩，凝固期过大造成缩孔”[ 1 ] ，实例照片（见图2 ）

 

2 . 2 造成裂纹之原因分析

热裂其实大部分和补缩及铸件线收缩受阻有关系，其发生的时间段为凝固收缩之后期，此时的铸件还未完成凝固，温度比较高，同时铸件的断面厚薄连接处圆角过小；浇注系统不合理；铸型的退让性不足；硫磷含量过高等都为造成热裂和缩裂（照片见图3 ）。冷裂主要是铸造应力超过合金之抗拉强度引起的铸件开裂，其原因是铸件设计不合理；壁厚悬殊；浇冒系统设置不科学，铸件各部分温差大，开箱过早或者开箱后未及时退火处理（实例照片是图3 ）。

 

3 缺陷防止方法

3 . 1 缩孔、缩松的防止

3 . 1 . 1 凝固原理角度出发改进铸造工艺

长期以来铸钢浇注系统工艺的制定都是遵循顺序凝固原则采取的工艺措施，保证铸件结构上各部分按远离冒口的部分先凝固，靠近冒口的部分后凝固，冒口本身较后凝固的顺序进行，以便在铸件从远离冒口部分到冒口之间建立一个递增的温度梯度。 为此要加强冒口要放在热节处，如果实在无法防止就用补贴过渡，但冒口和补贴都要足够大，保证冒口较后凝固，按照这种工艺设计基本能够生产出合格铸件，但实际生产中还是会存在一些问题。

 

1 ）阀体传统工艺

一般为平做造型工艺（法兰面一个在底部、一个在顶部），法兰的热节在法兰和筒体相交处，而冒口必须放在法兰热节处，浇注系统采用底浇形式，浇注快结束时在冒口补浇热钢水，但缺点冒口必须足够大，工艺出品率低且底法兰热节处易出现缩孔，且上法兰冒口根部有时还会出现缩孔。 另轴孔部位的热节处在浇注位置中部离冒口太远，无法得到冒口补缩，易出现缩孔。

 

2 ）阀瓣的传统工艺

壁厚差异大，热节处比较多，较大热节为轴销孔部位， 但就是在热节处放置冒口还是无法得到合格铸件，同时由于轴销处的热节很大，冒口必须足够大，故其工艺出品率及加工成本很高。

3 ）动态顺序凝固

动态顺序凝固时[ 2 ] 指冒口不放在铸件的几何热节处，而是放在铸件的几何热节的次热带处，利用冒口与铸件次热节行程的接触热节大于铸件几何热节，并晚于铸件几何热节凝固的特性，实现铸件远离冒口的部分和几何热节先凝固，次热节和冒口后凝固的凝固顺序。 动态顺序凝固和传统之顺序凝固不同之处在于冒口的接触热节和铸件的几何热节相分离，当然为了减少冒口之尺寸在铸件之几何热节处远离冒口端放置冷铁。 可有效地减小冒口之体积提高工艺出品率， 同时也可有效地防止冒口颈之缺陷

 

a 、根据动态顺序凝固原理特点设计浇冒口系统，并和《 华铸 CAE / interCAST 集成系统》[ 3 ] 进行凝固过程电脑模拟验证，模拟的三维照片见图4 。照片说明：（1 ）由下而上，蓝色的表示温度较低、红色表示温度较高。

（2 ）显示的颜色为液体表面而温度一旦凝固变成固体，就不再显示颜色，只用线条表示，S 表示秒，数字表示开始浇注后的时间。

（3 ）黑色表示铸造缺陷（缩孔）。

b 、阀瓣（DN1600 蝶阀）软件验证实例（图4 ）。该铸件重量1540kg、材质为WCB、浇注温度1580°C 、凝固温度为1420°C 、设计的工艺为采用2 个热暗冒口，冒口颈位置位于较大热节（轴销）处的边缘靠底部，没有放在热节之正中央，下列图4 （A ~F ）是浇注结束（ 浇注用469.69s） 后铸件液体表面温度状况。 时间为469 . 69S →16050 . 31S ，即浇注结束至全部凝固之时间。 图4 （A ）为刚浇注结束（时间点为469 . 69s ）的表面温度模拟图，由此看出由于铸型的表面温度较低， 钢水迅速冷却，表面的迅速降至1500 °C 以下，但由于热节处以冒口处表面温度局部还在 1513 °C 以上；图 4 （B ）浇注后 351 . 9S（821 . 59s - 467 . 69s ）筋板部分开始凝固， 但热节处和冒口处钢液表面温度变化不大。 图四4 （C）浇注后1764.23s(2233.92s-469.69s)横浇道筋板，底平板（中间位置）均开始凝固， 但热节处和温度还是比较高， 其中有一个冒口顶部出现缩凹；图4（D）；浇注后4517.6(4987.29s-469 . 69s ) ,除了热节的中心位置和冒口大部份温度还比较高未凝固外， 铸件大部分已凝固； 图4 （E） 浇注后 12104.8s（12574.49s-469.69s） 除了冒口中心位置和冒口颈处未凝固，其余均已凝固；图4 （F）浇注后15580.62s （16050 . 31s -469 . 69s ）凝固全部结束，冒口上部产生缩凹。 工艺模拟结果是合格的， 同时实际验证也是合格的。 当然为了增加工艺之可靠性，在热节处（筋板交接处、底平板的外园（厚实）处，轴孔位置底部） 适当放置冷铁激冷效果更佳。

 

4 总结

在秦山核电二厂多次大修期间，经过对换料水池去污作业人员弱贯穿辐射剂量调查，可以得出如下结论：

（1 ） 构件池去污作业人员的个人剂量明显高于堆芯池去污作业， 而个人剂量比值Hp ( 3 ) / Hp ( 10 ) 和Hp( 0 . 07 ) / Hp ( 10 ) 的平均值十分接近；

（2 ）换料水池去污人员的三个工种中，外照射风险较大的为冲洗作业， 因此在作业前要特别做好水池内热粒子的测量和排查工作；

（3 ）擦洗作业人员手掌皮肤剂量较高，建议做针对性监测；

（4 ）对于眼晶体，考虑到近年来国际权威机构已将眼晶体年剂量限值由150mSv 降低到20mSv ， 建议对水池去污人员进行眼晶体剂量监测；

（5 ） 作业人员剂量主要来自于水池内γ 射线的贡献， 而个人防护用品对 γ 射线基本没有衰减效果，综合考虑建议维持目前个人防护用品配置， 不必额外增加防护用品。