I. Valflerin çalışma ortamı ve kırılmanın ana nedenleri
Deniz dizel motorlarındaki vanalar, yüksek sıcaklık ve yüksek stres koşulları altında uzun süre çalışır. Bu nedenle, bu sert çalışma ortamlarına dayanabilmelerini sağlamak için tasarım ve üretim süreçleri sırasında uygun malzemeleri seçmek çok önemlidir.
Motor çalışırken, silindirdeki hava yakıt karışımının yanması son derece yüksek sıcaklıklar üretir. Vanalar, sıcak, aşındırıcı egzoz gazlarından yüksek hızlı etkilere maruz kalır ve sıcaklıklar 700-900 derecesine ulaşır. Isı kısmen valf kılavuzları ve koltuklar silindir kafasına dağılabilse de, soğutma etkisi sınırlıdır.
Ek olarak, temiz havanın ani girişi, valflerin anında soğumasına neden olur, bu da 650-800 derecesine kadar sıcaklık farkı ile sonuçlanır. Aşırı sıcaklıklara bu alternatif maruz kalma, yorgunluğa ve sürünme başarısızlığına yol açar, mekanik özellikleri önemli ölçüde bozar ve valflerin aşınma direncidir. Ayrıca, valfler yüksek sıcaklıklarda erozyona duyarlıdır, bu da sızıntı veya çatlama nedeniyle deformasyona ve potansiyel başarısızlığa yol açar.
Valf içindeki eşit olmayan sıcaklık dağılımı, özellikle sıcaklık farklılıklarının 150-200 derecesine ulaşabileceği valf disk alanında, termal deformasyona neden olan termal gerilmeler üretir. Bu zayıf ısı transferi, valfin çalışma sıcaklığını arttırır ve sorunu daha da kötüleştiren kısır bir döngü oluşturur. Ağır yükler ve yüksek sıcaklıklara ve basınçlara uzun süreli maruz kalma altında, valfin yapısal bütünlüğü kolayca tehlikeye atılır ve bu da başarısızlıkla ilgili çeşitli sorunlara yol açar. Şiddetli vakalarda, bu kazalara neden olabilir.
Spesifik bir vaka çalışması, 22.390 saatlik çalışma ve çoğunluktan 2.116 saat onarımdan sonra başarısız olan bir deniz dizel motorunu içerir. Silindir A2'nin külbütör kolu bükülmüş ve deforme olmuş bulundu ve hem alım hem de egzoz valfleri kırıldı. Bu makale, hasarlı valfleri analiz eder, malzeme bileşimlerini ve mikroyapı morfolojilerini incelemekte ve bulgulara dayanarak başarısızlıklarının nedenleri hakkında bilgi vermektedir.
Valf arıza modlarının analizi
Valf hatası valf mekanizması ve ilişkili bileşenlerle yakından ilişkilidir. Kapsamlı deneyime dayanarak, valflerin farklı başarısızlık fenomenleri özetlenmiştir ve ana arıza modları aşağıdaki gibi kategorize edilmiştir:
1. Valf kırığı
Bu, çeşitli yerlerde kırıkları içerir:
1) ** Kilit oluğu kırığı **: Kilit oluğunda ve çevresinde meydana gelen kırıklar.
2) ** Sürtünme kaynaklı eklemde kırılma **: Yanlış kaynak, eksik kaynak veya uygunsuz sürtünme kaynağı ve bağlantı nedeniyle kaynak çatlak bölgelerinin varlığı olarak tezahür eder. Operasyon sırasında yüksek stres altında, bu kırıklara yol açabilir.
3) ** Kök kırığı **: Valf gövdesi boyunca meydana gelen kırıklar.
4) ** Valf başlığı damlası **: gövdenin boynunda kırıklar, valf kafasının ayrılmasına yol açar.
5) ** Kafa Blok Damlası **: Radyal kırıklara ve akor blok kırıklarına bölünebilen büyük düzlem, boyun yayı veya konik yüzeyde kısmi ayrılma veya başın kaybı [3].
2. Anormal valf aşınması
Bu çeşitli aşınma türleri içerir:
1) ** Aşırı konik yüzey aşınması **: temas sırasında valf koltuk halkası ile aşırı sürtünme nedeniyle valf konik yüzeyinin aşırı aşınması.
2) ** Düzensiz konik yüzey aşınması **: Kapanış işlemi sırasında eşit olmayan koltukların neden olduğu eşit olmayan aşınma.
3) ** Valf kök ucunda anormal aşınma **: Kullanım sırasında aşırı aşınma veya valf kök ucunda çukurluk gibi problemler.
4) ** Valf gövdesi boyunca anormal aşınma **: Aşırı aşınma, eşit olmayan aşınma veya valf gövdesi ve kılavuz tüp arasındaki anormal temastan kaynaklanan yakalama.
3. Valf deformasyonu
Bu, valf hareketi sırasında yabancı nesnelerin etkisi gibi faktörlerin neden olduğu valf kafasının bozulmasını ifade eder. Ayrıca şunları içerir:
1) ** Konik yüzey erozyonu **: Valf konik yüzeyi ile valf koltuk halkası arasındaki uyumsuzluğun neden olduğu, zayıf silindir sızıntısına yol açar. Bu durumda, konik yüzey ve kafa gaz ile aşınır, aşırı ısınır, çatlar ve oksitlenir. Silindirdeki erken ateşleme, valf başlığı alanının önemli ölçüde aşırı ısınmasına ve erozyonuna neden olabilir.
2) ** Konik Yüzey Korozyonu **: Valf kafasının konik yüzeyinde ve boynunda yanma ürünlerinden aşındırıcı ortamların birikmesinin neden olduğu çatlama ve hasar.
3) ** Yüzey tabakası arızası **: Konik yüzey veya çubuk ucu üzerinde yüzeyleme sırasında uygunsuz yüzey ve sonraki işlem teknikleri gözeneklilik, büzülme boşlukları, çatlama ve sahte kaynak gibi kaynak kusurlarına neden olabilir ve valf arızasına yol açabilir.
4) ** Valf Bırakma **: Valf silindire düşer ve valf yay, valf yay üst koltuğu ve valf kilit plakası gibi diğer bileşenlerle ilgili sorunlar nedeniyle etkisiz hale gelir.
5) ** Koltuk halkası yerinden çıkma **: Valf koltuk halkası, montaj, işleme ve termal yorgunluk gibi faktörler nedeniyle çalışma sırasında silindir kafasındaki valf koltuk halka deliğinden çıkar.
4. Diğer Arıza Modları
1) ** Valf Yay Breage **: Valf yayları kusurlar veya mantıksız yapı nedeniyle kırılır.
2) ** Silindir kafası çatlama **: Silindirdeki zayıf soğutma veya karbon yatakları nedeniyle çalışma sırasında silindir kafasının çatlaması ve sızması.
3) ** Piston Taç Eritme **: Kötü ısı transferi, silindirdeki karbon birikintileri veya anormal yakıt enjektörleri nedeniyle kullanım sırasında piston tacının aşırı ısınması ve eritilmesi.
4) ** Krank mili Yatak Nöbet **: Anormal yağlama ve mantıksız temas nedeniyle derginin ele geçirilmesi.
5) ** Zamanlama Bozukluğu **: Zamanlama dişlilerindeki veya eksantrik millerindeki anormalliklerin neden olduğu zamanlama hataları.
6) ** Anormal valf boşluğu **: Valf mekanizması bileşenlerinin anormal aşınması nedeniyle aşırı dinamik boşluk.
7) ** Pushrod ve Tappet Arızası **: Çalışma sırasında itme çubuğunun ve Tappet'in kırılması ve deformasyonu.
Aşağıdakiler, başarısızlık modlarının tezahür ve nedenlerinin ayrıntılı bir açıklamasını sağlar, başarısızlık önleme ve neden analizini destekler.
III. Valf Arıza Deneyi Tespiti
Araştırma işlemi sırasında, hatalı valf bileşenleri, özellikle kafa ucuna ve valf gövdesinin rod ve analiz için çubuk ucuna (bükülmüş kesit) odaklanarak incelenmiştir. Sonuçların güvenilirliğini artırmak için çeşitli inceleme yöntemleri kapsamlı bir şekilde uygulanmıştır.
1. Örneklere genel bakış
İnceleme için dört numune sunuldu:
- Bir sağlam valf gövdesi
- İki kırık valf sapı
- Başarısız bir silindir kafası
Şekil 6'da gösterildiği gibi, hem sağlam hem de başarısız valflerin kırılma yüzeylerinin morfolojisi ve metalografik koşullarının malzeme analizi ve karşılaştırmalı incelemesi başarısızlık analizini desteklemek ve arıza tespiti ve önleme için bir referans görevi görülmüştür.
Başarısız valf gövdesinin iki bölümü aşağıdaki gibi tanımlanmıştır:
- ** Bölüm A (sağlam bölüm) **: Valf gövdesi hem ön hem de arkada sağlamdı.
- ** Bölüm B (başarısız bölüm) **: Ön taraftaki valf gövdesinin mantar başı eksikti ve arkadaki yay ve manşon da yoktu. Bölüm B'deki valf gövdesi bükülmüş, kırılmış ve manşonun içinde sıkışmıştır. İlgili koşullar Şekil 4'te gösterilmiştir.
Şekil 4 İnceleme için örnek
2. Muayene temeli ve ekipman
İnceleme aşağıdaki standartlara göre gerçekleştirilmiştir:
- Metalografik muayene yöntemleri (GB/T 13298-2015)
- Çelik Malzemelerde Kusurların Elektron Böcak Mikroanalizi için Genel Kurallar (GB/T 21638)
Kullanılan muayene ekipmanı şunları içerir:
- Leica M205A Stereo Mikroskop (SCW034)
- Zeiss Axioplan2 Optik Mikroskop (SCW026)
- JSM Tarama Elektron Mikroskobu (SCW030)
3. Muayene sonuçları
Başlangıçta görsel bir inceleme yapıldı. Silindir kapağının ön tarafındaki hasarlı delikte kırık bir valf gövdesi bulunduğu gözlenmiştir. Karşı tarafta, yay bileşeni bozulmadan kalırken, kırık hasarı ile yanda, Şekil 5'te gösterildiği gibi yay bileşeni eksikti.
Şekil 5 Başarısız parçanın makroskopik morfolojisi
Silindir kısmının sökülmesi ve analizi
Silindir kısmı yanal olarak söküldü ve bükülmüş valf gövdesi dikkatlice ekstrakte edildi. Muayene üzerine, silindir kısmının ön yüzeyinin ciddi aşınma sergilediği gözlenmiştir. Silindirin dış halkası, ilk kırık halkanın yüzeyinden kaynaklanan kırılma belirtileri gösterdi. Valf gövdesinin kırıldığı karşı tarafta, tüp kırığı ile ilgili bir arıza tanımlandı. Özellikle, tüpün diğer ucunda, dış çerçeveye uzanan ve Şekil 6'da gösterildiği gibi ek çatlamaya neden olan bir çatlak bulundu.
Şekil 6 Başarısız parçanın makroskopik morfolojisi ve muhafaza kırığının yeri ve kırılma morfolojisi
Bölüm B'deki kırık yüzeylerinin analizi
Bölüm B'deki başarısız parçaların 汇总 ve analizinden, karşılık gelen üç kırık yüzeyine sahip iki farklı kırık olduğu açıktır. Bu üç kırılma yüzeyi aşağıdaki gibi belirlenmiştir:
- Kırık yüzeyi B1
- Kırık yüzeyi B2
- Kırık yüzeyi B3
Bu kırık yüzeylerinin yerleri Şekil 7'de gösterilmektedir.
Şekil 7 Başarısız bileşenin B bölümündeki valf gövdesinin makroskopik morfolojisi
Stereomikroskop altında kırık yüzeylerinin gözlemlenmesi
Kırılma yüzeyleri makroskopik bir stereomikroskop kullanılarak incelendi. Kırık morfolojisinin darbe aşınması nedeniyle ciddi hasar sergilediği gözlenmiştir. B2 ve B3 kırık yüzeyleri birbiriyle ilişkilidir. B3 kırık yüzeyinde, zayıf ve zar zor fark edilebilir olmalarına rağmen, lokal yorgunluk çizgileri tanımlandı. Kırık orijin, Şekil 8 ve 9'da gösterildiği gibi kenarda bulunur.
Şekil 8 Valf kök kafası kırıkının kökeni bölgesinin makroskopik stereoskopik morfolojisi
Şekil 9 Başarısız bileşenin B bölümündeki valf kök kırığının makroskopik stereoskopik morfolojisi
Üç valf gövdesinde yüzey hasarının ve kırılma orijininin karşılaştırılması
Üç valf gövdesinin karşılaştırmalı bir analizi, yüzey hasarının yerlerinin yüksek derecede benzerlik sergilediğini ortaya koymuştur. Ayrıca, Şekil 10'da gösterildiği gibi, kırık orijini ile yüzey hasarı alanları arasında açık bir konumsal korelasyon vardı.
Şekil 10 Valf kök kafasının makroskopik stereoskopik morfolojisi
Baş yayının sonunda darbeye bağlı deformasyon gözlenir ve metal talaşları yayın iç duvarına yapıştırılır. Bu hasar, Şekil 11'de gösterildiği gibi valf gövdesindeki yüzey hasarına karşılık gelir.
Şekil 11 Valf gövdesindeki yay tutucu alanının makroskopik stereoskopik morfolojisi
4. Muayene Sonuç
İnceleme için gönderilen kırık valf gövdesi öncelikle üç bölüme ayrılabilir: kafa ucu, bükülmüş kök bölümü ve valf koltuğu. Valf gövdesinin kırılma yüzeyinin yakınında, 4 ila 10 um arasında değişen derinliklere sahip ince enine çatlaklar gözlendi. Bu çatlaklar köklerinde stres konsantrasyonu ile sonuçlanır. Aşındırıcı bir ortam ve tekrarlayan hareketin etkisi altında, yorulma çatlaması meydana gelir ve sonuçta valf gövdesi kafasının kırılmasına yol açar.
Valf kök kafasının kırılmasının ardından, valf gövdesinin hareketi dengesiz hale gelir, bu da operasyonel sıkışmaya, bükülmeye ve manşonlara karşı sürtünmeye neden olur. Bu, çatlaklara ve nihayetinde manşonun başarısızlığına yol açar. Bozulmamış bir valf gövdesi ile karşılaştırıldığında, bu ince çatlakların dönüş işlemlerinden işleme izleri olduğu belirlenmiştir. Bu işleme işaretleri, kırıkların başlatılmasına katkıda bulunan ilk kusurlar olarak işlev görür. Bileşen spektral analizi, valf yüzeyinde bulunanlarla tutarlı olarak ince çatlaklar içinde aşındırıcı oksitlerin varlığını ortaya çıkarmıştır. Bu oksitlerin varlığı malzeme korozyonunu hızlandırır ve çatlak yayılmasını teşvik eder.