تحقیق اتصال فاز مایع گذرا سوپر آلیاژ پایه نیکلی با روش TLP

در این تحقیق اتصال سوپر آلیاژ پایه نیکلی Rene 80 با استفاده از روش TLP بررسی شده است. بدین منظور از یک لایه واسط به ضخامت μm ۵٠ و با نام تجاری MBF-20 استفاده شد. عمل اتصال در دمای ١١٠٠ درجه سانتی گراد و به زمان های ٣٠ و ۶٠ دقیقه در اتمسفر خلا انجام شده است. عمل همگن سازی نمونه های متصل شده در دمای ١٢٠۶ درجه سانتی گراد و به زمان های ۶٠و ١٢٠ دقیقه در اتمسفر محافظ آرگون انجام شد. مطالعات انجام شده با استفاده از میکروسکوپ نوری پس از اتصال نشان داد، تفاوت میان دو زمان اتصال ناچیز بوده و در هر دو زمان، اتصالی مناسب ایجاد شده است. مطالعات میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی پس از همگن سازی در زمان ۶٠ دقیقه نشان داد فازهای ثانویه ایجاد گردیده اند. با افزایش زمان همگن سازی به ١٢٠ دقیقه فازهای ثانویه رفع شدند بررسی انجام شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز EDX، بیانگر ایجاد فازهای ثانویه، با فرمول B_y 〖(Mo,Cr,W,Ni,Co,Ti)〗_xمی باشد. بررسی خواص مکانیکی اتصال بیانگر استحکام برشی تا ٩۵ درصد فلز پایه است. سطح شکست اتصال نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج تحقیق بیانگر قابلیت مطلوب این فرآیند برای استفاده در اتصال قطعات حساس نظیر سوپر آلیاژها و پره های توربین است.

در ابتدا بحث خود را با لحیم کاری تحت شرایط خلاء آغاز خواهیم کرد، این فصل شامل مباحثی پیرامون تجهیزات مورد نیاز برای لحیم کاری، تمیز کردن و آماده سازی سطح قبل از لحیم کاری، فلز پرکننده لحیم، مکانیسم نگهدارنده قطعه کار و چرخه کوره لحیم کاری تحت شرایط خلأ می باشد. فصل دوم را به اتصال نفوذی، فرآیند جوشکاری حالت جامد و اتصال نفوذی، عوامل مؤثر بر جوش و قابلیت جوش پذیری، شرایط جوشکاری وهمچنین کاربردهای جوشکاری نفوذی اختصاص داده ایم. در فصل سوم به بررسی اجمالی قطعات داغ توربین ها، بازسازی و جوان سازی اجزای توربین های گازی، فرآیندهای ساخت و تعمیر مرسوم این قطعات از جمله جوشکاری قوس تنگستن تحت پوشش گاز محافظو جزئیات این روش از جوشکاری و عیوب متداول آن خواهیم پرداخت. در فصل چهارم ضمن توضیحات کامل در مورد متغیرهای این اتصال و ملزومات آن، کاربرد های فرآیند اتصال فاز مایع گذرا برای فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI321، سوپر آلیاژ پایه نیکلی Rene 80، سوپر آلیاژ پایه نیکل GTD-111 به طور کامل بحث و گفتگو می کنیم.

سرفصل مطالب

فصل اول : لحیم کاری تحت شرایط خلاء

فصل دوم : اتصال نفوذی

فصل سوم : اجزای توربین های گازی و روش های تعمیر آنها

فصل چهارم : کاربردهای فرایند اتصال فاز مایع گذرا

منابع و مآخذ

***************

فرآیند فاز مایع گذرا یک روش جدید بوده که به صورت اقتصادی می تواند در تولید اتصالاتی با استحکام بالا، در مواد مقاوم در برابر حرارت، بدون نیاز به اعمال فشار قابل توجه در زمان ایجاد اتصال به کار برده شود. این فرآیند با استفاده از یک لایه واسط که میان دو قطعه قرار داده می شود انجام می گردد. این لایه ذوب شده، سپس در دمای ایجاد اتصال منجمد و باعث ایجاد اتصالی می شود که ساختار و خواص آن مشابه فلز پایه است. با استفاده از این روش، اتصالاتی پیچیده را می توان با آماده سازی ساده و آسان سطح به یکدیگر متصل نمود. در این مرحله، اتصال ایجاده شده دارای خواص مناسبی است، اگر چه بطور کامل نزدیک به فلز پایه نمی باشد. چنانچه قطعات به مدت طولانی تر از زمان مورد نیاز برای ایجاد اتصال حرارت داده شوند، اتصال می تواند از لحاظ ساختار وترکیب شیمیایی، همگن شده و به فلز پایه نزدیک تر گردد.

هزینه های بالای جایگزینی پره ها و تیغه های توربین گاز به سرعت در حال افزایش است و تعمیر آنها یک بخش به شدت تخصصی از صنعت تعمیر محسوب می شود. منطق اقتصادی تعمیر به جای جایگزین کردن قطعه کاملا روشن است. منطق متالورژیک این کار شفافیت کمتری دارد اما عملکرد رضایت بخش یک قطعه صنعتی در 25 سال گذشته حداقل کافی بودن کیفیت فنی تعمیر پره و تیغه را نشان می دهد. معمولا تعمیر تیغه، بجای باز پوشش آن، شامل جایگذاری جوش بر روی نوک تیغه با تنش کم یا در مکان پوشش نوک می شود. به طور متوسط تیغه های توربین فشار بالا قبل از جایگزینی دو چرخه تعمیر را تحمل می کنند. تیغه های توربین کم فشار نیز نیاز به تعمیر دارند اما کمتر جایگزین می شوند. ترمیم ابعادی دقیق یک جزء مشکل دار با استانداردهای الزام آور اصلی تجهیزات یک چالش مهندسی واقعی است تکنولوژی پوشش نیز یک جنبه پیچیده از تعمیر تیغه است. تعمیر پره ها کار بسیار جدیدی است و دامنه ای از ترمیم بُعدی سکو تا جایگزینی کامل ایرفویل را در بر می گیرد. تعمیر شکاف ایرفویل پره نیز رایج است و شامل تعداد زیادی از فرایندهای متالورژیک می شود که هنوز در حال بلوغ هستند. آینده تعمیر تیغه و پره ، همانند گذشته ، بوسیله قیمت های جایگزینی قطعات تعیین می شود. ملاحظات فنی هنوز باقی خواهند ماند اما تعمیر احتمالا به نیروی کار کمتری نیاز خواهد داشت چون اتوماسیون ساده تر خواهد شد .بنابراین با توجه به اهمیت خیلی زیاد نوع اتصال دهی قطعات در صنعت تولید و همچنین تعمیر هدف از این پروژه بررسی موردی اتصال فاز مایع گذرا در ساخت و تعمیر قطعات صنعتی به خصوص قطعات داغ توربین ها مثل پره و تیغه ها می باشد.

اتصال نفوذی

فرآیندهای جوشکاری حالت جامد آن دسته از روش های جوشکاری هستند که به کمک آنها می توان اتصال بین دو یا چند مادهرا در درجه حرارت های بسیار کمتر از نقطه ذوب مواد ایجاد کرد. در این فرایندها یا از تغییر شکل پلاستیک و یا از نفوذ همراه با تغییر شکل پلاستیک محدود استفاده می شود. این فرایندها هم در مورد مواد همجنس و هم در مورد مواد غیر همجنس قابل استفاده هستند. فرایندی که در آن از نفوذ همراه با تغییر شکل محدود استفاده می شود به فرایند اتصال نفوذیموسوم است. برای ایجاد یک جوش حالت جامد، سطوح متصل شونده باید به انداذه کافی به هم نزدیک شوند تا نیروهای کوتاه برد بین اتمی فعال شده و یک اتصال بین سطوح برقرار شود. بنابراین سطوح جوشکاری شونده باید عاری از هر گونه آلودگی سطحی باشند. از یک نیروی فشاری نیز به منظور هر چه نزدیکتر کردن سطوح متصل شونده و کامش فاصله بین آنها استفاده می شود.با توجه به این که در فرایندهای جوشکاری حالت جامد عمل ذوب اتفاق نمی افتد و چیزی به اسم حوضچه مذاب وجود ندارد، بسیاری از مشکلات و مسایل مربوط به کنترل و حفاظت حوضچه مذاب منتفی می باشد. این نکته به ویژه در جوشکاری فلزات و آلیاژ های فعال نظیر تیتانیم، زیدکونیم و آلیاژ های آنها بسیار حایز اهمیت می باشد.استفاده از هر یک از فرایندهای جوشکاری حالت جامد، تجهیزات و امکانات مخصوص به خود را می طلبد که گاه تهیه آنها مستلزم صرف هزینه های بسیار گزاف می باشد. همچنین باید توجه داشت که این فرایندها برای هر فلز و یا آلیاژی قابل استفاده نمی باشند

کاربردهای فرایند اتصال فاز مایع گذرا

یک روش برای تعمیر قطعات موتور توربین گاز شامل حذف بخش آسیب دیده و ساخت و قرار دادن قطعه جایگزین که باید با بخش حذف شده مطابقت داشته باشد، می باشد. اینزرت (قطعه جایگزین) باید با دقت ماشینکاری شده و از لحاظ بلوری با اجزای اصلی مطابقت داده شود و سپس با استفاده از تکنیک فرآیند اتصال فاز مایع گذرا و عملیات حرارتی مناسب به جزء اصلی متصل می شود

این اختراع مربوط به تعمیر قطعات بخش های داغ توربین و از جنس آلیاژهای پایه نیکل که فعالیت بالایی در توربین دارند با استفاده از روش اتصال فاز مایع گذرا می باشد. قطعات موتور توربین گازی مثل تیغه ها و پره ها در معرض تنش های محیطی بالا مثل تنش های مکانیکی، حرارتی و چرخشی قرار دارند. با توجه به هزینه های بالای ساخت قطعات قسمت های داغ توربین مطلوب است به جای جایگزینی این قطعات آسیب دیده آنها را تعمیر کنیم.