مهندسی معکوس ساخت و تعمیر اجزای موتورهای توربین گازی

به گزارش خبرنگار حوزه دانشگاه گروه علمی فرهنگی هنری خبرگزاری صدا وسیما به نقل از روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، آقای مسعود علیزاده شمس‌آبادی دانش آموخته مقطع دکتری مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح «تحلیل پدیده ترک گرم در نهشت فلزی لیزری آلیاژ اینکونل ۷۱۸ روی زیرلایه سوپرآلیاژ پایه آهن A-۲۸۶» گفت: متأسفانه حساسیت بالای بسیاری سوپرآلیاژ‌های پایه آهن و نیکل به مشکل ترک گرم سبب شده که اجزای ساخته شده از آن‌ها در موتور‌های توربین گازی صنعتی و هوایی، پس از آسیب‌های نه چندان شدیدی مانند سایش، خوردگی و ریزترک‌های سطحی، تعمیر نشده و قطعه‌های جدید جایگزین آن‌ها شوند. از آنجایی که قطعه‌های ساخته شده از این آلیاژ‌ها اجزایی بحرانی و گرانبها هستند، تعویض قطعه به جای تعمیر آن هزینه گزافی را به صنایع تحمیل می‌کند. 

 

وی افزود: از این رو در صدد برآمدیم که قطعات آسیب دیده را با استفاده از نوین‌ترین روش جوشکاری تعمیری اجزا در جهان دوباره به چرخه بهره وری صنعتی بازگردانیم.

 

آقای دکتر علیزاده با بیان اینکه فرایند نهشت فلزی لیزری یکی از روش‌های ساخت افزایشی (Additive Manufacturing) است که در سال‌های اخیر به طور قابل ملاحظه‌ای مورد پژوهش و کاربرد قرار گرفته است گفت: این فرایند به دلیل بهره‌وری از خواص منحصر بفرد پرتو لیزر که همراه با ایجاد منطقه متاثر از حرارت کوچک، تنش‌های پسماند اندک، اعوجاج کمینه و همچنین به واسطه انعطاف پذیری عملکردی بالا به یک روش عالی برای تعمیر اجزای با ارزش تبدیل شده است.

 

وی گفت: پیش نیاز این پژوهش توسعه تجهیزات مورد نیاز فرایند نهشت فلزی لیزری از طریق مهندسی معکوس و یکپارچه سازی آن‌ها بود.

 

به گفته پژوهشگر دانشگاه صنعتی امیرکبیر، خوشبختانه با حمایت دانشگاه مالک اشتر و گروه فراوری مواد لیزر این دانشگاه، تمامی تجهیزات با تکیه بر توان دانشجویان و پژوهشگران دانشگاه‌های مختلف کشور بومی سازی شد. 

 

وی ادامه داد: تجهیزات ساخته شده برای فرایند نهشت فلزی لیزری در طی چند سال گذشته ارتقا و بهبود داده شدند و در حال حاضر تمامی نواقص موجود در نمونه‌های اولیه در دستگاه جدید برطرف شده است. از این رو دستگاه ساخته شده برتری فرایندی و عملکردی بهتری در مقایسه با بسیاری از نمونه‌های موجود در دانشگاه‌ها یا مراکز صنعتی خارج از کشور دارد. شایسته به بیان است که دستگاه ساخته شده در دانشگاه مالک اشتر، اولین نمونه ساخت داخلی این دستگاه در سطح کشور است.

 

دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر تاکید کرد: در حال حاضر بومی سازی دانش ساخت این دستگاه به مرحله تجاری سازی انجام خدمات و همچنین ساخت دستگاه مشابه برای صنایع مختلف رسیده است. 

 

وی با بیان اینکه برای شناخت اثر بخشی و کارآمدی دستگاه فرایند نهشت فلزی لیزری برای تعمیر اجزای موتور توربین گازی، سوپرآلیاژ A-۲۸۶ با حساسیت بسیار بالا به پدیده گرم مورد پژوهش قرار گرفت، گفت: خوشبختانه با تمهیدات فرایندی انجام شده این نتیجه حاصل شد که فرایند مذکور توانایی مقابله با مشکل ترک گرم این آلیاژ را دارد و می‌توان از این فرایند برای تعمیر اجزای ساخته شده از آلیاژ‌های با حساسیت بالا استفاده کرد و از اتلاف هزینه گزاف برای جایگزینی آن‌ها جلوگیری کرد.

 

وی با اشاره به کاربرد این پژوهش گفت: نتیجه پژوهش حاضر به همراه سایر پژوهش‌های انجام شده توسط فرایند نهشت فلزی لیزری نمایانگر قابلیت اعتماد به این فرایند برای ساخت و تعمیر اجزای پیچیده و حساس در صنایع مختلف مانند صنایع نیروگاهی، نفت و گاز، هوایی و ... است. 

 

وی ادامه داد: در این پروژه گامی موثر در جهت ایجاد اطمینان از قابلیت فرایند نهشت فلزی لیزری برای تعمیر آلیاژ‌های حساس به ترک برداشته شد؛ از این رو با ریل گذاری مناسب برای ادامه مسیر، می‌توان این فرایند و روش تعمیراتی را به صورت ابتدا نیمه صنعتی و سپس تمام صنعتی برای کاربرد در موتور توربین گازی اجرا کرد.

 

وی گفت: فرایند نهشت فلزی لیزری در حال حاضر به صورت گسترده در صنایع مختلف کشور‌های خارجی استفاده می‌شود، ولی دستگاه ساخته شده در دانشگاه مالک اشتر اولین نمونه داخلی این فرایند در کشور است.

 

وی با اشاره به مزیت‌های رقابتی طرح گفت: ساخت وتعمیر اجزای پیچیده، حساس و گرانبهای صنعتی بوسیله این فرایند می‌تواند در شرایط سخت تحریم‌های اقتصادی از صرف وقت و هزینه گزاف برای ساخت کاهشی اجزا و همچنین جایگزینی آن‌ها جلوگیری کند.

 

وی با اشاره به کاربرد‌های طرح اضافه کرد: این فرایند می‌تواند به صورت فراگیر برای ساخت و همچنین تعمیر اجزای پیچیده، حساس و گرانبهای موتور‌های توربین گازی صنعتی و هوایی مورد استفاده قرار گیرد. 

 

آقای علیزاده ادامه داد: این فرایند همچنین می‌تواند برای تعمیر و بهبود خواص سطحی اجزای مختلف مانند شیرآلات بکار رفته در صنایع نفت و گاز و همچنین قالب‌های پرس و شکل دهی در صنایع فلزی استفاده کرد.

 

به گفته دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر، این پژوهش به عنوان پروژه دکتری در ظرف مدت چهار سال انجام شده است. در حال حاضر ۳ مقاله ISI در نشریات معتیر خارجی از این پژوهش به چاپ رسیده است و امیدوار هستیم که ۲ مقاله ISI دیگر نیز در آینده مورد پذیرش و چاپ قرار گیرد. در مقاله‌های چاپ شده مطالعه تحولات ریزساختاری، اثر متغیر‌های فرایندی بر رفتار ترک انجمادی و همچنین تحلیل تجربی-آماری نتایج مورد بحث قرار گرفته است.

 

استادان راهنما این طرح آقای دکتر سید پیروز هویدا مرعشی و دکتر اسلام رنجبرنوده اعضای هیأت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و استادان مشاور دکتر رضا شجاع رضوی عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی مالک اشتر و دکتر جوو پدرو اولیویرا دانشگاه لیسبون پرتغال بودند.