جوشکاری با لیزر

[Borna66]

جوشکاری با لیزر
ليزر يك نام اختصاري به معني تقويت نور با انتشار برانگيخته تابش است . فرآيند به برخورد يك اشعه نور تكرنگ همفاز جهت دار و شديد به قطعه كاري كه ماده به وسيله تبخير از آن خارج ميشود بستگي دارد .
جوشكاري و برشكاري با استفاده از اشعه ليزر از روشهاي نوين جوشكاري بوده كه در دههاي اخير مورد توجه صنعت قرار گرفته و امروزه به خاطر كيفيت ، سرعت و قابليت كنترل آن به طور وسيعي در صنعت از آن استفاده مي شود .به وسيله متمركز كردن اشعه ليزر روي فلز يك حوضچه مذاب تشكيل شده و عمليات جوشكاري انجام مي شود .

اصول كار و انواع ليزرهاي مورد استفاده در جوشكاري :
به طور عمده از دو نوع ليزر در جوشكاري و برشكاري استفاده مي شود : ليزرهاي جامد مثل Ruby و ND:YAG و ليزرهاي گاز مثل ليزر CO2 . در زير اصول كار ليزر Ruby كه از آن بيشتر در جوشكاري استفاده مي شود توضيح داده مي شود . اين سيستم ليزر از يك كريستال استوانه اي شكل Ruby (Ruby يك نوع اكسيد آلومينيوم است كه ذرات كرم در آن پخش شده اند . ) تشكيل شده است . دو سر آن كاملا صيقلي و آينه اي شده و در يك سر آن يك سوراخ ريز براي خروج اشعه ليزر وجود دارد . در اطراف اين كريستال لامپ گزنون قرار دارد كه لامپ فوق براي كار در سرعت حدود 1000 فلاش در ثانيه طراحي شده است . لامپ گزنون با استفاده از يك خازن كه حدود 1000 بار در ثانيه شارژ و تخليه شده فلاش مي زند و هنگامي كه كريستال Ruby تحت تاثير اين فلاش ها قرار بگيرد اتمهاي كرم داخل شبكه كريستالي تحريك شده و در اثر اين تحريك امواج نور از خود سطع مي كنند و با باز تابش اين اشعه ها در سطوح صيقلي و تقويت آنها اشعه ليزر شكل مي گيرد . اشعه ليزر شكل گرفته از سوراخ ريز خارج شده و سپس به وسيله يك عدسي بر روي قطعه كار متمركز شده كه بر اثر برخورد انرژي بسيار زيادي در سطح كوچكي آزاد مي كند كه باعث ذوب و بخار شدن قطعه و انجام عمل ذوب مي شود .
محدوديت ليزر Ruby پيوسته نبودن اشعه آن است در حاليكه انرژي خروجي ان بيشتر از ليزر هاي گاز مانند ليزر CO2 است كه در آنها اشعه حاصله پيوسته است، از ليزر CO2 بيشتر به منظور برش استفاده مي شود و از ليزر ND:YAG بيشتر براي جوشكاري آلومينيوم استفاده ميشود .
از انجا كه در اين روش مقدار اعظمي از انرژي مصرف شده به گرما تبديل مي شود اين سيستم بايد به يك سيستم خنك كننده مجهز باشد .
در جوشكاري ليزر دو روش عمده براي جوشكاري وجود دارد : يكي حركت دادن سريع قطعه زير اشعه است تا كه يك جوش پيوسته شكل بگيرد و ديگري كه مرسوم تر است جوش دادن باچند سري پرتاب اشعه است .
در جوشكاري ليزر تمامي عمليات ذوب و انجماد در چند ميكروثانيه انجام مي گيرد و به خاطر كوتاه بودن اين زمان هيچ واكنشي بين فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از اين رو گاز محافظ لازم ندارد .
طراحي اتصال در جوشكاري ليزر : بهترين طرح اتصال براي اين نوع جوشكاري طرح اتصال لب به لب مي باشد و با توجه به محدوديت ضخامت در آن مي توان ازطرح اتصال هاي T يا اتصال گوشه نيز استفاده نمود .

مزاياي جوشكاري ليزر :
- حوضچه مذاب مي تواند داخل يك محيط شفاف ايجاد شود ( باعكس روشهاي معمولي كه هميشه حوضچه مذاب در سطح خارجي آنها ايجاد مي شود ) .
- محدوده بسيار وسيعي از مواد را مانند آلياژها با نقاط ذوب فوق العاده بالا ، مواد غير همجنس و ... را ميتوان به يكديگر جوش داد .
- در اين روش ميتوان مكان هاي غير قابل دسترسي را جوشكاري نمود .
- از آنجا كه هيچ الكترودي براي اين منظور استفاده نمي شود نيازي به جريانهاي بالا براي جوشكاري نيست .
- اشعه ليزر نياز به هيچگونه گاز محافظ يا محيط خلايي براي عملكرد ندارد .
- به خاطر تمركز بالاي اشعه منطقه HAZ بسيار باريكي در جوش تشكيل ميشود .
- جوشكاري ليزر نسبت به ساير روشهاي جوشكاري تميز تر است .

محدوديت ها و معايب جوشكاري ليزر :
سيستم هاي جوشكاري ليزرنسبت به ساير دستگاههاي سنتي جوشكاري بسيار گران هستند و در ضمن ليزرهايي مانند Ruby به خاطر پالسي بودن اكثر آنها از سرعت پيشروي كمي برخوردارند ( 25 تا 250 ميليمتر در دقيقه ) . همچنين اين نوع جوشكاري درراي محدوديت عمق نيز مي باشد .

موارد استفاده اشعه ليزر :
از اشعه ليزر هم به منظور برش و هم به منظور جوشكاري استفاده مي شود . اين نوع جوشكاري در اتصال قطعات بسيار كوچك الكترونيكي و در ساير ميكرو اتصال ها كاربرد دارد . از اشعه ليزر ميتوان در جوش دادن آلياژها و سوپر الياژها با نقطه ذوب بالا و براي جوش دادن فلزات غير همجنس استفاده نمود . به طور كلي اين روش جوشكاري براي استفاده هاي دقيق و حساس استفاده ميشود . از اين روش ميتوان در صنعت اتومبيل و مونتاژآن براي جوش دادن درزهاي بلند استفاده نمود.








توربواستريمر و افزايش بازده موتور خودرو
توربواستريمر و افزايش بازده موتور خودرو

بخش بزرگي از انرژي حاصل از احتراق درون موتور به صورت انرژي حرارتي از اگزوز خودرو خارج مي شود. اگر بتوان اين انرژي را به گونه اي بازيافت نموده و مجدداً مورد استفاده قرار داد، مي توان تا حدود هشتاد درصد اتلاف انرژي در اگزوز را کاهش داد. تلاش محققين شرکت بي-ام-و در اين زمينه، پيدايش فناوري جديدي با نام توربواستريمر را سبب شده است که نسل جديدي از خودروهاي هيبريدي را به وجود خواهد آورد.
فناوري فوق، انرژي موجود در گازهاي خروجي از موتور براي به راه انداختن يک موتور بخار استفاده مي شود و موتور بخار نيز بخشي از انرژي مورد نياز سيستم محرکه ي خودرو را تأمين مي کند. به اين ترتيب بازده سيستم محرکه ي خودور حدود پانزده درصد افزايش مي يابد. نکته ي جالب اين است که اين فناوري به نحوي طراحي شده است که قابل نصب بر روي خودروهاي کنوني شرکت بي-ام-و نيز مي باشد. ترکيب طرح فوق با سيستم محرکه ي قبلي يک خودروي چهار سيلندر باعث توليد ده کيلووات توان و نيز بيست نيوتن متر گشتاور اضافي مي شود. توربواستريمر بر همان اصل موتور بخار استوار مي باشد. به اين صورت که به يک مايع گرما داده مي شود تا به بخار تبديل شود و سپس از بخار توليدي در موتور بخار استفاده مي شود. انرژي حرارتي عمدتاً توسط مبدل هاي حرارتي که از گازهاي خروجي به عنوان منبع حرارتي استفاده مي کند، تأمين مي شود. بدين ترتيب، بيش از هشتاد درصد انرژي حرارتي موجود در گازهاي خروجي اگزوز مجدداً بازيافت مي شود. سپس بخار به درون يک محفظه ي انبساط که مستقيماً به ميل لنگ وصل شده است منتقل شده و در آن جا منبسط شده و باقيمانده انرژي حرارتي رابه سيستم خنک کننده ي موتور مي دهد. اجزاي سيستم توربواستريمر به نحوي طراحي شده اند که بر روي مدل هاي کنوني خودروهاي بي-ام-و نظير سري سه قابل نصب باشند. هدف بعدي محققين کوچک تر کردن اجزاي اين سيستم و رساندن آن به توليد انبوه مي باشد.

|+| نوشته شده توسط دانشمند در دوشنبه بیست و پنجم تیر 1386 | نظر بدهید



آشنایی باچدن‌ها
آشنایی با چدن‌ها
به آلیاژهایی از آهن و کربن که بین ۲ الی ۶/۶۷ درصد کربن داشته باشند، چدن گفته می‌شود.
طبقه بندی:
چدن های عمومی که موارد استعمال آنها در کاربردهای عمده مهندسی است و آلیاژهای با منظور و مقاصد ویژه از جمله چدنهای سفید و آلیاژی که برای مقاومت در برابر سایش ، خوردگی و مقاوم در برابر حرارت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.

چدن های معمولی (عمومی)
این چدن ها چزو بزرگترین گروه آلیاژهای ریختگی بوده و براساس شکل گرافیت به انواع زیر تقسیم می‌شوند:

•چدن های خاکستری ورقه ای یا لایه ای: چدن های خاکستری جزو مهمترین چدن های مهندسی هستند که کاربردی زیاد دارند نام این چدن ها از خصوصیات رنگ خاکستری سطح مقطع شکست آن و شکل گرافیت مشتق می‌شود.خواص چدن های خاکستری به اندازه ، مقدار و نحوه توزیع گرافیت‌ها و ساختار زمینه بستگی دارد. خود این‌ها نیز به کربن و سیلیسیم (C.E.V=%C+%⅓Si+%⅓P) و همچنین روی مقادیر جزئی عناصر ، افزودنی‌های آلیاژی ، متغیرهای فرایندی مانند، روش ذوب ، عمل جوانه زنی و سرعت خنک شدن بستگی پیدا می‌کنند. اما به طور کلی این چدن ها ضریب هدایت گرمایی بالایی داشته، مدول الاستیستیه و قابلیت تحمل شوکهای حرارتی کمی دارند و قطعات تولیدی از این چدن ها به سهولت ماشینکاری و سطح تمام شده ماشینکاری آنها نیز مقاوم در برابر سایش از نوع لغزشی است. این خواص آنها را برای ریختگی هایی که در معرض تنش‌های حرارتی محلی با تکرار تنشها هستند، مناسب می‌سازد. افزایش میزان فریت در ساختار باعث استحکام مکانیکی خواهد شد. این نوع حساس بودن به مقاطع نازک و کلفت در قطعات چدنی بدنه موتورها مشاهده می شود دیواره نازک و لاغر سیلندر دارای زمینه‌ای فریتی و قسمت ضخیم نشیمنگاه یا تاقان‌ها زمینه‌ای با پرلیت زیاد را پیدا می‌کند. همچنین در ساخت ماشین آلات عمومی ، کمپرسورهای سبک و سنگین ، قالب‌ها ، میل لنگ‌ها ، شیر فلکه‌هاو اتصالات لوله‌ها و غیره از چدنهای خاکستری استفاده می‌شود.

•چدن های مالیبل یا چکش خوار: چدن های چکش خوار با دیگر چدن ها به واسطه ریخته گری آنها نخست به صورت چدن سفید فرق می‌کنند. ساختار آنها مرکب از کاربیدهای شبه پایدار در یک زمینه‌ای پرلیتی است بازپخت در دمای بالا که توسط عملیات حرارتی مناسب دنبال می‌شود باعث تولید ساختاری نهایی از توده متراکم خوشه‌های گرافیت در زمینه فریتی یا پرلیتی بسته به ترکیب شیمیایی و عملیات حرارتی می‌شود. ترکیب به کار برده شده براساس نیازهای اقتصادی ، نحوه باز پخت خوب و امکان جذب و امکان تولید ریخته‌گری انتخاب می‌شود. مثلا بالا رفتن Si بازپخت را جلو انداخته و موجب عملیات حرارتی خوب و سریعی با سیلکی کوتاه می‌شود و در ضمن مقاومت مکانیکی را نیز اصلاح می‌نماید. تاثیر عناصر به مقدار بسیار کم در این چدن ها دست آورد دیگری در این زمینه هستند. Te و Bi تشکیل چدن سفید در حالت انجماد را ترقی داده، B و Al موجب اصلاح قابلیت بازپخت و توام با افزایش تعداد خوشه‌های گرافیت می‌شود میزان Mn موجود و نسبت Mn/S برای آسان کردن عمل بازپخت می‌بایستی کنترل گردد. عناصری از جمله Cu و Ni و Mo را ممکن است برای بدست آوردن مقاومت بالاتر یا افزایش مقاومت به سایش و خوردگی به چدن افزود. دلیل اساسی برای انتخاب چدن های چکش خوار قیمت تمام شده پایین و ماشینکاری راحت و ساده آنهاست. کاربردهای آنها در قطعات اتومبیل قطعات کشاورزی ، اتصالات لوله ها ، اتصالات الکتریکی و قطعات مورد استفاده در صنایع معدنی است.

•چدن های گرافیت کروی یا نشکن: این چدن در سال 1948 در فیلادلفیای آمریکا در کنگره جامعه ریخته گران معرفی شد. توسعه سریع آن در طی دهه 1950 آغاز و مصرف آن در طی سال های 1960 روبه افزایش نهاده و تولید آن با وجود افت در تولید چدن ها پایین نیامده است. شاخصی از ترکیب شیمیایی این چدن به صورت کربن 3.7% ، سیلیسیم 2.5% ، منگنز0.3% ، گوگرد 0.01% ، فسفر 0.01% و منیزیم 0.04% است. وجود منیزیم این چدن را از چدن خاکستری متمایز می‌سازد. برای تولید چدن گرافیت کروی از منیزیم و سریم استفاده می‌شود که از نظر اقتصادی منیزیم مناسب و قابل قبول است. جهت اصلاح و بازیابی بهتر منیزیم برخی از اضافه شونده‌هایی از عناصر دیگر با آن آلیاژ می‌شوند و این باعث کاهش مصرف منیزیم و تعدیل کننده آن است. منیزیم ، اکسیژن و گوگرد زدا است. نتیجتا منیزیم وقتی خواهد توانست شکل گرافیتها را به سمت کروی شدن هدایت کند که میزان اکسیژن و گوگرد کم باشند. اکسیژن‌زداهایی مثل کربن و سیلیسیم موجود در چدن مایع این اطمینان را می‌دهند که باعث کاهش اکسیژن شوند ولی فرآیند گوگردزدایی اغلب برای پایین آوردن مقدار گوگرد لازم است. از کاربردهای این چدن ها در خودروسازی و صنایع وابسته به آن مثلا در تولید مفصل‌های فرمان و دیسک ترمزها ، در قطعات تحت فشار در درجه حرارت های بالا مثل شیر فلکه‌ها و اتصالات برای طرحهای بخار و شیمیایی غلتکهای خشک‌کن نورد کاغذ ، در تجهیزات الکتریکی کشتی‌ها ، بدنه موتور ، پمپ‌ها و غیره است.

•چدن های گرافیت فشرده یا کرمی شکل: این چدن شبیه خاکستری است با این تفاوت که شکل گرافیت‌ها به صورت کروی کاذب ، گرافیت تکه‌ای با درجه بالا و از نظر جنس در ردیف نیمه نشکن قرار دارد. می‌توان گفت یک نوع چدنی با گرافیت کروی است که کره‌های گرافیت کامل نشده‌اند یا یک نوع چدن گرافیت لایه‌ای است که نوک گرافیت گرد شده و به صورت کرمی شکل درآمده‌اند. ایت چدن ها اخیرا از نظر تجارتی جای خود را در محدوده خواص مکانیکی بین چدن های نشکن و خاکستری باز کرده است.
ترکیب آلیاژ موجود تجارتی که برای تولید چدن گرافیت فشرده استفاده می‌شود عبارت است از: Mg%4-5 ،Ti%8.5-10.5 ، Ca% 4-5.5 ، Al%1-1.5 ، Ce %0.2-0.5 ،Si%48-52 و بقیه Fe. چدن گرافیت فشرده در مقایسه با چدن خاکستری از مقاومت به کشش ، صلبیت و انعطاف‌پذیری ، عمر خستگی ، مقاومت به ضربه و خواص مقاومت در دمای بالا و برتری بازمینه‌ای یکسان برخوردار است و از نظر قابلیت ماشینکاری ، هدایت حرارتی نسبت به چدن های کروی بهتر هستند. از نظر مقاومت به شکاف و ترک خوردگی برتر از سایر چدن ها است. در هر حال ترکیبی از خواص مکانیکی و فیزیکی مناسب ، این چدن ها را به عنوان انتخاب ایده آلی جهت موارد استعمال گوناگون مطرح می‌سازد. مقاومت بالا در مقابل ترک‌خوردگی آنها را برای قالبهای شمش‌ریزی مناسب می‌سازد. نشان دادن خصوصیاتی مطلوب در دماهای بالا در این چدن ها باعث کاربرد آنها برای قطعاتی از جمله سر سیلندرها ، منیفلدهای دود ، دیسکهای ترمز ، دیسکها و رینگهای پیستون شده است.

چدن های سفید و آلیاژی مخصوص
کربن چدن سفید به صورت بلور سمانتیت (کربید آهن ، Fe3C) می‌باشد که از سرد کردن سریع مذاب حاصل می‌شود و این چدن ها به آلیاژهای عاری از گرافیت و گرافیت‌دار تقسیم می‌شوند و به صورتهای مقاوم به خوردگی ، دمای بالا، سایش و فرسایش می‌باشند.

•چدن های بدون گرافیت: شامل سه نوع زیر می باشد:
oچدن سفید پرلیتی: ساختار این چدنها از کاربیدهای یکنواخت برجسته و توپر M3C در یک زمینه پرلیتی تشکیل شده است. این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند و هنوز هم کاربرد داشته ولی بی‌نهایت شکننده هستند لذا توسط آلیاژهای پرطاقت دیگری از چدن های سفید آلیاژی جایگزین گشته‌اند.

oچدن سفید مارتنزیتی (نیکل- سختhttp://www.pnu-club.com/imported/2009/03/228.gif نخستین چدن های آلیاژی که توسعه یافتند آلیاژهای نیکل- سخت بودند. این آلیاژها به طور نسبی قیمت تمام شده کمتری داشته و ذوب آنها در کوره کوپل تهیه شده و چدن های سفید مارتنزیتی دارای نیکل هستند. Ni به عنوان افزایش قابلیت سختی پذیری برای اطمینان از استحاله آستنیتی به مارتنزیتی در طی مرحله عملیات حرارتی به آن افزوده می‌شود. این جدن ها حاوی Cr نیز به دلیل افزایش سختی کاربید یوتکتیک هستند. این چدنها دارای یک ساختار یوتکتیکی تقریبا نیمه منظمی با کاربیدهای یکنواخت برجسته و یکپاره M3C هستند که بیشترین فاز را در یوتکتیک دارند و این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند.
چدن سفید پرکرم: چدن های سفید با Cr زیاد ترکیبی از خصوصیات مقاومت در برابر خوردگی ، حرارت و سایش را دارا هستند این چدنها مقاومت عالی به رشد و اکسیداسیون در دمای بالا داشته و از نظر قیمت نیز از فولادهای ضد زنگ ارزان تر بوده و درجاهایی که در معرض ضربه و یا بازهای اعمالی زیادی نیستند به کار برده می‌شوند این چدنها در سه طبقه زیر قرار می‌گیرند:

1.چدنهای مارتنزیتی با Cr %12-28
2.چدنهای فریتی با 34-30% Cr
3.چدنهای آستنیتی با 30-15%Cr و 15-10% Niبرای پایداری زمینه آستنیتی در دمای پایین.

طبقه بندی این چدنها براساس دمای کار ، عمر کارکرد در تنش های اعمالی و عوامل اقتصادی است. کاربرد این چدنها در لوله‌های رکوپراتو ، میله ، سینی ، جعبه در کوره‌های زینتر و قطعات مختلف کوره‌ها، قالب‌های ساخت بطری شیشه و کاسه نمدهای فلکه‌ها است.

•چدن های گرافیت دار:
oچدن های آستنیتی: شامل دو نوع (نیکل- مقاوم) و نیکروسیلال Ni-Si ، که هر دو نوع ترکیبی از خصوصیات مقاومت در برابر حرارت و خوردگی را دارا هستند. اگرچه چدن های غیر آلیاژی به طور کلی مقاوم به خوردگی بویژه در محیط های قلیایی هستند، این چدنها به صورت برجسته‌ای مقاوم به خوردگی در محیط هایی مناسب و مختص خودشان هستند. چدن های نیکل مقاوم آستنیتی با گرافیت لایه‌ای که اخیرا عرضه شده‌اند از خواص مکانیکی برتری برخوردار بوده ولی خیلی گران هستند. غلظت نیکل و کرم در آنها بسته به طبیعت محیط خورنده شان تغییر می‌کند. مهمترین کاربردها شامل پمپهای دنده‌ای حمل اسید سولفوریک، پمپ خلا و شیرهایی که در آب دریا مصرف می‌شوند، قطعات مورد استفاده در سیستم‌های بخار و جابه‌جایی محلول‌های آمونیاکی، سود و نیز برای پمپاژ و جابجایی نفت خام اسیدی در صنایع نفت هستند.

oچدن های فریتی: شامل دو نوع زیر می‌باشد: چدن سفید 5% سیلیسیم در سیلال که مقاوم در برابر حرارت می‌باشد و نوع دیگر چدن پرسیلیسیم (15%) که از مقاومتی عالی به خوردگی در محیطهای اسیدی مثل اسید نیتریک و سولفوریک در تمام دماها و همه غلظتها برخوردارند. اما برخلاف چدن های نیکل- مقاوم ، عیب آن ، ترد بودن است که تنها با سنگ‌زنی می‌توان ماشینکاری نمود. مقاومت به خوردگی آنها در برابر اسیدهای هیدروکلریک و هیدروفلوریک ضعیف است. جهت مقاوم سازی به خوردگی در اسید هیدروکلریک می‌توان با افزودن Si تا 18-16% ، افزودن Cr%5-3 یا Mo %4-3 به آلیاژ پایه ، اقدام نمود.

oچدن های سوزنی: در این چدنها Al به طور متناسبی جانشین Si در غلظت های کم می‌گردد. چدن های آلیاژهای Alدار تجارتی در دو طبقه بندی یکی آلیاژهای تا Al %6 و دیگری Al%18-25 قرار می‌گیرند. Al پتانسیل گرافیته‌شدگی را در هر دوی محدوده‌های ترکیبی ذکر شده حفظ کرده و لذا پس از انجماد چدن خاکستری بدست می‌آید. این آلیاژ به صورت چدنهای گرافیت لایه‌ای ، فشرده و کروی تولید می‌شوند. مزایای ملاحظه شده شامل استحکام به کشش بالا ، شوک حرارتی و تمایل به گرافیته شدن و سفیدی کم می‌باشند که قادر می‌سازند قطعات ریختگی با مقاطع نازک‌تر را تولید کرد. چدن های با Al کم مقاومت خوبی به پوسته پوسته شدن نشان داده و قابلیت ماشینکاری مناسبی را نیز دارا هستند. محل های پیشنهادی جهت کاربرد آنها منیفلدهای دود ، بدنه توربوشارژرها ، روتورهای دیسک ترمز، کاسه ترمزها ، برش سیلندرها، میل بادامکها و رینگهای پیستون هستند. وجود Al در کنار Si در این نوع چدنها باعث ارائه خواص مکانیکی خوب توام با مقاومت به پوسته‌شدگی در دماهای بالا می‌شود. این آلیاژها مستعد به تخلخل‌های گازی هستند. آلومینیوم حل شده در مذاب می توان با رطوبت یا هیدروکربنهای موجود در قالب ترکیب شده و هیدروژن آزاد تولید کند. این هیدروژن آزاد قابل حل در فلز مذاب بوده و باعث به وجود آوردن مک‌های سوزنی شکل در انجماد می‌شود.
لطفا پس از خواندن مطالب نظر بدهید.
|+| نوشته شده توسط دانشمند در شنبه شانزدهم تیر 1386 | نظر بدهید



ترمزهای هواپیماهای جت
ترمزهای هواپیماهای جت
پیشرفتهای بوجود آمده در تکنولوژی مواد، روشهای طراحی و آزمون‌های بعد از ساخت موجب گردیده که در کیفیت و کارائی ترمزهای هواپیماهای جت امروزی بطور چشمگیری بهبود حاصل شود و بدون اینکه فضای بیشتری را اشغال کند دارای اوزون کمتری نسبت به ترمزهای قدیمی باشد. بکارگیری مواد مرکب و فلزاتی که نسبت استحکام به وزن آنها بالاست و نیز استفاده از تحلیل‌های پیچیده کامپیوتری از جمله عوامل کلیدی این پیشرفتها بحساب می‌آید. بهبود کیفی در کارائی ترمزها در آینده با استفاده از مواد پیشرفته عایق‌دار یا دافع گرما، سازه‌های کامپوزیتی، سیستم‌های کامل کننده متناوب و سیستم کنترل گرمائی پیشرفته صورت خواهد گرفت. سیستم‌های ترمز هواپیمای امروزی از انواع اولیه که در آن برای بحرکت آوردن هواپیما بر روی باند از چرخهای اتومبیل و برای کند کردن سرعت آن از پایه‌های کمک‌دار دم هواپیما استفاده می‌شد، بمراتب پیشی گرفته است. چرخها و ترمزهای جدید به هم وابسته‌اند و در ساخت آنها از روش‌های پیشرفته مهندسی استفاده شده و نمونه‌های چندگانه‌‌ای از پیشرفت تکنولوژی مواد را به نمایش درآورده است.

اجزای اصلی بکار رفته در سیستم ترمز یک هواپیمای پیشرفته امروزی بعنوان نمونه بقرار زیر است: (1) ترمزی که در آن سیستم هیدرولیکی با فشار زیاد استفاده شده، قطعات آن از مواد مرکب کربنی، تیتانیوم، فولاد با استحکام زیاد و آلومینیوم ساخته شده تا بتواند گرمای بسیار زیاد را جذب و سپس دفع کند. (2) استفاده از یک سیستم کنترل ترمز یکپارچه کامپیوتری با بهره‌گیری از سنسورهای پیشرفته و تکنولوژی کنترل ارتباط سیستماتیک و عملکردهای خودآزما. (3) استفاده از چرخهائی که دارای شکل پیچیده‌ای بوده و از آلومینیوم با استحکام زیاد ساخته شده و دارای سپر حرارتی ایمنی بعد از خرابی باشد. همچون سایر اجزای اصلی هواپیما، طراحی سیستم ترمز نیز با محدودیت‌ها و نیازهای ضد و نقیضی همراه است. وزن کم، کارائی بالا، تعمیرات اندک، قابلیت اطمینان زیاد، دوام زیاد و هزینه کم ویژگیهایی است که سیستم ترمز باید تواماً بهمراه داشته باشد. در ادامه این بحث بر طرحهای اصولی بکار رفته در ترمز هواپیمای امروزی مروری کوتاه نموده و بطور خلاصه به پیش‌بینی پیشرفتهای آینده نیز خواهیم پرداخت. چرخ هواپیما و سیستم ترمز آن بصورت یکپارچه طراحی می‌شود، آنچنانکه منطبق با ویژگیهای یک هواپیمای مشخص و مورد نظر باشد. کارآئی چرخ و ترمز آن با استفاده از طراحی کامپیوتری، مدلسازی پیچیده و روش‌های شبیه‌سازی تحلیلی، در مرحله طراحی به حد مطلوب می‌رسد. چرخ هواپیما از نوع دو تکه ساخته می‌شود تا سوار کردن «تایر» آسان باشد. و نیز دارای اندکی انحراف است تا فضای ترمز بیشتری را فراهم آورد. برای حفاظت چرخها در برابر گرمای حاصل از ترمز از پوشش‌های عایق استفاده می‌گردد. از طرف دیگر مکانیزمهای ایمنی از قبیل فیوزهای حرارتی و سوپاپهای اطمینان در آن بکار می‌رود.
سیستم ترمزها از دیسک ‌های ثابت و متحرک (چرخشی) چند لایه‌ای و اصطکاکی تشکیل یافته است . این دیسکهای اصطکاکی که قسمت اعظم گرما را بخود جذب می‌کند، بوسیله اجراء سازه‌ای چندی از قبیل پیستونهای عمل کننده فشاری، پوسته تنظیم، قسمت انتقال گشتاور (که گشتاور را به ارابه فرود یا چرخ هواپیما منتقل می‌سازد) و یک صفحه ترمز ثابت (که بعنوان یک نگهدارنده سازه‌ای در جذب گرما عمل می‌کند) محصول گردیده است. ترمز با فشار هیدرولیکی عمل می‌کند و انرژی جنبشی هواپیما را به گشتاور کندشونده‌ای بدل می‌سازد. سیستم کنترل ترمز ، خود سطوح فشار ترمز را تعدیل می‌کند تا کارآئی آنرا در متوقف ساختن هواپیما به حد دلخواه برساند. ضمناً یک سیستم «ضدسرخوردگی» در آن بکار رفته تا فاصله (یا زمان) متوقف ساختن هواپیما را به حداقل برساند، هدایت سمتی را برای آن تأمین نمایند و از ترکیدن لاستیک‌ها جلوگیری بعمل آورد. علاوه بر آن یک مکانیزم ترمز خودکار که فرامین مربوط به علمکرد کار پیش ترمز و میزان کاهش سرعت را آماده می‌سازد، می‌تواند بخشی از سیستم کنترل ترمز هواپیما باشد. سنسورهای مربوط به سرعت چرخها، دستگاه پردازش علائم یا دستگاه مقایسه‌گر (کامپیوتری) و سوپاپهای تنظیم، جملگی از اجزای عمده سیستم کنترل ترمز هواپیما بشمار می‌رود. تکامل چرخ هواپیما از انواع چرخهای پره‌دار اتومبیل آغاز شده، چرخهای ریخته‌گری آلومینیومی و منیزیمی را پشت سر گذاشته، و عموماً‌ از انواع چرخهای آلومینیومی دو تکه ساخته شده به روش آهنگری (فورج) استفاده می‌شود. چشمگیرترین پیشرفت در طراحی چرخهای هواپیما، کاهش وزن و حجم و افزایش کارایی آن است
عمده‌ترین اهداف در طراحی چرخ‌های هواپیما بشرح زیر خلاصه می‌شود: (1)افزایش عمر چرخشی یکی ازآزمایشهائی که برای ارزیابی کیفی چرخهای هواپیما انجام می‌شود، بررسی میزان عمر چرخشی آن می‌باشد.(این مقدار اکنون از 25000 مایل در مورد هواپیماهای حمل و نقل ارتشی مانند هواپیمای C-17 تا 50000 مایل برای هواپیماهای جت مسافربری امروزی متغیر می‌باشد). (2) تداوم ایمنی بعد از خرابی چرخهای هواپیماهای امروزی طوری طراحی شده تا در مقابل خرابی‌های حاصل از خستگی مقاومت داشته و عیوب مرگبار و انفجارآمیز را در پی نداشته باشد (که البته شامل طراحی چرخهائی می‌شود که بعد از بوجود آمدن حداکثر خرابی در آن، در لبه حمل چرخها یا در محل قرار گرفتن طوقه داخلی لاستیک در روی رینگ خللی وارد نگردد). (3) افزایش ایمنی در برابر پوسیدگی و فساد با بکارگیری سیستمهای محافظت در برابر خوردگی و پائین آمدن میزان تنش در سطوح حساس چرخ و انجام عملیات تشخیص خوردگی و زنگ‌زدائی بطور مکرر، از میزان نقیصه‌هائی که در چرخ هواپیما بوجود می آید و منشاء آن خوردگی و زنگ‌زدگی می‌باشد کاسته و به حداقل رسانده می‌شود. (4) بکارگیری سیستمهای محافظ گرما بهبود در تونائی‌های ترمز هواپیما بویژه ترمزهای کربنی، با افزایش گرماپذیری آن (در هنگام گرفتن ترمز) حاصل گردیده است. ایجاد حفاظت گرمائی در چرخ، ایجاد محدودیت در مسیر جریان حرارت، خنک کردن چرخ، نصب مهره‌های ذوب شونده برای خنک کردن محیط یاد شده لاستیک، از جمله ترفندهای کلیدی در طراحی چرخهای پیشرفته امروزی است که برای جلوگیری از وقوع فاجعه در نظر گرفته شده است. علاوه بر اهداف فوق، نوع لاستیک بکار رفته در چرخ نیز در طراحی آن مؤثر است. لاستیک‌های رادیال و شعاعی ممکن است «بار»ها را به شکل متفاوتی بر چرخ اعمال نماید. بنابراین هنگام طراحی، میزان این «بار» ها بخصوص اگر تعویض‌پذیری آن مد نظر باشد باید بوسیله طراح مراعات شود. با توجه به این واقعیت، طراحی چرخهایی که بتواند چنین توقعات مشکل و فزاینده‌ای را برآورده سازد و از طرفی در میزان وزن و حجم آن نیز افزایش چندانی حاصل نگردد، در واقع مقدار زیادی مدیون بکارگیری و توسعه روش‌های نوین و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری می‌باشد. تکنیکهای تحلیلی که در طراحی چرخها بخدمت گرفته می‌شود شامل تجزیه محدود سطوح تنش و مدل‌سازی حرارتی سیستمهای چرخ و ترمز می‌باشد. با استفاده از روش کامپیوتری، چرخ هواپیما از موادی ساخته می‌شود که بتواند «بار»های وارد را تحمل کند، عمر آن زیاد و ویژگیهای حرارتی و وزن آن اندک باشد. با استفاده از این روش‌های کامپیوتری، طراحی، ساخت و ارزیابی مدل‌های جدید چرخ در زمان کوتاهی صورت می‌پذیرد. خلاصه اینکه بکارگیری و توسعه روشهای مدل‌سازی کامپیوتری و تحلیلی درتعیین قسمتهای حساس و عیوب احتمالی و سطوح حرارتی چرخهای هواپیما، صنایع تولید کننده را قادر ساخته تاآنرا با حداقل وزن، عمر زیاد، نیاز تعمیراتی اندک و ایمنی بیشتر تولید نمایند. می‌توانیم انتظار داشته باشیم روند بهبود در کیفیت چرخها با تکامل مواد اصلی سازنده آن همچنان با تداوم همراه باشد. یکی از عوامل عمده که در توسعه و ساخت چرخهای هواپیماهای فعلی و آتی نقش کلیدی دارد، توجه به مواد تشکیل دهنده سازه چرخ می‌باشد. ویژگیهای عمده مواد فوق بقرار زیر است: -مقاومت در برابر خستگی و استحکام استاتیکی. -مقاومت در برابر حرارت زیاد. -مقاومت در برابر خوردگی. -قیمت ارزان گرچه سالهای بسیاری است که صنایع ازآلیاژهای آلومینیوم فورج شده «2014-T6» یا «T-61» بعنوان فلز استاندارد برای ساختن چرخها استفاده می‌کنند، لیکن همچنان به بررسیهای خود برای جایگزین نمودن مواد جدید ادامه می‌دهند تا در کیفیت چرخها بهبود بیشتری حاصل شود. با بکارگیری آلیاژهای آلومینیومی پیشرفته، معیارهای جدیدی از لحاظ استحکام و دوام بیشتر درمقابل حرارت زیاد، مقاومت در برابر خستگی و حرارت زیاد ومقاومت در برابر خوردگی و ترک‌خوردگی، بوجود در می‌آید. انجام این بهینه‌سازی‌ها بطور چشمگیری کیفیت تعمیرپذیری و قابلیت اطمینان چرخها را افزایش خواهد داد. علاوه بر آن، چرخهای ساخته شده از الیاف کامپوزیتی و مواد مرکب از قبیل مواد مرکب کربنی یا گرافیتی و فایبرگلاس، سبکی وزن و میزان خرابی مجاز بیشتری را موجب می‌شود. در شاخه ترمز چرخهای هواپیماهای امروزی بود که متخصصان تکنولوژی مواد به یکی از ضروری‌ترین تحقیقات مورد نیاز در رشته خود پی بردند. ترمز، خود یک موتور گرمائی است که وظیفه آن جذب و مستهلک نمودن انرژی جنبشی است. چرخ هواپیما وسیله‌ای مطمئن برای حرکت هواپیما در روی زمین می‌باشد اما وسیله‌ای اضافی است که از بار مفید هواپیما در پرواز می‌کاهد، به همین دلیل است که از طراحان خواسته می‌شود تا آنجا که امکان دارد آنرا کوچک و سبک بسازند. از روشهای تحلیلی و شبیه‌سازهای کامپیوتری برای ساخت چرخهای پردوام و سبک استفاده می‌شود. علاوه بر آن، تداوم این نوآوری‌ها در طراحی موجب شده در میزان تعمیرپذیری و کارآئی قسمتهای متحرک چرخها بهبود حاصل شود. با این همه، بیشترین پیشرفتها حول مسئله اصطکاک و مواد متشکله قطعات بوده است. این بهبودها نه تنها موجب افزایش حجم چرخها و ترمز نشده بلکه تونائی و کارآئی آنرا همگام با نیازهای فزاینده صنایع هوائی افزایش داده است. بهبودهای عمده‌ای که در ساخت ترمز هواپیماهای امروزی حاصل شده بقرار زیر است: عمر طولانی: تعداد دفعات نشستن هواپیما بعد از هر مرحله تعمیر اساسی از 100 تا 300 بار فرود برای هواپیماهای نظامی و جتهای مسافربری اولیه به 900 تا 2000 بار فرود در هواپیماهای امروزی افزایش یافته است. وزن سبک:بکارگیری مواد با استحکام زیاد و چگالی کم، موجب کاهش وزن ترمزها تا 50% در مقایسه با ترمزهای فولادی مشابه شده است. _ایمنی و قابلیت اطمینان_: روش‌های نوین آزمایشگاهی از قبیل شبیه‌سازی طیف‌های ترمز از مراحل فرود کامل هواپیما، بمقدار زیادی موجب ارتقاء کیفی در کارآئی و قابلیت اطمینان سیستمهای ترمز گردیده است. امروزه عواملی همچون شرایط گرمائی و دینامیکی، درخلال عمر کاری ترمز بطور روزمره مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. هر یک از برنامه‌های جدید ساخت و ارزشیابی کیفی آزمایشگاهی آن، نیاز به یک یا دو سال وقت دارد، حال آنکه برای ترمزهای نسل پیشین انجام آن فقط یک یا دو ماه طول می‌کشید. این بهبودها با بکارگیری تکنولوژی پیشرفته مواد صورت گرفته است. محورهای پیچشی که از جنس تیتانیوم ریختگی و هم فشار می‌باشد نسبت به فولاد فورج شده سبک‌تر بوده و از نظر مسائل حرارتی بهتر می‌باشد. کیفیت خوب آلیاژ، موجب سبکی وزن قسمت پوسته پیستون یکپارچه یا مکانیزم تنظیم کننده یا طبق‌های (ترمز چرخ) تنظیم سرخود، از جمله تصمیمات طراحی است که کارائی ترمز را افزایش می‌دهد. با این همه، مهمترین عامل در بهبود کیفی ترمز هواپیما، پیشرفت در زمینه مواد اصطکاکی بکار رفته در آن و اتلاف حرارتی ترمز می‌باشد. ترمز فولادی استاندارد که در آن صفحات اصطکاکی سرامیکی بکار رفته (این ماده اولین بار بعنوان سطوح اصطکاکی در دهه 1940 در ترمزها مورد استفاده قرار گرفته است.) موجب بهبود عمر سایشی و کارائی عمومی ترمزها شده است. اما توسعه بکارگیری مواد مرکب کربنی از چشمگیرترین پیشرفتها در تکنولوژی ساخت ترمز هواپیما از لحاظ حرارتی آن بحساب می‌آید. مواد مرکب کربنی دارای ویژگیهای بی‌نظیری است که به طراح اجازه می‌دهد با استفاده ازآن، همه وظایف سطوح اصطکاکی دیسک ترمز و جذب کننده‌ها و وظیفه اعضای سازه‌ای آنرا در یک قطعه واحد متمرکز سازد. وقتی دو قطعه از جنس مواد مرکب کربنی بر روی یکدیگر سایش داشته باشند می‌توانند نقش یک ماده پراصطکاک را ایفا نمایند. ذخیره حرارتی مواد مرکب زیاد است، علاوه بر آن قابلیت هدایت گرمائی آن موجب انتشار سریع حرارت می‌شود. مواد مرکب کربنی از استحکام زیادی برخوردارند و می‌توان از آن برای ساخت قطعات مقاوم در برابر «بار» زیاد استفاده نمود. این مواد دارای ویژگی خاصی هستند و آن اینکه استحکام آن‌ها بر اثر افزایش حرارت نقصان می‌باشد. این ویژگی وقتی با انبساط حرارتی اندک در هم می‌آمیزد خاصیت جذب حرارت آنرا بالا می‌برد بطوریکه تنها سازه‌های مجاور موجب محدودیت آن در این خصوص خواهد بود. برای اینکه ترمز بتواند در درجه حرارت بالاتر کارائی داشته باشد باید در واحد وزن سازه آن ازمواد بیشتری که واحد وزن سازه آن از مواد بشتری که در برابر حرارت مقاوم است استفاده نمائیم. اصطلاح «مواد مرکب کربنی» برای انواع گسترده‌ای از مواد استفاده می‌شود؛ همانند لنت (ترمز) ساخته شده از سرمت (مخلوطی از فلز و سرامیک) و مواد آلی. ساخت لنت ترمز از مواد مرکب کربنی خود مستلزم دانش و علم کافی دراین خصوص است. اجزاء تشکیل دهنده مواد و روش‌های ساخت را می‌توان تغیر داد تا قطعاتی با کارائی متفاوت ساخته شود. در واقع طراحان نشان داده‌اند که قطعات ترمز از جنس مواد مرکب کربنی را می‌توانند چنان دستخوش تغییر نمایند که به کلیه اهداف مورد نظر خود در ساخت ترمز هواپیما دست یابند. استفاده از الیاف گوناگون روشهای متراکم‌سازی ، الیاف منقطع در دو یا سه اندازه مختلف، و روش قالب‌گیری پارچه‌ای تنها معدودی از بی‌شمار آمیزه‌هائی است که می‌توانند برای تولید دیسک ترمز کربنی مورد استفاده قرار دهند. اگر سائیدگی دیسک ترمز (از نوع کربنی) از اندازه مجاز خارج شود می‌توان آنرا برای استفاده مجدد نوسازی نمود. ترمزهای کربنی برای اولین بار سال 1972 ، بعنوان یک وسیله استاندارد در هواپیمای F-15 مورد استفاده قرار گرفت و بسرعت بعنوان یکی از انواع اصلی ترمز بر روی دیگر هواپیماهای نظامی مورد استفاده قرار گرفت. اولین هواپیمای مسافربری که در آن از این نوع ترمز استفاده شده هواپیمای کنکورد بود ولی گرانی قیمت آن موجب گردید استفاده تجاری آن به کندی صورت پذیرد. امروزه در تمام برنامه‌های هواپیماهای نظامی و مسافربری استفاده از ترمزهای کربنی گنجانده شده است. همچون سایر سیستمهای هواپیما، تکنولوژی سیستم ترمز آن نیز با نوآوری و پویائ همراه بوده و هدف آن بهبود در کارائی و قیمت تمام شده می‌باشد تلاشهای جاری در زمینه‌های گوناگون توسعه، ساخت و کاربرد آن بقرار زیر است: -استفاده از مواد مرکب پیشرفته و مقاوم در برابر حرارت به منظور افزایش تراکم‌پذیری و عمر ترمز و ارتقاء مقاومت آن در برابر سایش (چنین بهبودهائی می‌تواند منتج به کاهش تعداد دیسک‌های اصطکاکی در یک ترمز گردد). -استفاده از مواد مرکب قالب‌گیری شده و سازه‌های کامپوزیتی از نوع رشته پیچی در بسیاری از قطعات عمده هواپیما از قبیل چرخها، پوسته‌های پیستون و قسمت انتقال گشتاور با هدف کاهش وزن و آسیب‌پذیری آن. -بکارگیری سیستمهای هیدرولیکی با فشار زیاد و استفاده از روغن هیدرولیک مرغوبتر که موجب عملکرد بهتر ترمزها شده ، اشتعال‌پذیری و وزن آنرا کاهش می‌دهد. -استفاده از سیستمهای جداگانه عمل کننده‌های الکترومکانیکی و الکتروهیدرواستاتیکی که با نیروی الکتریکی کنترل می‌گردد، کارائی ترمزها را بهبود بخشیده و موجب کاهش وزن سیستمهای ترمز هواپیما می‌گردد. -بکارگیری روشهای پیشرفته کنترل گرما، از قبیل سیستمهای خنک‌کننده فعال و غیرفعال. -استفاده از تکنولوژی پیشرفته کنترل ترمز از قبیل دستگاه‌های کنترل الکترونیکی چند منظوره یو سیستم انتقال سیگنال از طریق سیم (کابل) نوری (سیستم‌های کنترل ارابه فرود یکپارچه برای هواپیماها در حال ساخت می‌باشد که در آن مکانیزم ترمز خودکار، عمل هدایت فرمان و مکانیزم ضدسرخوردن، تماماً در کنترل کننده واحدی ادغام شده است.
|+| نوشته شده توسط دانشمند در شنبه شانزدهم تیر 1386 | نظر بدهید