صنایع هیدرولیک
سیستم های هیدرولیک به عنوان قلب بسیاری از صنایع پیشرفته شامل نفت و گاز، فولاد، معدن، نیروگاه ها، هوا فضا و صنایع خودروسازی وظیفه انتقال و کنترل توان مکانیکی از طریق سیالات تحت فشار را بر عهده دارند. در این سیستم ها، قطعاتی مانند شفتها، سیلندرها، پمپها، پیستونها و شیرها دائماً در معرض فشارهای بالا، تنشهای مکانیکی متناوب، ارتعاشات، سایش ناشی از حرکت نسبی قطعات، خوردگی به دلیل تماس با سیالات هیدرولیک و در برخی موارد پدیده مخربی مانند سایش حفره ای قرار دارند. این شرایط منجر به کاهش طول عمر قطعات، افزایش توقفات ناخواسته و تحمیل هزینههای تعمیر و نگهداری سنگین میشود.
از سوی دیگر، بسیاری از قطعات هیدرولیک از آلیاژهای گرانقیمت و پیچیده ساخته میشوند و تعویض کامل آنها نه تنها هزینه بر است بلکه به دلیل زمان تأمین بالا، گاه موجب توقف طولانی خطوط تولید میگردد. در چنین شرایطی، استفاده از فناوریهای پیشرفته اصلاح سطح، بازسازی ابعادی و افزایش مقاومت عملکردی قطعات بهعنوان یک راهکار کلیدی مطرح میشود.
فناوریهای پاشش حرارتی با قابلیت ایجاد پوششهای سخت، مقاوم به خوردگی، امکان جایگزینی روشهای سنتی مانند کروم سخت را فراهم کردهاند و در بسیاری از صنایع بهعنوان استاندارد پذیرفته شدهاند. از سوی دیگر، فرآیندهای جوشکاری امکان ترمیم و تقویت موضعی قطعات تحت بار بالا را فراهم میکنند و با انتخاب صحیح آلیاژ پرکننده میتوان خواص ویژهای مانند مقاومت به کاویتاسیون یا مقاومت به خستگی را در سطح قطعه ایجاد نمود. در تکمیل این روشها،نیتراسیون پلاسمایی بهعنوان یک عملیات سطحی ترموشیمیایی نوین، توانایی افزایش سختی و مقاومت سایشی را بدون تغییر در خواص مکانیکی مغز قطعه فراهم میسازد.
کاربرد فناوری های مهندسی سطح در قطعات صنایع هیدرولیک
1) شفتها و رادها:
شفتها بهطور مداوم در تماس با پکینگها و یاتاقان ها حرکت رفت و برگشتی دارند. کوچکترین خراش یا خوردگی روی سطح آنها باعث نشت روغن و افت فشار میشود. از آنجا که این قطعات دقت ابعادی و کیفیت سطحی بسیار بالایی نیاز دارند، بازسازی آنها بسیار مهم است.
- در روش HVOF پوششهای کاربیدی با چگالی بالا و تخلخل کم روی سطح شفت اعمال میشوند. این پوششها مقاومت عالی در برابر سایش و خوردگی دارند و جایگزین بسیار بهتری نسبت به کروم سخت محسوب میشوند.
- کلدینگ فلزی به روش GTAW یا PTA با استفاده از روش های اتوماتیک امکان اعمال پوشش های لایه ضخیم از جنس سوپرآلیاژ های پایه کبالت و پایه نیکل جهت مواردی که نرخ سایش شدید و یا حرکت رفت و برگشتی لرزان همراه با شوک های شدید مکانیکی در عملکرد مشاهده میشود؛ روش مناسبی جهت افزایش افزایش عمر مفید انواع شفت های هیدرولیکی است.
- در بسیاری موارد شفت ها به دلیل عملکرد در محل نشیمنگاه بیرینگ دچار تخریب سطحی گردیده که منجر به برهم خوردن تلورانس ابعادی قطعه و ضعف عملکردی میگردد. در این شرایط استفاده از انواع روش های پاشش حرارتی جهت اصلاح قطر بدون برهم خوردن تلورانس های هندسی کلی شفت روش موثری است. این موارد معمولا در شرایطی استفاده میشود که یا امکان تعویض شفت وجود داشته و یا تعویض، بار مالی فراوانی داشته باشد.
- نیتراسیون پلاسمایی با افزایش سختی سطحی و کاهش اصطکاک بدون تغییر ابعاد به بهبود کیفیت سطح کمک میکند.
2) سیلندرهای هیدرولیک:
سطح داخلی سیلندر محل حرکت پیستون و محل اصلی آب بندی است. هرگونه فرسایش یا خراش در این ناحیه باعث نشت داخلی و کاهش راندمان سیستم میشود. تعمیر سیلندرها معمولاً اقتصادیتر از تعویض کامل آنهاست.
- پاشش حرارتی به روش Flame Spray یاHVOF با پوششدهی سطح داخلی سیلندر باعث بازیابی ابعاد اصلی و ایجاد مقاومت سایشی مناسب میشود، روشHVOF پوششهای سخت و مقاوم ایجاد میکند، در حالیکه Flame Spray برای بازسازی سریع و اقتصادی مناسب است.
- کلدینگ به روش SAW به دلیل قابلیت پرکردن مقاطع وسیع و ایجاد لایههای ضخیم، برای ترمیم سیلندرهای سنگین یا ترکخورده کاربرد دارد. لایه رسوبی پس از ماشینکاری، سطحی صاف و مقاوم ایجاد میکند.
- نیتراسیون پلاسمایی با افزایش مقاومت سایشی سطح داخلی برای کاهش سایش پیستون مورد استفاده قرار میگیرد. البته این روش جهت افزایش عمر مفید قطعات نو بوده و با تغییر شیمی سطح و بدون تغییر ابعادی عمر مفید را افزایش میدهد.
3) پیستون ها و رادپیستون ها:
این قطعات وظیفه انتقال نیرو و حرکت روان در سیستم هیدرولیک را دارند. فرسایش سطحی باعث افزایش لقی و نشت میشود.
- پاشش حرارتی به روش HVOFبا ایجاد لایهای متراکم و یکنواخت روی سطح پیستون یا رادپیستون باعث افزایش سختی و مقاومت در برابر فشار و سایش مقاوم میشود. پوشش های مورد استفاده نظیر کاربید تنگستن و کاربید کروم با افزایش سختی و کاهش ضریب اصطکاک، نرخ سایش را به حداقل رسانده و عمر مفید قطعه را افزایش میدهد.
- کلدینگ به روشGTAW با دقت بالا امکان بازسازی ابعاد و لبههای حساس پیستون را میدهد. انتخاب آلیاژ مناسب میتواند سطح را در برابر خوردگی ناشی از سیال هیدرولیک محافظت کند.
- نیتراسیون پلاسمایی در مواقعی که سطح رادپیستون با سایش شدید روبرو نیست و محیط عملکردی نیز فاقد سیالات خورنده است، به عنوان روشی مقرون بصرفه جهت افزایش عمر مفید پیشنهاد میشود.
4) سوپاپها و قطعات ولوها:
- دقت عملکرد سیستم هیدرولیک وابسته به سالم بودن سیتها و اسپولهاست. هرگونه سایش یا سایش حفره ای موجب نشتی داخلی و کاهش دقت کنترلی میشود.
- پاشش حرارتیAPS یا HVOF برای ایجاد پوششهای سرامیکی مقاوم به خوردگی و دما مناسب است، در حالیکه HVOF پوششهای کاربیدی سخت ایجاد میکند. این پوششها سطح شیرها و اسپولها را در برابر سایش و کویتاسیون محافظت میکنند.
- روش کلدینگ PTAامکان رسوبدهی آلیاژهای سخت بر پایه نیکل یا کبالت را روی لبه های آببندی سوپاپ ها فراهم میکند. در نتیجه این نواحی بحرانی شیرها در برابر سایش شدید و کاویتاسیون مقاوم میگرند.
- نیتراسیون پلاسمایی نیز با افزایش سختی و کاهش سایش لغزشی در اسپولها در افزایش عمر مفید و کیفیت سطحی قطعات تاثیرگذار است.
5) انواع قطعات پمپ نظیر بوش ها، اسلیو ها، دیسک ها، سیل های آببندی و ویرینگ ها:
- این قطعات معمولا تحت تاثیر بار های مکانیکی و استاتیکی میباشند. تخریب سطحی در این قطعات باعث افزایش باعث افزایش لقی، نشت روغن، عدم آببندی و درکل ضعف عملکردی پمپ های صنعتی است.
- استفاده از روش های پوششدهی پاشش حرارتی (APS و HVOF) و اعمال پوشش های مقاوم در برابر نوع مکانیزم تخریب تا حد چشمگیری عمر این قطعات را افزایش داده، ضمن اینکه زمان های توقف و تعمیرات اساسی پمپ ها را به حداقل میرساند.
- درب پمپ ها معمولا در اثر عملکرد و در محل نشیمنگاه بیرینگ دچار آسیب میگردند، تغییرات ابعادی و آسیب در این مناطق عملکرد مجموعه را با خلل مواجه مینماید. معمولا این قطعات از ضخامت کمی برخوردار بوده و بیشتر از جنس چدن و آلومینیوم میباشند. لذا استفاده از انواع روش های اصلاح دما بالا باتوجه به فیزیک و ناسازگاری متریال پایه در عمل منتفی است. استفاده از روش های پاشش حرارتی در این شرایط باتوجه به دمای ورودی پایین و عدم تاثیر متریال پایه در کلیات فرآیند، روشی کاربردی جهت اصلاح این قطعات محسوب میشود.
6) چرخدندهها در سیستمهای هیدرولیک:
- چرخدندهها بارهای تماسی بالا را تحمل میکنند و مستعد پیتینگ، لبپریدگی و خستگی سطحی هستند. آسیب به دندانهها منجر به کاهش راندمان و افزایش نویز میشود.
- استفاده از فرآیند پلاسمایی در این قطعات باتوجه به تغییر شیمی سطح، بدون برهم خوردن دقت های ابعادی این امکان را فراهم میکند که با کاهش ضریب اصطکاک در مناطق درگیر عمر مفید این قطعات افزایش یابد.
جمع بندی:
قطعات صنایع هیدرولیک از جمله شفتها، سیلندرها، پیستونها، میلههای راهنما، سوپاپها، اسپول ولوها، پمپها، بوشها، یاتاقانها و چرخدندهها، در معرض شرایط کاری شدید شامل فشار بالا، بارهای دینامیکی، تماس مداوم با سیال و محیطهای خورنده قرار دارند. فرسایش، خزش، خوردگی، کویتاسیون و خستگی سطحی در این قطعات باعث کاهش راندمان، افزایش نشتی و اصطکاک، ایجاد لرزش و ارتعاش و در نهایت خرابی کامل سیستم میشوند.
بهینه سازی این قطعات با استفاده از پاشش حرارتی، کلدینگ و نیتراسیون پلاسمایی بهعنوان راهکاری جامع و صنعتی، امکان افزایش عمر مفید، دقت عملکردی و افزایش مقاومت سطحی را فراهم مینماید.
در نهایت، استفاده از تکنولوژیهای مهندسی سطح یک رویکرد پایدار، علمی و عملیاتی برای بهینه سازی عملکرد قطعات هیدرولیک ارائه میدهد که هم از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است و هم باعث افزایش ایمنی، دقت و قابلیت اطمینان سیستم میشود. به بیان ساده، این روشها تضمینکننده عملکرد طولانیمدت و کارآمد تجهیزات هیدرولیک در محیطهای صنعتی سخت هستند و نقطه پایان مناسبی برای چرخه عمر مفید قطعات محسوب میشوند..