第三节船用柴油机活塞修理

第三节．柴油机活塞修理

1 范围

本文件给出了船用柴油机活塞修理的工艺技术要求。 本文件适用于船用柴油机活塞的修理。 2 修理的工艺程序及要求

2.1 活塞从机上吊下，清洗去油污、积碳后，对活塞的外观进行全面仔细的检视，对外形尺寸、形位

公差及装配间隙进行检测，作好记录，在发现的缺陷处应作出明显的标志。 2.2 拆下活塞环、活塞销等附件，作好记录、标志，以防装复时混淆出错。

2.3 检查活塞表面有无裂纹、磨损、烧蚀、碎裂和腐蚀等缺陷，必要时可对其进行无损探伤。

2.4 测量活塞外圆表面的磨损，可用外径千分尺进行，其测量点应依据活塞长短而异，测量的部位可

参考图1。第一测点在裙部上端向下15mm～20mm，然后每隔100mm～200mm（视活塞裙部高度而定）测量一次，每一次测量应在同一截面上相互垂直的两个方向上进行，记录在表A-3-1中。圆度和圆柱度的磨损极限和活塞与缸套之间的极限间隙可参考表1、表2的要求。

垂直於曲轴

平行於曲轴

图1 活塞外圆测量

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表1 单位为毫米

气缸直径 ≤100 ＞100～150 ＞150～200 ＞200～350 ＞350～400 ＞400～500 ＞500～550 ＞550～600 ＞600～650 ＞650～700 ＞700～750 ＞750～800 ＞800～850 ＞850～900 ＞900～950 ＞950～1000 ＞1000～1050 ＞1050～1100 筒形活塞裙部圆度、圆柱度磨损极限 十字头活塞裙部圆度、圆柱度磨损极限 0.10 0.12 0.12 0.15 0.20 0.25 0.30 - - - - - - - - - - - - - - 0.30 0.30 0.38 0.45 0.50 0.60 0.65 0.75 0.85 0.95 1.05 1.15 1.25 1.35 1.40

表2 单位为毫米 气缸直径 ≤100 >100～150 >150～200 >200～250 >250～300 >300～350 >350～400 >400～450 >450～500 >500～550 >550～600 >600～650 >650～700 >700～750 >750～800 >800～850 >850～900 >900～950 >950～1000 >1000～1050 >1050～1100 四冲程筒形活塞极限间隙 铸铁活塞 0.35 0.55 0.72 0.88 1.04 1.20 1.35 1.50 - - - - - - - - - - - - - 铝活塞 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 - - - - - - - - - - - - - - - 二冲程筒形活塞 裙部极限间隙 - 0.75 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.60 1.80 1.90 - - - - - - - - - - - 十字头式活塞 裙部极限间隙 - - - - - - - 2.10 2.30 2.50 2.70 2.90 3.20 3.40 3.80 4.00 4.20 4.50 4.70 4.80 5.00 2.4.1 活塞外圆磨损，圆度和圆柱度超过规定时，一般可用光车方法修理，使活塞外圆恢复正确的尺

寸及表面粗糙度。

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2.4.2 当活塞与缸套的间隙过大时，铸铁、铝活塞应换新，铸钢活塞可以用堆焊加机加工方法来恢复

其原始尺寸。

2.5 活塞环槽的磨损可用样板和塞尺进行检测（图2）。记录在表A-3-1中，活塞环与槽的装配间隙

和极限间隙可参照表3规定。

塞尺测

样板

图2 活塞环槽磨损的检查

表3 单位为毫米 气 环 气缸直径 D 二冲程 平面间隙 顶部二根 其余 四冲程 平面间隙 顶部二根 其余 油 环 二冲程 平面间隙 装配 0.05 0.06 0.08 0.09 - - - - 极限 0.25 0.35 0.40 0.50 - - - - 四冲程 平面间隙 装配 0.035 0.050 0.065 0.075 - - - - 极限 0.20 0.30 0.35 0.45 - - - - 装配 极限 装配 极限 装配 极限 装配 极限 筒柴 形 活油 塞 式机 >225～300 0.35 0.40 0.20 0.40 0.20 0.35 0.16 0.35 >300 0.30 0.50 0.25 0.50 0.25 0.45 0.30 0.45 - - - - - - - - - - - - - - - - ≤150 0.15 0.25 0.10 0.25 0.10 0.20 0.08 0.20 >150～225 0.30 0.35 0.15 0.35 0.15 0.30 0.12 0.30 ≤400～550 0.20 0.40 0.14 0.40 十柴 字油 头机 式 >850 0.45 0.90 0.40 0.90 >550～700 0.27 0.60 0.17 0.50 >700～850 0.34 0.70 0.30 0.60 (中远船务版权所有 严禁翻印) 3

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2.5.1 环槽的磨损、变形和损伤，一般均可用光车、磨削方法对其进行修理。修理后环槽尺寸加大，

对此有如下几种处置办法： a） 环槽镀铬；

b） 环槽尺寸加大，配置加厚的活塞环，但活塞环槽之间轴向厚度的减薄量不得超过原始厚度的

20%～25%；

c） 对大型钢质活塞，环槽的严重磨损或损伤，可用堆焊后重车环槽至原始尺寸的方法进行修复； d） 在环槽的下端面镶环（图3）。即先对活塞环槽进行机加工，然后装入新镶环，镶入后将环焊

在活塞上被车出的凹槽内，最后对活塞外圆及环槽上下两面精车达到规定的尺寸，其上下平面对活塞裙部中心线的垂直度应不大于0.02mm，表面粗糙度Ra≤1.6μm。

图3 镶环法

2.6 测量活塞销与活塞销承的配合间隙，记录在表A-3-2中，检查销承内有无裂纹、烧蚀、机械损伤

等缺陷。配合间隙参照表4要求。

表4 单位为毫米

活塞销孔直径 ≤50 >50～75 >75～100 >100～125 >125～150 >150～175 >175～200 >200～225 >225～250 >250～275 >275～300 浮动式活塞销与销孔衬套极限间隙 0.13 0.18 0.25 0.30 0.36 0.40 0.48 0.54 0.60 0.65 0.70 固定式活塞销 极限间隙 0.01 0.01 0.01 0.01 0.015 0.015 0.015 0.02 0.02 0.02 0.02 浮动式活塞销与销孔极限间隙 铸铁活塞 0.02 0.03 0.04 0.05 0.08 0.08 - - - - - 铝活塞 0.04 0.06 0.07 0.07 0.08 0.08 - - - - - (中远船务版权所有 严禁翻印) 1

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2.6.1 销承的修理一般可用镗或铰孔的方法进行修整，修整后应符合如下要求：

a） 活塞销孔中心线与活塞中心线的垂直度每100mm长不大于0.025mm；

b） 活塞销孔中心线与活塞中心线的位移度，活塞直径小于200mm的应不大于0.10mm，活塞直径不

小于200mm的应不大于0.20mm；

c） 活塞销孔的圆度和圆柱度应符合6级公差等级规定； d） 活塞销孔中心线的同轴度应不大于0.015mm；

e） 无衬套销孔的内表面粗糙度：铝活塞Ra≤1.6μm，钢或铸铁活塞Ra≤3.2μm。

2.6.2 活塞销与销孔及销孔衬套的装配间隙可参照表5的规定。 单位为毫米 活塞销与衬套安装配间隙 活塞销直径 铜铅轴承 合 金 ≤50 >50～75 >75～100 >100～125 >125～150 >150～175 >175～200 >200～225 >225～250 >250～275 >275～300 0.050～0.065 0.065～0.095 0.093～0.13 0.12～0.15 0.15～0.18 0.18～0.21 0.21～0.24 0.24～0.27 0.27～0.30 0.30～0.33 0.33～0.36 锡基轴承 合 金 - - - - 0.12～0.15 0.15～0.18 0.18～0.21 0.21～0.24 0.24～0.27 0.27～0.30 0.30～0.33 浮动式活塞销与销孔衬套 安装间隙 0.04～0.05 0.05～0.08 0.08～0.10 0.10～0.12 0.12～0.15 0.15～0.17 0.17～0.19 0.19～0.21 0.21～0.23 0.23～0.25 0.25～0.27 浮动式活塞销与销孔过盈 铸铁活塞 安装间隙 0.00～0.010 0.010～0.015 0.015～0.020 0.020～0.025 0.025～0.030 0.030～0.035 - - - - - 铝活塞 过 盈 0.010～0.020 0.020～0.030 0.020～0.035 0.020～0.035 0.025～0.040 0.025～0.040 - - - - - 固定式活塞销 过 盈 0.000～0.010 0.010～0.015 0.010～0.015 0.010～0.015 0.015～0.020 0.015～0.020 0.020～0.030 0.020～0.030 0.020～0.030 0.020～0.030 0.020～0.030 2.6.3 如果活塞销承镶有衬套，则可用更换衬套的方法来恢复其正常的配合间隙。

2.7 活塞顶部的烧蚀可用样板和塞尺进行检查（图4），测量时可将样板放在不同位置，每转45°测

量一次，其间隙大小即为烧蚀程度，超过规定的可用堆焊方法进行修理，堆焊前应先将烧蚀处全部车削（或磨削）掉露出本体金属，堆焊后再进行机械加工。对烧蚀面积大和深的允许将顶部全部切除，然后用相同的材料，造成一个新的顶部焊在活塞上。 用塞尺测量处 样板

图4 活塞顶烧蚀的检查

2.8 活塞头部的裂纹可以在彻底清除缺陷后用堆焊方法修补。针对于顶部裂纹比较集中一处的情况，

可在车床上把这一部分车削掉，然后在切除形成的孔中车出螺纹和突台，再按此用相同材料车削一带突肩的螺塞，螺塞端部应带有方形凸起，以供套扳手旋紧螺塞之用，为防螺塞松脱可以将螺塞外圈与活塞焊成一体，然后上车床车光（同时把方形凸起切除），亦可用一小螺栓在交界处把螺塞与活塞顶锁紧在一起（图5）。

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图5 活塞顶裂纹的螺塞修补法

2.9 焊补工艺 2.9.1 预检：

a） 清除一切油污、积碳、污垢，露出本体金属；

b） 对整个活塞无遗留地进行全面检查，对发现的缺陷作好标记和记录。 2.9.2 焊前预处理：

a） 清除缺陷和开焊接坡口，可用机械加工，风铲、砂轮打磨、碳弧气刨等方法；

b） 清除裂纹时，应先在距离裂纹两端5mm～10mm处用5mm～10mm的钻头钻止裂孔，止裂孔深度应超

过裂纹深度。用碳弧气刨清除裂纹时，应先从两端向内进行刨削，以防止裂纹蔓延，随后打磨掉气刨后的坡口表面层，直至露出金属光泽；

c） 低合金耐热钢制成的活塞头应在不低于焊接预热温度的情况下清除缺陷；

d） 按清除缺陷的形状，开出相应的坡口（图6），坡口底部应为半园形，整个坡口外形应光滑而

平滑过渡到周围的表面；

e） 再次进行无损探伤，确认裂纹已彻底清除；

f） 应将坡口及离坡口边缘不小于50mm范围内的油污、锈皮、氧化物、水垢等杂物清除干净，坡口

外侧应适当覆盖，以防止飞溅伤及正常的表面；

g） 活塞上原有镀铬、喷镀的表面，施焊前应彻底清除镀层，露出本体金属。

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图6

2.9.3 焊接材料的选择，必须根据零件的化学成份、机械性能、使用条件等因素考虑。因此，对不明

材质的活塞进行修理时，应提取试样，进行材质分析，并出具书面报告。焊接材料应有出厂合格证及船检认可证书。由低合金耐热钢制成的活塞头的高温工作面焊补，使用的焊条的合金成份和机械性能应与母材相同或略高，不允许采用奥氏体耐热钢焊条焊补高温工作面。

2.9.4 焊前零件需进行预热。

2.9.4.1 预热温度应根据零件的化学成份，焊补处的厚度，焊接材料及环境温度等综合考虑，活塞头

焊补前的预热温度一般定为150℃～350℃，当环境温度过低，零件厚度大，结构复杂时预热温度应取上限值。

2.9.4.2 预热的形式，在有条件情况下，尽量采用整体预热。若采用局部预热，可在缺陷周围约150mm～

200mm范围内预热。

2.9.5 焊补

2.9.5.1 在焊补过程中，焊接工艺及程序的选择是以保证焊透，减少母材和焊缝金属的熔合比，降低

内应力，减少焊接变形为原则。

2.9.5.2 焊补坡口较长且深时，可沿坡口长度方向采用多层步退焊法，多层迭加焊法和山形焊补法，

坡口的焊补熔敷次序，可根据图7所示。

图7 坡口焊补分层施焊法

2.9.5.3 要在整个焊补过程中保温，并一次连续焊完，不允许中途停顿。 2.9.6 焊补后热处理

2.9.6.1 焊补后应立即进行热处理，消除内应力。

2.9.6.2 加热速度控制在350℃→650℃，每小时升温小于50℃。在650℃温度下保温6h以上，再从

650℃～350℃以每小时50℃降温的速度降至350℃，然后随炉冷却。

2.9.7 焊补后机加工

2.9.7.1 零件上车床时的温度不得大于50℃。

2.9.7.2 按照该型柴油机活塞的图纸进行机加工，如无依据可查，则测绘所得的图纸及技术要求必须

取得船方的认可。

2.9.8 焊补和机加工结束后，应进行外观检视和无损探伤检查，其结果在工作表面上应无气孔夹渣，

缩松、咬边和裂纹等缺陷存在。

2.9.9 活塞头的冷却水腔应进行液压试验，试验压力不低于0.7MPa，历时5min不渗漏。 2.10 减磨环换新

2.10.1 减磨环松动，过度磨损及严重拉伤应换新。 2.10.2 材料推荐使用ZCuPb20Sn5。 2.10.3 环槽断面形状应加工成燕尾槽。

2.10.4 减磨环镶妥后，不得有松动。减磨环之间搭口间隙为3mm～5mm。

2.10.5 减磨环外园与裙部外圆的径向圆跳动应不大于0.05mm，减磨环外圆、圆柱度按7级公差等级

要求。

2.10.6 减磨环外圆表面粗糙度Ra≤3.2μm。

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