气缸盖裂纹产生的原因分析与修理
韩秀奇 王丽秀 单术梅
气缸盖的主要作用是将气缸体的上部封闭。它的凹面是燃烧室的主要部分。气缸盖具有容纳燃烧、安置水套、发散热量、调节温差等作用。气缸盖在很高的燃气压力和热应力作用下工作，同时承受气缸盖螺栓预紧力的作用，机械应力和热应力都较大，而且结构又十分复杂。各部位温差大，尤其是进、排气道和喷油器之间水道较窄，热应力更大。因此，气缸盖一般容易在三角区产生裂纹。
1.故障现象
高压气体窜入水箱，致冷却水中有气泡逸出；排气管冒白烟或排水；柴油机功率下降、工作不稳定并发出异常声响，启动困难；柴油机外部漏水。
2.主要原因
气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。在交变的热应力和机械应力的作用下，将产生疲劳裂纹，从而导致气缸盖裂纹。具体分析气缸盖产生裂纹主要有以下几个方面原因：
（1） 材料和工艺上的原因。气缸盖材料选择不当，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，使气缸盖在工作时容易产生裂纹。
（2）使用管理不当。柴油机在缺水过热时，突然加注冷水或无水启动柴油机，温度升高后再加冷水；或在冷态下急剧加热（柴油机启动后不暖机又急剧增加负荷）。由于缸盖温度冷热剧变产生裂纹。供油时间不对，产生早燃或爆燃，造成缸盖温度过高等，致使缸盖热胀冷缩而产生裂纹。寒冷季节，停车熄火后，马上放掉冷却水或没有放净，使缸体和缸盖由热骤变冷或因剩余冷却水而冻裂。经常使用减压柄停车，使柴油机在高温下吸入大量冷空气，导致气缸盖壁薄的部位突冷收缩而开裂。
（3）维修安装不当。气缸垫安装不当，使气缸盖与缸体之间的水道孔位不对，水流不通，从而造成局部高温裂纹。气缸盖螺栓没有按规定顺序、规定扭矩拧紧，或各螺栓拧紧程度不一致，造成缸盖、缸体受力不匀而产生裂纹。
（4）气缸盖水套内水垢太厚，降低了冷却效果或柴油机长时间在高负荷条件下运转，柴油机温度过高，引起局部更大的热应力集中，加速裂纹的产生。
3. 气缸盖裂纹检测
（1）使用着色渗透剂检查：把缸盖浸入煤油或煤油的着色溶液（质量分数为65%煤油、30%变压器油、5%松节油加少量红丹油）中，2 h后取出，擦干表面油迹，涂以薄层浆状白粉，然后烘干，如有裂纹会显示黑色（或有色）线条。
（2）水压检验：将气缸盖和衬垫装在气缸体上，用一盖板装在气缸体的前壁上，并用水管与水压机相通，将其它水道口密封，然后将水压入气缸体和气缸盖内。其要求是：在200～400 kPa的水压下，保持不少于5 s的时间，应不出现任何渗漏现象，如果有水渗出即该处有裂纹。
（3）油压试验：将汽油或煤油注入气缸体和气缸盖的水套内，经过半小时，检查有无渗漏现象。
（4）气压试验：采用气压试验检查时，气缸盖必须浸入水中，从冒出水面的气泡来检查裂纹的位置。可以用138～207 kPa的压缩空气通过要检查的通道，保持压力持续时间为30 s，检查在这一时间内有无漏气现象发生。
4.修理方法
修理有裂纹的气缸盖，要根据裂纹的大小、产生的部位和气缸盖的材质而定。通过各种检验，一旦发现气缸盖底面和其他部位有裂纹时，不管是多么细小的裂纹，都要用钳工锉、砂轮或油石等工具进行彻底清除，否则这些小裂纹就会很快扩展，以致裂穿。对于气缸盖上的细小裂纹，经过处理可以彻底消除的，可以继续使用。如果裂纹比较严重，则只能更换新的气缸盖。下面介绍用电弧冷焊的方法修理气缸盖气门口间的裂纹：
（1）焊前准备。将气缸盖的附件拆下，用汽油或碱水将气缸盖清洗干净。仔细地找出裂纹，并判断其深度。开坡口，在刨床上开出平底或圆弧状的坡口。
（2）施焊。①可采用Z308、Z408、Z508直径3.2 mm的焊条，焊前烘干；交直流焊机均可，如用直流焊机采用正极接法，电流80～100 A。②分层堆焊法。一般多采用四层或多层，采用平焊位置，一端起弧，另一端终止。焊道长度每次25～30 mm左右。第二道从上次止弧端起弧，焊至第一次起弧端，采用顺向焊，在引弧板上引弧后移向焊口。采用中等弧长，焊条角度约60°～75°，焊层厚约3～4 mm。第二层、第三层焊道向侧壁倾斜一定角度，使电弧微向上跳，避免电弧直接吹铸铁，减少基体熔深。第四层可用逆向焊，焊条可作左右摆动。每层焊后，要用圆头小锤迅速地轻轻敲击焊道，消除应力，并等到工件冷却到室温再行起焊。
（3）气缸盖焊后质量检查。焊修后的气缸盖要经过水压试验，在0.3～0.4 MPa的压力下，3min不漏不渗为合格。检查平面的翘曲度，不得大于0.15 mm。
（4）气缸盖焊后机械加工。气缸盖平面翘曲度大于0.15 mm时，要进行铣削。将气缸盖放在平面铣床上铣平面，吃刀深度0.25 mm，一次铣成。
气缸盖的主要作用是将气缸体的上部封闭。它的凹面是燃烧室的主要部分。气缸盖具有容纳燃烧、安置水套、发散热量、调节温差等作用。气缸盖在很高的燃气压力和热应力作用下工作，同时承受气缸盖螺栓预紧力的作用，机械应力和热应力都较大，而且结构又十分复杂。各部位温差大，尤其是进、排气道和喷油器之间水道较窄，热应力更大。因此，气缸盖一般容易在三角区产生裂纹。
1.故障现象
高压气体窜入水箱，致冷却水中有气泡逸出；排气管冒白烟或排水；柴油机功率下降、工作不稳定并发出异常声响，启动困难；柴油机外部漏水。
2.主要原因
气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。在交变的热应力和机械应力的作用下，将产生疲劳裂纹，从而导致气缸盖裂纹。具体分析气缸盖产生裂纹主要有以下几个方面原因：
（1） 材料和工艺上的原因。气缸盖材料选择不当，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，使气缸盖在工作时容易产生裂纹。
（2）使用管理不当。柴油机在缺水过热时，突然加注冷水或无水启动柴油机，温度升高后再加冷水；或在冷态下急剧加热（柴油机启动后不暖机又急剧增加负荷）。由于缸盖温度冷热剧变产生裂纹。供油时间不对，产生早燃或爆燃，造成缸盖温度过高等，致使缸盖热胀冷缩而产生裂纹。寒冷季节，停车熄火后，马上放掉冷却水或没有放净，使缸体和缸盖由热骤变冷或因剩余冷却水而冻裂。经常使用减压柄停车，使柴油机在高温下吸入大量冷空气，导致气缸盖壁薄的部位突冷收缩而开裂。
（3）维修安装不当。气缸垫安装不当，使气缸盖与缸体之间的水道孔位不对，水流不通，从而造成局部高温裂纹。气缸盖螺栓没有按规定顺序、规定扭矩拧紧，或各螺栓拧紧程度不一致，造成缸盖、缸体受力不匀而产生裂纹。
（4）气缸盖水套内水垢太厚，降低了冷却效果或柴油机长时间在高负荷条件下运转，柴油机温度过高，引起局部更大的热应力集中，加速裂纹的产生。
3. 气缸盖裂纹检测
（1）使用着色渗透剂检查：把缸盖浸入煤油或煤油的着色溶液（质量分数为65%煤油、30%变压器油、5%松节油加少量红丹油）中，2 h后取出，擦干表面油迹，涂以薄层浆状白粉，然后烘干，如有裂纹会显示黑色（或有色）线条。
（2）水压检验：将气缸盖和衬垫装在气缸体上，用一盖板装在气缸体的前壁上，并用水管与水压机相通，将其它水道口密封，然后将水压入气缸体和气缸盖内。其要求是：在200～400 kPa的水压下，保持不少于5 s的时间，应不出现任何渗漏现象，如果有水渗出即该处有裂纹。
（3）油压试验：将汽油或煤油注入气缸体和气缸盖的水套内，经过半小时，检查有无渗漏现象。
（4）气压试验：采用气压试验检查时，气缸盖必须浸入水中，从冒出水面的气泡来检查裂纹的位置。可以用138～207 kPa的压缩空气通过要检查的通道，保持压力持续时间为30 s，检查在这一时间内有无漏气现象发生。
4.修理方法
修理有裂纹的气缸盖，要根据裂纹的大小、产生的部位和气缸盖的材质而定。通过各种检验，一旦发现气缸盖底面和其他部位有裂纹时，不管是多么细小的裂纹，都要用钳工锉、砂轮或油石等工具进行彻底清除，否则这些小裂纹就会很快扩展，以致裂穿。对于气缸盖上的细小裂纹，经过处理可以彻底消除的，可以继续使用。如果裂纹比较严重，则只能更换新的气缸盖。下面介绍用电弧冷焊的方法修理气缸盖气门口间的裂纹：
（1）焊前准备。将气缸盖的附件拆下，用汽油或碱水将气缸盖清洗干净。仔细地找出裂纹，并判断其深度。开坡口，在刨床上开出平底或圆弧状的坡口。
（2）施焊。①可采用Z308、Z408、Z508直径3.2 mm的焊条，焊前烘干；交直流焊机均可，如用直流焊机采用正极接法，电流80～100 A。②分层堆焊法。一般多采用四层或多层，采用平焊位置，一端起弧，另一端终止。焊道长度每次25～30 mm左右。第二道从上次止弧端起弧，焊至第一次起弧端，采用顺向焊，在引弧板上引弧后移向焊口。采用中等弧长，焊条角度约60°～75°，焊层厚约3～4 mm。第二层、第三层焊道向侧壁倾斜一定角度，使电弧微向上跳，避免电弧直接吹铸铁，减少基体熔深。第四层可用逆向焊，焊条可作左右摆动。每层焊后，要用圆头小锤迅速地轻轻敲击焊道，消除应力，并等到工件冷却到室温再行起焊。
（3）气缸盖焊后质量检查。焊修后的气缸盖要经过水压试验，在0.3～0.4 MPa的压力下，3min不漏不渗为合格。检查平面的翘曲度，不得大于0.15 mm。
（4）气缸盖焊后机械加工。气缸盖平面翘曲度大于0.15 mm时，要进行铣削。将气缸盖放在平面铣床上铣平面，吃刀深度0.25 mm，一次铣成。
