روکش لیزری سوراخ های سیلندر فرسوده

روکش لیزرییک فناوری اثبات شده برای سرویس یا بهینه سازی اجزای موتور است و به دلیل تکرارپذیری قابل اعتماد، تنش کم عنصر حرارتی و اصلاح مکانیکی کم هزینه، یک فناوری ضروری است. در حال حاضر دستگاه جدیدی به نام iClad® در بازار وجود دارد که می تواند برای روکش کردن خطوط داخلی یا سوراخ های کور تا سطحی استفاده شود که با سرهای ماشینکاری معمولی امکان پذیر نیست. این میکرو ماشین کاری برای روکش کردن سوراخ هایی به قطر 26 میلی متر و عمق ماشینکاری تا 500 میلی متر مناسب است. اکنون، برای اولین بار، سازنده آن Pallas (Wrselen، آلمان) iClad را به یک سر ماشین چرخشی مجهز کرده است که می تواند برای تعمیر سوراخ های سیلندر فرسوده در موتورهای قطار دیزلی استفاده شود. ماشین‌های مجهز به عملکردهای چرخشی دارای پتانسیل بی‌نظیری برای طیف وسیعی از کاربردها هستند و خطوط داخلی اجزای باز متقارن غیر چرخشی با سوراخ‌های خارج از مرکز یا قطر 50 میلی‌متر یا بیشتر، با عمق ماشین‌کاری تا 500 میلی‌متر را تعمیر می‌کنند.

متخصص لیزر بلژیکی فناوری پوشش لیزری الماس (LaserCo DT)، مستقر در Strpy-Bracquegnies، بلژیک، از فلزات در برابر سایش از طریق روکش لیزری و پوشش های الماس محافظت می کند. یک اپراتور راه آهن بلژیک به این شرکت سفارش داد تا سوراخ های سیلندر فرسوده را با استفاده از فناوری روکش لیزری در نقاط معکوس پیستون های بالایی و پایینی تعمیر کند. Hugues Desmecht، مدیر عامل این شرکت، از موسسه Fraunhofer برای فناوری لیزر (ILT) در آخن، آلمان، خواست تا یک مطالعه امکان سنجی انجام دهد. در ارتباط با این تحقیق، ILT از نزدیک با Pallas (www.pallaskg.de)، که قبلا iClad را توسعه داده بود و اکنون سیستم را بازاریابی می کند، همکاری کرد. در این مطالعه، از ذوب لیزری مبتنی بر ICLAD برای ترمیم دو سوراخ از شش سوراخ سیلندر آسیب دیده استفاده شد.

هزینه تعویض موتور حدود 20 دلار است000. با توجه به مقدار زیادی پول و زمان مصرف شده در طول حمل و نقل، روکش لیزری به عنوان یک جایگزین زمان بیشتر و مقرون به صرفه شناخته می شود. برای دیافراگم های به اندازه کافی بزرگ، مانند قطر 100 میلی متر یا بزرگتر، انواع سرهای ماشینکاری معمولی در بازار موجود است تا پروفیل های خارجی یا داخلی را ماشینکاری کنند. در حال حاضر، با ظهور سر کوچک چرخان iClad، به یک فناوری جدید قابل اعتماد برای تعمیر سوراخ های سیلندر آسیب دیده تبدیل شده است، که با سرهای ماشینکاری استاندارد قبلی امکان پذیر نبود. بنابراین LaserCo DT و اپراتور راه آهن بلژیک انتظارات زیادی برای مطالعه امکان سنجی انجام شده توسط ILT دارند.

هر سر iClad از سه ماژول تشکیل شده است: پورت تغذیه پودر، بدنه و فیبر فیبر. برخلاف سرهای ماشینکاری معمولی، سرها و اجزای ماشینکاری iClad در چند میلی متری یکدیگر کار می کنند. در سرهای ماشینکاری استاندارد این فاصله به 20 میلی متر می رسد. بسته به نقطه پردازش، پرتو لیزر می تواند با زاویه 30 یا 90 خارج شود. به لطف نقطه عملکرد لیزر در مقابل سر ماشینکاری، سوراخ های کور را می توان به راحتی با یک سر ماشینکاری زاویه دار پوشش داد. در مواقعی که لازم است از سوراخ ها پوشش داده شود، از سر ماشینکاری با زاویه 90 استفاده می شود. سر ماشین‌کاری دوار داخلی باریک دارای عملکرد اضافی است زیرا می‌توان آن را در سوراخ برای روکش کردن از کنار یا از بالا به پایین تا عمق 500 میلی‌متر وارد کرد. معیار اصلی برای کاربردهای صنعتی ظرفیت بار حرارتی مداوم سر پردازش است. روش خنک کننده آب کارآمد مورد استفاده از گرم شدن بیش از حد اجزای دقیق جلوگیری می کند. سیستم حفاظت داخلی هد ماشینکاری از آلودگی یا آسیب دیدن آن در اثر رسوب ذرات پودر جلوگیری می کند. علاوه بر این، مسیر نوری پرتو لیزر به طور مداوم با گازهای محافظ پر می شود.

سرهای ماشینکاری جدید با عملکردهای چرخشی برای بازسازی سوراخ های سیلندر در موتورهای دیزل استفاده می شود. ادغام یک درایور چرخشی در سر ماشینکاری اجازه می دهد تا سوراخ های خارج از مرکز در قطعات نصب استاتیک تعمیر شود. حتی هنگامی که به صورت افقی قرار می گیرد، سر ماشینکاری بدون تغییر زاویه چرخش، کاربرد پودر یکنواخت را تضمین می کند. در این کاربرد خاص، با این حال، سر چرخان به صورت عمودی به سوراخ سیلندر از طریق یک سیستم اتصال پنج محوره وارد می شود. یکی از مهمترین موارد اختلاف با سر چرخشی این است که با توجه به وزن خود سر ماشینکاری، چرخاندن موتور دیزلی با وزن تا 700 کیلوگرم از طریق سر ماشینکاری ثابت غیرممکن است. سوراخ های خارج از مرکز مقدار زیادی عدم تعادل ایجاد می کنند و تضمین دقت ماشینکاری مورد نیاز را بسیار دشوار می کند. وسط قرار دادن هر سیلندر به صورت جداگانه به دلیل عوامل هزینه زیادی که دخیل هستند، گزینه کمتر امکان پذیر است.

قطر سوراخ قطر داخلی سیلندر 178 میلی متر است. سطح پایینی که باید پوشش داده شود حدود 340 میلی متر عمق دارد و از یک حلقه به ارتفاع حدود 60 میلی متر تشکیل شده است. سرهای ماشینکاری معمولی فقط برای زوایای نزدیک به سوراخ مناسب هستند زیرا نازل در نوک سر ماشین کاری قرار دارد. بنابراین، اگرچه قطر سوراخ به 180 میلی متر می رسد، اما این سرهای ماشین کاری تنها تا حداکثر عمق حدود 40 میلی متر قابل پردازش هستند. در مقابل، سر چرخان iClad را می توان به صورت عمودی در سوراخ سیلندر قرار داد و می تواند کل سطح داخلی را در 90 زاویه کنترل کند. پارامترهای تعیین کننده مدل iClad دوار را می توان در سه جنبه خلاصه کرد: علاوه بر قابلیت چرخش و سر ماشینکاری باریک، حداکثر عمق ماشینکاری 500 میلی متر نیز یک عامل کلیدی است.

لایه داخلی سیلندر بین نقاط شکست بالا و پایین فرسوده شده و با پوششی با ضخامت بیشتر از 1 میلی متر پوشیده شده است. به این روکش فلزی آلیاژی ضد زنگ گفته می شود تا نه تنها مقاومت لازم در برابر سایش را تضمین کند، بلکه مقاومت خوبی در برابر خوردگی در محیط های اسیدی و قلیایی نیز داشته باشد. چقرمگی مواد آلیاژی انتخاب شده از ایجاد ترک جلوگیری می کند، اما همچنین دارای ماشینکاری خوب و حداقل تخلخل پوشش سطحی است. ابتدا، سوراخ‌های سایش مشتریان LaserCo DT به اندازه‌ای ماشین‌کاری می‌شوند تا سایش و ترک برداشته شود و سطح صافی برای روکش لیزری بعدی ایجاد شود.

در موسسه فناوری لیزر فراونهوفر، بلوک‌های موتور روی تکیه‌گاه‌های فولادی قرار می‌گیرند، سپس تراز شده و به درستی تنظیم می‌شوند. دکتر Andreas Weisheit و تیمش به همراه Stephan Kalawrytinos از Pallas، سر ماشینکاری چرخشی داخلی را توسعه دادند. در موقعیت پایین، سطح سوراخ سیلندر را می توان در ناحیه حلقه آسیب دیده ماشین کاری کرد. با یک سیستم پیوندی پنج محوره، دو لایه با استفاده از دو حرکت چرخشی همپوشانی اعمال می شود تا ضخامت پوشش مورد نظر 1 میلی متر به دست آید. یک برنامه کنترل عددی برای این فرآیند توسعه داده شد. این پوشش با شروع از لبه پایین در عمق حدود 300 میلی متر، سطح را به صورت مارپیچ می پوشاند.

آقای Weisheit از نتایج آزمایش بسیار راضی بود. او گفت: "این بدون هیچ تردیدی ثابت می کند که روکش لیزری از نظر فنی امکان پذیر و مقرون به صرفه در تعمیر سوراخ های سیلندر بدون نیاز به خرید جایگزین است." با استفاده از سر ماشینکاری پروفیل داخلی چرخان iClad، پوشش حاصل از کیفیت سطح عالی برخوردار است." به نظر او، موتور در حال کار توانایی خود را برای کاربردهای صنعتی ثابت کرده است. حتی پس از چندین ساعت استفاده مداوم، توانایی آن برای ادامه کار کاملاً قابل اعتماد است. موفقیت کامل این آزمایش، شواهد اساسی برای تعمیر یا تعمیر قطعات ماشین آلات، که قبلاً دست نیافتنی بودند، ارائه می دهد.