سایش، خوردگی، ترک؛ آسیبی جدی در تجهیزات مکانیکی
در حال حاضر پدیده خوردگی و سایش و بدنبال آن جایگزینی قطعات آسیب‌دیده، یکی از مشکلات عمده صنایع مهم و کلیدی از جمـله صنـایع نیـروگاهی، پتروشـیمی، نـفت، گاز و هوافـضا می‌باشد. آسیـب‌پذیری قطـعات حسـاس از جمـله پره‌های توربین‌های بخار و سایش چرخ دنده‌ها و ولوها در اثر خوردگی، ترک و حتی شکست آنها باعث از دور خارج شدن این قطعات کاربردی و در پی آن توقف فرآیند تولید و تحمیل هزینه های گزاف میگردد. مرکز پیشرفته لیزر آلما، با دارا بودن بزرگترین و به روزترین ربات لیزر جوشکاری و روکش‌کاری در کشور و سایر تجهیزات لیزری توانسته گامی مهم در جهت رفع کامل این مشکل بردارد. شرکت طاها قالب توس با راه اندازی این مرکز، توانسته طیف گسترده‌ای از قطعات با ارزش و دارای پیچیدگی‌های هندسی را با بهترین کیفیت و در کوتاه‌ترین زمان ممکن، تولید یا بازسازی نماید.
فهرست مطالب
Laser Cladding، روشی نوین در ساخت و بازسازی قطعات
تا پیش از ظهور فناوری لیزر، روش‌های جوشکاری و پاشش حرارتی (HVOF) جهت اصلاح و بازسازی قطعات آسیب‌دیده مورد استفاده قرار می‌گرفتند. در بازسازی به روش جوشکاری، میزان بالای انرژی، موجب اعوجاج قابل توجه قطعه و از دست رفتن شکل اولیه آن می‌شود. درHVOF نیز روکش‌کاری انجام شده تنها سبب اتصال مکانیکی می‌شود و هیچ امتزاجی بین لایه و سطح قطعه صورت نمی‌گیرد که این به معنای ضعیف بودن استحـکام روکـش می‌بـاشد. فرآیـند روکـش‌کـاری با لیـزر (Laser Cladding)، به‌روزتـرین روش پوشـش‌دهی بـرای بازسازی قطعات و سختکاری سطوح می‌باشد. در این روش، پس از پاشش پودر و یا تغذیه سیم، ذوب و امتزاج با قطعه توسط لیزر صورت گرفته و عملیات لایه‌نشانی انجام میگردد. بر خلاف HVOF، در روش روکش‌کاری با لیزر، به دلیل ذوب کامل ماده روکش، پوشش کاملا چگال (Dense) و دارای اتصال متالوژیکی مستحکم حاصل میگردد.
آلما؛ روکش‌کاری قطعات حساس و پیچیده با لیزر
alma, laser cladding of sensitive and complex parts
مرکز پیشرفته لیزر طاها قالب توس (آلما)، مجهز به سیستم‌های یکپارچه تمام خودکار روکش‌کاری شامل به‌روزترین ربات و لیزر فیبری در دنیا می‌باشد. این تجهیزات لیزر با هِد مجهز به سیستم پاشش پودر و تغذیه سیم، می‌تواند بازسازی انواع مختلفی از قطعات با هندسه و ابعاد متنوع را انجام دهد. در فرآیند بازسازی قطعات با توجه به جنس قطعه و شرایط کاری آن، مناسب‌ترین روکش استفاده میگردد. درحالتی که نیاز به بهبود خواص سطحی قطعه باشد، از مواد روکش‌کاری مقاوم به سایش و خوردگی استفاده می‌شود.
Laser Cladding، روشی نوین در ساخت و بازسازی قطعات
تا پیش از ظهور فناوری لیزر، روش‌های جوشکاری و پاشش حرارتی (HVOF) جهت اصلاح و بازسازی قطعات آسیب‌دیده مورد استفاده قرار می‌گرفتند. در بازسازی به روش جوشکاری، میزان بالای انرژی، موجب اعوجاج قابل توجه قطعه و از دست رفتن شکل اولیه آن می‌شود. درHVOF نیز روکش‌کاری انجام شده تنها سبب اتصال مکانیکی می‌شود و هیچ امتزاجی بین لایه و سطح قطعه صورت نمی‌گیرد که این به معنای ضعیف بودن استحـکام روکـش می‌بـاشد. فرآیـند روکـش‌کـاری با لیـزر (Laser Cladding)، به‌روزتـرین روش پوشـش‌دهی بـرای بازسازی قطعات و سختکاری سطوح می‌باشد. در این روش، پس از پاشش پودر و یا تغذیه سیم، ذوب و امتزاج با قطعه توسط لیزر صورت گرفته و عملیات لایه‌نشانی انجام میگردد. بر خلاف HVOF، در روش روکش‌کاری با لیزر، به دلیل ذوب کامل ماده روکش، پوشش کاملا چگال (Dense) و دارای اتصال متالوژیکی مستحکم حاصل میگردد.
آلما؛ روکش‌کاری قطعات حساس و پیچیده با لیزر
alma, laser cladding of sensitive and complex parts
مرکز پیشرفته لیزر طاها قالب توس (آلما)، مجهز به سیستم‌های یکپارچه تمام خودکار روکش‌کاری شامل به‌روزترین ربات و لیزر فیبری در دنیا می‌باشد. این تجهیزات لیزر با هِد مجهز به سیستم پاشش پودر و تغذیه سیم، می‌تواند بازسازی انواع مختلفی از قطعات با هندسه و ابعاد متنوع را انجام دهد. در فرآیند بازسازی قطعات با توجه به جنس قطعه و شرایط کاری آن، مناسب‌ترین روکش استفاده میگردد. درحالتی که نیاز به بهبود خواص سطحی قطعه باشد، از مواد روکش‌کاری مقاوم به سایش و خوردگی استفاده می‌شود.
Laser welding، اتصالی ظریف و بی نقص
قابلیت‌های بی‌نظیر لیزر در فرآوری و پردازش مواد، این فناوری را به روشی سودمند برای جوشکاری فلزات تبدیل کرده است. جوشکاری با لیزر (Laser Welding)، به‌واسطه داشتن چگالی انرژی بالا و اِعمال حداقل انرژی ممکن، می‌تواند قطعات و اتصالات گوناگون را با دقت زیاد و به صورت موضعی ذوب کرده و عملیات جوشکاری را انجام دهد. روش‌های مرسوم جوشکاری در صنایع از جمله TIG با انتقال حجم زیادی از انرژی، موجب بروز اعوجاج و HAZ قابل توجه در قطعه می‌شوند. به علاوه، استفاده از فیلر باعث محدودیت در جوشکاری آلیاژها و قطعات مختلف و کاهش دقت و ظرافت در فرآیند جوشکاری میگردد.
جوشکاری آلیاژها و انواع مختلف قطعات در مرکز آلما
welding different types of alloys and parts at ALMa
مرکز پیشرفته آلما با به کارگیری به‌روزترین سیستم لیزر و هد جوشکاری، در کنار طراحی و ساخت فیکسچرهای اتوماتیک، امکان جوشکاری انواع مختلفی از ورق‌های هم‌جنس و غیر هم‌جنس به کمک لیزر و بدون استفاده از فیلر را فراهم آورده است. این فرایند که کاملا به صورت ذوبی انجام می‌گیرد، دارای حداقل میزان اعوجاج و HAZ ممکن می‌باشد.
نرخ بالای سرد شدن
High cooling rate
اعمال حداقل انرژی مورد نیاز و متمرکز بودن اشعه در روش لیزر سبب شکل‌گیری نرخ‌های سرمایش بالا (2000 تا 3000 درجه سانتیگراد بر ثانیه) در هر نقطه می‌شود. این ویژگی سبب بهبود خواص مکانیکی و متالوژیکی میگردد. به علاوه، سرمایش سریع و عدم انتقال حرارت به سایر نقاط قطعه، تنش‌های پسماند موضعی را کاهش می‌دهد. در نتیجه، خطر شکل‌گیری فازهای حساس و ترد قطعات در دمای بالا به حداقل می‌رسد.
حداقل اعوجاج و تنش پسماند در قطعات
MinimUM distortion and residual stress in partS
در روش لیزر، تنش‌های حرارتی به دلیل محدود و متمرکز بودن حرارت وارد آمده به قطعات، به کمترین میزان ممکن می‌رسد. این ویژگی، موجب به حداقل رسیدن اعوجاج قطعه در فرآیند جوشکاری و پوشش‌دهی می‌شود. تنش‌های باقیمانده در قطعه جوشکاری و پوشش دهی شده، در مقایسه با سایر روش‌های مرسوم، بسیار ناچیز است.
نرخ بالای سرد شدن
High cooling rate
اعمال حداقل انرژی مورد نیاز و متمرکز بودن اشعه در روش لیزر سبب شکل‌گیری نرخ‌های سرمایش بالا (2000 تا 3000 درجه سانتیگراد بر ثانیه) در هر نقطه می‌شود. این ویژگی سبب بهبود خواص مکانیکی و متالوژیکی میگردد. به علاوه، سرمایش سریع و عدم انتقال حرارت به سایر نقاط قطعه، تنش‌های پسماند موضعی را کاهش می‌دهد. در نتیجه، خطر شکل‌گیری فازهای حساس و ترد قطعات در دمای بالا به حداقل می‌رسد.
حداقل اعوجاج و تنش پسماند در قطعات
MinimUM distortion and residual stress in partS
در روش لیزر، تنش‌های حرارتی به دلیل محدود و متمرکز بودن حرارت وارد آمده به قطعات، به کمترین میزان ممکن می‌رسد. این ویژگی، موجب به حداقل رسیدن اعوجاج قطعه در فرآیند جوشکاری و پوشش‌دهی می‌شود. تنش‌های باقیمانده در قطعه جوشکاری و پوشش دهی شده، در مقایسه با سایر روش‌های مرسوم، بسیار ناچیز است.
دستیابی به خواص مکانیکی برتر از طریق کنترل ریزساختار و رقت
AchievING superior mechanical properties by controlling microstructure and dilution
نرخ بالای سرمایش حوضچه مذاب در جوشکاری و پوشش‌دهی به روش لیزر، سبب شکل‌گیری ریزساختار با اجزای متالورژیکی کوچک‌تر و در نتیجه حصول استحکام، سختی و چقرمگی بالاتر در مقایسه با سایر روش ها میگردد. همچنین انعطاف‌پذیری پارامترها در فرآیند جوشکاری و پوشش‌دهی، امکان ایجاد نرخ‌های سرمایش و گرمایش مختلف را فراهم می‌آورد. رقت 4 تا 8 درصدی پردازش با لیزر، دستیابی به خواص مورد انتظار قطعه (مقاومت در برابر سایش، خوردگی و سختی واحد) را حتی با اعمال یک لایه روکش امکان‌پذیر می‌کند. در مقایسه با روش لیزر، روش‌های روکش‌کاری قوسی به دلیل رقت بالا، نیاز به لایه‌های متعدد روکش برای رسیدن به سختی واحد دارند.
ربات لیزر 9 محور
9axis laser robot
مجموعه تخصصی لیزر آلما، با دارا بودن بزرگترین، دقیق‌ترین و قدرتمندترین دستگاه ربات جوشکاری و پوشش‌دهی لیزر کشور، عملیات ترمیم، بازسازی و ساخت قطعات صنعتی حساس را فارغ از ابعاد انها انجام می‌دهد. این ربات لیزر، با بهره‌گیری از یک سیستم کنترل یکپارچه، فرایندهای پیچیده را با دقتی بسیار بالا اجرا می‌کند. قابلیت‌های کلیدی ربات لیزر مجموعه آلما به شرح زیر است:
- قوی‌ترین لیزر فیبری صنعتی کشور به همراه سیستم کنترلی ربات 9 محور با دقت بسیار بالا (mm 0.01 )
- فضای کاری بسیار بزرگ (4m* 4 m* 3 m ) و قابلیت اجرای عملیات بسیار پیچیده بر روی قطعات در اندازه‌های مختلف
- مجـهز به دو هـد مجزا با قـوی‌ترین سیستم اپتیـکی جهان،جهت انجام عملیات‌های جوشکاری و پوشش‌دهی
- سیستم پیشرفته تغدیه ماده اولیه به صورت پودر و سیم از خاص‌ترین و با کیفیت‌ترین آلیاژ‌های موجود در جهان
- سیستم مانیـتورینگ و کنترل کیـفیت در حین اجرای عملیات جهت دستیابی به خـواص عالی و پایسته در قطعات
- حفاظت کامل از قطعات در هنگام اجرای عملیات مختلف جوشکاری و لایه نشانی روی قطعه
- قوی‌ترین لیزر فیبری صنعتی کشور به همراه سیستم کنترلی ربات 9 محور با دقت بسیار بالا (mm 0.01 )
- فضای کاری بسیار بزرگ (4m* 4 m* 3 m ) و قابلیت اجرای عملیات بسیار پیچیده بر روی قطعات در اندازه‌های مختلف
- مجـهز به دو هـد مجزا با قـوی‌ترین سیستم اپتیـکی جهان،جهت انجام عملیات‌های جوشکاری و پوشش‌دهی
دستگاه لیزر قابل حمل
Portable laser system
تجهیزات جوشکاری قابل حمل، نسل جدیدی از دستگاه‌های جوشکاری لیزر هستند. مجموعه لیزر آلما تنها مرکز دارای دستگاه لیزر قابل حمل با توان بالا در کشور می باشد. اجرای فرایندهای ترمیمی بر روی قطعات عظیم صنعتی در محل مورد نیاز با توانی مشابه لیزرهای ثابت، راه حلی جدید در رفع چالش‌های صنایع پیشرفته می باشد.
- قابلیت پوشش‌دهی و جوشکاری قطعات حساس در محل مورد نظر
- لیزر قدرتمند قابل حمل با توان بالا با قابلیت اپراتوری دستی و اتومات
- نصب و راه اندازی آسان و سریع متناسب با شرایط مورد نیاز
- جوشکاری دقیق با سازگاری بالا حتی در شرایط خلاء
حداقل مقدار منطقه متاثر از حرارت (HAZ)
Minimum heat affected zone (HAZ)
متمرکز و قابل کنترل بودن پرتو لیزر در موقعیت حوضچه مذاب، سبب نفوذ کمترین میزان حرارت به فلز پایه و ایجاد حداقل HAZ در مقایسه با سایر روش‌های جوشکاری (GTAW، GMAW، PAW و …) می‌شود.
این مزیت روش لیزر، از افت خواص مکانیکی و مغناطیسی و بروز خوردگی در قطعه به صورت موضعی در ناحیه HAZ جلوگیری می‌نماید.همچنین، HAZ کوچک در فرایند لیزر سبب کاهش نواحی ترد در قطعات و استحکام بالاتر پوشش می‌شود. به عنوان مثال ناحیه HAZ فرایند روکش‌کاری لیزری 90 درصد کوچک‌تر از فرایند جوشکاری TIG می‌باشد.
سختی بالای فلز لایه‌نشانی شده
High hardness of cladded metal
دستیابی به مقادیر بالای سختی در پوشش‌دهی قطعات صنعتی با استفاده از تکنولوژی لیزر با ایجاد لایه‌ای به ضخامت کمتر نسبت به روش‌های مرسوم امکان پذیر می‌باشد. این موضوع به دلیل تمرکز حرارتی بالا و رقت پایین فلز پایه در پوشش‌دهی با استفاده از تکنولوژی لیزر است.
همچنین نرخ بالای سرمایش در پوشش‌دهی به روش لیزر سبب ایجاد ساختاری ریز دانه در انواع آلیاژها شده که خود عاملی دیگر برای افزایش سختی است. تمرکز حرارتی در تکنولوژی لیزر همچنین سبب کمینه شدن تغییرات ریزساختاری در ناحیه متاثر از حرارت و وقوع حداقل افت در سختی این ناحیه میگردد. به عنوان مثال، سختی پوشش Stellite 6 با استفاده از تکنولوژی روکش‌کاری لیزری 60HRC می‌باشد در حالیکه سختی حاصل از این پوشش در فرآیند TIG تنها 45HRC می‌باشد.
کنترل پیوسته فرآیند با دوربین‌های حرارتی و اوپتیک
در مرکز آلما، برای اولین بار در کشور، مانیتورینگ و کنترل موثر فرآیند جوشکاری و پوشش‌دهی انجام می‌پذیرد که با در اختیار داشتن الگوریتم‌های انحصاری تحلیلی، یک سیستم جامع نظارت، بهینه‌سازی و کنترل عملیات‌های جوشکاری و پوشش‌دهی را فراهم می‌سازد. سیستم جامع مانیتورینگ و کنترل در حین فرایند تضمین کننده کیفیت بالای فرآیند لایه نشانی می‌باشد. بهینه‌سازی فرآیندها با استفاده از مشخصات دمایی به منظور دستیابی به ویژگی‌های هندسی، مکانیکی و متالورژیکی مورد نظر در هر قطعه، شرکت طاها قالب توس را به یکی مجموعه‌های پیشگام در این زمینه در عرصه جهانی بدل نموده است.
سختکاری لیزری
سختکاری سطحی، سبب افزایش مقاومت در برابر سایش و سختی سطح موردنظر با حفظ چقرمگی قسمت داخلی قطعه می‌شود. این فرآیند در قطعاتی مثل چرخ دنده‌ها، شفت‌ها، ابزارهای برش، محورها و… مورد استفاده قرار می‌گیرد. با توجه به موضعی بودن فرآیند سایش، کافیست تنها نواحی درگیر سایش تحت سختکاری قرار گیرند. بکارگیری تکنولوژی لیزر در مجموعه آلما به منظور سختکاری قطعاتی که دارای هندسه پیچیده و یا ضخامت نازک هستن، موجب شکل‌گیری لایه سخت شده در نواحی موضعی تحت سایش با مشخصات مکانیکی و متالورژیکی مطلوب میگردد.
جوشکاری فلزات غیرهمجنس
فلزات گوناگون خواص فیزیکی و ساختار شیمیایی متفاوتی با یکدیگر دارند. بنابراین جوش ذوبی دو فلز غیر هم‌جنس با مشکلاتی همراه است زمانی که دو فلز در حالت مذاب با یکدیگر حل می‌شوند، ساختار بین‌فلزی شکننده موجب تضعیف خواص جوش می‌شود. پرتوی لیزر به دلیل دارا بودن سیکل زمانی کوتاه و چگالی انرژی بالا برای اجرای اینگونه فرایندها بسیار مناسب است. چراکه چگالی انرژی بالای آن برای ذوب فلزات غیرهمجنس با ضرایب انتقال حرارت متفاوت مطلوب است. در این روش حرارت ورودی پایین منجر به گرمایش و سرمایش سریع قطعه شده که یک مزیت بسیار بزرگ برای جوشکاری فلزات غیرهمجنس محسوب می‌شود. مجموعه آلما توانایی اجرای اینگونه عملیات‌های جوشکاری را برای انواع مختلفی از فلزات دارد.
گروه تخصصی جوشکاری و پوشش‌دهی
مجموعه آلما از مهندسین نخبه و با تجربه از برترین دانشگاه‌های ایران و جهان، در مدیریت پروژه‌ها بهره می‌گیرد. کادر مدیریت متشکل از اعضاء هیئت علمی و اساتید مجرب دانشگاه‌های کشور با راهبردی دانش‌بنیان، سعی در ارتقای صنعت با استفاده از علم روز دنیا را دارند. در این مرکز، مهندسین مکانیک و متالورژی در حوزه‌های ساخت و تولید، طراحی صنعتی، انتخاب مواد، جوشکاری، پوشش‌دهی و خوردگی با استفاده از دانش فنی خود، نیازهای اساسی صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، نیروگاهی، هوا، فضا و صنایع فلزی را تامین می‌کنند.
آزمایشگاه متالوگرافی آلما، مجهز به پیشرفته‌ترین تجهیزات
متالوگرافی و بررسی ساختار میکروسکوپی مواد در حین فرآیندهای مختلف ساخت از جمله جوشکاری و پوشـش‌دهی، اهمیت ویژه‌ای دارد. این امر به دلیل ارتباط مستقیم ریزساختار آلیاژها و مواد فلزی با خواصی همچون چقرمگی، سختی و مقاومت کششی در آنها است. به‌علاوه، برای حصول اطمینان از سلامت قطعات ساخته شده، انجام آزمونهای غیر مخرب، اجتناب ناپذیر می‌باشد. به این منظور، آزمایشگاه متالوگرافی و NDT مرکز آلما جهت ارتقا کیفیت و ارائه محصولات تولیدی، با بهره‌گیری از پیشرفته‌ترین تجهیزات، خدمات مختلف متالوگرافی و NDT را ارائه می‌دهد.
سختکاری لیزری
سختکاری سطحی، سبب افزایش مقاومت در برابر سایش و سختی سطح موردنظر با حفظ چقرمگی قسمت داخلی قطعه می‌شود. این فرآیند در قطعاتی مثل چرخ دنده‌ها، شفت‌ها، ابزارهای برش، محورها و… مورد استفاده قرار می‌گیرد. با توجه به موضعی بودن فرآیند سایش، کافیست تنها نواحی درگیر سایش تحت سختکاری قرار گیرند. بکارگیری تکنولوژی لیزر در مجموعه آلما به منظور سختکاری قطعاتی که دارای هندسه پیچیده و یا ضخامت نازک هستن، موجب شکل‌گیری لایه سخت شده در نواحی موضعی تحت سایش با مشخصات مکانیکی و متالورژیکی مطلوب میگردد.
جوشکاری فلزات غیرهمجنس
فلزات گوناگون خواص فیزیکی و ساختار شیمیایی متفاوتی با یکدیگر دارند. بنابراین جوش ذوبی دو فلز غیر هم‌جنس با مشکلاتی همراه است زمانی که دو فلز در حالت مذاب با یکدیگر حل می‌شوند، ساختار بین‌فلزی شکننده موجب تضعیف خواص جوش می‌شود. پرتوی لیزر به دلیل دارا بودن سیکل زمانی کوتاه و چگالی انرژی بالا برای اجرای اینگونه فرایندها بسیار مناسب است. چراکه چگالی انرژی بالای آن برای ذوب فلزات غیرهمجنس با ضرایب انتقال حرارت متفاوت مطلوب است. در این روش حرارت ورودی پایین منجر به گرمایش و سرمایش سریع قطعه شده که یک مزیت بسیار بزرگ برای جوشکاری فلزات غیرهمجنس محسوب می‌شود. مجموعه آلما توانایی اجرای اینگونه عملیات‌های جوشکاری را برای انواع مختلفی از فلزات دارد.
سختکاری لیزری
سختکاری سطحی، سبب افزایش مقاومت در برابر سایش و سختی سطح موردنظر با حفظ چقرمگی قسمت داخلی قطعه می‌شود. این فرآیند در قطعاتی مثل چرخ دنده‌ها، شفت‌ها، ابزارهای برش، محورها و… مورد استفاده قرار می‌گیرد. با توجه به موضعی بودن فرآیند سایش، کافیست تنها نواحی درگیر سایش تحت سختکاری قرار گیرند. بکارگیری تکنولوژی لیزر در مجموعه آلما به منظور سختکاری قطعاتی که دارای هندسه پیچیده و یا ضخامت نازک هستن، موجب شکل‌گیری لایه سخت شده در نواحی موضعی تحت سایش با مشخصات مکانیکی و متالورژیکی مطلوب میگردد.
جوشکاری فلزات غیرهمجنس
فلزات گوناگون خواص فیزیکی و ساختار شیمیایی متفاوتی با یکدیگر دارند. بنابراین جوش ذوبی دو فلز غیر هم‌جنس با مشکلاتی همراه است زمانی که دو فلز در حالت مذاب با یکدیگر حل می‌شوند، ساختار بین‌فلزی شکننده موجب تضعیف خواص جوش می‌شود. پرتوی لیزر به دلیل دارا بودن سیکل زمانی کوتاه و چگالی انرژی بالا برای اجرای اینگونه فرایندها بسیار مناسب است. چراکه چگالی انرژی بالای آن برای ذوب فلزات غیرهمجنس با ضرایب انتقال حرارت متفاوت مطلوب است. در این روش حرارت ورودی پایین منجر به گرمایش و سرمایش سریع قطعه شده که یک مزیت بسیار بزرگ برای جوشکاری فلزات غیرهمجنس محسوب می‌شود. مجموعه آلما توانایی اجرای اینگونه عملیات‌های جوشکاری را برای انواع مختلفی از فلزات دارد.
