الخلاصة
تقدم هذه الورقة المبادئ الأساسية، وخصائص العملية، والتطبيقات المحددة لتقنية التكسية بالليزر في إصلاح العمود المرفقي لمحرك الديزل. مع أخذ إصلاح تآكل عنق عمود التروس النشط في العمود المرفقي لمحرك الديزل البحري G6190ZLLCZZZ-3R كمثال، يتم تفصيل العملية بأكملها، بما في ذلك جمع البيانات، واكتشاف العيوب، والمعالجة المسبقة للتسخين، والتكسية بالليزر، والعزل الحراري والتبريد، والتجهيز اللاحق، والتلميع، والتنظيف، وفحص الجودة. توفر تقنية التكسية بالليزر مزايا مثل معدل التخفيف المنخفض، وقوة الترابط العالية، والحد الأدنى من التشوه الحراري، مما يجعلها مناسبة لإصلاح المكونات عالية الدقة والحمولة العالية مثل أعمدة المرفق، مع إمكانات اقتصادية وترويجية ممتازة.

1. مقدمة
تستخدم محركات الديزل، كوحدات طاقة فعالة، على نطاق واسع في أنظمة دفع السفن وتوليد الطاقة. العمود المرفقي هو المكون الأساسي في محرك الديزل، وهو مسؤول عن تحويل الحركة الترددية للمكبس إلى حركة دورانية، ونقل عزم الدوران إلى الملحقات مثل مضخة الوقود ومضخة الزيت من خلال الترس النشط. أثناء التشغيل لفترات طويلة، تكون الأعمدة المرفقية عرضة للتآكل، خاصة عند عنق عمود التروس النشط، الأمر الذي يتطلب مستوى عالٍ من دقة الإصلاح ويتكبد تكاليف عالية. الكسوة بالليزر هي طريقة تعديل السطح التي تستخدم شعاع الليزر لإذابة مادة الكسوة وسطح الركيزة، يليها التصلب السريع لتشكيل رابطة معدنية. توفر هذه الطريقة، بما تتميز به من طلاء كثيف وقوة ربط قوية وإمكانية تطبيق المواد على نطاق واسع، وسيلة جديدة لإصلاح العمود المرفقي.

2. عملية وميزات تقنية التكسية بالليزر
هناك نوعان من عمليات التكسية بالليزر: طريقة الترسيب المسبق وطريقة التكسية المتزامنة. وتضع الطريقة المسبقة الترسيب مادة الكسوة على سطح الركيزة قبل صهرها بالليزر، بينما الطريقة المتزامنة تغذي المادة أثناء التشعيع بالليزر، وعادة ما تكون في شكل مسحوق أو سلك. وتتميز هذه التقنية بالخصائص التالية:

سرعة تبريد سريعة (تصل إلى 10⁶ كلفن/ثانية)، مما يعزز تكوين البنية البلورية الدقيقة.

انخفاض معدل التخفيف (<5%) والترابط المعدني مع الركيزة.

الحد الأدنى من المدخلات الحرارية، مما يجعل من الممكن التحكم في تشوه قطعة العمل.

مجموعة واسعة من مواد التكسية التي تتيح تكسية السبائك عالية نقطة الانصهار على ركائز منخفضة نقطة الانصهار.

نطاق واسع من سُمك الكسوة (0.2-2.0 مم)، مثالي للإصلاحات الموضعية.

يمكن أتمتة العملية بسهولة.

3. جمع البيانات الأصلية للعمود المرفقي ومعالجتها مسبقًا
إن العمود المرفقي المراد إصلاحه مصنوع من مادة QT800-2A، مع ملاحظة وجود تآكل على عنق عمود التروس النشط (القسم BC في الشكل 2). تم قياس القطر الخارجي لعنق العمود ووجد أنه ينحرف عن الحجم القياسي (Ø1100.180.200.200.180.180.20 مم)، مع وجود تآكل غير متساوٍ. أكدت فحوصات الصبغة المخترقة والفحص بالموجات فوق الصوتية أن السطح لا يحتوي على شقوق أو عيوب أخرى. تم قياس الصلابة الأصلية لعنق العمود عند HRC43. بعد ذلك تم تدوير عنق العمود إلى Ø109.50 مم لإزالة الاستدارة والانحرافات الأسطوانية، وإعداده للتكسية.

4. عملية التكسية بالليزر

التسخين المسبق: يوضع العمود المرفقي على مخرطة ويتم تدويره ببطء، مع استخدام فرن لتسخين منطقة الإصلاح بالتساوي إلى 250 درجة مئوية.

إصلاح الكسوة: يُستخدم ليزر أشباه الموصلات مع سلك من سبيكة حديدية لإجراء عملية تكسية التغذية المتزامنة. وخلال هذه العملية، يضمن التحكم الصارم في تدرج درجة الحرارة أن طبقة الكسوة ترتبط معدنياً بالركيزة دون حدوث تشققات أو مسام.

العزل الحراري: بعد الكسوة، تُغطى منطقة الإصلاح بقطن عازل للحرارة وتُحفظ لمدة 30 دقيقة قبل أن تبرد إلى درجة حرارة الغرفة.

القياس: يبلغ حجم عنق العمود بعد الكسوة حوالي 112.10 مم، ويبلغ سمك طبقة الكسوة حوالي 1.3 مم و0.95 مم من المادة المحجوزة للتشغيل الآلي. تمت زيادة صلابة منطقة الإصلاح إلى HRC47.

5. التصنيع بالليزر اللاحق للتكسية بالليزر

التصنيع الآلي: يتم تنعيم سطح الكسوة عن طريق التدوير إلى قطر 110.50 مم.

الطحن: الحجم النهائي مطحون إلى Ø110.20 مم لتلبية متطلبات التداخل مع الترس.

تعديل مسار المفتاح: يتم طحن عرض مجرى المفتاح من 22.7 مم إلى 24 مم، ويتم طحن العمق من 4.6 مم إلى 5 مم.

حساب القوة: استنادًا إلى القدرة المقدرة لمحرك الديزل البالغة 440 كيلو وات وسرعة 1300 دورة في الدقيقة، تم حساب إجهاد القص الالتوائي في منطقة الإصلاح ليكون 7.39 ميجا باسكال، وهو أقل من الإجهاد المسموح به للمادة البالغ 256 ميجا باسكال، مما يفي بمتطلبات الخدمة.

التلميع والتنظيف: يتم صقل منطقة الإصلاح باستخدام معجون التلميع الأخضر وتنظيفها باستخدام منظف.

الفحص: تم فحص منطقة الإصلاح باستخدام اختبار الصبغة المخترقة والاختبار بالموجات فوق الصوتية، مما يؤكد عدم وجود عيوب.

6. خاتمة
تُظهر تقنية التكسية بالليزر، كطريقة فعّالة وموثوقة لإصلاح الأسطح، مزايا كبيرة في إصلاح المكونات الرئيسية مثل أعمدة الكرنك. تقدم هذه الورقة البحثية حالة إصلاح محددة تتحقق من فعالية هذه التقنية في استعادة الأبعاد وتعزيز خصائص السطح، مع كونها مجدية اقتصاديًا في الوقت نفسه. مع تطور تكنولوجيا الليزر، من المتوقع أن يتوسع تطبيقها في إصلاح السفن وتصنيعها بشكل كبير.