铸造件对带压开孔安全施工的影响

带压开孔机承压部件与管道短节及阀门在带压开孔过程中，组成密闭的压力容器。要求在能够承受管道标准压力及最大压力时顺利地进行管道开孔作业。这就要求带压开孔承压部件至少要达到管道所要求的压力。

管道带压开孔时，管道系统在标准压力下，除阀门外，其余设备均不得使用铸造部件来进行压力管道的开孔作业。设备生产严格按照《先锋管道设备生产规范》进行部件生产，严格检查检验关键部件的承压能力。铸造件的内部金相复杂、气孔排列不均衡外，其内部还存在着较为危险的铸造应力影响部件的强度及承压的稳定性。下面简单地介绍一下铸造应力的形成和造成的危害：

铸造应力指的是铸件在凝固和以后的冷却过程中体积的变化不能自由的进行，于是在产生变形的同时还产生应力，这种应力称为铸造应力。

铸造应力是在铸件全部进入弹性状态后，由于收缩受阻或收缩不同步而产生的弹性应力。铸造应力削弱铸件的结构强度，降低铸件的承载能力。同时造成铸件变形，甚至开裂，并引起机械加工后，在使用过程中尺寸发生变化，不能保证加工精度的可靠性和整机的精度。

带压开孔机的承压部件如果使用铸造件，其内部的铸造应力大小无法测量，而且这种应力的变化在于向铸件在不同的方向施加压力时，内部的应力变化也不同。这是极不稳定而且不可控制的力量变化，在带压开孔设备的承重部件中应当严禁使用。

铸造应力分为以下三种表现形式：

1.相变应力

相变应力是指在带压开孔机所用的铸件在冷却时发生相变，由于体积变化造成的内应力。对于钢铁材料，在弹性状态温度范围内冷却，相变造成体积膨账。使铸件厚壁部分受压应力，薄壁部分受拉应力。但铸件总是力图通过变形来减缓其内应力。

因此，带压开孔机承压部件如采用铸造方法，则此铸件常发生不同程度的变形。铸件的变形往往使铸件精度降低，严重时可以使设备在带压开孔工程施工中由于变形而引起断轴或爆裂，造成设备报废，甚至出现人员伤亡事故，应予防止。

2.热应力

铸件凝固末期即铸件合金已搭结成枝晶网络骨架开始及随后的冷却过程中，铸件横截面和厚薄不同之处由于存在着温度差而产生的铸造应力，称之为热应力。铸件横截面内外，厚薄不同之处冷却速度有差异，致使有温度差而导致固态收缩速率不致辞而相互制约，从而产生了热应力。

3.机械应力

机械应力是铸件在冷却收缩时，受到铸型或型芯的阻碍而引起的，这种应力是拉应力或切应力。当铸件落砂、清理后，铸件收缩的障碍去除，机械应力随之消失。

如果铸件的熔料质量较好，脆性较低，在铸件内应力作用下会缓慢变型，如果铸件的熔料较差，脆性较高，铸造内应力超过金属的强度极限时，铸件便产生裂纹。设备生产严格按照《先锋管道设备生产规范》进行部件生产，严格检查检验关键部件的承压能力。

消除应力的方法主要为加热时效处理。将铸件再次加热到合金的弹塑性状的温度范围，保持一段时间，待应力消失后，再缓慢冷却至常温。可采用以下方法来减小应力的影响，但可能无法完全消除：

1. 装炉温度和加热速度。在装炉和加热过程中，铸件各部分温度升高不一致时，就会产生新的热应力。如果薄的部分或外层温度上升较快，而厚的部分或内层温度上升较慢，则薄处或外层产生新的压应力，而厚处或内层产生新的拉应力。这种新的应力与残留热应力方向一致。

为了防止因装炉和加热过程中产生过大的临时热应力而导致铸件开裂，应限制装炉温度和加热温度，特别是对于残留热应力较大铸件，装入冷炉中。如果必须装入热炉中，在装炉时应把铸件薄壁部分放在炉温较低处，把铸件厚壁部分放在温度较高处，以减小临时热应力。在某些情况下，即使铸件各部分温度上升比较均匀，也可能出现裂纹。 这是因为合金强度随温度上升而降低的速度大于应 力消失速度的缘故。

2. 时效温度和保温时间。时效温度应在铸铁的弹塑性状态温度范围内。温度过高易发生渗碳体分解，降低铸铁的硬度和耐磨性；温度过低则需延长保温时间，使铸件各部分温度一致并消除残留应力。

以上两种方法均为部分带压开孔机承压部件内部应力的方法，但却无法完全消除。设备生产严格按照《先锋管道设备生产规范》进行部件生产，严格检查检验关键部件的承压能力。如果要达到完全消除，则铸件变形严重及尺寸无法保证能否继续使用。而且这种消除应力的方法比其它锻造和机加工方法制造出的带压开孔机承压部件成本要高出1-2倍，并不经济。如果其价格还要更低的话，那就根本没有处理以上缺陷。并且伴随着铸造件的气孔及夹渣等很多缺陷的产生，其质量也远远无法和锻造机加工方法制造的带压开孔机承压部件相比。

附件：铸造碳钢件检测标准

GB/T 11352-2009 一般工程用铸造碳钢件

GB/T 31204-2014 熔模铸造碳钢件

JB/T 7710-2007 薄层碳氮共渗或薄层渗碳钢件 显微组织检测

YC/T 10.6-2018 烟草机械 通用技术条件 第6部分：铸造碳钢件