شو شياودونغ، هوانغ تشيغو، كلية تشنغده للبترول، تشنغده
الملخص: من خلال التحليل الفني لحالة الخدمة وأسباب الفشل في جسم وصلة دوارة، يتم فحص العوامل الداخلية وراء قصر عمر الخدمة لهذا المنتج. دون التأثير على أداء خدمة قطعة العمل، يتم تحسين هيكل وعملية التشغيل الآلي، ويتم تحديد مسار عملية مهم لزيادة عمر الخدمة.
1. مقدمة
يعد وصلة دوارة ملحقا مهما يستخدم في شاحنات تثبيت الأسمنت في حقول النفط، وشاحنات التكسير، ومختلف مشعبات الضغط العالي، وخطوط الأنابيب، وغيرها من المعدات عالية الضغط. يمكن استخدامه لنقل الزيت والماء وسوائل التكسير والسوائل المختلطة. نظرا لأن الضغط الأقصى للعمل مرتفع، يشترط أن تمتلك قطعة العمل خصائص ميكانيكية جيدة. تشمل وصلات دوارة المستخدمة حاليا في حقول النفط الأنواع المستوردة والمحلية. وصلات دوارة المستوردة لها عمر خدمة طويل لكنها مكلفة. معظم وصلات دوارة المنزلية تصنع من أجزاء مطروقة، يتم تبريدها وتقويمها، ثم تشطيبها بتشطيب. تكلفتها أقل، لكن عمر خدمتها أقصر. حاليا، يقوم العديد من المصنعين المحليين بزيادة سمك الجدران لتحسين عمر الخدمة. ومع ذلك، فإن زيادة سمك الجدران لا ترفع فقط تكلفة المواد، بل تجعل التعامل معها غير مريح بسبب زيادة الوزن. لذلك، لتمديد عمر الخدمة وصلة دوارة، يجب اتخاذ تدابير عملية فعالة لتحسين الخصائص الميكانيكية الشاملة لقطعة العمل.
2. هيكل قطعة العمل وأسباب الفشل
جسم وصلة دوارة مصنوع من 35 كرم موه. هيكلها موضح في الشكل 1.
الشكل 1. هيكل قطع العمل
من التصميم الهيكلي لجسم وصلة دوارة، يمكن ملاحظة أن الجسم يتبنى تصميما على شكل قوس لتقليل تأثير السائل عالي الضغط. طرفي الجسم متصلان باثنين من السوبس على شكل كوع بواسطة كرات فولاذية. تحد كرات الفولاذ من الحركة المحورية بين الأجزاء وتسمح بالدوران النسبي. يستخدم كتف الختم لوضع حلقة ختم على شكل حرف U، وطريقة الختم بين الجسم وتحت الكوع هي ختم نهاية الوجه. أثناء الاستخدام، يمكن تدوير غواصة الكوع تعديل الموقع النسبي بين خطوط التوصيل لتلبية متطلبات الميدان. عملية التشكيل الحالية للجسم هي التشكيل والتطبيع، والحفر، والثني الساخن، والتبريد، والتشغيل، والتشغيل الآلي. نظرا لأن عملية المعالجة الحرارية هي التبريد والتقسيس بشكل عام، فإن الخصائص الميكانيكية الشاملة جيدة، والصلابة هي HRC 38-42، وقابلية التشغيل مقبولة. يحدث الضرر للجسم عادة بطريقتين. أحدهما هو كسر التآكل عند القوس الداخلي R165. يظهر التحليل الفني الميداني أنه عند نقل السائل المختلط أثناء التشغيل، تقوم الجزيئات في الخليط بفرك الجدار الداخلي لقطعة العمل تحت ضغط عال. نظرا لأن صلابة الجدار الداخلي منخفضة ومقاومة التآكل ضعيفة، يصبح القوس الداخلي R165 نقطة ضعف. والآخر هو أن صلابة السطح الداخلي لأخدود المضمار منخفضة ودقتها لا تلبي متطلبات الخدمة، مما يسبب تآكل شديد لأخدود المضمار ويجعل دوران الجسم غير مرن أو حتى عالقا.
3. مقاييس العمليات
في ظل الوضع أعلاه، فإن تحسين العملية الحالية، وزيادة صلابة السطح الداخلي ومقاومة التآكل، وتحسين دقة التشغيل هي طرق مهمة لزيادة عمر خدمة قطع العمل.
3.1 تحسين عملية التشكيل
تصميم العملية الأصلي معقول أساسا من حيث اختيار المواد ومسار العملية. ومع ذلك، لا يمكنها تلبية متطلبات مقاومة التآكل العالية لقطعة العمل، وهو السبب الأساسي لعمر خدمتها القصير نسبيا. إذا تم تغيير المعالجة الحرارية إلى التبريد العام، ستتحسن مقاومة التآكل بشكل كبير، لكن الخصائص الميكانيكية الشاملة، خاصة مقاومة الصدمات، ستنخفض. سيتغير نمط الفشل في قطعة العمل، وعمر الخدمة لن يتحسن. التصلب الحثي عالي التردد هو طريقة معالجة حرارية لزيادة صلابة السطح. إذا تم تقسية السطح الداخلي للجسم بالحث بعد التبريد والتقسيس العام، يمكن الحفاظ على الخصائص الميكانيكية الشاملة مع زيادة صلابة السطح الداخلي بشكل كبير. لذلك، يتم تحسين العملية الأصلية كما يلي: التشجير، التطبيع، الحفر، الثني الساخن، التبريد والتقسيس العام، الدوران، التصلب الحثي عالي التردد على السطح الداخلي، وطحن أخدود الممر.
تحتفظ العملية المحسنة بميزة العملية الأصلية، وهي الخصائص الميكانيكية الشاملة لقطعة العمل، مع إضافة تقسية حثية عالية التردد إلى السطح الداخلي. بعد التصلب الحثي، تصل صلابة السطح الداخلي إلى HRC 50-55. الطبقة المقوى بعمق حوالي 3 مم، وتحسنت الصلابة ومقاومة التآكل بشكل كبير. ومع ذلك، فإن زيادة صلابة أخدود المضمار تجعل الدوران صعبا، لذا يتم إنهاء أخدود المضمار بعد التصلب الحثي عن طريق الطحن. هذا لا يلبي فقط متطلبات أداء الخدمة لقطعة العمل، بل يقلل أيضا من خشونة سطح أخدود الممر مقارنة بقيمة Ra الأصلية ويحسن بشكل كبير دقة قطعة العمل.
نظرا للبنية الخاصة لقطعة العمل، فإن اختيار موضع المرجع أثناء الطحن أمر بالغ الأهمية. إذا تم استخدام محور ووجه نهاية دائرة فاي 110 الخارجية كبيانات تموضع، يصبح التمشيط أثناء التشغيل غير مريح ويزداد الخطأ التراكمي لأن بيانات التمركز مع بيانات التشغيل لا تتطابق. لذلك، عند تصميم تركيب آلة الطحن، ومع مراعاة سهولة التثبيت، يتم تصميم كتف تحديد موقع العملية على الوجه النهائي للجسم. محور هذه العملية التي تحدد الكتف ومحور أخدود المسار مصممان كنفس قاعدة التشغيل الآلي، كما هو موضح في الشكل 2. حجم العملية التي تحدد موقع الكتف لا يؤثر على الاتصال بين الجسم وتحت الكوع ولا يؤثر على قوة الجسم. استخدام الوجه الخارجي للجهة ومحور العملية، فإن تحديد موقع الكتف كقواعد تحديد المواقع يمكن أن يلبي متطلبات الطحن في أخدود الممر.
الشكل 2. مخطط تصميم العمليات
3.2 اختيار مواد الطحن
بعد التقسية الحثية عالية التردد، تتحسن صلابة ومقاومة تآكل أخدود ممر السباق في الجسم وصلة دوارة بشكل كبير. ومع ذلك، إذا تم اختيار مادة عجلة الطحن بشكل غير صحيح أثناء الطحن، قد يحدث احتراق وتكسر أثناء الطحن، لذا فإن اختيار مادة الطحن أمر بالغ الأهمية.
نيتريد البورون المكعب (CBN) هو واحد من أصعب المواد في القطع. مقارنة بالألماس، لدى CBN المزايا التالية.
أولا، له صلابة حمراء ممتازة ولا يزال قادرا على الحفاظ على صلابة جيدة عند درجة الحرارة العالية (1200 مئوية). ثانيا، يميل الألماس إلى التحول إلى الجرافيت عند ملامسته للفولاذ، بينما يمتلك CBN قوة ميكانيكية ضعف قوة الألماس. والأهم من ذلك، أن بلورات CBN لها حواف قطع ممتازة وتولد حرارة أقل أثناء التشغيل، مما يساعد في تقليل احتراق السطح والتشقق في أخدود الممر. لإعطاء عجلة الطحن عمر خدمة طويل، يجب اختيار معايير القطع بشكل معقول. سرعة القطع العادية لعجلة الطحن في CBN هي 40 م/ث، ومعدل التغذية بين 500-1200 مم/دقيقة، ويمكن اختيار عمق القطع حسب الحالة. بشكل عام، العوامل التي تحدد معايير الطحن هي بشكل رئيسي تشوه المعالجة الحرارية ودقة قطع العمل النهائية.
4. الملخص
باختصار، العوامل الرئيسية التي تحدد عمر خدمة الهيكل وصلة دوارة هي مادة الجسم والخصائص الميكانيكية بعد المعالجة الحرارية. يمكن أن يلبي التبريد والتصعيد متطلبات الخصائص الميكانيكية الشاملة مثل مقاومة الصدمات، بينما يمكن للتصلب الحثي عالي التردد للسطح الداخلي أن يلبي متطلبات الصلابة العالية ومقاومة التآكل العالية. العامل الرئيسي الذي يحدد دقة قطع العمل هو الصلابة العامة للنظام المكون من عجلة الطحن، وقطعة العمل، وتركيبة أدوات الماكينة. تحقيق هذه المتطلبات يمكن أن يحسن بشكل كبير عمر خدمة قطعة العمل.
