论大功率柴油机气阀制造工艺 及影响使用寿命的因素 何才田 上海高斯通船舶配件有限公司总经理

高 斯 通 目 录 1. 前言 1. 前言 2. 材料与工艺 2. 材料与工艺 3. 提高气阀使用寿命的途径 3. 提高气阀使用寿命的途径 4. 结束语 4. 结束语

高 斯 通 1. 前 言 气阀是柴油机关键零件之一，运行环境极为恶劣，长期承受高温、 高压、废气腐蚀、交变应力和频繁冲击等各种负荷，其质量和可靠 性直接影响整台柴油机的运行可靠性 随着船用柴油机各项技术指标的提高以及石油资源的日趋紧张，船 用柴油机使用低价重油已成为普遍现象，使得气阀的使用环境进一 步恶化，这对气阀，特别是排气阀的质量和可靠性提出了更高的要 求，也对使用者正确有效地实施柴油机各种参数的调整和保养，尽 可能地改善气阀使用环境提出了更高的要求 结合本人多年对气阀的研究实践，在提高气阀制造工艺水平与改善 使用环境方面谈一点看法，供大家参考

高 斯 通 马氏体 耐热不 锈钢 奥氏体 耐热不 锈钢 镍铬合 金钢 合理选用气阀材料及先进的生产工艺是质量保证的关键 工 艺工 艺 2. 材料和工艺

高 斯 通 韧性大幅度增加，大 大提高气门性能，基 本能满足目前所有中 速柴油机使用要求 硬度由原来 HRC47 左 右提高到 HRC55 左右 合金层晶粒度由原来 的 7-8 级提高到 级 马氏体耐热不锈钢 4Cr10Si2Mo 和 4Cr 9Si2 等材料是比较 适合的气阀母材， 经济性好，耐高温 和抗疲劳强度不如 镍铬合金钢 Ni80 堆焊耐热合金的物 理性能较差，再加 上堆焊工艺落后， 往往使气阀密封面 产生很多缺陷 真空熔焊加高温 轧制硬化工艺从 根本上解决了所 有缺陷

高 斯 通 奥氏体耐热不锈钢 目前国内在大功率中速柴油机上常用的主要有 23-8N,21- 12N,4Cr14Ni14W2Mo4 等，密封面需要堆焊钴基或镍基合金 奥氏体耐热不锈钢也是合适的气阀母材，耐高温和腐蚀性 能优于马氏体耐热不锈钢 材料焊接 性能好 钴基合金 镍基合金 任意选择 密封面堆 焊合金 因各项合金成分接近 Ni80, 经过轧制硬化后，各项性能 指标优于 Ni80 材料气阀。耐高温性能也优于钴基合金

高 斯 通 奥氏体耐热不锈钢 增加所有二冲程柴油机大修间隔时间 50% 基于耐久堆焊合金，通过获得专利的 焊接、轧制、和热处理硬化防止气阀 密封面串漏和裂痕的产生，提高性能 优于其它任何同类产品，已在二冲程 柴油机上全面推广使用 堆焊合金层在硬度上比 Alloy50 表面 高 20% ，比 Stellite 表面堆焊或 Ni80 高 50% ，达到 HV600 MAN 柴油机公司介绍 DuraSpindle 新型排气阀 SNCrW 也是奥氏体不锈钢，是 MAN 低速机 气阀专用材料，堆焊轧制硬化工艺关键技术 突破，密封面改用镍基合金堆焊

高 斯 通 镍铬合金钢 镍铬合金钢 NiMoNiC80 是目前 耐高温最好的材料之 一，适用于各种高中 低速柴油机。（优点 ：该高温环境下抗疲 劳强度提高。缺点： 绝对硬度值比较低、 价格昂贵） 较多中速使用重油 柴油机为保证可靠 性使用 Ni80 做阀盘 材料，阀杆采用其 它材料，杆身与阀 盘通过摩擦焊接工 艺结合（产生摩擦 焊接可靠性问题， 增加了摩擦焊接成 本） 新工艺气阀耐高温 、耐磨等性能优于 Ni80 材料气阀。 Ni80 气阀制造成本 高，质量也不占优 势，渐渐被取代

高 斯 通 工艺 使 R 处的表面粗糙度提 高到 Ra0.4 ，表面硬度 从原来的 HV 提 高到 HV 阀面堆焊和轧 制硬化工艺 阀盘底平面及颈 部 R 处仿形压制 工艺 提高 R 处防积碳能力， 增强气阀抗疲劳强度 和机械性能，气阀运 行更安全、可靠 符合 DuraSpindle 排气 阀性能，以 SNCrW 为 母材、密封面为镍基 合金，寿命长、低成 本、适合批量生产 经上海材料研究所材 料检测中心检测和实 际使用，各项指标优 于国际同类产品 我公司多项自行研发新工艺生产的气阀，已在用户全面装机使用，效果显著。上 述自主创新工艺和相关设备被授予多项发明和实用新型专利。

高 斯 通 颈部滚压气阀使用试验 - 宁波海运 （滚 压 VS 未滚压）

高 斯 通 气阀与气阀座密封面角度的匹配 排气阀和气阀座硬度的合理搭配 气阀转阀器的及时检查和维护 避免排气阀座的松动 排气阀锥度与阀盘外圆过度圆角处理 柴油机供油正时的正确控制 重视润滑油质量对气阀的影响作用 气阀间隙的正确调整 3. 提高气阀使用寿命的途径 气缸盖冷却系统和流道的及时清洁

高 斯 通 气阀与气阀座密封面角度的匹配  综合国内各大柴油机制造公司的产品，结合我公司长 期生产和使用的结果证明：比较理想的配合角度应该 在 15 ’ ～ 30’ 之间 图上所示为低速机配合角度，中速机与此相反

高 斯 通 排气阀锥面与阀盘外圆过度圆角处理 提高耐高温抗 冲击能力 减少排气阻 力，使排气 更流畅 有利于降低排 气温度，减少 积碳

高 斯 通 排气阀与排气 阀座密封面硬度 搭配因不同柴 油机而不同 排气阀与排气 阀座密封面硬度 搭配因不同柴 油机而不同 排气阀和气阀座硬度的合理搭配 燃用轻油的，气阀硬度比气阀座 高出 HRC6-8 ° 高指标柴油机并燃用重油的，高 出 HRC10-15 ° 非堆焊合金排气阀座可适当提高密 封面硬度，最好在 HRC55 ° 以上 随着柴油机性能提高，燃油质量下 降，柴油机制造企业针对气缸盖、 排气阀座的冷却采取了措施，冷却 效果较好，但排气阀冷却没有得到 改善，排气阀与阀座硬度差距拉大 建议：采用经过轧制硬化处理的气阀；选用同一厂家生的的气阀和阀座，配套使用

高 斯 通 柴油机供油正时的正确控制 燃烧不充分，积碳 严重，缸内温度升 高，气阀密封面处 于高温燃气冲刷 当气阀超过正常 工作温度时，每 增加 30°C ，腐 蚀的速率大约增 加 1 倍 经常检查和调整供 油正时，保证它始 终处于设计值，对 于气阀的可靠运行 至关重要 供油正时偏离设计值会使 柴油机燃烧状况恶化

高 斯 通 气缸盖冷却系统和流道的及时清洁 根据传热学计算， 1.5mm 厚 的积垢可以使气阀座导热率 降低 40% 柴油机各项性能指标的提高，几乎所有新设计的高性能柴油机冷却水都直接 到达排气阀座，对排气阀座进行直接冷却 使用时经常检查冷却水泵压力，气缸盖出水流量与温度、冷却水质，一旦发 现冷却水系统被水垢堵塞，及时清洗，确保冷却水正常流动。根据柴油机保 养规范，增添适量冷却系统添加剂 因冷却流道位于气缸盖上 ，如果冷却水系统未及时 清洁，就会逐渐生锈和结 垢，妨碍热传导

高 斯 通 气阀转阀器的及时检查和维护 转阀器的正常工作有助于气阀工作温度均匀且可清除气阀密封面上的积碳 在柴油机维修间隔期和调整气阀 间隙时，同事检查转发器和气阀 的转动情况，消除影响转阀器正 常工作的不利因素，清洗运动件， 保持润滑通道和周边环境的整洁 在柴油机运转时，经常注意观察 转阀器的工作状态，一旦发现转 阀器工作异常，及时停机，消除 异常后再运行

高 斯 通 重视润滑油质量对气阀的影响作用 按照柴油机保养要求，定期更换 合格的润滑油和过滤器，使柴油 机处于良好的润滑状态 过多的杂质和沉淀物在气阀导管上聚 集，阻塞润滑油通道，气阀导管加速 磨损，气阀从气阀座上颠出，气阀杆 因落座时挠曲而损坏或气阀座破裂 过多氧化膜在气阀杆和气阀 导管上造成气阀杆发涩 过多酸造成的腐蚀作用，使 气阀杆产生点蚀和气阀导管 磨损 过期未及时更换润滑油对气阀存在诸 多不利影响

高 斯 通 避免排气阀座的松动 冷却系统故障，温度 不均匀，造成阀座变 形，产生松动 加工专用工具用 强力螺丝拉入 更换阀座时工艺不 规范，多次更换阀 座，造成阀座孔不 断增大，尺寸配合 不合适，形成松动 液氮冷冻法 采用可靠 安装工艺

高 斯 通 气阀间隙的正确调整 使气阀关闭过程过于粗暴，这样的降落动作最终使气 阀断裂，气阀转动压盘和气阀弹簧座圈磨损，造成气 阀过早损坏 气阀间隙会使柴油机运行情况发生偏离 在柴油机运转时，排气阀温度升高，排气阀伸长超 过冷车时的间隙，气阀不能完全落座 过大 太小 结论：经常检查并及时调整气阀间隙，避 免气阀间隙过大或过小的情况发生

高 斯 通 4. 结束语 选择合适的材料和 工艺以及在实际使 用中加强各个环节 的检查和调整，可 以从根本上提高气 阀性能和寿命 重者 柴油机重要运动部件 损坏，进而造成重大 损失 大功率柴油机排气温度 较高，腐蚀严重 轻者 柴油机性能急剧下 降 使用常规排气阀会造成 磨损很快、烧损和翘曲 甚至断裂等不正常现象

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