התאמת חומרי הקנה לחומרי הגלם המעובדים

למרות שהמעטפות של רוב הקנים עשויות מסגסוגות מתכת ממשפחת 4100 (בדרך כלל 4140, 4150, 4340) או מפלדת חנקון (ניטרציה), המקנות למעטה החיצוני חוזק מירבי, יש כמה חלופות לגבי החלק הפנימי, האמור לעמוד בשחיקה. חלופות אלה מרוכזות בשלוש קבוצות, לפי תהליכי הייצור: ציפוי קנים בחנקון, ציפוי קנים ביציקה בי-מטלית וקנים עם שרוולים מפלדות כלים וסגסוגות מיוחדות. הקריטריונים לבחירת החלופה המתאימה לקנה מבוססים על סוג החומר והתוספים אשר מעובדים במכונה. לכל חומר אפשר למצוא התייחסות בטבלה

1.
ככל שעולה הסבירות למגע של היקף הבורג (כריכות) עם קוטר הפנימי של הקנה כן גדלה הסבירות שתיווצר בעיה בהתאמת החומרים בין הבורג לקנה. באופן כללי אין להשתמש בחומרים בעלי קושי דומה ותכונות כימיות דומות לחומר הפנימי של הקנה ולחומר החיצוני של כריכות הבורג.

קנים בחנקון (ניטרציה)

קנה בחנקון עשוי בדרך כלל מסגסוגת 4140 או חומר דומה בעל תכונות טובות לחנקון, כגון סגסוגת NITRALLOY 135, המכילה אלומיניום לקבלת תגובה טובה יותר בזמן החנקון.
יש שני סוגי חנקון – בגז או בסביבה מיוננת.
תהליך החנקון בגז מיועד להקנות חוזק גבוה לקדח הפנימי של הקנה. עובי שכבת המתכת משתנה ונע בדרך כלל בין 0.17 ל-0.38 מ"מ, בהתאם לזמן החנקון. קושי השכבה (בדרך כלל מעל 60Rc) מושג על ידי חימום המתכת בתוך אטמוספירה של חנקן (גז אמוניה) בטמפרטורה של 510*0*C-565*0*C. אטומי החנקן נספגים לתוך פני השטח ויוצרים, בחיבור עם אלמנטים במתכת, כגון כרום, מוליבדניום, אלומיניום, ונדיום וכו', שכבה קשה, בדרך כלל בעומק של 0.05 עד 0.12 מ"מ (תרשים 1).

תהליך החנקון ביונים משתמש באנרגיה חשמלית כדי ליינן גז חנקן בלחץ נמוך. היונים המיוצרים מואצים לתוך פני השטח ומחממים אותם לטמפרטורה המאפשרת ספיגה (דיפוזיה). מכיוון שהטמפרטורה נמוכה והלחץ נשלט, עומק השכבה אחיד יותר מאשר בחנקון בגז. היינון מושג בתהליך פריקה של פלזמה, אשר יוצר זוהר, לכן תהליך זה נקרא לפעמים חנקון בפלזמה או חנקון בפריקה זוהרת.

קנים ביציקה בי-מטלית

קנים בי-מטאליים מיוצרים על ידי הדבקה מטלורגית של המתכת המצפה לשטח הפנימי של הקנה. לצורך ההדבקה מחממים את הקנה ואת חומר הציפוי לטמפרטורת ההתכה שלו ולאחר מכן מסובבים את הקנה, והיציקה (הפיזור) נעשית בכוח צנטרפוגלי. התוצאה המתקבלת היא ציפוי בעובי של 1.58 מ"מ לאורך כל הקנה.
עקב הטמפרטורה הדרושה לתהליך היציקה, חומר המעטפת עובר הרפיה ומאבד מעט מחוזקו למתיחה ונוטה לשבירות. בקנים בעלי קוטר 6מ"מ ומעלה, שרוול עשוי פלדת כלים או פלדה מחוסמת, אשר מוחדר לתוך הקנה מצד הדיזה ומותאם בלחץ, הוא פתרון עדיף. חלק מהיצרנים משתמשים ב"פעמון" בקצה כדי לאחוז את השרוול, ויש המשתמשים ב"פעמון" ולחץ לשיפור האחיזה בין שני החלקים. רוב היצרנים מציעים היום את שתי השיטות.
כאשר נדרש קנה סטנדרטי לשחיקה גבוהה, רוב היצרנים מציעים קנה עם יציקת צנטריפוגה, המכילה כמויות משתנות של ניקל, כרום וחומרים אחרים, לשיפור העמידות לשחיקה וקורוזיה. קושי

השכבה ינוע בדרך כלל בין 58Rc ל-65Rc ויאפשר אורך חיים ארוך יותר מאשר בקנים שעברו רק חנקון.
כאשר נדרש קנה לעמידות גבוהה לקורוזיה, רוב היצרנים מציעים קנים עם יציקה פנימית, המכילה ריכוז גבוה של מתכת מסוג ניקל/כרום. אחרים מציעים יציקה המכילה קובלט. בכל מקרה מדובר בחומרים ללא ברזל.
לקבלת יציקה מסוג משובח, העמידה טוב יותר בשחיקה וקורוזיה, רוב היצרנים מציעים ציפויים המכילים טוגנסטן קרביד ספוג בכרום/ניקל כחומרי מבנה, עם תוספות כגון ונדיום או קרבידים אחרים. הקושי של ציפויים אלה נע בין 58Rc ל-64Rc. כאשר הקרבידים מפוזרים באופן שווה בתוך חומר המבנה מובטחת לקנה העמידות הגבוהה ביותר.

תרשים 2

קנים עם שרוולים מפלדות כלים וסגסוגות מיוחדות

יצרנים מסוימים מציעים טכניקה של הכנסת תותב לתוך קנה ישן או קנה מחודש, העובד למידה גדולה יותר. שיטה אחת לעשות זאת היא הכנסה בלחץ של שרוולים לתוך קנה שהוכן במיוחד בקוטר מוגדל. שיטה נוספת היא התאמה בכיווץ, וניתן גם להכניס שרוול לפתח מוגדל ולאחר מכן לקַבֵּע אותו בריתוך או באמצעות פינים. עובי הדופן בשרוולים נע בין 6.5 ל-13 מ"מ, בהתאם לקוטר הקדח בקנה.
השיטה של התאמת שרוול בלחץ לתוך המעטפת מונעת את הנטייה של חומר המעטפת לשבירות לאחר הטיפול בחום, והתוצאה היא קנה בעל חוזק גבוה מאוד.

שרוולים מפלדות כלים

יש מספר סגסוגות של פלדות כלים, המתאימות במיוחד לשרוולים אלה בזכות תכונות מעולות ועמידות גבוהה לשחיקה, להדבקה ואפילו לקורוזיה:
* D-2 – פלדת כלים בקושי של 58Rc עד 60Rc, עם תכולת פחמן וכרום גבוהה ובמחיר זול יחסית. בדרך כלל עמידותה בשחיקה אחידה ועולה על זו של קנים יצוקים.
* CPM 10V – פלדת כלים A-11 מתוצרת חברת CRUCIBLE בקושי של 62Rc עד 64Rc, עם מיקרו-מבנה של ונדיום או קרבידים ותכולה של 10% ונדיום. הפלדה הזו היא אחת העמידות ביותר לשחיקה הקיימות בשוק. ידוע לי, למשל, על לקוח, שעיבד ניילון עם 43% סיבי זכוכית בקנה מהסוג הזה 24 שעות ביממה, 260 יום בשנה, במשך ארבע שנים ותשעה חודשים ללא תיקון.
* ונדיום 10 – פלדת כלים מטלורגית מתוצרת חברת UDDEHOLM, המכילה כ-10% ונדיום ו-8% כרום. לפלדה זו עמידות לשחיקה דומה לזו של CPUIOV. למשל, קנה בעל ציפוי כזה עיבד PET עם 30% סיבי זכוכית קרוב ל-5,000 שעות ללא שחיקה נראית לעין. החומר עובר טיפול תרמי ומגיע לקושי של 61Rc-62Rc.
* CPMT 440V – פלדת כלים מטלורגית בעלת תכולה גבוהה של ונדיום מתוצרת חברת CRUCIBLE, שהוסבה מפלדת נירוסטה AISIT440C. לפלדה זו עמידות טובה מאוד לשחיקה בשפשוף ושחיקת קורוזיה. הפלדה מחוסמת לקושי של 59Rc-60Rc.

שרוולי סגסוגת

בתנאים מסוימים, במיוחד כאשר צפויה קורוזיה חזקה, משתמשים בסגסוגות ניקל. סגסוגות אלה (ניקל 718) עמידות מאוד לקורוזיה והוכיחו את עצמן כשרוולים (ציפויים) טובים בעיבוד של פלואורופולימרים. אפשר להגיע בחומרים אלה לקושי עד כ-43Rc-45Rc. למרות שאין להם עמידות גבוהה בשחיקה, הם מתפקדים היטב בסביבה קורוזיבית.

שרוולי יציקה בי-מטאליים

חלק מהיצרנים משתמשים בשרוולים שנוצקו בצנטריפוגה. התכונות של חומרים אלה דומה לתכונות של חומרי היציקה, אותם תיארנו למעלה.

תיקון קנים

ההחלטה לתקן קנה במקום להחליפו היא החלטה כלכלית התלויה בעלות. אפשר גם לתקן חלק מהקנה אם לא כולו ניזוק. רצוי להכניס תותב לכל אורך הקנה, אבל אם יש צורך בפשרה, יש להכניס תותב באורך המתאים לכיסוי מרווח העולה ביותר מ-0.003 מ"מ על המלצות היצרן, ובכל מקרה רצוי תותב שאוכו לפחות כאורך מהלך המכונה בתוספת 5 ס"מ. הנחיה זו עוזרת במניעת מדרגה הגורמת להצטברות חומר, ובעקבות זאת להתפרקות של החומר או שרפתו. כמו כן, בדרך זו השסתום לא עובר מעל קו תפר.

התאמת חומרי הבורג לחומרי הגלם המעובדים

יש שלוש תכונות של החומר המעובד, המשפיעות מאוד על תכנון הבורג ועל החומרים שממנו הוא מיוצר: מידת הגבישיות, הצמיגות והתוספים. כאן נתייחס רק לכמה היבטים צרים, שיעזרו לנו בבחירת הבורג המתאים.

תרשים 2

גבישיות

דרגת הגבישיות של החומר עוזרת בקביעת התכונות הפיסיקליות של המוצר. כמו כן, תכונה זו קובעת איך יתנהג החומר במעבר ממוצק לעיסה. שלוש תכונות נגזרות מרמת הגבישיות של החומר:
* טמפרטורת ריכוך – אחד ההבדלים בין חומר גבישי לאמורפי נעוץ בעמידות לעיוות כאשר הטמפרטורה עולה. שני החומרים מתרככים קלות בטמפרטורת המעבר ממוצק לעיסה (Tg), אבל החומר האמורפי ממשיך להתרכך עד שהוא מגיע למצב נוזלי. מנגד, חומר גבישי יותר נשאר במצב מוצק פחות או יותר עד שהטמפרטורה מגיעה לנקודת ההיתך. בנקודת ההיתך חומרים גבישיים משתנים במהירות לעיסה. ניתן לראות את ההבדל בתרשים 2.