در فرآیندهای صنعتی پیشرفته، متال اسپری یکی از روشهای مهم ایجاد پوششهای مقاوم بر روی سطوح فلزی و غیرفلزی است. این فناوری که در دسته روشهای پوششدهی حرارتی و مکانیکی قرار میگیرد به طور گسترده در صنایع نفت و گاز، نیروگاهی، پتروشیمی، فولاد، هوافضا، تعمیرات صنعتی و بازرسازی قطعات فرسوده مورد استفاده قرار میگیرد. در متال اسپری، سیستم هوا فشرده و به ویژه کمپرسور هوا نقشی کلیدی و حذفنشدنی در کیفیت، پایداری و موفقیت نهایی فرآیند متال اسپری ایفا میکند. شناخت نوع کمپرسور، فشار کاری، حجم هوای مورد نیاز، کیفیت هوا و میزان حساسیت فرآیندها به آلایندهها برای طراحی یا انتخاب سیستم متال اسپری حرفهای ضروری است.
متال اسپری
متال اسپری به فرآیندی گفته میشود که طی آن مادهای فلزی به شکل سیم یا پودر، ذوب یا نیمه ذوب و با استفاده از جریان پرسرعت گاز یا هوا روی سطح قطعه پاشیده میشود. این ذرات پس از برخورد با سطح به سرعت منجمد شده و لایهای پیوسته و چسبیده به قطعه ایجاد میکند. بسته به تکنولوژی متال اسپری، گاز مورد استفاده هوا، نیتروژن و یا گازهای دیگر است. در بسیاری از سیستمهای متداول صنعتی هوای فشرده نقش اصلی را ایفا کرده و بنابراین کیفیت و مشخصات هوای فشرده مستقیما بر روی ساختار پوشش، چسبندگی، تخلخل، یکنواختی و دوام ان اثرگذار خواهد بود.
کمپرسور هوای مناسب متال اسپری
رایجترین انتخاب در سیستمهای متال اسپری صنعتی کمپرسور اسکرو است. کمپرسور اسکرو خصائصی دارد که آن را به محبوبترین انتخاب بسیاری از صنایع تبدیل کرده و متال اسپری نیز از این قاعده مستثی نیست، اما نیازهای هوای فشردهی متال اسپری چیست؟
دلیل انتخاب کمپرسور اسکرو برای متال اسپری توانایی این کمپرسور در تامین دبی هوای بالا به صورت پیوسته و پایدار است. فرآیند متال اسپری عموما عملیاتی مداوم بوده و نوسان در فشار یا دبی هوا به سرعت کیفیت پوشش را تخریب خواهد کرد. کمپرسورهای پیستونی اگرچه قادر به تولید فشار بالا هستند، ولی به دلیل نوسانات دبی و محدودیت در کارکرد مداوم، معمولا گزینه اول در خطوط متال اسپری صنعتی محسوب نمیشود. در نقطهی مقابل اما، کمپرسور اسکرو صنعتی چه در نوع اویل اینجکت و چه در نوع اویل فری قابلیت عملیات ۲۴ ساعته و تامین هوای یکنواخت را دارد.
کمپرسور اویل اینجکت کمپرسوری است که در واحد کمپرسور آن روغن جریان داشته و بهینهسازیهای ضروری را اعمال میکند و کمپرسور روغنی نیز خوانده میشود. کمپرسور اویل فری کمپرسوری است که به دلیل حساسیت عملیات داخل واحد کمپرسور هیچگونه روغنی جاری نبوده و بهینهسازیهای ضروری با تغییرات متعدد در پیکربندی به دست میاید.
پروژههایی که به الکتریسیته صنعتی پیوسته دسترسی ندارند چطور؟
در چنین پروژههایی که محل کار مانند سایتهای تعمیراتی، پالایشگاهها و کارگاههای سیار غیرثابت و سیار است از کمپرسور دیزلی پرتابل استفاده میشود. این کمپرسور نیز از نوع اسکرو است و توان تولید دبیهای بسیار بالا در فشارهای صنعتی را دارد. برای سیستمهای متال اسپری در فضای باز یا مکانهایی که دسترسی به برق محدود است کمپرسور دیزلی انتخاب مناسبی محسوب میشود. با این حال در چنین مواردی نبایستی از فیلتریزاسیون کامل و تصفیهی کیفیت هوا غافل شد، زیرا محیطهای باز معمولا بسیار آلودهتر و پر از گرد و غبارند.
مشخصات هوای فشرده برای متال اسپری
فشار کاری کمپرسور
فشار کاری مورد نیاز در متال اسپری به نوع تکنولوژی مورد استفاده بستگی دارد. در روشهای متداول متال اسپری حرارتی با سیم یا پودر که از هوا به عنوان گاز حامل استفاده میشود، فشار کاری در محدودهی متوسط صنعتی قرار دارد. در بسیاری از این سیستمها فشار هوای موردنیاز در بازهای حدود ۶ تا ۱۰ بار است و این فشار برای ایجاد سرعت مناسب ذرات فلزی و انتقال پایدار آنها به سطح قطعه کافی است. اما در عملیات کمپرسور هوا فشار تنها معیار نیست و به ویژه برای متال اسپری، ظرفیت هوادهی کمپرسور نقش بسیار تعیین کنندهتری دارد.
در فناوریهای پیشرفتهتری چون کولد اسپری یا اسپری سرد شرایط کاملا متفاوت است. در این روش ذرات فلزی ذوب نشده و اتصال آنها با سطح تنها بر اساس انرژی جنبشی بسیار بالای آنها انجام میشود. در این روش سیستم کولد اسپری به فشارهای بسیار بالاتری نیازمند است و در سیستمهای فشار ضعیف کولد اسپری نیز فشار در محدودهی ۸ تا ۱۲ بار قرار میگیرد. در سیستمهای صنعتی فشار قوی فشار کاری تا ۲۵، ۳۰ و گاه بالاتر از ۴۰ بار نیز میرسد. کمپرسورهای اسکروی متعددی توان عملیاتی برای کار در چنین فشارهایی هم دارند، اما عمدهی کمپرسورهای اسکرو برای دستیابی به چنین فشاری نیازمند تقویت و بوستر فشار هستند.
ظرفیت هوادهی کمپرسور
دبی هوا یا همان FAD که به انگلیسی Free Air Delivery را بیان میکند از مهمترین پارامترهای انتخاب کمپرسور برای متال اسپری است. برخلاف بسیاری از کارکردهای عمومی هوای فشرده، متال اسپری به حجم بسیار زیادی هوا نیاز دارد. حجم دقیق هوای فشرده به نوع دستگاه، اندازه نازل، تعداد گانهای اسپری و نوع پوشش بستگی داشته و تا چند ده متر مکعب بر دقیقه میرسد. به طور معمول سیستم متال اسپری با یک گان صنعتی به دبی در محدودهی ۲۰۰ تا ۴۰۰ SCFM و فشار کاری حدود ۷ تا ۹ بار نیاز دارد که ۲۰۰ تا ۴۰۰ سی اف ام برابر با ۶ تا ۱۲ متر مکعب بر دقیقه خواهد بود. افزایش تعداد گانها یا استفاده از نازلهای بزرگتر این عدد را به صورت تصاعدی افزایش میدهد.
کیفیت هوای فشرده
کیفیت هوای فشرده در متال اسپری از اهمیت بسزایی برخوردار است. در بسیاری از کاربردهای صنعتی وجود مقدار کمی از رطوبت یا روغن مشکل جدی ایجاد نمیکند و حتی در برخی کاربردهای روغنخور مانند چکشهای پنوماتیک، حضور مقداری روغن و بخار روغن ضروری نیز هست، ولی در متال اسپری هرگونه آلودگی میتواند مستقیما بر روی کیفیت پوشش اثر منفی بگذارد. رطوبت موجود در هوا میتواند هنگام خروج از نازل یا برخورد با سطح داغ قطعه به بخار تبدیل شده و باعث ایجاد تخلخل، حباب یا کاهش چسبندگی لایه شود. به همین دلیل استفاده از درایرهای تبریدی یا جذبی برای خشک کردن هوا الزامی فنی و نه گزینهای اختیاری است.
آیا تهیه کمپرسور اویل فری برای متال اسپری ضرورت دارد؟
وجود روغن در هوای فشرده نیز حساسیت بالایی برای این فرایند دارد. روغن موجود در هوای فشردهی کمپرسورهای روغنی در صورت عدم انجام فیلتراسیون مناسب به نازل و سطح قطعه میرسد. این آلودگی روغنی باعث شکلگیری لایههای ضعیف، کاهش چسبندگی پوشش و حتی جدا شدن آن در شرایط کاری خواهد بود. به همین دلیل در بسیاری از خطوط حرفهای متال اسپری از کمپرسورهای بدون روغن اویل فری یا حداقل سیستمهای چندلایهی فیلتراسیون با فیلترهای میکرونی و کربن فعال استفاده میشود. انتخاب میان کمپرسور اویل فری و کمپرسور اویل اینجکت به سطح کیفی مورد انتظار و استاندارد پروژه بستگی دارد ولی در کاربردهای حساس هوای بدون روغن همواره مزیتی نسبی است.
استانداردهای بینالمللی کیفیت هوای فشرده از جمله استاندارد ایزو ۸۵۷۳ به عنوان مراجع اصلی در این زمینه شناخته میشود و در پروژههای متال اسپری نیاز به درجات سختگیرانهتر این استاندارد از لحاظ رطوبت، ذرات جامد و روغن وجود دارد. هرچه کلاس هوا پایینتر و نزدیکتر به کلاس صفر یا هوای کاملا عاری از آلاینده باشد، پایداری فرایند و کیفیت نهایی پوشش افزایش می یابد. عدم توجه به این مسئله احتمالا افزایش ضایعات، کاهش عمر پوشش و افزایش هزینههای تعمیرات و دوبارهکاری را به همراه خواهد داشت.
متال اسپری از نظر حساسیت به آلایندهها یکی از حساسترین فرآیندهای صنعتی است. ذرات گرد و غبار، بخارات روغنی، رطوبت و حتی نوسانات دما و فشار هوا میتوانند ساختار پوشش را تحت تاثیر قرار دهد. در برخی از کاربردها حساسیت پوشش ویژهتر بوده و در مصارفی چون پوششدهی قطعات دوار، شافتها، یاتاقانها یا قطعات تحت سایش و اصطکاک شدید اهمیت ماجرا چندبرابر خواهد شد. طراحی سیستم هوای فشردهی مناسب برای متال اسپری مشتمل بر مجموعهای از تجهیزات جانبی مانند مخازن ذخیرهی هوا، درایر کمپرسور، فیلترهای چندمرحلهای، سیستمهای مانیتورینگ فشار و دبی و حتی خطوط لولهی اختصاصی است.
کمپرسور هوا در متال اسپری صرفا منبع انرژی نیست، بلکه یکی از عناصر کلیدی تعیین کنندهی کیفیت بوده و مستقیما بر روی محصول نهایی اعمال میشود. انتخاب نوع کمپرسور، تعیین فشار، تخمین سایز و ظرفیت هوادهی مورد نیاز، بهرهمندی از کیفیت بالاتر هوای فشرده و کنترل آلایندهها همگی بر مهندسی محصول نهایی موثر است. در پروژههای حرفهای طراحی سیستم هوای فشرده اهمیتی همتراز انتخاب دستگاه متال اسپری داشته و دقت فنی و لحاظ استانداردهای معتبر توصیه میشود.
