جستجو در تالارهای گفتگو

چكیده : در این مقاله عوامل خستگی و شكست دندانه های چرخدنده مورد بررسی قرار گرفته است. عواملی كه باعث خستگی دندانه و در نهایت شكست آن می شوند عبارتند از : 1ـ شكست حاصل از ممان های خمشی 2ـ سایش 3ـ كندگی 4ـ خراش كه هر یك از عوامل خود به چند دسته تقسیم می شوند. این عوامل ممكن است بر اثر نقص هایی باشد كه در خود دندانه وجود دارد یا ممكن است بوسیله عملكرد سایر قطعاتی كه در مجموعه چرخدنده ای بكار رفته اند ایجاد شوند. وقتی با یك دندانه آسیب دیده مواجه می شویم براحتی نمی توان در مورد علت آسیب قضاوت كرد زیرا این امر مستلزم تجربه كافی و تحقیقات دقیق می باشد. با این حال در این مقاله سعی شده است بصورت كلی با این پدیده ها آشنا شویم. واژه های كلیدی : سایش، خستگی سطحی، تغییر شكل پلاستیك، شكست مقدمه : طراحان چرخدنده همیشه از این موضوع تعجب می كنند كه چرا بعضی از چرخدنده ها بهتر و بیشتر از آنچه در فرمول های طراحی انتظار می رفت كار می كنند در حالیكه تعدادی دیگر حتی وقتی در داخل محدوده طراحی، بارگذاری شده اند ناگهان دچار شكست می شوند. به همین دلیل لازم است كه عوامل خستگی چرخدنده به دقت بررسی شود. انجمن چرخدنده سازان آمریكا (AGMA) خستگیهای چرخدنده را به 5 دسته كلی زیر تقسیم می نماید: 1ـ سایش (wear) 2ـ خستگی سطحی 3 ـ تغییر شكل پلاستیك (plastic flow) 4ـ شكست دندانه 5ـ شكست های خستگی كه 2 یا چند عامل فوق را با هم دارند. هر یك از این دسته ها خود به چند نوع و شكل مختلف تقسیم می شود كه در نهایت یك مهندس كه در زمینه چرخدنده كار می كند با 18 شكل مختلف از خستگی چرخدنده مواجه می شود. به همین دلیل در مواجه با یك چرخدنده آسیب دیده باید تلفیقی از علم و هنر آنالیز صحیح را بكار برد. اگر آنالیز خستگی بطور صحیحی انجام نشود ممكن است علت خستگی چیزی غیر از علت اصلی تشخیص داده شود كه در این صورت طراح را به سمت ساخت یك مجموعه چرخدنده ای بزرگتر از آنچه كه نیاز است هدایت می كند در حالیكه طراحی جدید نیز ممكن است دارای همان عیب قبلی باشد زیرا عامل اصلی تخریب هنوز تصحیح نشده است. به عنوان مثال یك چرخدنده كه در سرعت بالا كار می كند ممكن است برای ماهها دارای ارتعاش قابل قبولی باشد اما ناگهان علائم ارتعاش با دامنه بالا پدیدار می شود. تحقیقات دقیق روشن می كند در مدتی كه چرخدنده كار می كرده دندانه ها دچار سایش شده اند و در نتیجه فاصله بین دندانه ها افزایش یافته كه همین عامل باعث افزایش دامنه ارتعاش چرخدنده شده است. پس مشكل اصلی سایش دندانه ها است نه ارتعاش و ارتعاش باید به عنوان یك عامل ثانویه در نظر گرفته شود. نكته مهم دیگری كه باید در نظر گرفته شود این است كه گاهی طراحی چرخدنده صحیح است ولی چرخدنده بر اثر رفتار سایر قطعاتی كه در مجموعه چرخدنده ای شركت دارند یا سایر عوامل (محیط، خطای نصب و استقرار و …) دچار خستگی ناخواسته می شود. به عنوان مثال فرض كنید محور یك توربین توسط یك اتصال كوپلینگ به محور پینیون وصل شده است، در صورتیكه این اتصال در انتقال نیرو دارای خطای زیادی باشد یعنی نیرو را طوری انتقال دهد كه نیروهای شعاعی و محوری بیشتر از آنچه در طراحی در نظر گرفته شده به پینیون وارد شود در آنصورت پینیون و یاتاقان محور آن به سرعت دچار سایش یا حتی شكست می شوند. بنابراین راه حل طراحی مجدد پینیون یا تعویض یاتاقان محور آن نیست بلكه باید در وضعیت اتصال (coupling) تجدید نظر كرد. با این مقدمه به سراغ انواع خستگی هایی كه در یك چرخدنده رخ می دهد می رویم. تذكر این نكته ضروری است كه منظور از شكست خستگی در یك چرخدنده، گسیختگی (جدا شدن) دندانه نمی باشد بلكه هر عاملی كه باعث شود چرخدنده از شرایط كاری مطلوب خارج گردد به عنوان یك نوع شكست خستگی محسوب می شوند. لذا سایش نیز برای چرخدنده نوعی شكست خستگی محسوب می شود.

مقدمه جوشكاري تعميري يكي از فرآيندهاي مهم تعميرات و نگهداريست كه شامل جوشكاري ترميمي و سطح پوشاني مي گردد . با توجه به اينكه در صنايع فلزي حجم كارهاي تعميرات و نگهداري بسيار بيشتر از ساخت مي باشد . تعداد جوشكاران فعال در زمينه جوش تعميري بيشتر است . اين موضوع اهميت جوشكاري تعميراتي را در صنايع نشان مي دهد . قطعات بطور پيوسته دچار سايش ، خوردگي و شكست مي شوند . در بسياري موارد امكان جايگزيني قطعه كاملا" مشابه وجود ندارد . اين موضوع در موارديكه صنعت يا قطعه قديمي باشد بيشتر صدق مي كند . با توجه به اينكه در تعمير قطعات مي توان نواقص و نقاط ضعف اصلي را بر طرف كرد ، قطعه تعمير شده مي تواند كارآيي بهتري داشته باشد . همچنين با توجه به كاهش زمان توقف و رفع نياز خريد قطعه جديد ، هزينه تعميرات كاهش مي يابد . در اين مقاله سعي شده به كليات و اصول اجرايي يك جوشكاري ترميمي موفق بر اساس ملزومات استانداردي بصورت خلاصه اشاره گردد. جوشكاري ترميمي در قطعات توليد شده عيوب مختلفي را مي توان مشاهده كرد كه اين عيوب مي توانند ناشي از فرآيند توليد و يا حين كاركرد قطعه بوجود آمده باشند . بسته به نوع و علت ايجاد عيب ، جوشكاري ترميمي به چند دسته تقسيم مي شود : - جوشكاري تكميلي در حين توليد ( finishing weld ) - اصلاح جوشكاري هاي غير قابل قبول ( correction of non confirming weld ) - جوشكاري تعميري حين كاركرد قطعه ( repair weld ) 1-جوشكاري تكميلي در حين توليد نحوه جوشكاري تكميلي بستگي به نوع فرآيند توليد دارد . بعنوان مثال در مورد قطعات ريختگي از جوشكاري تكميلي براي برطرف كردن حفره ها ، تخلخل و يا اصلاح شرايط ابعادي قطعه استفاده مي شود . در اينگونه موارد بايد مقدار حرارت ورودي و تنشهاي پسماند احتمالي را در نظر گرفت چرا كه ممكن است شرايط قطعه را غير قابل قبول سازد . بنابراين گاهي اوقات بايد عمليات حرارتي خاصي نيز اعمال گردد . گاهي اوقات مشتري براي انجام اين فرآيند دستورالعمل خاصي را درخواست مي كند . 2-اصلاح جوشكاريهاي غير قابل قبول معمولا" كيفيت جوش و تلورانسهاي قطعه بايد با شرايط مندرج در استاندارد مورد استفاده و يا قرارداد منطبق باشد . (استانداردهاي ISO 13920 . ISO 10042 . ISO 5817 ) . در صورتيكه اين مورد احراز نگردد بايد اقدامات اصلاحي بر اساس استاندارد ISO 3834 انجام گيرد . پس از اجراي اقدامات اصلاحي قطعه بايد مجددا" تحت بازرسي ، آزمون و كنترل كيفي قرار گرفته و با شرايط مورد نياز مطابقت گردد . همچنين شرايط و علل ايجاد عيب بايد بدرستي بررسي و رفع گردد . 3-جوش تعميري حين كاركرد قطعه در صورتيكه حين كاركرد قطعه دچار شكست شود و يا عيوبي در جوش و يا فلز پايه ايجاد گردد ، مراحل زير قبل از اجراي جوش تعميري بايد انجام گيرد : - تعيين ريشه و علل ايجاد عيب - تعيين دقيق فلز پايه و مواد مصرفي جوش - بررسي استاندارد مورد استفاده و قرارداد پيرامون موضوع تعمير - تهيه برنامه تعمير ( شامل مراحل تعمير ) 3-1-تعيين ريشه و علل ايجاد عيب دليل ايجاد عيب ها در جوش بايد قبل از بازسازي مشخص گردد . ( بعنوان مثال با آزمايشهاي متالوگرافي ) . تنها با دانستن علت ايجاد عيب مي توان از تكرار آن پس از بازسازي جلوگيري كرد. دلايل ايجاد عيوب مي تواند جزو موارد زير باشند : -تنش بيش از حد مجاز -خطاي طراحي و محاسباتي -انتخاب ماده نا مناسب -جابجا شدن فلز پايه و يا ماده مصرفي با فلز يا ماده نا مناسب -عيوب مراحل ساخت ( آماده سازي ، سرهم بندي ، جوشكاري ، عمليات حرارتي ) پس از بررسي علت ايجاد عيب و ريشه يابي آن جهت رفع آن ممكن است به اجراي يك يا چند مورد از موارد زير نياز باشد : -تغيير طراحي ( مثلا" ابعاد جوش ) -تغيير مواد پايه يا مواد مصرفي جوش -تغيير مراحل و پارامترهاي جوش -ماشينكاري و پرداخت بيشتر جوشها 3-2-فلز پايه و مواد مصرفي جوش 3-2-1-فلز پايه در صورتيكه نوع دقيق فلز پايه در مستندات معتبر بازرسي موجود نباشد ، بايد آناليز شيميايي گرفته شود . در مورد فولادهاي ساختماني ريز دانه با تنش تسليم بالاتر از 355 MPa بايد دقت خاصي در مورد ميكرو آلياژها صورت گيرد . در مواردي كه از فولادهايي با عمر بيش از 30 سال استفاده شده است هنگام برنامه ريزي تعمير بايد به مقدار نيتروژن توجه شود (امكان شكست ترد ) . در صورتيكه خواص مكانيكي فلز پايه مشخص نباشد بايد نمونه هايي از قسمتهاي كم تنش قطعه تهيه شده و تست گردد . خصوصيات زير بايد مشخص شود : -استحكام كششي -استحكام تسليم -افزايش طول -چكش خواري (خواص ضربه ) -كاهش سطح مقطع در راستاي ضخامت ( در صورت نياز ) در صورت نياز آزمونهاي متالوگرافي نيز بايد انجام گيرد (مانند تعيين ساختار ماده ، محل عيب ) . 3-2-2-مواد مصرفي جوش مواد مصرفي جوش استفاده شده بايد مشخص گردد (مثلا" توسط آناليز شيميايي ) . در جوشكاري ترميمي مواد مصرفي بايد داراي افزايش طول مناسب (30% ) باشند . بخصوص براي جوش ريشه اغلب توصيه مي شود كه از مواد مصرفي با استحكام تسليم كمتر از فلز پايه استفاده شود . در مواردي كه لايه جوش ماشينكاري و برداشته مي شود , بايد حتما" از اين مواد استفاده شود . 3-3- استاندارد مورد استفاده و قرارداد جوشكاري ترميمي بايد كاملا" مطابق با استاندارد مشخص شده و يا دستورالعمل قرارداد اجرا گردد و كيفيت و تلورانسهاي خواسته شده بايد بدست آيد . در بعضي موارد برنامه ترميم بايد توسط يك بازرس يا مشتري بررسي و تائيد شود همچنين امكان دارد روال كار حين اجرا توسط بازرس يا مشتري نظارت گردد . بعد از اتمام جوشكاري حداقل آزمونهاي اصلي براي نمونه اوليه بايد اجرا شود . 3-4-برنامه ترميم براي هر ترميمي بايد برنامه تهيه گردد و اغلب نياز است كه اين برنامه توسط بازرس يا خريدار تائيد شود . مواد موجود در برنامه ترميم بسيار شبيه به برنامه جوشكاري است . در طراحي برنامه بايد به موارد زير توجه خاص صورت گيرد : -تميز كاري -نوع ماده -نام تجهيز و قسمتهايي كه بايد ترميم گردند -طراح قسمتهاي معيوب كه بايد برداشته شوند و روش برداشتن عيوب -مواد مصرفي جوش -دستورالعمل جوش ترميمي -گواهينامه جوشكار -آزمونهاي تائيد دستورالعمل جوش -ترتيب و توالي عمليات ترميم -مقدار مجاز انقباض -عمليات حرارتي ( دما ، زمان ، سرعت گرم و سرد كردن ) (در صورت نياز ) -عمليات پس از جوشكاري ( چكش زني ، ماشينكاري ، پرداخت ) -روشهاي آزمون ( زمان و مشخصات آزمون ) -بازرسي و بررسي جوش ترميمي ......