پایان نامه :
جهت اخذ درجه کارشناسی ناپیوسته
رشته ساخت و تولید
مقدمه:
پدیده خوردگی پدیده‌ایست الکتروشیمیائی که در اثر همجواری سطوح و جداره‌های خارجی اجسام با محیط مجاور بتدریج و با مرور زمان در این سطوح بوجود خواهد آمد. خوردگی ممکن است از نوع 1- شیمیایی : خوردگی در اثر مواد شیمیایی 2- EROSION : خوردگی در اثر برخورد ذرات جامد معلق در سیال عبورکننده با سطح 3- CORROSION : در اثر تماس با محیط مجاور4- سایش : سایش دو سطح نسبت بهم باشد .
اساساً مواد موجود در طبیعت علاقه دارند که بحالت خود برگردند مثلاً آهن و فولاد که در طبیعت معمولاً بصورت اکسید آهن یا سنگ اکسید وجود دارند پس از اخراج از معادن در مقابل فعل و انفعالات شیمیائی و روشهای مختلف علمی احیا شده و تبدیل به آهن خالص یا فولاد خالص می‌شوند و لذا این اجسام خاصیت برگشت به اصل خود را حفظ کرده و تحت شرائطی با تاثیرپذیری از محیط قادر خواهند شد که مجدداً اکسید شده و با از دست دادن خاصیتهای مختلف و در حقیقت پوسیده شدن برای صنایع مشکلات متعددی را ایجاد کنند.
در سال 1965 هزینه‌های ایجاد شده ناشی از خوردگی در ایالات متحده آمریکا حدود 6 میلیارد دلار و همین خسارت در سال 75 به 70 و در سال 85 به یکصد و هفتاد میلیارد دلار رسیده است که بر اساس آمارهای بدست آمده حدود 15 الی 25 درصد از این خسارت قابل پیشگیری و نتیجتاً 75 الی 85 درصد آن قابل پیشگیری نمی‌باشد.
آنچه برای یک محقق و دست‌اندکاران صنعت کشور مطرح است توجه به این امر مهم است که متاسفانه بنا بدلایل مختلفی میزان خساراتهای ناشی از خوردگی در صنعت روند افزایشی داشته که عمدتاً بدلیل عوامل زیر میباشد.
افزایش تاسیسات صنعتی به منظور تامین نیازهای جوامع
افزایش آلودگی ها در سطح جهان
بعلت خوردگی خسارت زیادی به صنایع کشور وارد می‌شود و لذا نگرشی عمیق به این امر مهم ملزم می‌سازد که برای پیشگیری از این هدر رفتن سرمایه‌هائی که گاها باعث تلفات جانی نیز می‌شوند چاره‌ائی بیندیشیم و تا حد ممکن زیانهای حاصل از این پدیده زیانبار را کاهش دهیم.
برای مبارزه با پدیده خوردگی راههای مختلفی وجود دارد که بکارگیری هر روش تابع شرایط مختلف از قبیل نوع تاسیسات ، توان سرمایه‌گذاری ، شرائط آب و هوائی، حجم تاسیسات قابل حفاظت و بررسی اقتصادی در مورد صلاح سرمایه‌گذاری و غیره خواهد بود. بعلاوه پس از بررسی‌های مختلف با توجه به عوامل یاد شده و انجام کارشناسی‌های لازم در ابعاد مختلف روشهای مختلفی برای حصول به این هدف بشرح ذیل وجود دارد.
انجام حفاظت های کاتودیک
رنگ آمیزی تاسیسات
آبکاری و پوشش دادن بروش های سنتی
پاشش فلزات
از مجموعه عوامل چهارگانه فوق بحث خود را روی دستگاه پاشش فلزات بر روی سطوح خارجی اجسام متمرکز نموده و در این پروژه تلاش شده با توجه به امکانات موجود بررسی‌هائی را در مورد بکارگیری این تکنولوژی در حفاظت تاسیسات بعمل آورد. در حقیقت بکارگیری پوشش فلز روی سطوح اجسام بدلیل مقاومت بالای فلزات مناسب و رعایت مسائل مختلف تکنیکی و کسب مهارتهای لازم در نحوه استفاده میتوان نقش ارزنده خود را در افزایش طول عمر مفید دستگاهها نشان دهد. لذا لازم است قبل از پرداختن به نحوه کار و بررسی‌های مختلف علمی بکارگیری نوع فلزات ، در زمینه معرفی دستگاه و انواع روشهای آن بحث خواهیم کرد که در این پایان نامه در فصل اول آن سیستم فلز پاشی قوس الکتریکی که شامل بخش های معرفی نحوه عملکرد اسپری با قوس الکتریکی ، تجهیزات و الحاقات مربوطه ، آماده سازی سطح و غیره می باشد ، عنوان گردیده است . در فصل دوم سیستم فلزپاشی به روش پلاسما که شامل بخش های فلزپاشی با استفاده از روش پلاسما ، تجهیزات سیستم و غیره می باشد ، مطرح گردیده است . در فصل سوم سیستم فلزپاشی بروش شعله‌ائی که شامل بخش های سیستم فلزپاشی سیمی ، خصوصیات سیمهای مصرفی ، دستگاه پودر فلزپاشی شعله‌ائی و غیره است مطرح گردیده است و در فصل چهارم کنترل کیفیت و روشهای آماده سازی استاندارد که شامل بخش های کنترل کیفیت و آزمایشات استاندارد ، کنترل ضخامت مواد اولیه ، کنترل کیفیت مرحله آماده سازی و غیره است ، مطرح شده است . و در پایان منابع و مآخذ و ضمائم آورده شده است .
فصل اول
دستگاه فلز پاشی به روش قوس الکتریکی
1-1 معرفی نحوه عملکرد اسپری با قوس الکتریکی:
اسپری قوس الکتریکی یکی از روشهای اسپری حرارتی است که در آن دو سیم ذوب می‌شود و ذرات ریزی را بوجود می‌آورد که این ذرات ریز به سمت قطعه مورد نظر جهت پوشش دادن آن هدایت میگردد. جریان هوا هم با سرعت زیاد جهت اتمیزه کردن فلز مذاب و سوق دادن آن بسمت سطح در نظر گرفته شده بکار می رود.
بطور کلی فرایند اسپری با قوس الکتریکی (Arc Spray ) اساساً عبارت است از دستگاهی که دو سیم را با سرعتهای یکسان تغذیه می‌کند که از اول ایجاد قوس تا آخر آن با همدیگر در تماس هستند تا اینکه در اثر برخورد آنها قوس الکتریکی ایجاد شود. در پشت قوس ایجاد شده یک نازل قرار دارد که از درون آن جریان هوا با سرعت بسیار بالائی برای اتمیزه کردن (ریز کردن ذرات فلز مذاب) بکار میرود. اندازه ذرات توسط فشار هوا و از طریق نازل قابل تغییر بوده و میتواند به ذرات درشت تا ذرات بی‌نهایت ریز تغییر کند.
در این پروسه از هوا استفاده می شود . سرعت کار در حدود m/s 300 یا ft/s 1000 میباشد که میتوان رنج آن را با توجه به کار برد آن تنظیم نمود. لازم به ذکر است که با متغیر ساختن سرعت گاز اتمیزه شده ، خصوصیات و ویژگیهای سطح پوشش داده شده نیز دستخوش تغییر خواهد شد.
میزان ذرات فلز مذاب خارج شده از ایجاد قوس بالغ بر چندین هزار ذره یا پرتو در ثانیه میباشد درجه حرارت قوس در حدود 5800 درجه سانتیگراد یا 10500 فارنهایت است که بستگی به ترکیب فلز (الکترود) مورد مصرف دارد و این ذرات فلز تماماً در دمای ثابت و مافوق گرمSuperheat ) ( شکل میگیرد.
در زمان انجام پروسه ذرات اسپری شده دارای انرژی حرارتی فوق‌العاده‌ای بوده که این امر به انجام پاشش یکنواخت ذرات روی سطوح مورد نظر کمک کرده و ذرات ضمن داشتن انرژی حرارتی با سرعت زیادی اسپری شده و در برخورد با سطح بایستی با لایه خارجی جوش خورده و ترکیب بسیار قدرتمندی را بوجود آورد.
از مزایای این فرایند میتوان به موارد زیر اشاره کرد.
کم خرج بودن آن
کاهش اکسیده شدن شعله در مقایسه با تکنیک اسپری با شعله) Flame Spray (
هزینه‌های سوخت و مصرف برق آن نیز کم میباشد.
در هنگام پوشش دادن مشکلی ایجاد نمی‌نماید.
سهولت حمل و نقل تجهیزات مربوطه
سرعت پاشش بالا
کنترل میزان حرارت وارده به قطعه
عدم نیاز به پیش گرم کردن قطعه
از معایب مضر آن استقرار انرژی در یک نقطه به هنگام ایجاد حرارت است که ذرات اتمیز شده در قوس الکتریکی باعث تغییرات شیمیائی در سیم همچنین تغییر در نقطه تبخیر آن میگردد که این معزل با سود جستن از متالورژی سیم قابل بهسازی میباشد.
1-2 نحوه تشکیل قوس الکتریکی (طبیعت ایجاد قوس)
قوس الکتریکی بوسیله جریان الکتریکی که در میان گازایون (Ioniz )اتصال می یابد ،ایجاد می‌شود. در این فرایند این گاز بطرف دو سیم هدایت میگردد تا در نقطه‌ائی که این دو سیم با یک فشار کم همدیگر را قطع کنند و به سطحی مانند نقاط ریز تماس گیرند.
به لحاظ جریان الکتریکی زیاد، گرمای فوق‌العاده زیادی را بوجود میاورد که این گرما به سطح بین دو فلز می‌رسد لذا این گرما ایجاد گاز ایون شده می‌کنند و کل منطقه ذوب را احاطه می‌کند که بدین ترتیب پلاسما تولید شده در این نقطه متمرکز میگردد، در این حال پلاسما برای عبور جریان الکتریکی ایجاد می‌شود تا جریان زیادی عبور نماید به همین لحاظ قوس پایدار و تقویت شده‌ائی بوجود خواهد آمد.
لازم بذکر است که فاصله بین دو الکترود نباید از مقدار معین شده در جهتی که گاز اتمیزه شده جریان دارد تجاوز کند این فاصله با توجه به نوع سیم مصرفی در جدول شماره (1-1) درج شده است.
1-3 تجهیزات و الحاقات مربوطه:
بطور کلی تجهیزات آنها به چهار جزء بزرگ بشرح زیر تقسیم بندی شده است.
قسمت ثابت منبع قدرت با جریان مستقیم که معمولاً یک نوع ولتاژ ثابت دارد.
مکانیزم محرکه حرکت سیم
مجموع کنترل هوای فشرده شده
تفنگ قوس الکتریکی
منبع جریان DC وسیستم کنترل بطور وابسته به هم برای تجهیز کردن انرژی جریان الکتریکی همچنین هوای اتمیزه و هدایت سیم و تغذیه آن بداخل اسلحه قوس الکتریکی بکار میرود.
بوسیله واحد محرکه دستگاه سیمها کشیده می‌شود و صاف میگردد و سپس از درون یک سیم روپوش دار عایق شده که انعطاف پذیر میباشد عبور کرده و بداخل مسیر صاف و مستقیمی هدایت میگردد این واحد در شکل (5) نشان داده شده است.
قوس در محل تماس دو سیم با یکدیگر ایجاد می‌شود و توسط یک نازل که در پشت آن قرار گرفته است هوا با سرعت زیاد ذرات فلز ذوب شده را اتمیزه کرده و این ذرات را با سرعت بسیار بالا به سمت سطح قطعه مورد نظر هدایت مینماید.
در شکل (2) پیستوله یا تفنگ قوس الکتریکی اولیه و در شکل (3) نوع پیشرفته آن شکل (4) اجزاء تشکیل دهنده آن نشان داده شده است.
کل مجموعه بالا عمل هدایت سیم و هدایت برق را بر عهده دارند .
قطعه شماره 1 (Arc Shield)حفاظ نام داشته و وقتی سیم ذوب می شود این قطعه باعث می شود که مذاب به کناره ها و اطراف و به اپراتور نپاشد . جنس این قطعه از آلومینیم است .
قطعه شماره 2 کلاهک هوا نام داشته و هوا از سوراخ های ریز مسی و برنجی آن عبور می نماید .
قطعه شماره 3 نازل نام داشته که سیم ها از داخل این نازل عبور می نماید و جنس آن از مس است .
قطعه شماره 4 نازل کوچکی است که نوک آن از تنگستن است و باعث سریع عمل کردن جریان برق می شود .
1-4 آماده سازی سطح
یکی از مراحل متداول و مهم در اسپری با قوس الکتریکی آماده سازی صحیح و مناسب سطح ماده اصلی است که این شیوه باعث بهبود چسبندگی متالورژیکی بین سطح و لایه ایجاد شده خواهد شد . بدین منظور سطح مورد نظر باید عاری از هر گونه چربی، گرد و غبار همچنین رطوبت باشد.
با توجه به اینکه استحکام لایه‌های ایجاد شده بستگی به لایه ابتدائی دارد لذا برای بالا بردن استحکام چسبندگی آن شیوه زیر را بر روی سطح کار قبل از عملیات پاشش انجام میدهند.
1) رزوه زنی یا آج زنی
یکی از بهترین روشهائی که در آماده سازی سطوح استوانه‌ائی و مدور پیشنهاد شده روش رزوه زنی است. برای آماده سازی سطوح تخت عمل آماده سازی بوسیله دستگاههای صفحه تراش و شیار تراش انجام میگیرد.
برای محافظت سطح کار در برابر آلودگی‌هائی از قبیل: گرد و غبار- چربی‌ها و … عموماً بوسیله دمیدن هوای خشک و تمیز و دور کردن رسوبات و زائدها از روی سطح ، این کار را انجام میدهند .
برای تهیه هوای خشک و تمیز تدارکاتی را دیده‌اند که در زیر جهت سالم سازی هوا ، شرح داده شده است.
هوای متراکم شده وارد یک کنترل هوا و فیلتر مخصوص می‌شود و سپس وارد یک خشک کن میگردد و در نهایت توسط لوله‌های مربوطه با توجه فشار مورد نیاز به پیستوله (GUN) هدایت میگردد. شکل (8) نمایشگر یک فیلتر خشک کن هوا میباشد.
1-5 راه‌اندازی سیستم
سیم یاالکترود بوسیله یک واحد تغذیه بسمت تفنگ (GUN ) هدایت میگردد در این قسمت برای ایجاد قوس اولیه یک واحد کنترل در نظر گرفته شده که با خاموش و روشن کردن واحد تغذیه در یک لحظه قوس ایجاد میگردد و پس از آن واحد تغذیه با سرعت مناسب سیم راست را به جلو هدایت می‌کند و در بین دو سیم نیز از درون یک نازل هوای فشرده تحت فشار برای یونیزه کردن مذاب جریان دارد.
در ضمن به منظور راه اندازی سیستم و کنترل تغذیه سیمها ورودی همچنین جریان هوا و ایجاد قوس از جعبه‌های کلید نیز استفاده میگردد.
جهت تنظیم ولتاژ قوس ، در منبع تغذیه کلیدی برای تغییر رنج ولتاژ در نظر گرفته شده است. در بعضی از دستگاهها نیز برای راه‌اندازی اولیه جریان برق قابل تنظیم است بدین منظور در مرحله شروع یک ولتاژ بالائی در حدود 75 ولت ایجاد میگردد تا قوس برقرار شود و پس از آن دوباره ولتاژ به مقدار واقعی خود می‌رسد و شدت جریان برای ادامه قوس تنظیم میگردد.
1-6 استحکام چسبندگی لایه‌های اسپری شده
بهترین استحکام با گرم کردن در پاس اول پاشش ایجاد می‌شود که این کیفیت با کاهش فاصله پیستوله تا سطح کار بوجود آمده که باعث می شود لایه و ذرات بصورت محکم به همدیگر بچسبند.
در جدول شماره (1-1) لیستی از مواد بکار رفته در قوس الکتریکی همراه با چسبندگی و استحکام کششی، ولتاژ، آمپر، فشار هوا و فاصله اسپری برای فولادهای کم کربن درج شده است.
برای به هم پیوستن و چسبندگی ذرات در لایه‌های پوششی باید حجم از جریان گاز اتمیزه شده را پس از ایجاد قوس در نظر گرفت تا اینکه ذرات فلز را اتمیزه کند و بهمراه گرمای ایجاد شده به سمت سطح مورد نظر حرکت داده و با شدت زیاد به آن اصابت نماید. برای ایجاد چنین خصوصیتی باید سرعت هوا را افزایش و فشار آن را کاهش دهند بدین جهت گاز یا هوای اتمیزه شده را از یک نازل که در پشت سیمها قرارداد عبور میدهند این محل در شکل (10) نشان داده شده است.
برای چسبندگی متالورژیکی مناسب احتیاج به درجه حرارت زیادی میباشد که با پیش گرم کردن در پاس اولیه بوجود میاید. لازم به ذکر است که فاصله اسلحه اسپری در مینیمم مقدار خود حدود 50 الی 75 میلیمتر کمک شایان توجهی برای نگهداری درجه حرارت زیاد می‌کند.
از دیگر مواردی که باید مورد توجه قرار گیرد این است که از زیاد گرم کردن سطح همچنین چرخش با سرعت سریع بخصوص هنگامی که اسپری بصورت دستی انجام می‌شود احتراز شود.
در حالتهای معمولی فاصله تفنگ با توجه به کار برد آنها حدود (90 الی 200) میلیمتر و برای قطعات دوار در حال گردش سرعتی معادل 30 تا 50 متر بر ثانیه در نظر گرفته می‌شود.
برای بازیابی سیلندرها و شفت‌ها و پوشش دادن آنها خصوصاً سری 300 فولادهای ضدزنگ توصیه میگردد که عمل اسپری فقط بصورت خطی و در جهت مستقیم انجام گیرد ، این طرز عمل باعث می‌شود تنشهای کمتری در مرحله پایانی ایجاد گردد همچنین خط ناشی از ترکهای ایجاد گشته در لایه‌های ایجاد شده را نیز کاهش می‌دهد.
برای جلوگیری از گرم شدن زیاد سطح ،اسپری بصورت منقطع انجام می‌شود یا اینکه از مجراهای خنک کار استفاده می‌کند .
با کمی احاطه بر کار میتوان پوشش‌های نازک و یکنواختی را ایجاد کرده و نقاطی که پوشش آنها بصورت کامل ایجاد نشده است را در پاس دوم پاشش کامل نمود.
شالوده لایه چسبیده شده در پاس‌‌های اول بسیار خشن و ناصاف هستند.
حرارت زیاد ذرات فلز را ذوب می‌کند و این ذرات ریز یونیزه شده و بسمت کار سوق داده می‌شود . که شکل ایده‌ال و اصلی سطح را با ماده ای که احتیاج داشتیم برای ما ایجاد مینماید به هنگام اسپری بیشتر فلزات غیر آهنی به غیر فلز اصلی قطعه باید تا حدود 150 درجه سانتیگراد پیش گرم شود و هنگام اسپری در پاس اول فاصله تفنگ تا سطح کار بسیار کم باشد. لازم به ذکر است که برای بدست آوردن گرمای زیاد جهت ذوب فلز با ولتاژ بالا میتوان در بیشتر حالتها ایجاد چسبندگی نمود.