ما العيوب الداخلية في أجزاء Inconel بتقنية DMLS وكيف يتم التحكم بها؟
من منظور هندسي، تنشأ العيوب الداخلية في أجزاء إنكونيل المصنعة بتقنية التحلب المعدني المباشر بالليزر (DMLS) أساسًا نتيجة التفاعل بين طاقة الليزر وجودة المسحوق واستراتيجية المسح ودعم الميزات المتدلية أثناء الطباعة. عند تصنيع مكونات سبائك فائقة الأداء عبر DMLS ثم إنهاؤها باستخدام خدمات تشغيل CNC لسبائك فائقة الأداء، يكون هدفنا هو التحكم في المسامية والشقوق وعدم تجانس البنية المجهرية لتلبية المتطلبات الصارمة لقطاعات الطيران وتوليد الطاقة والنفط والغاز.
العيوب الداخلية النموذجية في أجزاء إنكونيل المصنعة بتقنية DMLS
أكثر العيوب شيوعًا هو المسامية. تظهر مسامية نقص الاندماج عندما تكون طاقة الليزر غير كافية أو عندما تكون مسارات المسح غير متوافقة، مما يترك مناطق غير منصهرة بين الطبقات. أما المسامية الغازية ومسام "keyhole" فتتشكل عندما يحتجز الغاز أو تتسبب الطاقة الزائدة في تكوين تجاويف بخارية تتصلب على شكل فراغات كروية. في السبائك عالية القوة مثل Inconel 718 أو سبائك إنكونيل الأخرى، يمكن أن تعمل هذه المسام كنقاط بدء لتشققات التعب عند التعرض للأحمال الدورية.
نوع آخر من العيوب هو التشقق المجهري، خاصةً التمزقات الساخنة على طول الحدود الحبيبية. تتميز السبائك النيكلية بنطاق تجمد ضيق وإجهادات متبقية عالية؛ وإذا لم يتم تحسين معلمات العملية أو تصميم الجزء، يمكن أن تؤدي التدرجات الحرارية إلى حدوث شقوق مجهرية داخل المادة. وأخيرًا، قد تظهر مناطق نقص الاندماج (جسيمات غير منصهرة أو طبقات لم تُعد صهرها بالكامل) في المناطق المظللة أو الجدران الرقيقة جدًا أو المناطق ذات التبديد الحراري الضعيف.
التحكم في معلمات العملية وجودة المسحوق
يبدأ التحكم في العيوب من المسحوق نفسه. نستخدم مساحيق إنكونيل من الدرجة المخصصة للطيران بمعايير صارمة لتوزيع حجم الجسيمات وشكل كروي موحد ومحتوى منخفض من الأوكسجين، كما نراقب دورات إعادة الاستخدام لتجنب تدهور تدفق المسحوق وزيادة امتصاص الغاز. أما من ناحية العملية، فمعلمات DMLS (طاقة الليزر، سرعة المسح، المسافة بين المسارات، سمك الطبقة) يتم ضبطها بدقة وتثبيتها لكل سبيكة ولكل نطاق سماكة.
تُستخدم استراتيجيات بناء مثل المسح بخطوط متقاطعة أو بنمط الشطرنج، وتمريرات الحواف، وتدوير اتجاه المسح لتقليل الإجهاد المتبقي وتجنب تراكم الحرارة في نفس المنطقة. في البرامج الحرجة، نعتمد على نوافذ عملية تم تطويرها عبر عينات اختبار مدمجة وخضوعها لاختبارات تدميرية، ثم نطبق التحكم الإحصائي في العملية للحفاظ على استقرار حوض الصهر. بالنسبة للقطع النهائية، نجمع عادةً بين DMLS والتصميم القريب من الشكل النهائي، ونُنهي الأبعاد الحرجة باستخدام تشغيل CNC والتفريغ الكهربائي EDM عند الحاجة لإزالة العيوب السطحية المتصلة بالفراغات.
المعالجة اللاحقة والفحوص غير التدميرية لتقليل العيوب الداخلية
الطريقة الأكثر فعالية لتقليل المسامية الداخلية في أجزاء إنكونيل المصنعة بتقنية DMLS هي الضغط المتساوي السخونة (HIP). تحت درجات حرارة وضغط غازي مرتفع، تُغلق المسام تحت السطح وتتلاحم، مما يحسن بشكل كبير من عمر التعب. عادة ما يتبع عملية HIP دورة معالجة حرارية مخصصة للسبائك مثل Inconel 718 لتطوير ترسيب أطوار التقسية (Gamma Prime / Gamma Double Prime) وتحقيق الخصائص الميكانيكية المطلوبة.
بعد عمليات HIP والمعالجة الحرارية، نقوم بعمليات تشغيل دقيقة وطحن CNC للأسطح الحاجزة والمجلات الحاملة والأسطح البينية لإزالة العيوب السطحية وضمان الدقة البُعدية. يتم التحقق من الجودة الداخلية عبر الفحوص غير التدميرية مثل الأشعة السينية أو التصوير المقطعي (CT) للكشف عن المسامية ونقص الاندماج، والفحص بالموجات فوق الصوتية للكشف عن العيوب المسطحة، وفحص الأصباغ المتغلغلة للكشف عن الشقوق السطحية.
وفي الإنتاج المتسلسل، نقوم بتأهيل المسار الكامل من الطباعة الإضافية إلى التشغيل الآلي — بدءًا من المسحوق، ومعلمات البناء في DMLS، وعمليات HIP، والمعالجة الحرارية، والتشطيب، والفحص — على مكونات اختبار مماثلة. يسمح هذا النهج المتكامل لأجزاء إنكونيل المصنعة بتقنية DMLS بتلبية متطلبات الموثوقية في مكونات التوربينات الحرارية، والمبادلات الحرارية، والمنافذ عالية الضغط، مع الحفاظ على حرية التصميم وسرعة التنفيذ التي توفرها تقنيات الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد وتشغيل CNC للأجزاء المخصصة.
