I. वाल्व का परिचालन वातावरण और टूटने के मुख्य कारणों
समुद्री डीजल इंजन में वाल्व उच्च तापमान और उच्च-तनाव स्थितियों के तहत विस्तारित अवधि के लिए काम करते हैं। इसलिए, यह सुनिश्चित करने के लिए डिजाइन और विनिर्माण प्रक्रियाओं के दौरान उपयुक्त सामग्रियों का चयन करना महत्वपूर्ण है कि वे इन कठोर कामकाजी वातावरणों का सामना कर सकें।
जब इंजन चल रहा होता है, तो सिलेंडर में वायु-ईंधन मिश्रण का दहन अत्यधिक उच्च तापमान उत्पन्न करता है। वाल्व गर्म, संक्षारक निकास गैसों से उच्च गति प्रभावों के अधीन हैं, तापमान 700-900 डिग्री तक पहुंचते हैं। यद्यपि गर्मी को आंशिक रूप से वाल्व गाइड और सीटों के माध्यम से सिलेंडर हेड के माध्यम से विघटित किया जा सकता है, शीतलन प्रभाव सीमित है।
इसके अतिरिक्त, ताजा हवा के अचानक प्रवेश से वाल्वों के तात्कालिक शीतलन का कारण बनता है, जिसके परिणामस्वरूप तापमान अंतर 650-800 डिग्री तक होता है। अत्यधिक तापमान के लिए यह वैकल्पिक संपर्क थकान और रेंगना विफलता की ओर जाता है, यांत्रिक गुणों को काफी हद तक कम करता है और वाल्व के प्रतिरोध को पहनता है। इसके अलावा, वाल्व उच्च तापमान पर कटाव के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं, जिससे रिसाव या क्रैकिंग के कारण विरूपण और संभावित विफलता होती है।
वाल्व के भीतर असमान तापमान वितरण, विशेष रूप से वाल्व डिस्क क्षेत्र में, जहां तापमान अंतर 150-200 डिग्री तक पहुंच सकता है, थर्मल तनाव उत्पन्न करता है जो थर्मल विरूपण का कारण बनता है। यह खराब गर्मी हस्तांतरण वाल्व के काम करने वाले तापमान को बढ़ाता है, जिससे एक दुष्चक्र बनता है जो समस्या को और बढ़ाता है। भारी भार और उच्च तापमान और दबावों के लिए दीर्घकालिक जोखिम के तहत, वाल्व की संरचनात्मक अखंडता को आसानी से समझौता किया जाता है, जिससे विभिन्न विफलता से संबंधित मुद्दे होते हैं। गंभीर मामलों में, यह दुर्घटनाओं में परिणाम कर सकता है।
एक विशिष्ट केस स्टडी में एक मरीन डीजल इंजन शामिल है जो 22,390 घंटे के ऑपरेशन और 2,116 घंटे के बाद की मरम्मत के बाद विफल रहा। सिलेंडर ए 2 के रॉकर आर्म पुश्रोड को तुला और विकृत पाया गया था, और सेवन और निकास वाल्व दोनों फ्रैक्चर हो गए थे। यह पेपर क्षतिग्रस्त वाल्वों का विश्लेषण करता है, उनकी सामग्री संरचना और माइक्रोस्ट्रक्चर आकारिकी की जांच करता है, और निष्कर्षों के आधार पर उनकी विफलता के कारणों में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है।
वाल्व विफलता मोड का विश्लेषण
वाल्व विफलता वाल्व तंत्र और संबंधित घटकों से निकटता से संबंधित है। व्यापक अनुभव के आधार पर, वाल्वों की विभिन्न विफलता की घटनाओं को संक्षेप में प्रस्तुत किया गया है, और मुख्य विफलता मोड को निम्नानुसार वर्गीकृत किया गया है:
1। वाल्व फ्रैक्चर
इसमें विभिन्न स्थानों पर फ्रैक्चर शामिल हैं:
1) ** लॉक ग्रूव फ्रैक्चर **: लॉक ग्रूव और इसके आसपास के क्षेत्र में होने वाले फ्रैक्चर।
2) ** घर्षण वेल्डेड संयुक्त पर फ्रैक्चर **: अनुचित घर्षण वेल्डिंग और कनेक्शन के कारण झूठी वेल्डिंग, अपूर्ण वेल्डिंग, या वेल्डिंग दरार क्षेत्रों की उपस्थिति के रूप में प्रकट। ऑपरेशन के दौरान उच्च तनाव के तहत, इससे फ्रैक्चर हो सकता है।
3) ** स्टेम फ्रैक्चर **: वाल्व स्टेम के साथ होने वाले फ्रैक्चर।
4) ** वाल्व हेड ड्रॉप **: स्टेम की गर्दन पर फ्रैक्चर, वाल्व हेड की टुकड़ी के लिए अग्रणी।
5) ** हेड ब्लॉक ड्रॉप **: बड़े विमान, गर्दन चाप, या शंक्वाकार सतह पर सिर का आंशिक टुकड़ी या नुकसान, जिसे आगे रेडियल फ्रैक्चर और कॉर्ड ब्लॉक फ्रैक्चर [3] में विभाजित किया जा सकता है।
2। असामान्य वाल्व पहनते हैं
इसमें कई प्रकार के पहनने शामिल हैं:
1) ** अत्यधिक शंक्वाकार सतह पहनें **: संपर्क के दौरान वाल्व सीट की अंगूठी के साथ अत्यधिक घर्षण के कारण वाल्व शंक्वाकार सतह के अत्यधिक पहनने।
2) ** असमान शंक्वाकार सतह पहनें **: समापन प्रक्रिया के दौरान असमान बैठने के कारण असमान पहनें।
3) ** वाल्व स्टेम अंत में असामान्य पहनें **: उपयोग के दौरान वाल्व स्टेम अंत में अत्यधिक पहनने या पिटाई जैसी समस्याएं।
4) ** वाल्व स्टेम के साथ असामान्य पहनें **: अत्यधिक पहनने, असमान पहनने, या वाल्व स्टेम और गाइड ट्यूब के बीच असामान्य संपर्क के कारण जब्त करना।
3। वाल्व विरूपण
यह वाल्व आंदोलन के दौरान विदेशी वस्तुओं से प्रभाव जैसे कारकों के कारण होने वाले वाल्व सिर के विरूपण को संदर्भित करता है। इसमें भी शामिल है:
1) ** शंक्वाकार सतह का कटाव **: वाल्व शंक्वाकार सतह और वाल्व सीट की अंगूठी के बीच बेमेल के कारण होता है, जिससे खराब सिलेंडर सीलिंग होती है। इस मामले में, शंक्वाकार सतह और सिर गैस से मिट जाते हैं, गर्म, फटा, और ऑक्सीकरण किया जाता है। सिलेंडर में समय से पहले प्रज्वलन भी वाल्व हेड क्षेत्र के महत्वपूर्ण ओवरहीटिंग और कटाव का कारण बन सकता है।
2) ** शंक्वाकार सतह का क्षरण **: क्रैकिंग और क्षति, जो कि शंक्वाकार सतह और वाल्व सिर की गर्दन पर दहन उत्पादों से संक्षारक मीडिया के संचय के कारण होती है।
3) ** सरफेसिंग लेयर फेल्योर **: शंक्वाकार सतह या रॉड एंड पर सरफेसिंग के दौरान अनुचित सरफेसिंग और बाद में प्रसंस्करण तकनीक वेल्डिंग दोष जैसे कि पोरसिटी, संकोचन गुहाओं, क्रैकिंग, और झूठी वेल्डिंग में हो सकती है, जिससे वाल्व की विफलता हो सकती है।
4) ** वाल्व ड्रॉप-ऑफ **: वाल्व सिलेंडर में गिर जाता है और वाल्व स्प्रिंग, वाल्व स्प्रिंग ऊपरी सीट और वाल्व लॉक प्लेट जैसे अन्य घटकों के साथ मुद्दों के कारण अप्रभावी हो जाता है।
5) ** सीट रिंग डिस्लोएडमेंट **: वाल्व सीट रिंग विधानसभा, प्रसंस्करण और थर्मल थकान जैसे कारकों के कारण ऑपरेशन के दौरान सिलेंडर हेड में वाल्व सीट रिंग होल से बाहर आता है।
4। अन्य विफलता मोड
1) ** वाल्व स्प्रिंग टूटना **: वाल्व स्प्रिंग्स दोषों या अनुचित संरचना के कारण टूटते हैं।
2) ** सिलेंडर हेड क्रैकिंग **: सिलेंडर में खराब शीतलन या कार्बन डिपॉजिट के कारण ऑपरेशन के दौरान सिलेंडर हेड का क्रैकिंग और रिसाव।
3) ** पिस्टन क्राउन पिघलना
4) ** क्रैंकशाफ्ट असर जब्ती **: असामान्य स्नेहन और अनुचित संपर्क के कारण पत्रिका का जब्ती।
5) ** टाइमिंग डिसऑर्डर **: टाइमिंग गियर या कैंषफ़्ट में असामान्यताओं के कारण होने वाली समय की त्रुटियां।
6) ** असामान्य वाल्व क्लीयरेंस **: वाल्व तंत्र घटकों के असामान्य पहनने के कारण अत्यधिक गतिशील निकासी।
7) ** पुश्रोड और टैपेट विफलता **: ऑपरेशन के दौरान पुश्रोड और टैपेट के टूटने और विरूपण।
निम्नलिखित इन विफलता मोड की अभिव्यक्ति और कारणों का एक विस्तृत विवरण प्रदान करता है, विफलता की रोकथाम और कारण विश्लेषण का समर्थन करता है।
Iii। वाल्व विफलता प्रयोग का पता लगाना
अनुसंधान प्रक्रिया के दौरान, दोषपूर्ण वाल्व घटकों का निरीक्षण किया गया था, जिसमें विशेष रूप से हेड एंड और रॉड एंड (बेंट सेक्शन) पर ध्यान केंद्रित करने और विश्लेषण के लिए वाल्व स्टेम पर ध्यान केंद्रित किया गया था। परिणामों की विश्वसनीयता को बढ़ाने के लिए विभिन्न निरीक्षण विधियों को व्यापक रूप से लागू किया गया था।
1। नमूनों का अवलोकन
निरीक्षण के लिए चार नमूने प्रस्तुत किए गए:
- एक बरकरार वाल्व स्टेम
- दो टूटे हुए वाल्व उपजी
- एक असफल सिलेंडर सिर
जैसा कि चित्र 6 में दिखाया गया है, भौतिक विश्लेषण और आकारिकी और मेटालोग्राफिक स्थितियों की तुलनात्मक परीक्षा दोनों की फ्रैक्चर सतहों के बरकरार और असफल वाल्वों को विफलता के कारण विश्लेषण का समर्थन करने के लिए आयोजित किया गया था और विफलता का पता लगाने और रोकथाम के लिए एक संदर्भ के रूप में काम किया गया था।
असफल वाल्व स्टेम के दो खंडों को निम्नानुसार परिभाषित किया गया था:
- ** खंड ए (बरकरार अनुभाग) **: वाल्व स्टेम आगे और पीछे दोनों पर बरकरार था।
- ** सेक्शन बी (असफल खंड) **: मोर्चे पर वाल्व स्टेम का मशरूम हेड गायब था, और पीठ पर वसंत और आस्तीन भी अनुपस्थित थे। धारा बी में वाल्व स्टेम, टूट गया था, टूट गया था, और आस्तीन के अंदर जाम हो गया था। प्रासंगिक स्थितियों को चित्र 4 में चित्रित किया गया है।
निरीक्षण के लिए चित्र 4 नमूना
2। निरीक्षण आधार और उपकरण
निरीक्षण निम्नलिखित मानकों के अनुसार आयोजित किया गया था:
- मेटालोग्राफिक परीक्षा के तरीके (gb/t 13298-2015)
- स्टील सामग्री में दोषों के इलेक्ट्रॉन बीम माइक्रोएनालिसिस के लिए सामान्य नियम (GB/T 21638)
उपयोग किए गए निरीक्षण उपकरण में शामिल हैं:
- Leica M205A स्टीरियो माइक्रोस्कोप (SCW034)
- Zeiss Axioplan2 ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप (SCW026)
- जेएसएम स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SCW030)
3। निरीक्षण परिणाम
प्रारंभ में, एक दृश्य निरीक्षण किया गया था। यह देखा गया कि सिलेंडर सिर के सामने की ओर क्षतिग्रस्त छेद के भीतर, एक टूटा हुआ वाल्व स्टेम मौजूद था। विपरीत दिशा में, वसंत घटक बरकरार रहा, जबकि फ्रैक्चर क्षति के साथ पक्ष में, वसंत घटक गायब था, जैसा कि चित्र 5 में सचित्र है।
चित्रा 5 असफल भाग के मैक्रोस्कोपिक आकारिकी
सिलेंडर पार्ट का डिस्सैम और विश्लेषण
सिलेंडर भाग को बाद में अलग कर दिया गया था, और बेंट वाल्व स्टेम को सावधानी से निकाला गया था। निरीक्षण करने पर, यह देखा गया कि सिलेंडर भाग की सामने की सतह ने गंभीर पहनने का प्रदर्शन किया। सिलेंडर की बाहरी अंगूठी ने फ्रैक्चर के लक्षण दिखाए, जिसमें रिंग की सतह से प्रारंभिक फ्रैक्चर होता है। विपरीत दिशा में जहां वाल्व स्टेम टूट गया था, ट्यूब फ्रैक्चर से संबंधित एक विफलता की पहचान की गई थी। विशेष रूप से, ट्यूब के दूसरे छोर पर एक दरार पाई गई, जो बाहरी फ्रेम तक विस्तारित हुई, जिससे अतिरिक्त क्रैकिंग हो गई, जैसा कि चित्र 6 में सचित्र है।
चित्रा 6 असफल भाग के मैक्रोस्कोपिक आकारिकी और आवरण फ्रैक्चर के स्थान और फ्रैक्चर आकारिकी
खंड बी में फ्रैक्चर सतहों का विश्लेषण
धारा बी में असफल भागों के 汇总 और विश्लेषण से, यह स्पष्ट है कि तीन संबंधित फ्रैक्चर सतहों के साथ दो अलग -अलग फ्रैक्चर हैं। इन तीन फ्रैक्चर सतहों को निम्नानुसार नामित किया गया है:
- फ्रैक्चर सतह बी 1
- फ्रैक्चर सतह बी 2
- फ्रैक्चर सतह B3
इन फ्रैक्चर सतहों के स्थानों को चित्र 7 में चित्रित किया गया है।
चित्रा 7 विफल घटक के भाग बी में वाल्व स्टेम के मैक्रोस्कोपिक आकृति विज्ञान
स्टीरियोमाइक्रोस्कोप के तहत फ्रैक्चर सतहों का अवलोकन
फ्रैक्चर सतहों की जांच एक मैक्रोस्कोपिक स्टीरियोमाइक्रोस्कोप का उपयोग करके की गई थी। यह देखा गया कि फ्रैक्चर आकृति विज्ञान ने प्रभाव पहनने के कारण गंभीर क्षति का प्रदर्शन किया। फ्रैक्चर सतह बी 2 और बी 3 एक दूसरे के साथ जुड़े हैं। B3 फ्रैक्चर की सतह पर, स्थानीयकृत थकान स्ट्राइक की पहचान की गई, हालांकि वे बेहोश और मुश्किल से समझदार हैं। फ्रैक्चर मूल किनारे पर स्थित है, जैसा कि आंकड़े 8 और 9 में सचित्र है।
चित्र 8 मैक्रोस्कोपिक स्टीरियोस्कोपिक आकृति विज्ञान वाल्व स्टेम हेड फ्रैक्चर की मूल साइट का
चित्रा 9 मैक्रोस्कोपिक स्टीरियोस्कोपिक आकारिकी वाल्व स्टेम फ्रैक्चर के भाग बी में असफल घटक के भाग बी में
तीन वाल्व तनों में सतह क्षति और फ्रैक्चर मूल की तुलना
तीन वाल्व तनों के एक तुलनात्मक विश्लेषण से पता चला कि सतह क्षति के स्थानों ने उच्च डिग्री समानता का प्रदर्शन किया। इसके अलावा, फ्रैक्चर मूल और सतह के नुकसान के क्षेत्रों के बीच एक स्पष्ट स्थिति संबंध था, जैसा कि चित्र 10 में सचित्र है।
चित्रा 10 मैक्रोस्कोपिक स्टीरियोस्कोपिक आकारिकी वाल्व स्टेम हेड
सिर के वसंत के अंत में प्रभाव-प्रेरित विरूपण देखा जाता है, और धातु की छीलन को वसंत की आंतरिक दीवार का पालन किया जाता है। यह क्षति वाल्व स्टेम पर सतह क्षति से मेल खाती है, जैसा कि चित्र 11 में सचित्र है।
चित्र 11 मैक्रोस्कोपिक स्टीरियोस्कोपिक आकृति विज्ञान वाल्व स्टेम हेड पर स्प्रिंग रिटेनर क्षेत्र का
4। निरीक्षण निष्कर्ष
निरीक्षण के लिए प्रस्तुत खंडित वाल्व स्टेम को मुख्य रूप से तीन खंडों में विभाजित किया जा सकता है: हेड एंड, बेंट स्टेम सेक्शन और वाल्व सीट। वाल्व स्टेम की फ्रैक्चर सतह के पास, 4 से 10 माइक्रोन तक की गहराई के साथ ठीक अनुप्रस्थ दरारें देखी गईं। इन दरारों के परिणामस्वरूप उनकी जड़ों पर तनाव एकाग्रता होती है। एक संक्षारक वातावरण और दोहराव गति के प्रभाव में, थकान दरार होती है, अंततः वाल्व स्टेम हेड के फ्रैक्चर की ओर ले जाती है।
वाल्व स्टेम हेड के फ्रैक्चर के बाद, वाल्व स्टेम का आंदोलन असंतुलित हो जाता है, जिससे आस्तीन के खिलाफ ऑपरेशनल जामिंग, झुकना और घर्षण होता है। यह दरारें और आस्तीन की अंतिम विफलता की ओर जाता है। एक अक्षुण्ण वाल्व स्टेम के साथ तुलना करने पर, यह निर्धारित किया गया था कि ये ठीक दरारें संचालन को मोड़ने से मशीनिंग के निशान हैं। ये मशीनिंग निशान प्रारंभिक दोषों के रूप में काम करते हैं जो फ्रैक्चर की दीक्षा में योगदान करते हैं। घटक वर्णक्रमीय विश्लेषण ने ठीक दरारों के भीतर संक्षारक ऑक्साइड की उपस्थिति का पता लगाया, जो वाल्व सतह पर पाए जाने वाले लोगों के अनुरूप है। इन ऑक्साइड की उपस्थिति भौतिक संक्षारण को तेज करती है और दरार प्रसार को बढ़ावा देती है।