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防爆電器鑄件缺陷:氣孔產生原因及預防

發布時間:2022/1/21
  防爆電器鑄件中產生和存在氣孔是防爆電器鑄件最常見的缺陷。統計顯示,因氣孔造成防爆電器鑄件的廢品量約占 防爆電器鑄件的總廢品量的三分之一。氣孔和縮孔(縮松)一樣,都是防爆電器鑄件內部存在的孔洞,但是 它們的成因卻是不同的。然而,它們都在威脅著防爆電器鑄件的機械強度。
  對于防爆電氣設備,尤其是隔爆型電氣設備,氣孔不僅降低外殼的結構強度,而且在隔 爆接合面上如果存在氣孔,還可能導致傳爆率增加。這是一個十分嚴重的問題,所以在設備設計時,人們常常在總裝配圖上標示出“隔爆接合面上有氣孔、砂眼等缺陷的零件不得裝配”,就是這個道理。
  1.氣孔的成因
  大家已經知道縮孔(縮松)是由于防爆電器鑄件在凝固過程中的液態收縮、凝固收縮和固態收縮共同作用造成的。然而,氣孔是由于澆注金屬液在冷卻過程中內部存在的氣體形成的孔洞,不同予縮孔和縮松的成因。按照防爆電器鑄件內部氣體的來源,氣孔可以分為侵入式氣孔、析出式氣孔和反應式氣孔。
  (1)侵入式氣孔
  侵入式氣孔是由砂型表面層聚集的氣體侵入澆注金屬液內形成的孔洞。
  侵入式氣孔是這樣形成的:在澆注過程中,鑄型型壁表層在澆注金屬液作用下所含水分發生汽化并向里層侵入,形成一層水汽飽和凝聚區。這些水汽,一部分通過分型面、捧氣孔或被澆注金屬液烘干的表層排出鑄型外,一部分則留存在凝聚區。假若鑄型排氣不暢,凝聚區的水汽聚積壓力越來越高,當超過澆注金屬液的靜壓力時,便侵入澆注金屬液內。侵入澆注金屬液內的氣體j一部分穿過澆注金屬液向外逃逸,一部分便殘留在澆注金屬液內。澆注金屬液內殘留的這部分氣體在澆注金屬液凝固后便在防爆電器鑄件內形成了孔洞,即氣孔。
  (2)析出式氣孔
  析出式氣孔是由溶解在澆注金屬液內的氣體在凝固過程中溶解度降低而殘留在防爆電器鑄件內的氣體形成的孔洞。
  析出式氣孔是這樣形成的:在鑄造合金的熔煉和澆注過程中,常常會有一些從爐料和爐氣中析出的氣體進入澆注金屬液中,例如,氫氣(H:)、氮氣(N:)和氧氣(0:)等。氮氣和氧氣可以和澆注金屬液起化學反應,生成化合物,而氫氣不能與之起化學反應,便留存在澆注金屬液中。隨著澆注金屬液溫度的降低,氫氣在澆注金屬液中的溶解度降低,逐漸呈過飽和狀態,于是氫原予結合成氫分子,形成氣泡,企圖向外溢出。當氧分子的溢出受到阻礙時便留存在澆注金屬液中,在凝固后的防爆電器鑄件中就形成了氣孔。
  (3)反應式氣孔
  反應式氣孔是由鑄型中澆注金屬液與鑄型材料、型芯撐、冷鐵程熔渣發生化學反應析出的氣體形成的孔洞。
  反應式氣孔是這樣形成的:例如,假若型芯撐和(或)冷鐵表面有銹蝕,當澆注金屬液與之接觸時便會發生化學反應(Fe3O4+4c→3Fe+4C0↑)。反應中產生的氣體(CO)基本上會積聚在型芯撐和冷鐵附近,從而在防爆電器鑄件中形成孔洞。另外,澆注金屬液與鑄型型砂接觸時同樣會起化學反應,釋放出氣體,同樣會在防爆電器鑄件中形成氣孔。
  2.氣孔的預防
  由于氣孔的種類和成因不同,因而預防的措施也是不同的。
  對于侵入式氣孔,應盡可能地減小鑄型(型砂)的發氣量和增強鑄型的排氣能力。
  對于析出式氣孔,應適當地控制鑄造合金的熔煉溫度和澆注溫度。從爐料和爐氣中析出的氣體進入澆注金屬液中的進入量隨溫度升高而增大,例如,在鑄鋁中氫氣的進入量與溫度的關系如圖2.14所示;適當地控制溫度就可以減小這個進入量。
  對于反應式氣孔,在澆注前,必須保持型芯撐和冷鐵表面無銹蝕,無污物且干燥;盡可能地保證鑄型型砂純凈。
  這些措施的綜合運用就可以較好地減小防爆電器鑄件產生氣孔,完全避免防爆電器鑄件內出現氣孔是一件較為困難的事。
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