خرید قطعات وتعمیر و نگهداری از سرسیلندر موتورهای دیزلی

خرید قطعات و لوازم یدکی موتورهای دیزلی

تعمیر و نگهداری از سرسیلندر موتورهای دیزلی

این مقاله آزمایش­هایی برای خرید قطعات  وتعمیر سر سیلندر موتور دیزلی ساخته‌شده از چدن خاکستری را نشان می­دهد, که در یک کامیون استفاده‌شده است.
سر سیلندر به دلیل وجود ترک‌هایی در بین نشیمنگاه سوپاپ و نشیمنگاه شمع اتومبیل تعمیر شده است.
فرایند جوشکاری قوسی الکتریکی (SMAW) با استفاده از الکترودهای مختلف بکار رفته است.
افزایش در دمای پیش گرم کردن منجر به تشکیل لایه کاربید پیوسته در ناحیه همجوشی و کاهش در فاز مارتنسیت در ناحیه متأثر از حرارت می­شود.
اما, کاهش در دمای پیش گرم کردن منجر به افزایش مارتنسیت در ناحیه متأثر از حرارت شده و کاهش در لایه کاربید در ناحیه همجوشی و ذوب می­شود.
بیشتر الکترودهای SMAW منجر به ایجاد نواحی با مقدار سختی بالا می­شوند, یعنی جوشکاری تعمیری سر سیلندر با استفاده از این الکترودها کافی نیست.
کاربرد روش پاشش شعله­ای در جوشکاری تعمیری سر سیلندر منجر به ایجاد ناحیه همجوشی و گرما در ناحیه تحت تأثیر با مقادیر سختی در مقایسه با فلزات پایه می­شود.
پیش گرما در کوره با دمای  و سپس گذاشتن نمونه در کوره در همان دما برای یک ساعت بعد از کاربرد پاشش شعله­ای سختی بالایی از ناحیه تحت تأثیر گرما (HAZ) و ناحیه همجوشی (PFZ) به دست می­دهد.( خرید قطعات)

در یک موتور احتراق داخلی, سر سیلندر بالای سیلندرها با پلتفرم دارای محفظه احتراق و شیرها و شمع اتومبیل قرار می­گیرد.
در موتورهای دیزلی, سیلندرها معمولاً از چدن خاکستری ساخته‌شده­ اند.
سر سیلندر یک بخش مهم در موتورهای احتراق است و ترک‌خوردگی آن می­تواند منجر به آسیب شدید در موتور شود.
دلیل اصلی ترک‌خوردگی سر سیلندر زیاد گرم شدن است.
وقتی یک خودرو زیاد گرم می­شود, تنش روی همه قسمت­های فلزی آن وارد می­شود مثل سر سیلندر, که اغلب در مرکز گرما قرار دارد.
Xu و Yu شکست روی سر سیلندر موتور دیزلی ساخته‌شده از چدن خاکستری را بررسی کردند.
ترک از دیوار داخلی شروع‌شده و به سمت دیوار خارجی سر سیلندر گسترش می­یابد.
نتایج آن‌ها نشان می­دهد که جرقه گرافیتی طولانی و مقدار زیاد فریت خصوصیات متالورژیکی کلی سر سیلندر شکسته شده هستند.
و ممکن است منجر به‌سختی کلی پایین مواد شود.
آن‌ها اضافه کردند که در ناحیه شروع ترک, یک شبکه از مرز بلورهای متصل به گرافیت دیده‌شده است.
وجود این شبکه بلوری متصل با گرافیت مقاومت این ناحیه را کاهش داده و ترک ایجاد می­کند.
چدن­ها به‌سختی جوش‌کاری می­شوند چون‌که آن‌ها میزان کربن بالا و تعداد زیادی میکرواستراکچر دارند.
بخشی از فلزات پایه به دمای کافی برای ایجاد تغییرات متالورژیکی می­رسند اما نه به‌اندازه‌ای که در HAZ ذوب شوند.
در این ناحیه, قالب به ساختاری مارتنسیتیک سخت با سرعت سرد شدن زیاد می­رسد که منجر به شکنندگی می­شود.
شکنندگی مربوط به مارتنسیت است که می­تواند با حفظ پیش‌گرمایش بالا در طول جوشکاری کاهش یابد, بر طبق روش سرد شدن آهسته یا اعمال گرمای بعد از جوش.
فلز جوش و نواحی گداخت نواحی مشکل­ساز دیگری شوند وقتی چدن ذوب‌شده به‌سرعت سرد می­شود, کربن به شکل گرافیت بعد از جوش درنمی‌آید بلکه کاربید آهن شکننده سخت شکل می­دهد که منجر به ترک‌خوردگی می­شود.

آلیاژ نیکلی گرم شده در موارد مختلفی استفاده می­شوند مثلاً به‌عنوان روکش چسب برای پوشش­های حرارتی (TBCs) روی اجزا توربین, به‌عنوان لایه محافظ برای ماشین, روکش در سیلندرهای موتور احتراق داخلی, محافظ فرسایش و خوردگی لوله­های دیگ بخار و در موارد مختلف دیگری که نیاز به پوشش, دمای بالا و سطوح مقاوم در برابر فرسایش دارند.
تعمیر و نگهداری سر سیلندر چدنی خاکستری با استفاده از روش پاشش حرارتی باید به‌طور سیستماتیک برای نظر دادن درباره قابلیت این روش بررسی شود.

در این تحقیق روش جوشکاری قوس الکتریکی (SMAW) با انواع الکترودهای مختلف برای تعمیر چدن خاکستری استفاده‌شده است و نتایج با نتایج به‌دست‌آمده با استفاده از روش تزریق آلیاژ نیکلی حرارت دیده مقایسه شده­ اند.

تحقیقات آزمایشگاهی

در یک موتور احتراق داخلی, سر سیلندر بالای سیلندرها با پلتفرم دارای محفظه احتراق و شیرها و شمع اتومبیل قرار می­گیرد.
در موتورهای دیزلی, سیلندرها معمولاً از چدن خاکستری ساخته‌شده­اند. دلیل اصلی ترک‌خوردگی سر سیلندر زیاد گرم شدن است.
ترک­ها با استفاده از آزمایش ذرات مغناطیسی ردیابی شده­اند. یکی از ترک­ها با آزمایش ذرات مغناطیسی فلوئور سنت ردیابی شده است و در شکل ذیل نشان داده‌شده است.

تحلیل شیمیایی مواد سر سیلندر با استفاده از طیف‌سنج تابش نوری انجام‌شده است. ترکیب مواد سر سیلندر در جدول ذیل نشان داده‌شده است.

مواد جوشکاری تعمیری

انواع مختلف الکترودهای جوشکاری با قوس الکتریکی (SMAW) در این تحقیق بکار رفته­اند.
جدول ذیل الکترودهای مختلف مورداستفاده و ترکیب شیمیایی فلزات جوش آن‌ها را نشان می­دهد.

همچنین, یک پودر پاشش حرارتی برای فرایند جوشکاری ترمیمی استفاده‌شده است, ترکیب شیمیایی آن در جدول ذیل نشان داده‌شده است. اندازه میانگین ذرات پودر برابر , سختی پودر ۱۹۰-۲۶۰HV است.

روش جوشکاری ترمیمی
نمونه­های آزمایش
برای بررسی بهترین روش در تعمیر سر سیلندر چدن خاکستری, نمونه­های آزمایش با زاویه انحراف ۹۰ درجه و عمق انحراف ۱۵mm از سر سیلندر تهیه‌شده‌اند.

شرایط جوشکاری
سه الکترود مختلف در فرایند SMAW استفاده‌شده است. شرایط جوشکاری در جدول ذیل نشان داده‌شده است.
چکش زدن بعد از عبور بکار برده می­شود تا تنش­های پسماند و لایه­های اکسید را از بین ببرد. بعد از جوشکاری, همه نمونه­ها به آهستگی در ماسه سرد می­شوند.

جوشکاری ترمیمی با استفاده از پودر پاشش حرارتی

فرایند پاشش پودر نیز برای جوشکاری ترمیمی سر سیلندر استفاده‌شده است.
دماهای پیش‌گرمایش  قبل از کاربرد اسپری حرارتی با تمیز کردن سطوح شیار از طریق سمباده و برس بکار رفته است.
فرایند پاشش حرارتی با استفاده از دو سیکل مختلف گرمایی بعد از جوش انجام‌شده است.
در اولی, نمونه بعد از پاشش حرارتی کنار گذاشته می­شود تا در دمای اتاق و در ماسه سرد شوند.
در دومی, نمونه به مدت ۱ ساعت در دمای در کوره موفلی نگه‌داشته می­شود سپس کوره تا دمای اتاق سرد می­شود.

مشاهدات میکرواستراکچر
بررسی میکروسکوپیک روی مقطع عرضی نمونه­ها انجام‌شده است.
نمونه­ها با استفاده از کاتر و سرد شدن بریده می­شوند. مقطع عرضی سپس با استفاده از ورقه­های سیلیکون شنی در زمین قرار می­گیرند (۱۸۰ تا ۱۰۰۰).
ساییدن نهایی با استفاده از وصله آلومین انجام‌شده است, سپس تمیز و بعد خشک می­شود.
نمونه­های سمباده زده با محلول نیتال ۲% قلم‌زنی شده­اند تا ساختار چدن را نشان دهند.
محلول قلم­زنی ۵۰% نیتریک اسید, ۵۰% استیک اسید برای نشان دادن میکرواستراکچرهای جوش AWS E NiFe-CI و AWS E NiCu-7 استفاده‌شده­اند.
میکرواستراکچر فلز پایه و نمونه­های جوش شده با استفاده از میکروسکوپ نوری دیده می­شوند.

اندازه­ گیری سختی
اندازه­گیری سختی با استفاده از وسایل آزمایش Shimadzu Vicker با بار ۹٫۸۰۷N و زمان بارگذاری ۱۵ ثانیه انجام‌شده است.

بحث و نتایج
خواص سر سیلندر
میکرواستراکچر فلز پایه در شکل ۲ نشان داده‌شده است.
میکرواستراکچر چدن خاکستری را نشان می­دهد که حاوی جرقه گرافیت در قالب است. مقدار میانگین سختی فلز پایه برابر ۲۱۵HV است.

قابلیت جوشکاری چدن خیلی پایین است.
بنابراین, بهینه­سازی شرایط جوشکاری مثل پیش‌گرمایش و PWHT می­توانند خواص قطعات جوش‌خورده را بهبود بخشند.
سه الکترود جوشکاری قوس برای تعمیر سر سیلندر با استفاده از شرایط مختلف استفاده‌شده­اند.
نتایج بر اساس میکرواستراکچرهای قطعات جوش شده و توزیع سختی آن‌ها روی فلزات جوش, ناحیه گداخت, و ناحیه متأثر از حرارت بحث خواهند شد.
برای مقایسه, فرایند پاشش پودر در جوشکاری ترمیمی سر سیلندر استفاده‌شده است.

تعمیر سر سیلندر با استفاده از الکترود فولاد کربنی
چدن تحت شرایط جوشکاری بالا در جدول ۴ با استفاده از الکترود پوشش‌دار JIS Z3252, DFCFe با دمای پیش‌گرمایش ۱۰۰ درجه سانتی­گراد جوشکاری شده است.
میکرواستراکچرهای مقطع عرضی بعد از جوشکاری با استفاده از الکترود کربن فولادی در شکل ۵-۳ نشان داده‌شده است.
شکل ۳ میکرواستراکچر فلز جوش, ناحیه گداخت و ناحیه متأثر از گرما را نشان می­دهد.
فلز جوش نزدیک ناحیه گداخت به شکل شجری است.
ناحیه گداخت شامل کاربیدهای مختلفی است که همانند شکل۳ پیوسته نیستند.
ناحیه متأثر از حرارت وجود مارتنسیت همانند شکل ۴ را نشان می­دهد.
فلز جوش وجود کاربیدها و مارتنسیت را طبق شکل ۵ نشان می­دهند.

توزیع سختی
شکل ۶ توزیع سختی فلز جوش, PFZ و HAZ را نشان می­دهد. مقدار سختی کاربیدها در PFZ در مقایسه با فلز پایه خیلی بالا است.

تعمیر سر سیلندر با استفاده از الکترود نیکل-مس
چدن تحت شرایط جوشکاری ذکرشده در جدول ۴ با استفاده از الکترود AWS A5.11-E Ni Cu-7 جوشکاری شده است.
ترکیب شیمیایی آن در جدول ۲ نشان داده‌شده است و دمای پیش‌گرمایش آن برابر  است. میکرواستراکچرهای مقطع عرضی بعد از جوشکاری در شکل ۹-۷ نشان داده‌شده است.
PFZ وجود کاربیدها را طبق شکل ۷ نشان می­دهد.
میکرواستراکچر فلز جوش ساختار شجری ساختار آستنتیک آلیاژ مس-نیکل را نشان می­دهد طبق شکل۸٫
میکرواستراکچر HAZ وجود مارتنسیت و شبکه مرزی متصل به گرافیت را نشان می­دهد طبق شکل۹٫

توزیع سختی
شکل۱۰ توزیع سختی فلز جوش, PFZ و HAZ را با استفاده از الکترود نیکل-مس نشان می­دهد.

مقدار سختی کاربیدها در PFZ به‌اندازه ۷۵۴HV است که در مقایسه با مقدار فلز پایه (۲۱۵HV) بالاتر است و به شکل یک ناحیه مستعد ترک خوردن و انتشار ترک در خط گداخت عمل می­کند.

تعمیر سر سیلندر با استفاده از AWS A5.15- E NiFe-CI

استفاده از دمای پیش‌گرمایش
چدن تحت شرایط جوشکاری ذکرشده در جدول۴ با استفاده از الکترود AWS A5.15 E Ni-Fe-CI جوش می­شود.
این الکترود با دمای پیش‌گرمایش  استفاده‌شده است.
میکرواستراکچرهای مقطع عرضی بعد از جوشکاری در شکل ۱۳-۱۱ نشان داده‌شده است.
میکرواستراکچرهای PFZ وجود کاربیدها را نشان می­دهد که طبق شکل ۱۱ ناپیوسته هستند.
اما شکل ۱۲ وجود مارتنسیت را در HAZ نشان می­دهد.
شکل۱۳ ساختار شجری آلیاژ نیکل را نشان می­دهد.( خرید قطعات )

توزیع سختی
شکل۱۴ توزیع سختی فلزات جوش, PFZ و HAZ نمونه جوش شده را با استفاده از الکترود ENiFe-CI نشان می­دهد.
مارتنسیت در ناحیه متأثر از حرارت موجب افزایش در سختی آن می­شود.

استفاده از دمای پیش‌گرمایش
چدن تحت شرایط جوشکاری ذکرشده در جدول۴ با استفاده از الکترود AWS A5.15 E Ni-Fe-CI جوش می­شود.
این الکترود با دمای پیش‌گرمایش  استفاده‌شده است.( خرید قطعات )

میکرواستراکچرهای مقطع عرضی بعد از جوشکاری در شکل ۱۶-۱۵ نشان داده‌شده است.
شکل ۱۵ فلز جوش, PFZ و HAZ را نشان می­دهد.
کاربیدهای پیوسته در PFZ وجود دارد.
HAZ مارتنسیت کمتری در مقایسه با نمونه پیش گرم شده با دمای   دارد طبق شکل۱۶٫
فلز جوش ساختار شجری آلیاژ NiFe-CI را طبق شکل ۱۷ نشان می­دهد.
آستنتیک آلیاژ نیکل با کاربیدها در شکل۱۷ نشان داده‌شده­اند.
شکل۱۸ توزیع سختی نمونه جوش شده, را با استفاده از الکترود ENiFe-CI بعد از پیش‌گرمایش در دمای  نشان می­دهد.
مقدار سختی ناحیه گداخت به دلیل وجود کاربید بیشتر از فلز جوش و پایه است اما ناحیه متأثر از حرارت مقدار کمتری از سختی را با توجه به انتشار مارتنسیت نشان می­دهد.( خرید قطعات )

ارزیابی فرایند SMAW
نتایج قبل با استفاده از الکترودهای مختلف نشان داد که افزایش دمای پیش‌گرمایش منجر به تشکیل کاربیدهای پیوسته در ناحیه گداز با مارتنسیت کمتر در ناحیه متأثر از حرارت می­شود.

اما دمای پیش‌گرمایش کمتر منجر به تشکیل کاربیدهای کمتر در ناحیه گداز و شکست و انتشار مارتنسیت در ناحیه متأثر از حرارت می­شود.
بنابراین دمای پیش‌گرمایش کم در جوشکاری چدن لازم است, چون‌که مقدار کمی کاربید در آن تشکیل‌شده است. ( خرید قطعات )
اما, رسیدن به میزان سرد شدن کمتر برای جلوگیری از تشکیل کاربید غیرممکن است .
استفاده از گرمای کم برای حداقل رساندن تشکیل PFZ ممکن است, یعنی ایجاد یک گرادیان دمایی عمیق که ضخامت PFZ را کاهش خواهد داد.
در این تحقیق, ورود گرما برای همه الکترودهای مورداستفاده یکی است (۱٫۴۴ kJ/mm) و الکترود Ni-Fe کمترین PFZ (0.2mm) را با دمای پیش‌گرمایش  را نشان می­دهد.
اما, افزایش دمای پیش‌گرمایش تا  منجر به PFZ (0.8mm) بزرگ‌تر برای همان الکترود می­شود که با نتایج به‌دست‌آمده توسط Askeland و Birer برای قطعات جوش شده چدن کروی گرم شده متناسب است.( خرید قطعات )

جوشکاری ترمیمی سر سیلندر با استفاده از پودر پاشش حرارتی

پاشش حرارتی پودر Ni با استفاده از جرقه اکسی استیلن برای جوشکاری نمونه آزمایش استفاده‌شده است. ترکیب شیمیایی پودر در جدول ۳ نشان داده‌شده است.

۴٫۵٫۱ نمونه A

نمونه در معرض پیش‌گرمایش یکنواخت در  قرارگرفته و سپس در ماسه قرار می­گیرد تا به آهستگی بعد از پاشش حرارت سرد شود. ( خرید قطعات )

میکرواستراکچر

میکرواستراکچرهای مقطع عرضی بعد از جوشکاری در شکل­های ۲۱-۱۹ نشان داده‌شده­اند.

در مورد وجود ناحیه گداز شک وجود دارد طبق شکل۲۰٫ اما, HAZ وجود مارتنسیت را طبق شکل ۲۰ نشان می­دهد.
میکرواستراکچرهای فلز جوش در شکل ۲۱ فاز گامای نیکل و ساختار شجری را در مرزهای بلوری نشان می­دهند. ( خرید قطعات  ۰۲۱۹۵۱۱۹۰۶۸ )

توزیع سختی

شکل۲۲ توزیع سختی را در فلز جوش, PFZ و HAZ برای نمونه A در معرض پاشش حرارتی نشان می­دهد.
وجود مارتنسیت در HAZ مقدار سختی را تا ۵۰۰-۶۰۰ HV افزایش می­دهد.
این مقدار نیز نسبت به مقادیر فلز پایه بیشتر است.

نمونه B
نمونه در معرض پیش‌گرمایش یکنواخت  قرارگرفته و سپس در معرض پاشش حرارتی و سریعاً به مدت ۱ ساعت در  قرار می­گیرد و به آهستگی تا دمای اتاق در کوره سرد می­شود.
میکرواستراکچر
میکرواستراکچر فلز جوش, PFZ و ناحیه متأثر از حرارت در شکل­های ۲۳ و ۲۴ نشان داده‌شده است. ( خرید قطعات )
درباره وجود PFZ شک وجود دارد و ناحیه متأثر از حرارت یک قالب است.
این به دو شرط بهینه می­رسد که عبارت‌اند از: ۱٫ کاربیدهای مستقل از PFZ و ۲٫
حداقل مارتنسیت در HAZ
( خرید قطعات ۰۲۱۹۵۱۱۹۰۶۷)

توزیع سختی
توزیع سختی نمونه B در شکل ۲۵ نشان داده‌شده است.
مقادیر سختی HAZ و PFZ نزدیک به مقادیر سختی فلز پایه هستند.
معلوم است که شروع ترک و انتشار آن در جوش­های چدن به دلیل اختلاف در خواص مکانیکی بین فلز پایه و فلز جوش است.
با استفاده از روش بکار رفته در نمونه B, بعضی اختلافات می­توانند تا حد زیادی کم شوند و سختی میانگین ۳۰۰ HV برای PFZ و HAZ به دست می­آید که قابل‌مقایسه با سختی فلز پایه است (۲۱۵HV).
چندین محقق ترمیم را با جوشکاری چدن شکننده بررسی کردند و آن‌ها نتیجه گرفتند که روش سعی و خطا می­تواند برای به دست آوردن سختی کمتر ناحیه مارتنسیت و شبکه کاربید ناپیوسته لازم باشد.
با استفاده از روش پاشش حرارتی, روش سعی و خطا که در جوشکاری چدن استفاده شد, می­تواند حذف شود و خواص جوشکاری بهتری به دست آید.
با استفاده از این روش, سر سیلندر با موفقیت تعمیر شده و ۲ سال با ۱۲ ساعت در روز کار می­کند, که قابلیت اطمینان این روش را نشان می­دهد.
بعلاوه, در هزینه خرید سر سیلندر جدید را برای کامیون­های زیادی صرفه­جویی می­شود.
نتایج
جوشکاری ترمیمی سر سیلندر ابتدا با استفاده از جوشکاری قوس فلزی (SMAW) با انواع الکترودهای زیر انجام‌شده است: AWS A5.15 ENiFe-CI, JIS DFC Fe (الکترود فولاد کربنی) و AWS A5.11 E Ni-Cu-7.
جوشکاری با استفاده از SMAW با الکترود AWS ENiFe-CI بعد از پیش‌گرمایش در   و  انجام می­شود. ( خرید قطعات ۰۲۱۹۵۱۱۹۰۶۷ )
دمای پیش‌گرمایش بالا موجب تشکیل لایه کاربید پیوسته در ناحیه گداز و تشکیل مقدار کمی مارتنسیت در ناحیه متأثر از حرارت می­شود.
دمای پیش‌گرمایش کم  موجب تشکیل مقدار کمی کاربید در ناحیه گداز می­شود.
اما, مقدار بالایی مارتنسیت در ناحیه متأثر از حرارت تشکیل می­شود.
توزیع سختی نمونه­های جوش شده با SMAW با استفاده از سه الکترود نشان می­دهد که مقادیر سختی در ناحیه گداز و ناحیه متأثر از حرارت در مقایسه با فلز پایه خیلی بالاتر است اما الکترود Ni-Fe مقادیر سختی کمتری در مقایسه با دو الکترود دیگر نشان می­دهند.
روش دیگر استفاده از فرایند پاشش پودر با دمای پیش‌گرمایش  و سرد شدن آهسته در کوره است. ( خرید قطعات )
دو نمونه تشکیل کاربیدها را نشان نمی­دهند اما نمونه سرد شده در ماسه تشکیل مارتنسیت را در ناحیه متأثر از حرارت نشان می­دهند.
نمونه دیگر که در کوره سرد شده میکرواستراکچری را نشان می­دهد که خالی از مارتنسیت و کاربید است, توزیع سختی برای این نمونه مقادیر سختی قابل‌مقایسه­ای را برای ناحیه گداز و ناحیه متأثر از حرارت را در مقایسه با فلز پایه نشان می­دهد که بیانگر موفقیت این روش در تعمیر چدن خاکستری است.

دلتاژنراتور ۰۹۱۲۱۲۵۹۷۷۹ - ۰۲۱۹۵۱۱۹۰۶۷