חיפוי לייזר של חורי צילינדר בלויים

חיפוי לייזרהיא טכנולוגיה מוכחת לתחזוקה או אופטימיזציה של רכיבי מנוע, והיא טכנולוגיה הכרחית בשל יכולת החזרה האמינה שלה, מתח אלמנט תרמי נמוך ושינוי מכני בעלות נמוכה. כעת קיים בשוק מכשיר חדש, iClad®, שניתן להשתמש בו לחיפוי קווי מתאר פנימיים או חורים עיוורים ברמה שאינה אפשרית עם ראשי עיבוד רגילים. עיבוד מיקרו זה מתאים לחיפוי חורים קטנים עד 26 מ"מ בקוטר ולעומקי עיבוד של עד 500 מ"מ. כעת, לראשונה, יצרנית פאלאס (Wrselen, גרמניה) ציידה את ה-iClad בראש עיבוד סיבובי שניתן להשתמש בו לתיקון חורי צילינדר בלויים במנועי רכבות דיזל. למכונות המצוידות בפונקציות סיבוביות יש פוטנציאל ללא תחרות למגוון רחב של יישומים, תיקון קווי המתאר הפנימיים של רכיבים פתוחים סימטריים שאינם סיבוביים עם חורים אקסצנטריים או בקוטר של 50 מ"מ או יותר, עם עומקי עיבוד של עד 500 מ"מ.

מומחה לייזר בלגי טכנולוגיית לייזר ציפוי יהלומים (LaserCo DT), שבסיסה ב-Strpy-Bracquegnies, בלגיה, מגינה על מתכות מפני בלאי באמצעות חיפוי לייזר וציפוי יהלומים. מפעיל רכבת בלגי הזמין את החברה לתקן חורי צילינדר בלויים באמצעות טכנולוגיית חיפוי לייזר בנקודות ההפוכות של הבוכנות העליונות והתחתונות. יוז דסמכט, מנכ"ל החברה, ביקש ממכון פראונהופר לטכנולוגיית לייזר (ILT) באאכן, גרמניה, לבצע בדיקת היתכנות. בקשר למחקר זה, ILT עבדה בשיתוף פעולה הדוק עם Pallas (www.pallaskg.de), שפיתחה קודם לכן את iClad וכעת משווקת את המערכת. במחקר זה, נעשה שימוש בהתכת לייזר מבוססת ICLAD לתיקון שניים מששת חורי הצילינדר הפגומים.

עלות החלפת המנוע היא כ-$20,000. בהתחשב בכמות הגדולה של הכסף והזמן הנצרך במהלך ההובלה, חיפוי לייזר מוכר כחלופה חסכונית יותר בזמן. עבור פתחים גדולים מספיק, כגון קוטר 100 מ"מ או יותר, מגוון ראשי עיבוד קונבנציונליים זמינים בשוק כדי לספק עיבוד של פרופילים חיצוניים או פנימיים. כעת, עם הופעת ראש ה-iClad הקטן המסתובב, הוא הפך לטכנולוגיה חדשה ואמינה לתיקון חורי צילינדר פגומים, דבר שלא היה אפשרי עם ראשי עיבוד רגילים קודמים. ל- LaserCo DT ולמפעילת הרכבות הבלגית יש אפוא ציפיות גבוהות מבדיקת ההיתכנות שבוצעה על ידי ILT.

כל ראש iClad מורכב משלושה מודולים: יציאת הזנת אבקה, גוף ותקע סיבים. בניגוד לראשי עיבוד קונבנציונליים, ראשי עיבוד ורכיבים של iClad פועלים במרחק של כמה מילימטרים אחד מהשני. בראשי עיבוד סטנדרטיים, מרחק זה מגיע ל-20 מ"מ. בהתאם לנקודת העיבוד, קרן הלייזר יכולה לצאת בזווית של 30 או 90. חורים עיוורים יכולים להיות מצופים בקלות בראש עיבוד זווית 30-, הודות לנקודת ההפעלה של הלייזר מול ראש העיבוד. כאשר יש צורך בציפוי חורים, נעשה שימוש בראש עיבוד 90 Angle. לראש העיבוד הסיבובי הפנימי הצר יש פונקציונליות נוספת שכן ניתן להחדירו לחור לחיפוי מהצד או מלמעלה - עד לעומק של 500 מ"מ. הקריטריון העיקרי ליישומים תעשייתיים הוא יכולת עומס החום המתמשך של ראש העיבוד. שיטת קירור המים היעילה בשימוש מונעת התחממות יתר של רכיבים מדויקים. מערכת ההגנה הפנימית של ראש העיבוד מונעת ממנו להיות מזוהם או פגום על ידי שקיעת חלקיקי אבקה. בנוסף, הנתיב האופטי בו עוברת קרן הלייזר מלא כל הזמן בגזי מגן.

ראשי עיבוד חדשים עם פונקציות סיבוביות משמשים לשיפוץ חורי צילינדר במנועי דיזל. השילוב של דרייבר סיבובי בראש העיבוד מאפשר תיקון חורים אקסצנטריים בחלקי הרכבה סטטיים. גם כשהוא מוכנס אופקית, ראש העיבוד מבטיח יישום אבקה אחיד מבלי לשנות את זווית הסיבוב שלו. עם זאת, ביישום הספציפי הזה, הראש המסתובב מוחדר אנכית לתוך חור הצילינדר באמצעות מערכת הצמדה בעלת חמישה צירים. אחת מנקודות המחלוקת העיקריות עם הראש הסיבובי היא שבהתחשב במשקל ראש העיבוד עצמו, אי אפשר לסובב מנוע דיזל במשקל של עד 700 ק"ג דרך ראש עיבוד קבוע. חורים אקסצנטריים יוצרים כמות גדולה של חוסר איזון, מה שמקשה מאוד להבטיח את דיוק העיבוד הנדרש. מרכז כל צילינדר בנפרד הוא אפשרות פחות ריאלית בגלל גורמי העלות הגדולים הכרוכים בכך.

קוטר הקדח של הגליל הוא 178 מ"מ; השטח התחתון שצריך לצפוי הוא בעומק של כ-340 מ"מ ומורכב מטבעת בגובה של כ-60 מ"מ. ראשי עיבוד קונבנציונליים מתאימים רק לזוויות קרובות לחור מכיוון שהזרבובית ממוקמת בקצה ראש העיבוד. לכן, למרות שקוטר החור מגיע ל-180 מ"מ, ניתן לעבד ראשי עיבוד אלו רק לעומק מרבי של כ-40 מ"מ. לעומת זאת, ראש ה-iClad המסתובב יכול להיות מוכנס אנכית לתוך פתח הצילינדר ויכול להתמודד עם כל המשטח הפנימי ב-90 זוויות. ניתן לסכם את הפרמטרים המכריעים של דגם ה-iClad המסתובב בשלושה היבטים: בנוסף ליכולת הסיבוב וראש העיבוד הצר שלו, עומק העיבוד המרבי של 500 מ"מ הוא גם גורם מפתח.

השכבה הפנימית של הגליל בין נקודות הכשל העליונות והתחתונות שחוקה ומכוסה בציפוי העובי גדול מ-1 מ"מ. זה נקרא חיפוי סגסוגת נירוסטה כדי להבטיח לא רק את עמידות הבלאי הדרושה, אלא גם עמידות טובה בפני קורוזיה בסביבות חומציות ובסיסיות. הקשיחות של חומר הסגסוגת הנבחר מונעת היווצרות סדקים, אך גם בעלת יכולת עיבוד טובה ונקבוביות ציפוי משטח מינימלית. ראשית, חורי הבלאי של לקוחות LaserCo DT מעובדים לפי גודל כדי להסיר בלאי וסדקים, ויוצרים משטח חלק לחיפוי לייזר לאחר מכן.

במכון פראונהופר לטכנולוגיית לייזר, בלוקים מנוע מונחים על תומכי פלדה, ואז מיושרים ומותאמים כראוי. ד"ר אנדריאס וייסייט וצוותו, יחד עם סטפן קלווריטינוס מפאלאס, פיתחו את ראש העיבוד הסיבובי הפנימי). במצב התחתון, ניתן לעבד את פני החור של הצילינדר באזור הטבעת הפגועה. עם מערכת הצמדה של חמישה צירים, שתי שכבות מוחלות בשתי תנועות סיבוב חופפות להשגת עובי הציפוי הרצוי של 1 מ"מ. לתהליך זה פותחה תוכנית בקרה מספרית. החל מהקצה התחתון בעומק של כ-300 מ"מ, הציפוי מכסה את פני השטח בצורה ספירלית.

מר וייסייט היה מרוצה מאוד מתוצאות הבדיקה. "זה מוכיח מעל לכל ספק שחיפויי לייזר אפשרי מבחינה טכנית וחסכוני בתיקון חורי צילינדר ללא צורך בקניית תחליפים", אמר. באמצעות ראש עיבוד הפרופיל הפנימי המסתובב iClad, הציפוי המתקבל הוא בעל איכות פני שטח מעולה". לדעתו, המנוע המופעל הוכיח את יכולתו ליישומים תעשייתיים. גם לאחר מספר שעות של שימוש רצוף, יכולתו להמשיך לעבוד נותרה אמינה לחלוטין. ההצלחה המלאה של בדיקה זו מספקת עדויות פורצות דרך לתיקון או תיקון של חלקי מכונות, שבעבר לא היו ניתנים להשגה.