5 风电球墨铸件表面白斑研究与解决-吉鑫 王美喜
- 格式：pdf
- 大小：2.97 MB
- 文档页数：7
江苏吉鑫风能科技股份有限公司
风电球墨铸件表面“白斑”
研究与解决
江苏吉鑫风能科技股份有限公司（吉鑫科技），创立于2003年，坐落于江苏省江阴市，主要生产750KW-7MW风力发电机组轮毂、主机架等关键零部件。
历经多年发展，吉鑫从年销量不足1万吨的企业，发展成为年产16万吨的大型铸造上市科技公司。
吉鑫科技在十几年的在风电铸件的生产过程中，走出了一条自己的发展道路。
4个
铸造车间
20t-100t 22台
混砂机
20t/h 20条
砂处理线
22跨
生产线
17台10t-15t 电炉/冲天炉
一、关于吉鑫
二、主要产品
吉鑫主要生产风电球墨铸铁件，材质为QT400-18AL、QT350-22AL、和双合格材料以及QT600-10、QT450-18AL。
重量2t-80t不等，风电球铁铸件以轮毂、底座、主轴、盘、轴承座为主。
单重12-80t，最大壁厚400mm 最大尺寸5515×5750×4445
轮毂单重10-45t，最大壁厚250mm 最大尺寸4950×4630×4370
轴类单重1t-12t，直径3500mm 最厚壁厚65mm，最薄25mm
重量4t-25t，最大壁厚200mm 直径1800mm，高度3500mm
盘类
底座三、产品要求
尺寸CT10-12壁厚CT11-13
尺寸UT/MT
高应力区域1-2级其他区域3级
MT9-13
重量Ra50不得修补
外观
风电铸件由于工作环境特殊（高空、大部分时间工作在低温下），维修极其困难，代价甚高，故对铸件质量、力学性能要求极为严格，比一般厚大球铁件要求更高。
四、研究背景
风电铸件质量要求较高，其中铸件表面磁粉无损探伤必须要满足技术要求。
表面如果存在夹渣，往往磁粉探伤达不到要求，并且其为产生裂纹的源头，必须严格控制。
因此铸件表面质量是衡量风电铸件整体状况的一个重要指标。
铸造生产过程中，铸件的表面质量主要取决于铸型（芯）工作表面。
在铸型（芯）工作表面施涂料，不仅能防止铸件表面产生粘砂、夹砂和麻点等缺陷，还能降低铸件表面粗糙度，显著减少铸件表面清整工作量，获得多方面的技术效果和良好的综合经济效益。
我司在生产中偶而会集中碰到铸件表面出现明显“白斑”的现象。
“白斑”呈白色粉末状，位于铸件和涂料壳之间。
涂料壳剥落正常，剥壳后“白斑”一部分留在铸件表面，一部分留在涂料壳上。
留在铸件表面的白斑经过抛丸处理后并不能去除。
涂料壳上的“白斑”缺陷及铸件表面“白斑”缺陷见图。
图1 带有“白斑”的涂料壳（铸件接触面）
图2有白斑的轮毂件铸件盖箱内腔球面R角位置白斑，三大面筋板白斑。
铸件R角处有白斑图3有白斑的底座件
铸件轴孔两端筋板侧壁
有明显白斑。
图4有白斑的轴类件
铸件内外表面大量白斑
铸件筋板侧面
R角和脚板面
上有明显白斑。
图5有白斑的梁类件五、缺陷分析
由于残留白斑严重影响铸件表面质量，清理打磨工作量大，人工成本上升，延缓发货计划。
为了搞清“白斑”缺陷的来源，对涂料壳表面“白斑”的显微形貌及成分进行了分析，检测依据：GB/T 17359-2012《微束分析能谱法定量分析》。
1、微观形貌
从涂料壳上选取典型的含“白斑”
的试样，试样图片如下
试样外观
微观形貌
2、试样“白斑”区域能谱分析
左上图中红色标记处为“白斑”分析区域
主要成分及参考含量（wt%）
元素C O Al Si S Mg Fe Zr
白斑18.4228.71.8144.9800.244.740由能谱分析可知，“白斑”的主要
成分为硅和氧，还含有一定成分的铁和
碳，以及少量铝。
Si主要来自于型砂中的SiO
2
，且在
“白斑”中仍以氧化物形式存在；Fe存
在，可能为该位置铸件表面剥离层中有
铁液渗透，以氧化物或碳化物形式存在；
由于涂料的骨料中含有Al
2
O
3
，Al很可能
来自于骨料中，且仍以氧化形式存在。
从“白斑”形貌和成分来看，可能
为Si、Fe相关残留物与来自涂料的Al残
留物。
3、综合分析
针对铸件表面产生的缺陷，吉鑫技术部门从型砂、冶金铁水、人员操作等生产过程控制方面进行了排查，并没有发现控制过程有明显变化。
综合缺陷产生的时段性、出现问题铸件的广泛性等多方面的分析判断，处在型砂和铁水之间的涂料可能是最大的影响因素。
吉鑫所使用的涂料都由专业涂料厂商提供，有相应的进厂验收标准。
六、应对措施
呋喃树脂粘结剂在提供高强度砂型、快节奏生产的同时，也存在着较高发气量和含N、S等有害元素等方面的不足，因此，在选择优质呋喃树脂、优化造型工艺的同时，也应该选择合适的铸造涂料，进一步满足铸件获得合格质量的要求。
对于风电球铁铸件来说，铸造涂料要满足的三个最基本条件：
1）屏蔽砂型中产生的气体向金属液的浸入；
2）屏蔽金属液对砂型的渗透；
3）防止砂型中S元素对铸件表面球化效果的影响。
根据多方面排查的结果，结合公司多年的生产经验，主要从以下两方面防止白斑缺陷：1、涂料方面：
①我司使用的是复合型醇基涂料，涂料中骨料的比例应合理的加以控制；②涂料刷涂后其涂层的耐磨性要有保证，这一点尤其重要。
2、车间操作：
①保证热风时间，增强型腔的干燥度；②合理控制涂料波美度，提高涂料刷涂性能。
③规范车间工人刷涂操作，避免人为因素影响涂料涂层性能。
下面为不同厂家的涂料使用效果及同一厂家改良涂料对比：
使用不同厂家涂料的铸件表面质量效果图：
A
B
B
A
A
B
铸件表面情况
外表面B涂料部分有白斑；A涂料部分较为光滑，没有发现白斑。
A
B
内表面情况
B涂料刷涂部分有大面积明显白斑，A涂料部分基本没有
A
B
使用改良后涂料铸件表面质量效果图：
轮毂类铸件
底座类铸件
总结
通过对使用涂料改进以及规范现场操作，最终铸件表面得到极大改善，绝大部分铸件位置“白斑”已消除。
极大的提升清理工作效率，降低人工成本。
总结如下：
1、“白斑”缺陷与型砂和铁水冶金质量无直接关系，与涂料质量相关。
2、铸型(芯)涂料表面强度低，抗冲刷能力不够是造成铸件“白斑”缺陷的直接原因。
总结
3、目前风电铸件大多采用复合型醇基涂料，大家一般比较关注锆英粉含量，含量高对耐火度有好处，但耐火度过高会使涂料的烧结作用减弱，引起涂料剥离性变差，所以对其它骨料也要加以控制。
4、涂层强度影响涂料的抗铁水冲刷能力，涂层强度低，导致涂料被冲刷掉，聚集形成“白斑”缺陷，所以必须加强涂层强度和耐磨性的控制。
THANKS
江苏吉鑫风能科技股份有限公司
JIANGSU SINOJIT WIND ENERGY TECHNOLOGY CO., LTD.
江苏省江阴市云亭街道工业集中区那巷路8号
No.8, Naxiang Road, Yunting Town, Jiangyin City, 214422 Jiangsu, China T:+86 510 8601 8220 F:+86 510 8601 7708。
