如何防止低熔点铅挡块中出现缩孔

钟宇行，张展洪，何健浩，余海坤

(广西梧州市红十字会医院 放疗科，广西梧州543002)

如何防止低熔点铅挡块中出现缩孔

钟宇行，张展洪，何健浩，余海坤

(广西梧州市红十字会医院 放疗科，广西梧州543002)

目的:找到低熔点铅合金挡块中出现缩孔的原因并消除。方法:分层浇注并填充同质合金碎块，尽量使同一层同时凝固，并在浇注过程中始终监视每一层的凝固程度，如果发现凹陷，应及时补缩。结果:使用分层浇注法可以有效地防止低熔点铅挡块中出现缩孔。

低熔点铅挡块;缩孔;分层浇注;顺序凝固

1 缩孔的发现及成因

1.1 缩孔的发现

低熔点铅合金以其熔点低，易于铸造成型等优点而广泛应用于放射治疗中制作患者的铅挡块。在制作过程中，我们偶然发现在挡块的上1/3射野边缘处有缩孔，查阅《铸造金属凝固原理》方知道:铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现孔洞，称为缩孔。容积大而集中的孔洞称为集中缩孔，简称缩孔，多集中在铸件上部和最后凝固的部位。细小而分散的孔洞称为分散性缩孔，简称为缩松。

常规的探伤手段无法探测厚达8cm的铅合金，故使用300W电烙铁在每一个制作好的挡块上部“探伤”，检查180个挡块，每一个挡块上都发现缩孔，大小不一、形状各异，全部发现于挡块的厚、大部位。共有176个垂直方向测量超过1.6cm，占98%。这176个缩孔有79个延伸到挡块的下1/3处，占45%，射野越小，缩孔越大。在10个射野等效面积小于6cm2的挡块上发现多于一个缩孔。

由于挡块作为准直器的一部分形成不规则射野时，其厚度要达到5个半价层才能使得原射线的穿射量不超过5%。对能量为6MV的 X射线而言，每个半价层是1.65cm，所以凡垂直方向上超过1.65cm的缩孔都因为使原射线的穿射量超过了5%而影响了靶区剂量分布，不可接受。

1.2 缩孔的成因

当铸件外表的温度下降到凝固温度时，铸件表面凝固一层硬壳，并紧紧包住内部的液态金属，此时内浇口被冻结。进一步冷却时，硬壳内的液态金属因温度降低而发生液态收缩，以及对形成硬壳时凝固收缩的补充，液面下降。与此同时，固态硬壳也因温度降低而使铸件外表尺寸缩小。由于合金的液态收缩和凝固收缩超过硬壳的固态收缩，因而液体将与硬壳的顶面脱离。依次进行下去，硬壳不断加厚，液面将不断下降，待金属全部凝固后，在铸件上部就形成一个倒锥形的缩孔。而产生缩孔的条件是铸件由表及里的逐层凝固(而不是整个体积同时凝固)。

制造挡块时使用的模具底部有橡胶片防止金属液漏出，这就妨碍了模具底部的散热，而且模具的正中心有泡沫塑料块，这个塑料块也妨碍了散热，这就是缩孔出现延伸到挡块下部、而且不全是倒锥形的原因。这两个因素使得预测缩孔的位置和容积变得不可能，所以修改模具的设计、设置冒口以消除缩孔技术上变得不可行。

对缩孔容积的影响因素有: (1)铸型的激冷能力越大，缩孔容积越小; (2)浇注温度越高，缩孔容积越大;(3)浇注速度越慢，缩孔容积越小。

2 消除的对策及工艺

2.1 消除缩孔对策

(1)提高铸型的激冷能力，加速模具的冷却。

(2)尽量降低浇注温度，只要合金液体可以流动，就浇注。

(3)减慢浇注速度。

2.2 具体消除缩孔的工艺

分层浇注，每层厚度不超过1.6cm，以便可以边浇注边监视液体的凝固程度，并且在发现液面凹陷时及时补缩。同时可以实现挡块从下至上实现明显的顺序凝固。应注意射野越小，层厚也应当越薄。

合金液体温度高到足以流动时，马上浇注第一层，并同时在泡沫塑料边缘、挡块的厚部充填合金碎块及长约8cm的合金条，碎块大小要适当(1/4个五号电池大小最合适)，当合金液即将凝固时，浇注第二层，同时填充碎块并且将整个模具浸入水中(但切不可浸没)。尽量制造一个边浇注边凝固的条件。

填充碎块的目的是将挡块的厚、大部位降温，使其尽量可以和薄壁同时凝固;合金条的作用是起到类似建筑中的钢筋的作用，防止挡块层与层之间因为结合的强度不足而导致分离。如此浇注至挡块厚度合乎标准。

在浇注过程中要始终注意液体的凝固程度，冬天工作模具可以不浸水，以便挡块边缘可以和中心尽量同时凝固。

浇注至最后一层时，要注意:此时泡沫块的边缘部位通常有凹陷，原因是挡块的顶部已经凝固，但顶部硬壳之下会因为泡沫块的保温作用而仍有部分糊状合金尚未彻底凝固，此部分糊状合金凝固时仍会形成缩松，顶部的薄层硬壳的强度不足以承受大气压力而凹陷。此时应将挡块顶部当成一个位于顶部开放性的明冒口，适时补充温度稍高、流动性稍强的合金液，重新熔化顶部薄层以填补细小孔洞、消除缩松。

3 结果及讨论

使用此工艺制作挡块后，仍使用电烙铁连续检查89个制作好的挡块，分别在挡块的上、中、下部“探伤”，并在其后的浇注工作中有意识地抽样检查小射野(等效面积小于6cm2)的挡块77块，均未再发现缩孔。证实此工艺能有效的(防止挡块中出现缩孔。

电烙铁的头部有一定的体积(半径0.8cm)，在“探伤”过程中，不能排除出现以下情况:挡块中仍可能有细小的缩孔，但是在电烙铁熔化挡块的过程中，被熔融状态的合金液随即填补了，从而未能发现。

我们认为:在实践工作中，应使用功率及头部体积都适当的电烙铁，从而使得纵向长度超过1.6cm的缩孔必然可以被探出。如果未能探出，则证明该缩孔的纵向长度没有超过1.6cm，体积如此细小的缩孔不至于使原射线的穿射量超过5%，所以可以忽略。此分层浇注工艺选择1.6cm左右的层厚，意义就在于此。

［1］胡逸民.肿瘤放射物理学［M］.北京，原子能出版社.

［2］陈宗民，于文强.铸造金属凝固原理［M］.北京，北京大学出版社.

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2015－02－15