کوره القایی ذوب در خلاء

فرایند ذوب القایی تحت خلأ یکی ازروش های معمول در متالورژی ثانویه است که برای تولید آلیاژهای تمیز با کیفیت شیمیایی دقیق وخلوص بالا مورد استفاده قرارمی گیرد. شماتیک مراحل تولید در کوره ذوب القایی خلأ (VIM)در شکل 1 مشاهده می شود.
اولین کوره VIM در سال 1920 توسط Rohn با ظرفیت 300 کیلوگرم و خلأ torr5-2 برای ذوب آلیاژ های نیکل کروم ساخته شد.
در سال 1926 کوره های VIM با ظرفیت 40 تن ساخته شدند. نیاز به آلیاژهای مستحکم در جنگ جهانی دوم سبب رشد سرع این نکنولوژی شد. امروزه در این کوره ها تا ظرفیت 100 تن ذوب صورت می گیرد و همچنین دستگاه های جدیدتر از اتوماسیون و کنترل بهتری برخوردار هستند.
 بسته به نوع کاربرد، طرح های مختلفی از VIM وجود دارد. این کوره ها به طور کلی در انواع یک و دو محفظه ای ساخته می شوند. درشکل2 شماتیک کوره VIM نشان داده شده است. ظرفیت این کوره ها ازچند کیلوگرم برای کاربرد های آزمایشگاهی تا ١٠٠ تن برای مصارف صنعتی متغیر می باشد.
در روش ذوب القایی تحت خلأ واکنش عناصر آلیاژی فعال با اتمسفر حداقل شده، امکان کنترل دقیق ترکیب شیمیایی و رسیدن به خلوص بالا فراهم می شود. این فرایند بطورعمده برای تولید سوپرآلیاژها و فولاد های تمیز و برخی فلزات و آلیاژهای غیرآهنی فعال مورد استفاده قرارمی گیرد.


شکل 1: شماتیک مراحل تولید در کوره القایی ذوب خلأ
 
شکل 2: شماتیک کوره ذوب القایی خلأ (1- کوره ساکن 2- سیستم تخلیه خلأ 3- محفظه باردهی بزرگ 4- محفظه شارژ کوچک 5- قفسه کنترل 6- محفظه مذاب 7- صفحه چرخشی قالب)

در روش ذوب القایی تحت خلأ عملیات ذوب، آلیاژ سازی و ریخته گری در محفظه خلأ انجام می گیرد که در آن جهت ذوب از القای مغناطیسی استفاده می گردد. عملیات ذوب و ریخته گری معمولا تحت خلأ انجام می گیرد که برای تخلیه محفظه  از ترکیب مناسبی از پمپ های مکانیکی و نفوذی استفاده می شود.
 توان مصرفی این کوره ها از 30 کیلووات برای کوره های چند کیلویی تا حدود 7000 کیلووات برای کوره های بالای 30 تن می باشد. عملیات ذوب در بوته نسوز  و در داخل کویل مسی آبگرد انجام می شود. بوته معمولا از نسوزها ی سرامیکی است که به دو صورت جرم کوبیدنی و یا بوته پیش ساخته تهیه می شوند.
روش ذوب بدین ترتیب است که ابتدا محفظه تا فشار پایین خلأ شده و پس از بررسی میزان نشستی، شارژ گرم می شود. با گرم شدن شارژ و ذوب شدن آن در اثر خروج گاز و ایجاد بخارات فلزی، فشار افزایش پیدا می کند. تثبیت فشار محفظه در ادامه عملیات نشان دهنده پایان مرحله گاززدایی و تصفیه شدن ذوب می باشد.

ساختمان کوره VIM
کوره های  VIM همانند سایر کوره های القایی هستند. با این تفاوت که دارای سیستم کنترل دقیق تر، سیستم ایجاد خلأ، سیستم دمش گاز آرگون و سیم پیچ های اضافی هستند.
1-سیستم کنترل:
سیستم های کنترل VIM دارای ترموکوپل ها، فشارسنج و گیج های اندازه گیری ضخامت نسوزها هستند.
2-سیستم ایجاد خلأ
بیشینه ی خلأ قابل دسترسی در این کوره ها   mbar5-10- 6-10  است.  مکانیزم ایجاد خلأ بدین ترتیب است که ابتدا پمپ با توان کمتر، ایجاد خلأ کرده و سپس پمپ های قوی تر مورد استفاده قرار می گیرند.
پمپ روغنی گردشی که بطور خلاصه به پمپ گردشی یا روتاری موسوم هستند، پراستفاده ترین وسایل برای ایجاد خلأ پایین و متوسط می باشند. با هر گردش هسته ی دوار مرکزی، قسمتی از ذرات موجود در پمپ متراکم و در پشت بطن خروجی جمع می شوند. وقتی فشار طرف درونی بطن خروجی بیش از فشار طرف دیگر باشد، دریچه باز شده و ذرات متراکم  خارج رانده می شوند.
 گستره عمل پمپ های روتس در فاصله torr1-10- 2-10 قرار دارد.  عیب این پمپ ها این است که نیاز به پیش خلأ دارند، همچنین فشار آن چنان پایینی هم ایجاد نمی کنند. از محاسن این پمپ ها می توان به سرعت تخلیه بالای آن ها اشاره کرد، که در این حالت باید پمپ دیگری نیز برای جلوگیری از افزایش فشار وجود داشته باشد.
شاخصترین و پرمصرف ترین نوع پمپ برای ایجاد خلأ بالا، پمپ روغنی انتشاری یا نفوذی است. قسمت پایین دستگاه با روغن پوشانده و به وسیله یک سیم پیچ حرارت داده می شود. جدار قسمت بالایی پمپ توسط آب خنک می شود.  روغن تبخیر شده از میان استوانه ی هم مرکز به بالا صعود کرده و از روزنه های تعبیه شده با فشار به  بیرون استوانه هم مرکز رانده می شود. ذره های موجود در پمپ، در اثر برخورد با ذرات روغن و چسبیدن به آن ها به سمت پایین رانده شده و به جداره برخورد می کنند. به علت سرد بودن جداره پمپ، ذرات روغن بخار(به خصوص مقدار ناچیزی که به سمت بالا نشر کرده است)جذب جدار درونی پمپ شده و به حالت مایع درآمده و به پایین پمپ رانده می شوند و در آنجا، ذرات هوا توسط پمپ
روتاری تخلیه می شود. اغلب برای بالا بردن توان ایجاد خلأ توسط این نوع پمپ ها، در قسمت فوقانی آن ها ظرف محتوی ازت مایع تعبیه شده و بدین ترتیب از نفوذ و نشر معکوس ذره های روغن به داخل محیط خلأ جلوگیری می شود.

تلاطم حمام مذاب
تلاطم حمام مذاب با استفاده از کویل های این کوره انجام می گیرد. که شدت این تلاطم وابسته به جریان ورودی به کوره و همچنین فرکانس کاری کوره می باشد. این تلاطم ایجاد شده توسط سیم پیچ ها در واقع به حجم های کم مذاب محدود می شود. با توجه به موارد فوق معمولاً جهت ایجاد تلاطم از سیستم تلاطمی دو گانه استفاده  به عمل می آید؛ در این صورت یکی و یا هر دوی تجهیزات زیر مورد استفاده قرار می گیرند:
الف- تلاطم الکترومغناطیسی با استفاده از سیم پیچ های اضافی
ب- تلاطم به وسیله آرگون دهی از قسمت پایینی کوره.
تفاوت تلاطم الکترومغناطیسی  ایجاد شده توسط سیم پیچ های اصلی با تلاطم ایجاد شده با کمک گرفتن از سیم پیچ های اضافی در این است که در روش دوم گردش و تلاطم حمام مذاب را در فرکانس 5٠ تا 6  هرتز، بدون افزایش دما می توان حاصل نمود.در نتیجه معمولا از ترانسفورماتورهای ثانویه استفاده به عمل می آید.
گاززدایی نیز با استفاده از تجهیزات مناسب، ایجاد تلاطم حمام مذاب را بهبود می بخشد. معروفترین این حالت استفاده از آرگون در متالورژی پاتیلی است. گرچه تلاطم می تواند فقط توسط سیم پیچ های القایی با جریان ورودی بالا انجام شود و نتیجتا دمای کاری مذاب بالا برود، اما این افزایش دما تا حد زیاد، معمولا از نظر متالورژیکی مناسب نمی باشد. آرگون دهی یک تاریخ طولانی را در استفاده در کوره های القایی روباز دارد. یک ویژگی این کار این است که توپی متخلخل در تماس مستقیم با فلز مذاب نیست. درعوض، توپی با مواد نسوز به طور یکسانی پوشش داده شده است که آن برای آستر کشی کوره هاا استفاده می شود. یک پیشرفت جدید که تفاوت اساسی دارد، در تماس توپی متخلخل با فلز مذاب می باشد که این امر قابل استفاده شدن برای عملیات تحت خلا را موجب می شود. این اطمینان می دهد که گازهای ورودی اضافه شده، از میان مذاب جریان یافته و قسمت هایی با استحکام کم را در طول مسیر از طریق آستر کوره سبب نمی شوند. شکل 3 سیستم آرگون دهی کوره VIM را به صورت شماتیک نشان می دهد.

شکل 3: سیستم آرگون دهی کورهVIM

هر دو فرآیند پیشنهادی ایجاد تلاطم، در صورتی دارای مزیت و عمل کافی هستند که ملاحظات: تنظمیم درست درجه حرارت، یکنواخت سازی همراه با  بهبود دادن فرسایش آستر کوره و تمیز کازی بهتر مذاب برای میزان عملکرد آن ها لحاظ شود. روش ایجاد تلاطم را در یک نوع فرآیند ٢٠٠ تا 6٠٠ هرتز و در فاز مذاب به کاهش زمان ذوب کمک می کند. به منظور ریزدانگی و وجود فوق ذوب برای مدت زمان طولانی، بهتر است که از تلاطم مغناطیسی در 5٠ تا 6٠ هرتز و یا آرگون دهی از طریق توپی متخلخل برای ایجاد تلاطم استفاده شود.
لزوم دستیابی به مذابی با کیفیت بالا استفاده از عملیات کیفی مذاب را ضروری می سازد. در عملیات کوره های کیفی و خصوصا اعمال اکسیژن زدایی، نیتروژن زدایی، هیدروژن زدایی، گوگرد زدایی و آخال زدایی در تولید فولادها و آلیاژهای تمیز اهمیت ویژه ای دارند. لذا در ادامه به بررسی تک تک این فرآیندها می پردازیم.
1-نیتروژن زدایی
چنانچه ترکیبات نیترید زای قوی در مذاب کم باشد مشکلی برای کاهش این گاز، حتی تا مقادیر کمتر از ppm ٢٠ وجود نخواهد داشت. اما اگر نیتریدزاهای قوی چون  Li، V، Ti،Cr،Al  در مذاب موجود باشند عمل زدایش نیتروژن و حذف آن به کندی و نیز به سختی صورت می گیرد علت این امر در تجزیه شوندگی ضعیف ترکیبات نیتروژن و عناصر فوق الذکر نهفته است. نتیجتا اولین چاره برای کاهش و زدایش نیتروژن، جلوگیری از ورود و واکنش نیترید سازهای فوق به مذاب می باشد. شکل 4 نمودار کاهش مقادیر نیتروژن یک فولاد ابزار را در ذوب تحت خلأ نشان می دهد.  طبق این نمودار در مراحل آغازین عملیات نیتروژن زدایی، مقادیر متوسط نیتروژن در حدود ppm 400 می باشد که این مقدار پس از مدتی به  ppm 50 کاهش می یابد. نکته مهم در این نمودار تاثیر کم آرگون دهی بر کاهش نیتروژن می باشد.  این امر را می توان با مقایسه خطوط مربوط به مراحل قبل و پس از پاکسازی با آرگون مشاهده نمود. نتیجتا استفاده از آرگون تزریقی به مذاب خصوصا در مواردی که آلیاژ ذوب بر پایه آهن- نیکل باشد، محدود بوده واغلب مورد استفاده قرار نمی گیرد.

شکل 4: کاهش نیتروژن فولاد آلیاژی در VIM

٢- اکسیژن زدایی
از نظر تئوری، اکسیژن موجود در مذاب آلیاژهای آهن- نیکل در دمای 1600 درجه سانتی گراد فشار 1/0 پاسکال باید ppm 1 باشد. این مقدار در عمل بسیار بیشتر و در حدود ppm 20-2 می باشد. علت این امر ناشی از عوامل خارجی نظیر وجود  لایه های اکسیدی و ناخالصی های همراه شارژ، مواد نسوز بوته و هوای محبوس داخل خلل و فرج بوته و همچنین نشت احتمالی  هوا به داخل کوره می باشد. اکسیژن اضافی موجود در مذاب را از طریق واکنش مونوکسید کربن خارج می سازند. در این حین علاوه بر زدایش اکسیژن نوعی کربن زدایی نیز صورت می گیرد.
مقدار کاهش کربن و اکسیژن به فشار گاز مونوکسیدکربن  خروجی بستگی دارد. کاهش فشارگاز  مونوکسیدکربن خروجی بیانگر تحصیل  کربن زدایی و اکسیژن زدایی بهتر است.  
واکنش اکسیژن زدایی در دو مرحله صورت می گیرد:
١ – مرحله جوشیدن و غلیان: در طول مرحله اول ذوب شدن، حباب های مونوکسید کربن بطور غیر همگن در فصل مشترک گاز – مذاب جوانه زده و تشکیل می شوند. پس از مراحل فوق حباب ها از یکدیگر جدا شده و از مذاب بالا می آیند این عمل موجب جوشیدن مذاب وحتی پاشش آن به بیرون از بوته می شود.
 ٢ – اگر فشار مونوکسید کربن در حد جوانه زنی حباب نباشد،تشکیل مونوکسید کربن درسطح مذاب در اثر جذب توسط خلا و نیز با مکانیزم جوانه زنی ناهمگن انجام می گیرد. پس از تشکیل حباب عمل رشد آن ها شروع شده که سرعت این عمل به عوامل زیر بستگی دارد:
١- حد اشباع مونوکسید کربن ٢- کاهش فشار فرو استاتیکی ٣- زمان به سطح رسیدن حباب 4- فشار کلی محفظه.
علاوه بر نیتروژن زدایی و اکسیژن زدایی عملیات گوگردزدایی،هیدروژن زدایی و آخال زدایی نیز در این کوره ها انجام می شود.

 
مزایای VIM:
مهمترین مزایای VIM به طور خلاصه عبارتند از:
١- انعطاف پذیری و قابلیت تطبیق با ظرفیت های کوچک
٢- سهولت تغییر برنامه ی تولید فولادها و آلیاژهای دیگر
٣- کاربری آسان
4- کاهش موثر اتلاف عناصر آلیاژی
5- امکان تهیه ترکیبات با دقت بالا
6- کنترل دقیق درجه حرارت
٧- کاهش اساسی آلودگی محیط زیست
٨- حذف ناخالصی های فرار
٩- حذف گازهای محلول

  محدودیت های VIM:
این روش با وجود داشتن برتری های قابل توجهی نسبت به دیگر روشهای،دارای محدودیت هایی نیز است که دایره فعالیت این کوره ها را محدود می نماید. در میان این مشکلات می توان به دو مشکل حادتر پرداخت که در زیر به آن ها اشاره شده است.
١-جدایش های ساختار انجمادی:
جدایش عناصر حل شونده در مقیاس میکروسکوپی و ماکروسکوپی در حین انجماد وجود دارد. در اثر انجماد، ساختار با دانه های بزرگ و غیر یکنواخت و همچنین حفره های انقباضی بزرگ بوجود می آید و لذا نیاز به ذوب مجدد در قالب های مسی آبگرد دارد که با روش های VAR &ESR صورت می گیرد.
٢-واکنش مذاب با مواد نسوز:
آلودگی مذاب در اثر واکنش عناصر آلیاژی با اکسیدهای نسوز و امکان ورود آخال ها به مذاب وجود دارد.

اگر ندانیم که یک حرز شش هزارساله را چگونه ساخته‌اند چه می‌کنید؟ می‌توان از روشی که محققان فرانسوی برای این‌کار استفاده کرده‌اند، کمک گرفت؛ آنها از روش طیف‌سنجی درخشندگی نوری استفاده ‌کردند تا بفهمند این حرز چگونه ساخته‌شده‌است. در این شیوه، نور را به جسم می‌تابانیم و مقدار بازتاب آن را اندازه می‌گیریم. از‌آن‌جایی‌که مواد مختلف طول موج‌های مختلفی را بازتاب می‌کنند، می‌توانیم بفهمیم که جسم از چه موادی تشکیل شده‌است.
البته در این روش نمی‌توانید از هر منبع نوری استفاده‌کنید. برای مثال، نمی‌شود نور یک لامپ را به یک گردنبند بتابانید و بفهمید طلای 24 عیار است یا خیر! در این تحقیقات از پرتوی لیزری در شتاب‌دهنده SOLIEL، که در پاریس قرار‌دارد، استفاده‌شده‌است.
این حرز در سایت‌ باستانی «مِهرگره» در استان بلوچستان پاکستان کشف شده‌است. قدمت این سایت بین 2000 تا 7000 سال پیش‌از میلاد مسیح است. شکل حرز، دایره‌ای ساده و شش پر است که پره‌هایش به جهت داخل قرارگرفته‌اند. این شیء باستانی اولین نمونه شناخته‌شده #ریخته‌گری است که در آن قوس به‌کار رفته‌است.

در ساخت این طلسم از روش «ریخته‌گری لاست‌واکس» استفاده‌شده‌است. در این تکنیک شما باید ابتدا نمونه خود را با موم بسازید و دور آن را قالب بگیرید، سپس دمای آن را بالا ببرید و موم آب‌شده را از آن خارج‌کنید و به‌جایش فلز مذاب بریزید. پس‌از خنک‌شدن فلز مذاب، می‌توانید قالب دور آن را بشکنید و بعد شما یک حرز شش پر خواهید داشت.

براساس نتایج این پژوهش که در نشریه نیچر منتشر شده است، این طلسم از مس خالص ساخته شده‌است. این مسئله نشان می‌دهد احتمالا این شیء نماد خاصی بوده و اهمیت تشریفاتی داشته‌است. البته محققان از این مسئله مطمئن نیستند، زیرا روش طیف‌سنجی درخشندگی نوری فقط می‌تواند بگوید که این جسم از چه موادی ساخته‌شده‌است و در برابر چرایی آن پاسخی ندارد.

The photoluminescence technique (top)revealed copper oxide traces. Credit: T. Séverin-Fabiani/M. Thoury/L. Bertrand/B. Mille/IPANEMA/CNRS/MCC/UVSQ/Synchrotron SOLEIL/C2RMF

 لینک مطلب:
http://www.sciencealert.com/scientists-have-uncovered-the-secret-origins-of-a-6-000-year-old-amulet

گرافین همانند آهن، یک رسانای خالص است؛ از این‌رو پژوهشگران در صدد به‌کارگیری آن در مواردی مانند آنتن‌ها هستند. در کنار این پژوهش‌ها، دانشمندان موسسه‌ی CNR-ISOF ایتالیا که بخشی از کنسرسیوم Graphene Flagship اروپا است، به‌تازگی یک آنتن ارتباط حوزه‌ی نزدیک (NFC)مبتنی بر گرافین توسعه داده‌اند. این آنتن برخلاف نمونه‌های فعلی، منعطف است و نسبت به آن‌ها دوام بیشتری دارد.

آنتن‌های ان‌اف‌سی راهکاری ساده و در دسترس برای انتقال اطلاعات بین دو دستگاه به شمار می‌روند. هر زمان که شما به دنبال راهی برای انتقال حجم کمی از داده از فاصله‌ای نسبتا کم و به‌صورت بی‌سیم باشید، به‌احتمال زیاد استفاده از یک آنتن NFC، راهکاری مناسب خواهد بود.‌ از این آنتن‌ها در کارت‌های امنیتی، ردگیری موجودی انبار و سیستم‌های پرداخت نیز استفاده می‌شود.

یکی از مهم‌ترین اهداف در توسعه‌ی فناوری‌های مدرن، جایگزینی فلزات با موادی ارزان، کم‌مصرف و قابل بازیافت است. با توجه به ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد گرافین، از این ماده می‌توان در ساخت آنتن‌های کاملا منعطف استفاده کرد.

البته تنها کنسرسیوم Graphene Flagship و موسسه‌ی CNR-ISOF به این فناوری علاقه‌مند نیستند و شرکت‌های بزرگ دیگری نظیر STMicroelectronics و نوکیا نیز به توسعه‌ی این فناوری کمک کرده‌اند. به نظر می‌رسد گرافین نقشی کلیدی در استراتژی‌های نوکیا دارد؛ چرا که این کمپانی به دنبال به‌کارگیری آن برای ساخت صفحات نمایش منعطف و گوشی‌های ضد آب بوده است.

در حال حاضر مشخص نیست علاقه‌ی غول‌های الکترونیک دنیا به گرافین، منجر به تولید محصولی تجاری خواهد شد یا خیر. بیانیه‌ی مطبوعاتی موسسه‌‌ی CNR هم تا حدودی بر این موضوع صحه می‌گذارد. در حقیقت آن‌ها در این بیانیه‌ از سایر شرکای صنعتی خود می‌خواهند تا به توسعه‌ی این فناوری کمک کنند. آن‌ها می‌گویند:

واضح است که هزینه‌ی استفاده از گرافین در ساخت آنتن‌های ان‌اف‌سی به‌مراتب بیشتر از به‌کارگیری فلز است؛ اما چنانچه تولید در مقیاس بزرگ منجر به کاهش هزینه‌ها شود، می‌توان به تجار‌ی‌سازی این فناوری امیدوار بود.

جوشکاری با گاز یا شعله یکی ازاولین روشهی جوشکاری معمول در قطعات آلومینیومی  بوده و هنوز هم در کارگاههی  کوچک در صنیع ظروف آشپزخانه و دکوراسیون و تعمیرات بکارمیرود. در ین روش فلاکس یا روانساز یا تنه کار بری برطرف کردن لیه اکسیدی بکار میرود.
مزیا:سادگی فریند و ارزانی و قابل حمل و نقل بودن وسیل  
محدوده کاربرد:ورقهی نازک 0.8تا 1.5میلیمتر

محدودیتها:باقی ماندن روانساز لابلی درزها و تسریع  خوردگی -  سرعت کم – منطقه   H.A.Zوسیع است.
قطعات بالاتر از 2.5میلیمتر را به دلیل عدم تمرکز شعله و افت حرارت بین روش جوش نمی دهند.
حرارت لازم در ین  روش از واکنش شیمییی گاز با اکسیژن بوجود می ید.
حرارت توسط جابجیی و تشعشع به کار منتقل می شود. قدرت جابجیی به فشار گاز و قدرت تشعشع به توان چهارم درجه حرارت شعله بستگی دارد. لذا تغییر اندکی در درجه حرارت شعله می تواند میزان حرارت تشعشعی و شدت آنرا بمقدار زیادی تغییر دهد.درجه حرارت شعله به حرارت ناشی از احتراق و حجم اکسیژن لازم بری احتراق و گرمی ویژه و حجم محصول احتراق(گازهی تولید شده)بستگی دارد. اگر از هوا بری احتراق استفاده شود مقدار ازتی که وارد واکنش سوختن  نمی شود قسمتی از حرارت احتراق راجذب کرده و باعث کاهش درجه حرارت شعله می شود.بنابرین تنظیم کامل گاز سوختنی و اکسیژن لازمه یجاد شعله بادرجه حرارت بالاست. گازهی سوختنی نظیر استیلن یا پروپان یا هیدروژن و گاز طبیعی نیز قابل استفاده است که مقدار حرارت احتراق و  در نتیجه درجه حرارت شعله نیز متفاوت خواهد بود. در عین حال معمولترین گاز سوختنی گاز استیلن است.
تجهیزات و وسیل اولیه ین روش شامل سیلندر گاز اکسیژن و سیلندر گاز استیلن یا مولد گاز استیلن و رگولاتور تنظیم فشار بری گاز و لوله لاستیکی انتقال دهنده  گاز به مشعل و  مشعل جوشکاری است.
استیلن با فرمول C2H2 و بوی بد در فشار بالا ناپیدار و قابل انفجار است و نگهداری و حمل و نقل آن نیازبه رعیت و مراقبت بالا دارد.فشار گاز در سیلندر حدود psi 2200است و رگولاتورها ین فشار را تا زیر psi 15 پیین می آورند.و به سمت مشعل هدیت  می شود.(در فشارهی بالا یمنی کافی وجود ندارد).توجه به ین نکته نیز ضروری است که اگر بیش از 5 مترمکعب در ساعت ازاستیلن استفاده شود از سیلندر استن بیرون خواند زد که خطرناک است.
بعضی اوقات از مولدهی استیلن بری تولید گاز استفاده می شود. بر اساس ترکیب سنگ کاربید با آب گاز استیلن تولید می شود.

                    CaC2 + 2 H2O = C2H2 + Ca(OH)2

روش تولید گاز با سنگ کاربید به دو نوع کلی تفسیم می شود.
1-روشی که آب بر روی کاربید ریخته می شود.
2-روشی که کاربید  با سطح آب تماس حاصل می کند و باکم و زیاد شده فشار گاز سطح آب در مخزن تغییرمی کند.
رگولاتورها(تنظیم کننده هی فشار)هم داری انواع گوناگونی هستند و بری فشارهی مختلف ورودی و خروجی مختلف طراحی شده اند.رگولاتورها داری دو فشارسنج هستند که یکی فشار داخل مخزن و دیگری فشار گاز خروجی را نشان می دهند. رگولاتورها در دو نوع کلی یک مرحله ی و دو مرحله ی تقسیم می شوند که ین  تقسیم بندی همان  مکانیزم تقلیل فشار است. ذکر جزییات دقیق رگولاتورها در ینجا میسر نیست اما اطلاع از فریند تنظیم فشار بری  هر مهندسی لازم است(حتما پیگیر باشید).
کار مشعل آوردن حجم مناسبی از گاز سوختنی و اکسیژن سپس مخلوط کردن آنها و هدیتشان به سوی نازل است تا شعله مورد نظر را یجاد کند.

اجزا مشعل
الف-شیرهی تنظیم گاز  سوختنی و اکسیژن
ب-دسته مشعل
ج-لوله اختلاط
د-نازل

قابل ذکر اینکه طرحهی مختلفی درقسمت ورودی گاز به  لوله اختلاط مشعل وجود دارد تا ماکزیمم حرکت اغتشاشی به مخلوط گازها داده شود و سپس حرکت گاز در ادامه مسیر در ادامه مشعل کندتر شده تا شعله ی آرام  بوجود ید.

پیچیدگی Distortion
پیچیدگی و تغییر ابعاد یکی ازمشکلاتی است که در اثر اشتباه طراحی و تکنیک عملیات  جوشکاری ناشی می شود. با فرض اجتناب از ورود به مباحث تئوریک تنها به ین مورد اشاره می کنیم که حین عملیات جوشکاری به دلیل عدم فرصت کافی بری توزیع یکنواخت بار حرارتی داده شده به موضع جوش و سرد شدن سریع محل جوش انقباضی  که میبیست در تمام قطعه پخش می شد به ناچار در همان محدوده خلاصه می شود و ین انقباض اگر در محلی باشد که از نظر هندسی قطعه زاویه دار باشد منجر به اعوجاج زاویه ی(Angular distortion)می شود.در نظر بگیرید تغییر زاویه ی هرچند کوچک در قطعات بزرگ و طویل چه یراد اساسی در قطعه نهیی یجاد می کند.
حال اگر خط جوش در راستی طولی و یا عرضی قطعه باشد اعوجاج طولی و عرضی(Longitudinal shrinkage or Transverse shrinkage)نمیان می شود. اعوجاج طولی و عرضی همان کاهش طول قطعه نهیی می باشد. ین موارد هم بسیار حساس و مهم هستند.
نوع دیگری از اعوجاج تاول زدن یا طبله کردن و یا قپه Bowing می باشد.
ذکر یکی از تجربیات در ین زمینه شید مفید باشد. قطعه ی به طول 20 متر آماده ارسال بری نصب بود که بنا به خواسته ناظرمیبیست چند پاس دیگر در تمام طول قطعه جوش داده می شد.تا ساق  جوش 2-3میلیمتر بیشتر شود.بعد از انجام ینکارکاهش 27میلیمتری در قطعه بوجود آمد. وین یعنی فاجعه.چون اصلاح کاهش طول معمولا  امکان پذیر نیست و اگر هم با روشهی کارگاهی کلکی سوار کنیم تنها هندسه شکل رااصلاح کرده یم و چه بسا حین استفاده از قطعه آن وصله کاری توان تحمل بارهی وارده را نداشته باشد ویرادات بعدی نمیان شود.
بهترین راه بری رفع ین یراد جلوگیری ازبروز Distortion است. و(طراح یا سرپرست جوشکاری خوب)کسی که بتواند پیچیدگی قطعه را قبل ازجوش حدس بزند و راه جلوگیری از آن راهم پیشنهاد بدهد.

بعضی راهکارهی مقابله با اعوجاج
1- اندازه ابعاد را کمی بزرگتر انتخاب کرده.بگذاریم هر چقدر که میخواهد در ضمن عملیات تغییر ابعاد  و پیچیدگی در آن یجاد شود.پس از خاتمه جوشکاری عملیات خاص نظیر ماشین کاری.حرارت دادن موضعی و یا پرسکاری بری برطرف کردن تاب برداشتن و تصحیح ابعاد انجام می گیرد.
2- حین طراحی و ساخت قطعه با تدابیر خاصی اعوجاج را خنثی کنیم.
3- از تعداد جوش کمتر با اندازه کوچکتر بری بدست آوردن استحکام مورد  نیاز استفاده شود.
4-تشدید حرارت و تمرکز آن بر حوزه جوش در ینصورت نفوذ بهتری داریم و نیازی به جوش اضافه نیست.
5- ازدیاد سرعت جوشکاری که باعث کمتر حرارت دیدن قطعه می شود.
6- در صورت امکان بالا بردن ضخامت چراکه در قطعات با ضخامت کم  اعوجاج بیشتر نمود دارد.
7- تا حد امکان انجام جوش در دوطرف کار حول محور خنثی
8- طرح مناسب لبه مورد اتصال که اگر صحیح طراحی شده باشد می تواند فرضاً مصالح جوش را در اطراف محور خنثی پخش کند و تاحد زیادی از میزان اعوجاج بکاهد.
9- بکار بردن گیره و بست و نگهدارنده باری مهار کردن انبساط و انقباض ناخواسته درقطعه  

عوامل مهم بوجود آمدن اعوجاج
1- حرارت داده شده موضعی , طبیعت و شدت منبع حرارتی و روشی که ین حرارت به کار رفته و همچنین نحوه سرد شدن.
2- درجه آزادی یا ممانعت بکار رفته بری جلوگیری از تغییرات انبساطی و انقباظی. ین  ممانعت ممکن است در طرح قطعه وجود داشته باشد و یا از طریق مکانیکی (گیره یا بست یا نگهدارنده و  خالجوش)اعمال شود.
3- تنش هی پسماند قبلی در قطعات و اجزا مورد جوش گاهی اوقات موجب تشدید تنش هی ناشی از جوشکاری شده و در مواردی  مقداری از ین تنش ها را خنثی می کند.
4- خواص فلز قطعه کار واضح است که در شریط مساوی طرح اتصال(هندسه جوش)و جوشکاری مواردی مانند میزان حرارت جذب شده در  منطقه جوش و چگونگی نرخ انتقال حرارت و ضریب انبساط حرارتی و قابلیت تغییر فرم پذیری و استحکام و بعضی خواص دیگر فلز مورد جوش تاثیر قابل توجهی در میزان تاب برداشتن دارد. مثلا در قطعات فولاد آستنیتی زنگ نزن مشکل پیچیدگی به مراتب بیشتر از فولاد کم کربن معمولی  می باشد.

لینک دانلول کل متن، مشعل های گازی و گازوئیلی، آشنایی و تعمیرات - 48 صفحه

لینک دانلود ویدئو آموزشی فرایند ساخت سلول خورشیدی

لینک دانلود ویدئو نحوه ساخت سلول خورشیدی فیلم نازک نوع cdte

ساختار باتری خورشیدی

الکتروریسی فرآیندی جهت تولید انواع نانوالیاف و میکروالیاف از محلول‌های مواد پلیمری، سرامیکی و یا محلول‌های کامپوزیتی متشکل از پلیمر- نانوذرات و همچنین مذاب‌های مواد مذکور میباشد. این ایده را اولین بار زلنی(zeleny)مطرح، سپس در سال 1934 فرماهالز آن را ثبت و در سال 1990 دکتر رنکر (Reneker)آن را بازسازی کرد. در روش الکتروریسی هم از مذاب و هم از محلول پلیمری می‌توان استفاده کرد. الکتروریسی را ریسندگی الکترواستاتیکی و یا برق‌ریسی نیز نامیدهاند. این روش برای تولید نانوذرات از طریق فرایند الکترواسپری نیز کاربرد دارد.

در روش الکتروریسی از یک منبع تغذیه ولتاژ بالا جهت تولید بار الکتریکی در جریان محلول یا مذاب پلیمری استفاده میشود. به‌منظور تولید نانوالیاف، یکی از الکترودهای منبع تغذیه ولتاژ بالا به محلول پلیمری و الکترود دیگر به زمین و یا به جمع‌کننده رسانا متصل می‌گردد. با عبور محلول از درون لوله موئینه، در اثر میدان الکتریکی حاصل از منبع تغذیه ولتاژ بالا مابین نوک لوله موئینه و جمع‌کننده متصل به زمین، سیال باردار شده و از نوک لوله موئینه به سمت جمع‌کننده کشیده میشود.

در اثر حرکت سیال، حلال تبخیر شده و رشتههایی با قطر زیر میکرون بر روی جمع‌کننده تولید می گردد. در اثر اندرکنش نیروهای الکتریکی، بار سطحی جریان سیال، نیروی ویسکوالاستیک و نیز کشش سطحی، حرکت مارپیچی به سیال باردار القاء شده و بر اثر آن نانوالیاف تولیدی به‌صورت لایه به‌هم پیوسته یا بیبافت تولید میگردند.یک از روشهای الکتروریسی استفاده از چرخ‌های جمع‌کننده دوار است که یک لبه نوک تیز در محیط آن وجود دارد.

شکل جمع‌کننده باعث می‌شود تا یک میدان قوی در نزدیکی لبه چرخ متمرکز شود. این باعث می‌شود که جریان خروجی دقیقاً روی لبه‌های جمع‌کننده متمرکز گردد. سرعت خطی در لبه بیرونی چرخ جمع‌کننده m/s 22 است (سرعت خطی در هر نقطه از یک دایره دوار برابر حاصل ضرب سرعت دورانی چرخ در فاصله آن نقطه با مرکز دایره است). نانوالیاف پلیمری الکتروریسی شده با قطر میکرونی با این روش به دست می‌آیند.

در روش دیگر از دو صفحه جمع‌کننده استفاده می‌شود که بین آنها یک شکاف قرار دارد. برهمکنش بین میدان الکتریکی در اطراف جمع‌کننده‌ها و بارالکترواستاتیکی الیاف باعث اعمال کشش به الیاف نانو در بالای شکاف می‌شود.

بین دو قسمت جمع‌کننده نیروهای دافعه‌ای وجود دارد که باعث کشیدن شدن نانوالیاف می‌شود و آنها در در یک جهت خاص مرتب می‌کند. پارامترهای مؤثر بر ریزساختار نانوالیاف تولیدی در فرآیندهای الکتروریسی بسیار متنوع بوده و از این‌رو تولید نانوالیاف به‌وسیله این روش نیازمند آگاهی از فرایندهای الکتروهیدرودینامیکی سیالات پلیمری، ریولوژی محلول‌های پلیمری و نیز علوم الیاف میباشد.

در این میان پارامترهای مؤثر بر ریزساختار نانوالیاف تولید شده از طریق فرآیندهای الکتروریسی به سه دسته کلی شامل پارامترهای فرآیندی، پارامترهای عملیاتی و پارامترهای محیطی تقسیم می‌گردند.

نوع میدان الکترواستاتیک، قدرت میدان، نوع پلیمر، نوع حلال و یا ترکیب حلال‌های به‌کار رفته، دمای مذاب پلیمری، هدایت الکتریکی محلول، جرم مولکولی و توزیع جرم مولکولی پلیمر، افزودنیها، ویسکوزیته سیال، کشش سطحی، ویسکوالاستیسیته پلیمر، فاصله الکتروریسی، نوع و جنس جمع‌کننده، نسبت طول به قطر موئینه، اتمسفر محیط و نیز حضور رطوبت از جمله پارامترهای مؤثر بر تولید نانوالیاف در فرآیندهای الکتروریسی میباشند.

در دهه‌های گذشته مشکلات ناشی از ماهیت فرآیندهای الکتروریسی سبب شده بود که تجاری‌سازی نانوالیاف و ساخت دستگاههای صنعتی الکتروریسی برای سالیان متمادی غیرممکن گردد. این در حالی است که در چند سال اخیر چندین شرکت آمریکایی و اروپایی موفق شده‌اند با به‌کارگیری تمهیداتی بر این مشکل فائق آیند.

به‌طورکلی نانوالیاف تولید شده از طریق فرآیندهای الکتروریسی از کاربردهای بسیار زیادی در صنایع و حوزه‌های مختلف برخوردار میباشند. در این ارتباط می‌توان به برخی از کاربردهای مهم نانوالیاف حاصل از فرآیندهای الکتروریسی به ترتیب زیر اشاره نمود:

پزشکی، دارویی و بهداشتی
    مهندسی بافت
    پوشش‌های زخم
    سامانه‌های کنترل‌شده رهش
    فیلترهای پزشکی
    تجهیزات و ایمپلنت‌های پزشکی
    ماسک‌های بهداشتی
    اَبرجاذب‌ها

تولید و ذخیره‌سازی انرژی
    پیل‌های خورشیدی
    پیل‌های سوختی
    ذخیره‌سازی هیدروژن
    باتری‌های پلیمری
    اَبرخازن‌ها

زیست‌فناوری و محیط زیست
    حسگرهای زیستی و شیمیایی
    تصفیه آب و پساب
    حذف فلزات سنگین
    غشاءهای تبادل یونی
    فیلتراسیون
    جاذب‌های صوت

صنعتی، دفاعی و امنیتی
    پوشش‌های محافظ در برابر عوامل شیمیایی، بیولوژیکی و الکترومغناطیسی
    کامپوزیت‌های تقویت‌شده با لایه‌های نانوالیاف
    نانوالیاف کربن
    نسل جدید فیلترها برای مایعات و گازها

پژوهشگران آلمانی روش الکتروشیمیایی ابداع کرده‌اند که می‌توان فلزات را به هر سطحی همچون دیگر فلزات به شکلی ناگسستنی متصل کرد.

هر فلزی را نمی‌توان با فلز دیگر جوش داد، این نکته را حتی مهندسانی غیر از مهندسان مواد و متالورژی نیز می‌دانند. البته می‌توان این دو فلز را با کمک چسب به یکدیگر پیوند داد ولی این کار نیز به پژوهش بسیار توسط محققان در دانشگاه کیل آلمان نیاز داشته است.

پژوهشگران طی این پژوهش فرایند خوردگی الکتروشیمیایی را ابداع کرده‌اند که آن‌ها را قادر می‌سازد دو فلز ناهمگون را به سادگی به همدیگر متصل کنند. این فرایند نه تنها انواع فلزات را به همدیگر  متصل می‌کند بلکه می‌تواند یک فلز را تقریبا به هر سطح دیگری متصل کند. طی این فرایند که مجسمه سازی نانویی نام گرفته است، لایه‌ی بسیار نازکی از سطح فلز در حد یک چهارم قطر تار موی انسان دستخوش تغییر قرار می‌گیرد و ساختار‌های زیر این لایه کاملا پایدار و دست نخورده باقی می‌مانند.

در این روش به محض اعمال فرایند، سطح فلز یه شکلی قابل مشاهده توسط چشم انسان مات و غیر درخشان می‌شود، البته این سطح در زیر میکروسکوپ نمای بهتری پیدا خواهد کرد چرا که مملو از نانوساختارهای سه بعدی قلاب شکل است. زمانی که دو سطح فرایند شده به همراه پلیمر اتصال دهنده (همان چسب)به همدیگر فشرده می‌شوند این قلاب‌های نانویی در همدیگر گیر می‌کنند و با سخت شدن چسب اتصال بین دو فلز به طرز شگفت انگیزی ناگسستنی خواهد شد.

طی این فرایند حتی وجود آلودگی‌های سطحی همچون چربی‌های ناشی از دست یا روغن‌های صنعتی نیز اثری بر استحکام نهایی قطعه نخواهند داشت و به عنوان یک مزیت ناخواسته سطح فلز کاملا آبگریز خواهد شد! علاوه بر این از این فرایند الکتروشیمیایی می‌توان برای زدودن ذرات ناپایدار شیمیایی از روی سطح فلز نیز بهره برد. برای مثال در ساخت تجهیزات درمانی و ایمپلنت‌های پزشکی با استفاده از تیتانیوم از آلومینیوم نیز استفاده می‌شود که می‌تواند منجر به ایجاد واکنش‌های شدید زیستی در بدن فرد شود. با بهره گیری از این روش می‌توان تقریبا تمامی آلومینیوم قرار گرفته بر روی سطح ایمپلنت را زدود و احتمال بروز چنین واکنش‌های شدیدی را در بدن فرد به صفر رساند.

حاصل کار این پژوهش به همراه جزییات در نشریه‌ی علمی Nanoscale Horizons به چاپ رسیده است. نظر شما درباره‌ی کاربرد چنین فرایند خارق العاده‌ای چیست؟ آیا پژوهش یا صنعت مشابهی را در داخل کشور می‌شناسید؟ دانسته‌های خود را در بخش نظرات با دیگران درمیان بگذارید.

سیلیکون، به عنوان یکی از فراوان‌ترین عناصر پوسته‌ی زمین، می‌تواند اساس یک سیستم ذخیره‌سازی ارزان‌تر برای انرژی‌های تجدیدپذیر باشد. گروهی از پژوهشگران در مادرید در حال توسعه‌ی یک سیستم ذخیره‌ی انرژی گرمایی هستند که با استفاده از سیلیکون مذاب، انرژی را 10 برابر بیشتر از گزینه‌های ذخیره‌سازی حرارتی موجود، ذخیره می‌کند. امید می‌رود که توسعه‌ی این فناوری، به تولید نسل جدیدی از ایستگاه‌های حرارتی خورشیدی کم هزینه، جهت ذخیره سازی انرژی خورشیدی در مراکز شهری، منجر شود.

از چالش‌های عمده‌ای که منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد و خورشید در حال حاضر با آن روبرو هستند، مشکل ذخیره‌سازی است. بنابراین برای گسترش کاربرد این منابع، توانایی ما باید در ذخیره‌ی انرژی مازاد بهبود یابد؛ به طوری که شهرها شب‌ها یا زمانی که خورشید نمی‌تابد یا باد نمی‌وزد نیز دسترسی مناسب به انرژی داشته باشند.

در حال حاضر تکنولوژی باتری به اندازه‌ی کافی توسعه نیافته است، بنابراین محققان در زمینه‌های مختلف صنعت طیف گسترده‌ای از ایده‌ها را جهت بهبود ذخیره‌سازی انرژی بررسی می‌کنند. مثلا یک سیستم انرژی حرارتی خورشیدی تجاری که حرارت متمرکز را به شکل نمک‌های مذاب (نیترات پتاسیم/کلسیم/سدیم و.)ذخیره می‌کند و سپس حرارت را با استفاده از یک ژنراتور حرارتی به الکتریسیته تبدیل می‌کند.

سیستم‌های بر پایه نمک خیلی خوب کار می‌کنند؛ اما به پمپ‌های پیچیده، خطوط لوله و سیال‌های انتقال حرارت نیاز دارند تا الکتریسیته تولید کنند. بنابراین گران و از نظر ایمنی آسیب‌پذیرند. ضمنا آن‌ها با مواد فراوان کار نمی‌کنند. اگر استفاده از آن‌ها را گسترش دهیم، در طی چند دهه با کمبود عناصری که برای ساخت این نمک‌ها لازم هستند، مواجه خواهیم شد. به همین دلیل در سراسر جهان، محققان به دنبال روش‌هایی ایمن‌تر هستند که مواد ارزان‌تر و فراوان‌تری را استفاده کنند.

استفاده از سیلیکون توسط تیمی از دانشگاه پلی تکنیک مادرید (UPM)ارایه شده است و می‌تواند برنده‌ی این کارزار باشد، چرا که سیلیکون یکی از ارزان‌ترین و فراوان‌ترین عنصرهای جهان (پس از اکسیژن)است.
سیستم ذخیره‌سازی انرژی حرارتی پیشنهادی جدید، یا با استفاده از نور خورشید متمرکز شده یا برق مازاد تولید شده از انرژی تجدیدپذیر به سیلیکون حرارت می‌دهد. سیلیکون ذوب شده (که می‌تواند به دمایی حدود 1400 درجه سانتی‌گراد (2552 فارنهایت)برسد)، را می‌توان به سادگی از محیط اطراف جدا کرده و گرمای آن را تا زمانی که انرژی آن مورد نیاز باشد حفظ کرد تا در زمان لازم، گرما به الکتریسیته تبدیل شود. سیلیکون به سبب خصوصیات منحصر به فردش می‌تواند در یک متر مکعب از خودش بیش از 1 مگاوات ساعت انرژی ذخیره کند که این مقدار 10 برابر انرژی ذخیره شده توسط نمک‌ها است.

بنابر گفته‌های سرپرست این پژوهش، آلخاندرو داتاس (Alejandro Datas)، اساس کار کردن این سیستم، سلول‌های ترموفتوولتاییک هستند. تکنولوژی نسبتا جدیدی که در آن با استفاده از پنل‌های خورشیدی از گرما هم مانند نور انرژی تولید می‌شود.

داتاس بیان می‌کند: «در چنین دماهای بالایی، سیلیکون به شدت مانند خورشید می‌درخشد. بنابراین سلول‌های ترموفتوولتاییک می‌توانند برای تبدیل این تابش حرارتی به الکتریسیته استفاده شوند».

سلول‌های ترموفتوولتاییک بازده تبدیل بیش از 50 درصد دارند و میزان برق تولیدی آن‌ها در واحد سطح، 100 برابر بیشتر از سلول‌های خورشیدی معمولی هستند. داتاس می‌گوید که آن‌ها اساس سیستم هستند، مخصوصا چون می‌توانند برخلاف دیگر ژنراتورها در دماهای بسیار زیاد کار کنند.

این سامانه مزایای بسیاری دارد: از مواد فراوان و ارزان استفاده می‌کند، قادر است ده برابر بیش تر از روش‌های موجود انرژی ذخیره کند، بسیار کم حجم و کم صدا است و اجزای متحرک ندارد.

این پژوهشگران باور دارند که ابداع آنان می‌تواند هزینه‌ی ذخیره و تولید انرژی در حوزه انرژی‌های گرمایی را به شدت کاهش دهد. این ابداع پاسخی ایمن و مقرون به صرفه به مشکل ذخیره‌ی انرژی‌های تجدیدپذیر است و می‌تواند برای حرارت نیز مانند الکتریسیته به کار رود. تیم (UPM)اکنون به دنبال تجاری‌سازی این سامانه است. در همین راستا آن‌ها پروژه‌ای تجاری به نام (SILSTORE)را کلید زده و شروع به ساخت نمونه‌ی اولیه دستگاه در آزمایشگاه کرده‌اند.

مطالعه کل مطلب:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360544216304546