تبلیغات
×وبلاگ تخصصی مهندسی مواد × - ساخت و تولید قطعات سوپر آلیاژی
نویسنده :Hadi yekrangian
تاریخ:یکشنبه 17 آبان 1388-10:37 ب.ظ
نوع مطلب : مقالات 
ساخت و تولید قطعات سوپر آلیاژی



قطعات سوپرآلیاژی کاربردهای متنوع و وسیعی در صنایع مختلف از جمله پمپ لنت­ها، صنایع زیردریایی، هوافضا و غیره دارند، اما کاربرد عمدة سوپرآلیاژها، در پره­های توربین­های گازی است. این توربین­ها در سه وزارت­خانة دفاع، نفت و نیرو دارای اهمیت فوق­العاده­ای می ­­­­­­باشند. ساخت پره­ها یاین توربین­ها نیاز به توانایی بالایی از لحاظ تکنولوژی دارد. دکتر سیروسعسگری، عضو هیأت علمی دانشکدة مهندسی و علم مواد دانشگاه صنعتی شریف درگفتگوی با شبکه تحلیلگران تکنولوژی ایران (ایتان) دربارة تولید قطعات سوپرآلیاژی و وضعیت کنونی کشور در این زمینه مطالبی را بیان کرد کهخلاصه­ای از آن، در زیر آورده شده است:





روش­های تولید

قطعات سوپرآلیاژی، به دو روش عمده تولید می­شوند:

الف) روش ریخته­گری دقیق: این روش، عمدتاً برای تولید پره­های ثابت و متحرکتوربین استفاده می­شود. به این دسته از محصولات، "قطعات سوپرآلیاژیریختگی" (Cast Super alloy) می­گویند.

ب) روش شکل­دهی: این روش،شامل فرآیندهایی چون فورج و نورد است و محصولات آن از قبیل دیسک، ورق،میلگرد، لوله و مفتول می­باشد. به این گروه از محصولات، "قطعات سوپرآلیاژیکارپذیر" (Wrought Super alloy) گفته می­شود.

در روش ریخته­ گری،مهم­ترین تجهیزات مورد نیاز یک کورة تحت خلاء است، ولی در مورد روششکل­دهی، معمولاً تجهیزات پیچیده­تر است. البته در حال حاضر امکانات وسیعشکل­دهی در سطح کشور وجود دارد و مشکل اصلی در این بخش، ضعف در دانش فنیاست.

تولید قطعات سوپرآلیاژی به روش ریخته­گری

برای تولید یک قطعة سوپرآلیاژی به روش ریخته­گری به­خصوص پرة توربین که مهم­ترین قطعه سوپرآلیاژی است، چهار مرحله باید انجام شود:

1- مهندسی معکوس (جهت تهیة نقشه و مشخصات فنی)

2- ساخت قالب و ریخته­گری دقیق

3- ماشین­کاری قطعات ریخته­شده

4- پوشش­دهی

اینچهار مرحله برای تولید پره، به خصوص "پره­های متحرک" ردیف اول و دوم بایدانجام شوند. البته "پره­های ثابت" ممکن است بخش پوشش­دهی را نداشته باشند. همچنین پره­های متحرک در ردیف­های سوم و بالاتر در بعضی موتورها ممکن استاز طریق فرایند فورجینگ تولید شده و پوشش نداشته باشند. همچنین برای ایجادهر صنعت، سه عامل تجهیزات، نیروی انسانی ماهر و دانش فنی، لازم است که باتوجه به این سه عامل، می­توان به بررسی وضعیت کشور در مورد مراحل چهارگانةفوق و نیز مشکلات آنها پرداخت:

1- مهندسی معکوس

در اینجامنظور از مهندسی معکوس فرایندی است که در آن از تعدادی نمونه موجود،مشخصات فنی و نقشه­های مورد نیاز برای تولید و ساخت نمونه­های مشابه بدستآید.

این فرایند شامل اندازه­گیری­های ابعادی به وسیلهCMM ودستگاه­های مخصوص دیگر و سپس تهیة نقشه می­باشد. تجهیزات لازم، تقریباً درکشور موجود بوده و CMM و نرم­افزارهای مورد نیاز نیز موجود است. نیاز اصلیبه نیروی انسانی متخصصی است که توانایی Surface modeling با دقت کافی راداشته باشد.

مشکلی که در تولید پره­های توربین وجود دارد، ایناست که پره، محصول نهایی نیست بلکه محصول نهایی "توربین" است و پره­هاباید طوری دقیق ساخته شوند، تا وقتی تعداد زیادی پره در توربین نصبمی­شوند شرایط لازم را ایجاد نمایند. ممکن است قطعه تولید شده چیزی شبیهبه پره اصلی باشد، اما رعایت تلرانس­های مجاز، بالاخص در نقاط حساس پره،نیازمند تجربه کافی است. تلرانس­های قسمت­های مختلف پره بالاخص در نقاطحساس بر توان خروجی موتور بویژه در موتورهای هوایی تا‌ثیر تعیین­کننده­ایدارد.

برای حل این مشکلات و تربیت نیروهای ماهر، باید انتقالدانش فنی لازم انجام شود و این دانش فنی باید از شرکت­هایی انتقال یابد کهدارای اعتبار بین­المللی در این زمینه هستند. معمولاً شرکت­هایی تواناییاین کار را دارند که از اطلاعات OEM بهره­مند ­باشند؛ یعنی با طراحی موتورآشنا بوده و تلرانس­ها را بدانند، حساسیت­ها را بشناسند و با پارامترهاییکه باید از نظر ابعادی کنترل شوند، آشنایی داشته باشند.(رجوع شود به: نقدو بررسی روش انتقال تکنولوژی پره‌های توربین)

با توجه به مطالببالا شاید این تصور پیش آید که بحث مهندسی معکوس منتفی است، چون نیازمنددانش طراحی و ساخت توربین است. اما باید توجه کرد که در قطعات با حساسیتکم و نیز توربین­هایی که قدرت پایینی دارند، براحتی می­توان مهندسی معکوسرا پیاده کرد. برای قطعات بزرگ و حساس و به­خصوص پره­های هوایی این نکاتقابل چشم­پوشی نیست و باید با شرکتی که توان کافی را دارا باشد، همکاریشود. فعالیتی که در این بخش در کشور انجام شده روی پره­های کوچک و سادهبوده که در آنها حفره­های خنک­کننده وجود ندارد.

2- ریخته­گری دقیق

درریخته­گری دقیق، ابتدا قالب موم ساخته­شده و سپس قطعات از جنس تزریق شده وپس از مونتاژ روی خوشه مومی پوسته سرامیک ایجاد می­شود. در مرحله بعد مومتبخیر شده و پوستة سرامیکی به­عنوان قالب عمل کرده و ریخته­گری انجاممی­گردد.

برای ساخت قطعات کوچک، دو کورة دوچمبره (Double chamber vim) موجود است. اما برای ساخت قطعات بزرگتر نیاز به کوره­هایی با ظرفیتبالاتر است. در حال حاضر برای ظرفیت­های بالا، در داخل کشور فقط دستگاهتک­چمبره وجود دارد که معمولاً برای تولید شمش به صورت نیمه­صنعتی بکارمی­رود. تاکنون چند قطعه به­صورت آزمایشگاهی ریخته­گری شده است. در اینراستا چند بازدید انجام شده و امکاناتی نیز وارد شده است ولی این امکاناتجهت تولید انبوه جوابگو نیست.

موضوع حایز اهمیت دیگر این است کهدر فرایند ریخته­گری پارامترهای بسیاری از جمله پارامترهای محیطی مثلرطوبت، دما و غیره دخیل است که تجهیزات خاصی را جهت کنترل نیاز دارد. درشرکت­های معتبر این پارامترها از طریق سیستم کنترل مرکزی تنظیم می­شوند کهباید روی این موارد کار شود. از نظر دانش فنی قلب فرایند ریخته­گری ساختقالب سرامیکی بویژه برای پره­های نازک و ماهیچه­خور است.

از نظرنیروی انسانی، در این 10 سال خوب عمل شده است اما از نظر دانش فنی بایدروی قطعات مورد نظر با دقت کار شود، چون تولید قطعات به این روش دشواریخاص خود را دارد.

البته برای تولید قطعات ساده و با ضخامت­هایزیاد (توربین­های قدیمی و صنعتی) که از نظر تلرانس­های ابعادی حساسیتکمتری دارند، مشکل چندانی وجود ندارد. اما در مورد قطعات نازک و قطعاتماهیچه­خور و سوراخ­دار پیچیدگی­ها و حساسیت­های خاص وجود دارد. از آنجاکه در ریخته­گری دقیق، دانش پایة آن موجود است، در بحث دانش فنی بایدبیشتر به نکات پیچیده و ظریف توجه شود. یعنی بعد از این باید برای کسبدانش فنی قطعات نازک، قطعات پیچیده و قطعات بزرگ دارای حساسیت بیشتر، تلاششود. قطعات پس از ریخته­گری معمولاً باید تحت عملیات HIP قرار گیرند. بهدلیل عدم وجود تجهیزات مورد نیاز در حال حاضر قطعات ریختگی در خارج ازکشور HIP می­شوند.

3- ماشین‌کاری

قطعات سوپرآلیاژی بعداز ریخته­گری باید ماشین­کاری شوند که نقشه­ها و دستورالعمل­های لازم ازطریق مهندسی معکوس آماده می­شود. ماشین‌کاری سوپرآلیاژها صنعت مربوط بهخود را دارد. سوپرآلیاژها و به­خصوص آنهایی که ریخته­گری می‌شوند، بسیارسخت و محکم می­باشند. در 10 سال گذشته برای تراشکاری‌های ساده، تجهیزاتخوبی خریداری شده است و دانش فنی آن در حال تکمیل و توسعه می‌باشد وتقریباً در تراشکاری پرة ریخته شده، مشکلی وجود ندارد.

اماتکنولوژی بعدی مورد نیاز در این قسمت، تکنولوژی سوراخکاری پره­ها به روشالکتروشیمیایی جهت ایجاد سوراخ­های خنک­کننده هوا روی پره­ها می‌باشد. دراین بخش فعلاً دانش فنی و تجهیزات لازم موجود نیست و وزارت نیرو در حالوارد کردن تکنولوژی آن است. در حال حاضر شرکت‌های داخلی برای سوراخکاریقطعات، آنها را به خارج از کشور ارسال می‌کنند.

4- پوشش دهی

برایپوشش‌دهی در کشور، دو مرکز خوب موجود است. یک مرکز در "صها" است کهپوشش‌دهی پره‌های هوایی را انجام می‌دهد و با استانداردهای 30 سال پیش کارمی‌کند. مشکل این مرکز، قطع ارتباط با صنعت مادر خود و عدم به­روزکردناستانداردهای خود است. مرکزی نیز در کرج وجود دارد که روی پوشش­دهیپره‌های صنعتی وزارت نیرو مشغول فعالیت است.

مطلب قابل توجه دراینجا، حرکت به سمت پوشش‌های جدید است. در حال حاضر قطعاتی در داخل کشوروجود دارند که با "پلاسما اسپری" تحت خلاء، پوشش داده می‌شوند. هرچند کهتجهیزات آن قبلاً خریداری شده است، ولی به طور متمرکز روی آن کاری صورتنگرفته است، لذا برنامه­ریزی در این زمینه نیز ضروری است.

وضعیت کنونی کشور در رابطه با تولید توربین گازی

اقداماتیتوسط وزارت­خانه­های نیرو و نفت، جهت تمرکز تولید توربین در حال انجاماست. یکی از مشکلات مهم در بحث ساخت و تعمیر توربین­ها، تنوع آنها می­باشدکه در نتیجه توجیه اقتصادی از بین می­رود. بنابراین در این وزارت خانه­هاتصمیم گرفته شد که تنوع، پایین آورده شود و انتقال دانش روی موتور­هایخاصی انجام گیرد.

در این رابطه وزارت نیرو برای تولید 30 عددتوربین گازی "زیمنس" که با استفاده از شرکت­های داخلی ساخته خواهد شد،قراردادی با شرکت Ansaldo ایتالیا منعقد کرده است که در این راستا شرکت "توگا" تأسیس شده است. در این قرارداد، تکنولوژی تمامی بخش­های توربین بجزپره­های آن انتقال داده می­شود و اخیراً برای تولید پره­های این توربین­هابا شرکت­های Non-OEM ارتباط برقرار شده است.

وزارت نفت نیزقراردادی با "Alstom" جهت ساخت 50 دستگاه توربین، برای انتقال دانش فنی بهداخل کشور منعقد کرده است که البته در اینجا نیز پره­ها جزء قرارداد نیست.