التطبيق الصناعي لتكنولوجيا التكسية بالليزر في الصناعة

تُستخدم مضخات الطرد المركزي على نطاق واسع في صناعات مثل الطاقة والمعادن والفحم ومواد البناء لنقل الطين الذي يحتوي على جزيئات صلبة، بينما تتحكم الصمامات في تدفق السوائل مثل الهواء والماء والبخار والوسائط المسببة للتآكل والطين والزيت والمعادن السائلة والمواد المشعة. لا يمكن المبالغة في أهمية المضخات والصمامات في التطبيقات الصناعية الحديثة، حيث أن هذه المنتجات تتعرض باستمرار للوسائط الكاشطة والمسببة للتآكل، مما يتطلب أسطحًا صلبة ومقاومة للتآكل ومقاومة للتآكل. عمليات التصلب السطحي التقليدية لها حدود، حيث التكسية بالليزر تتقدم التكنولوجيا كمُغيِّر لقواعد اللعبة في منتجات المضخات والصمامات المتطورة.

الكسوة بالليزر أصبحت تدريجيًا “السلاح السري” في تطوير وإنتاج منتجات المضخات والصمامات المتطورة، مثل بطانات مضخات الطرد المركزي، وأكمام التوازن، وأقراص التوازن، والصمامات الكروية، وصمامات البوابة، وصمامات التحكم. من خلال تسخير دقة تكنولوجيا الليزر, التكسية بالليزر تفتح أبوابًا جديدة لتطبيقات المضخات والصمامات المتطورة.

1. مزايا الكسوة بالليزر على الطرق التقليدية

تقليديًا، تم تحسين أسطح المضخات والصمامات المانعة للتسرب باستخدام الطرق التالية:

الطلاء بالكروم الصلب: سمك الطلاء أقل من 0.1 مم، يستخدم في المقام الأول في الأختام الناعمة، والمعرضة للتشقق والتقشير;

اللحام بالرش الحراري: الطريقة السائدة للمواد المانعة للتسرب الصلبة، بسماكة طلاء تتراوح بين 1-1.5 مم، وهي عرضة للتشوه الحراري العالي وتآكل الطلاء في الطبقات الرقيقة;

اللحام بالقوس الكهربائي: بما في ذلك MIG، وTIG، وPTA، بسماكة طلاء تتراوح بين 3-5 مم، مما يؤدي إلى هدر كبير في المواد، ومعدلات تخفيف عالية، وتوزيع غير متساوٍ للصلابة.

على النقيض من ذلك, التكسية بالليزر توفر المزايا الرئيسية التالية:

صلابة عالية: يضمن هيكل الكسوة ذو الحبيبات الدقيقة مقاومة أفضل للتآكل وبعض المقاومة للصدمات بنفس مستوى الصلابة;

رابطة معدنية قوية: مع قوة شد > 500 ميجا باسكال، أعلى من قوة المادة الأساسية;

معدل التخفيف المنخفض: معدل التخفيف من التكسية بالليزر هي ≤3%، مما يجعلها أقسى بـ 3-5 HRC من كسوة البلازما;

بنية دقيقة الحبيبات: تكون طبقة الكسوة كثيفة وخالية من المسامية، وتُظهر تساوي الخواص;

صلابة موحدة: لا توجد بقع لينة، مع تباين في الصلابة ≤3 HRC، مما يضمن اتساقًا ممتازًا داخل العمق الفعال.

2. الوضع الحالي والتطورات في المضخات والصمامات الكسوة بالليزر التطبيقات

في تسعينيات القرن الماضي، بدأ خبراء مثل وانغ أيهوا من جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا وشي شي شيهونغ من جامعة سوتشو في البحث في تكنولوجيا ومواد التكسية بالليزر للمضخات والصمامات، وحققوا نتائج مهمة. ومع ذلك، وبسبب العديد من المعوقات، فإن التطبيق الصناعي لـ التكسية بالليزر على صمام المضخة الأسطح الصلبة المانعة للتسرب لم تنكسر لسنوات عديدة.

منذ عام 2010، واجهت صناعة المضخات والصمامات مشاكل خطيرة مع انخفاض مستوى المنافسة، والإفراط في عرض المنتجات منخفضة المستوى، وصعوبة دخول الأسواق الراقية. وقد دفع هذا الأمر العديد من شركات المضخات والصمامات إلى زيادة استثماراتها في الابتكار التكنولوجي والتوجه نحو إنتاج منتجات راقية لتطبيقات مثل الصناعات الكيميائية والطاقة النووية والصناعات ذات درجات الحرارة المنخفضة للغاية.

في عام 2012، أصبحت مدينة ونتشو موطناً لتجمع صناعي لليزر والإلكترونيات الضوئية على المستوى الوطني. وبدعم من مبادرات الحكومة المحلية، بدأت جامعة ونزهو وجامعة تشجيانغ غونغشانغ وجامعة تشجيانغ للتكنولوجيا التعاون في العديد من مشاريع الليزر الكبرى لصناعة المضخات والصمامات.

على سبيل المثال، طوّر فريق من جامعة تشجيانغ للتكنولوجيا بقيادة البروفيسور ياو جيانهوا التكسية بالليزر تقنية سبائك Fe-Cr-Cr-Si-Mo لتصنيع الصمامات. ونتج عن هذه العملية طبقة تكسية ملتصقة معدنيًا ذات صلابة متوسطة تبلغ 640 HV0.2، متفوقة بشكل كبير على صلابة المادة الأساسية التي تبلغ 170 HV0.2. وهذا التكسية بالليزر طريقة تضاعف مقاومة التآكل ثلاث مرات مقارنةً بالعمليات التقليدية.

3. الكسوة بالليزر العمليات والمواد اللازمة لمنتجات المضخات والصمامات

في التكسية بالليزر, وتستخدم مواد أساسية مختلفة حسب ظروف التشغيل. تشمل المواد الأساسية الشائعة مصبوبات الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك والفولاذ الحديدي والفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ والفولاذ المارتنسيتي المقاوم للصدأ والنيكل وسبائك النيكل.

منتجات المضخات والصمامات هي عناصر متخصصة، والعديد من التطبيقات تنطوي على مخاوف تتعلق بالسلامة. إن التكسية بالليزر يجب أن تلتزم عملية أسطح ختم صمام المضخة بالمعايير الصارمة لضمان جودة اللحام. الكسوة بالليزر يجب أن تأخذ في الاعتبار عوامل مثل المواد وشكل الهيكل وخصائص المعالجة الحرارية. ولتوحيد العملية بالنسبة لمنتجات المضخات والصمامات، طورت Jiuheng Optoelectronics مجموعة من “المتطلبات الفنية للتكسية بالليزر لأسطح ختم المضخات والصمامات” استنادًا إلى سنوات من الخبرة. تحدد هذه المعايير درجة حرارة ما قبل اللحام، وإجراءات المعالجة الحرارية، وضوابط معدل التخفيف، وأبعاد طبقة الكسوة والطبقات الانتقالية.

4. ثلاثة تطبيقات نموذجية لـ الكسوة بالليزر في منتجات المضخات والصمامات

1. الكسوة بالليزر على الصمامات الكروية المقاومة للتآكل المصنوعة من السيليكون متعدد الكريستالات

في صناعة السيليكون متعدد الكريستالات في صناعة السيليكون متعدد الكريستالات تُستخدم الصمامات الكروية المقاومة للتآكل المصنوعة من السيليكون متعدد الكريستالات بقطر DN80 في أجهزة استعادة غاز المداخن لتحل محل الصمامات المستوردة. وتتكون الوسائط من مسحوق السيليكون والكلوروسيلان، مع صلابة مسحوق السيليكون حول HRC63-65، وتصل درجة حرارة الوسائط إلى 450 درجة مئوية. يتعرض الصمام لتآكل قوي. إن التكسية بالليزر طلاء مركب من المعدن والسيراميك فائق المقاومة للتآكل على سطح ختم الصمام الكروي يحل محل طلاء WC الأصلي بالرش فوق الصوتي. يُظهر هيكل الكسوة هذا مقاومة ممتازة للتآكل ومقاومة ممتازة للتآكل، مما يجعلها تدوم لفترة أطول بكثير من الصمامات المستوردة.

2. الكسوة بالليزر على مضخات مياه التغذية ذات درجة الحرارة العالية لصناعة الفحم الكيميائية

بالنسبة لمضخات مياه التغذية ذات درجة الحرارة العالية في شركات كيماويات الطاقة، تُستخدم لنقل المياه الرمادية التي تصل درجة حرارتها إلى 0.51 تيرابايت 3 تيرابايت من المواد الصلبة عند 120 درجة مئوية, التكسية بالليزر على مكونات مثل بطانات الدافع، وبطانات جسم المضخة، وأكمام التوازن، وأقراص التوازن، مما يعزز صلابة ومقاومة التآكل لأسطح الختم. بعد 18 شهرًا من الاختبار في بيئات كيميائية عالية المحتوى من الجسيمات في الفحم، فإن التكسية بالليزر-أظهرت المكونات المعالجة مقاومة أفضل للتآكل بما يصل إلى 6 أضعاف مقارنةً بطرق اللحام التقليدية.

3. الكسوة بالليزر على الصمامات الكروية عالية الضغط 2500BL

في صناعات مثل المواد الكيميائية للفحم، وتحويل الفحم إلى نفط، والسيليكون متعدد البلورات، والبترول، تُستخدم على نطاق واسع الصمامات الكروية الخاصة المقاومة للتآكل عالية الضغط. كانت شركتا Jiuheng Optoelectronics و Wallcolmonoy رائدة في استخدام التكسية بالليزر مع سبائك Colmonoy 88 المصنوعة من النيكل على الصمامات الكروية عالية الضغط 2500BL. تعمل هذه التقنية على تحسين أداء الصمامات، مع صلابة أعلى ومعدل تخفيف أقل مقارنةً بعمليات PTA، مما يعزز الأداء العام للصمامات بشكل كبير.

5. الخاتمة

مع تقدم العلوم والتكنولوجيا الحديثة، أصبحت بيئات العمل للمكونات معقدة بشكل متزايد، مما يتطلب أداءً عاليًا للأسطح. يجب أن تتمتع المضخات والصمامات، التي تتعرض لوسائط كاشطة ومسببة للتآكل، بصلابة عالية ومقاومة للتآكل ومقاومة للتآكل. الكسوة بالليزر تعمل تقنية أسطح إحكام الصمامات عالية الضغط على تعزيز هذه الخصائص. مقارنةً بالطرق التقليدية, التكسية بالليزر تحسن بشكل كبير من جودة السطح ومقاومة التآكل والتشوه الحراري، مع التحكم الدقيق في الطبقات والترابط المعدني الممتاز بين الكسوة والمادة الأساسية. تعمل هذه العملية على إطالة العمر التشغيلي لمنتجات المضخات والصمامات بشكل كبير، مما يحسّن من محتواها التكنولوجي وقيمتها المضافة. الكسوة بالليزر يساهم في الإنتاج المحلي للصمامات الراقية محليًا، مما يحل تدريجيًا محل الصمامات المستوردة ويعزز قدرات الارتقاء الصناعي والابتكار الإقليمي، مما يعزز بشكل كبير القدرة التنافسية للصين في سوق المضخات والصمامات العالمية.