شناسایی سایش اولیه در قطعات: کلید طلایی نگهداری پیشبینانه (PdM)

در دنیای صنعت، از کارخانه‌های تولیدی گرفته تا ناوگان ماشین‌آلات سنگین، شکست قطعات یک واقعیت پرهزینه است. خرابی‌های فاجعه‌بار نه‌تنها منجر به هزینه‌های گزاف تعمیراتی می‌شوند، بلکه باعث توقف خط تولید (Downtime)، کاهش بهره‌وری و خطرات ایمنی می‌گردند. برای دهه‌ها، رویکرد غالب، "نگهداری واکنشی" (تعمیر پس از شکست) یا "نگهداری پیشگیرانه" (تعویض قطعات بر اساس یک برنامه زمانی ثابت) بوده است.

اما رویکرد علمی و مدرن، نگهداری پیشبینانه (Predictive Maintenance - PdM) نام دارد. هسته مرکزی PdM، توانایی شناسایی سایش در مراحل اولیه (Early-Stage Wear) است؛ یعنی دیدن مشکل زمانی که هنوز میکروسکوپی است، قبل از آنکه قابل شنیدن، دیدن یا لمس کردن باشد.

شناسایی سایش اولیه مانند تشخیص یک بیماری در مراحل ابتدایی آن است؛ شانس موفقیت در درمان (تعمیر) بسیار بالاتر و هزینه آن بسیار کمتر است. این مقاله به بررسی کامل روش‌های علمی شناسایی سایش در نطفه می‌پردازد.

چرا سایش اولیه پنهان است؟

سایش در مراحل نهایی خود کاملاً واضح است: یک شفت شکسته، یک چرخ‌دنده خرد شده یا یک پوسته ترک‌خورده. اما سایش اولیه در سطح میکروسکوپی آغاز می‌شود:

• Pitting (حفره‌دار شدن): ایجاد حفره‌های میکروسکوپی روی سطح یک بلبرینگ.

• Micro-cracks: ایجاد ترک‌های مویی که با چشم غیرمسلح دیده نمی‌شوند.

• ذرات فرسایشی: تولید ذرات فلزی بسیار ریز که در روانکار شناور می‌شوند.

این علائم اولیه، هیچ صدای واضحی تولید نمی‌کنند و بر عملکرد دستگاه تأثیر آنی نمی‌گذارند. به همین دلیل است که برای یافتن آن‌ها به ابزارهای علمی فراتر از حواس پنج‌گانه نیاز داریم.

۱. آنالیز ارتعاشات (Vibration Analysis): گوشی پزشکی مهندسان 🩺

هر ماشین چرخنده‌ای، از یک موتور الکتریکی کوچک گرفته تا یک توربین غول‌پیکر، یک "اثر انگشت ارتعاشی" یا امضای ارتعاشی (Vibration Signature) منحصربه‌فرد در حالت سلامت کامل دارد.

چگونه سایش اولیه را شناسایی می‌کند؟

هنگامی که یک عیب اولیه مانند یک حفره (Pit) کوچک روی رینگ یک بلبرینگ ایجاد می‌شود، هر بار که ساچمه از روی آن عبور می‌کند، یک ضربه (Impact) بسیار کوچک و با فرکانس بالا ایجاد می‌کند.

• این ضربه برای گوش انسان قابل شنیدن نیست.

• این ضربه باعث لرزش محسوس دستگاه نمی‌شود.

اما یک سنسور ارتعاش‌سنج (Accelerometer) حساس می‌تواند این سیگنال‌های ضربه‌ای با فرکانس بالا را ثبت کند. نرم‌افزار تحلیلی، این سیگنال را از نویز پس‌زمینه جدا کرده و به تحلیلگر هشدار می‌دهد که یک عیب در بلبرینگ در حال شکل‌گیری است. این روش می‌تواند ماه‌ها قبل از شکست کامل بلبرینگ، آن را پیش‌بینی کند.

شناسایی می‌کند: سایش بلبرینگ، ناهمراستایی (Misalignment)، عدم تعادل (Unbalance)، مشکلات چرخ‌دنده.

۲. آنالیز روغن (Oil Analysis): آزمایش خون ماشین 🩸

این روش، مستقیم‌ترین راه برای مشاهده سایش اولیه است. روغن یا گریس در حال گردش در یک سیستم مکانیکی (مانند گیربکس، موتور یا سیستم هیدرولیک)، مانند سیستم گردش خون عمل می‌کند. این روانکار، ذرات فرسایشی میکروسکوپی کنده شده از قطعات را با خود حمل می‌کند.

آنالیز روغن یک فرآیند چند مرحله‌ای است:

الف. اسپکترومتری (Spectrometry - ICP/AAS)

این آزمایش به ما می‌گوید کدام عناصر در روغن وجود دارند. دستگاه، نمونه روغن را می‌سوزاند و نور ساطع شده را تجزیه و تحلیل می‌کند.

• سیگنال سایش اولیه: افزایش ناگهانی در غلظت یک فلز خاص (بر حسب ppm - قسمت در میلیون).

• مثال: افزایش ناگهانی آهن (Fe) نشان‌دهنده سایش چرخ‌دنده‌ها یا شفت است. افزایش مس (Cu) یا سرب (Pb) نشان‌دهنده سایش یاتاقان‌ها یا بوش‌ها است.

ب. فرّوگرافی (Ferrography)

این روش به ما می‌گوید شکل و اندازه ذرات چگونه است. نمونه روغن از روی یک اسلاید مغناطیسی عبور داده می‌شود و ذرات آهنی بر اساس اندازه مرتب می‌شوند. سپس این اسلاید زیر میکروسکوپ بررسی می‌شود.

• سیگنال سایش اولیه:

  • ذرات سایش نرمال (Normal Rubbing Wear): ذرات بسیار ریز و پولکی شکل هستند (خوب است).

  • ذرات سایش شدید (Severe Sliding Wear): ذرات بزرگتر، تیز و سوزنی شکل (نشان‌دهنده تماس فلز با فلز و شروع خرابی).

  • ذرات کروی (Spheres): اغلب نشان‌دهنده شروع ترک‌خوردگی ناشی از خستگی در بلبرینگ‌ها هستند.

ج. شمارش ذرات (Particle Count)

این آزمایش به سادگی تعداد ذرات آلاینده (شامل ذرات سایش و گرد و غبار) را در یک حجم مشخص از روغن می‌شمارد.

• سیگنال سایش اولیه: جهش ناگهانی در تعداد کل ذرات، حتی اگر بسیار ریز باشند، نشان‌دهنده یک رویداد سایشی جدید یا ورود آلودگی (که خود باعث سایش می‌شود) است.

۳. ترموگرافی (Thermography - تصویربرداری حرارتی): دیدن "تب" قطعه 🔥

قانون اول فیزیک: سایش = اصطکاک = گرما.

قبل از اینکه یک قطعه به دلیل سایش قفل کند یا بشکند، شروع به تولید گرمای اضافی می‌کند. این گرما اغلب در مراحل اولیه آنقدر زیاد نیست که با لمس کردن قابل تشخیص باشد، اما برای یک دوربین حرارتی (Thermal Camera) کاملاً واضح است.

چگونه سایش اولیه را شناسایی می‌کند؟

یک بازرسی ترموگرافی منظم می‌تواند:

• یک بلبرینگ در مجموعه‌ای از رولیک‌ها را نشان دهد که ۵ درجه سانتی‌گراد گرم‌تر از بقیه است. این "نقطه داغ" (Hotspot) نشان‌دهنده روانکاری ضعیف یا سایش اولیه است.

• یک اتصال الکتریکی سست را نشان دهد که به دلیل مقاومت بالا، قبل از آتش‌سوزی یا قطع شدن، گرم می‌شود.

• سایش در لنت ترمز یا کلاچ را از طریق الگوهای حرارتی غیرعادی نشان دهد.

۴. آزمون‌های غیرمخرب (NDT - Non-Destructive Testing)

این روش‌ها معمولاً برای بازرسی قطعات (اغلب استاتیک) و یافتن عیوب سطحی یا زیرسطحی استفاده می‌شوند که با چشم غیرمسلح قابل رؤیت نیستند.

• آزمون مایع نافذ (Dye Penetrant Testing - PT): یک اسپری رنگی نافذ بر روی سطح قطعه پاشیده می‌شود. پس از پاک کردن سطح، رنگی که در ترک‌های سطحی میکروسکوپی نفوذ کرده است، بیرون زده و ترک را (که قبلاً نامرئی بود) آشکار می‌کند. این بهترین روش برای یافتن ترک‌های خستگی در مراحل اولیه است.

• آزمون ذرات مغناطیسی (Magnetic Particle Testing - MT): قطعه مغناطیسی می‌شود و پودر آهن روی آن پاشیده می‌شود. هرگونه ترک سطحی یا نزدیک به سطح، باعث ایجاد "نشت شار" مغناطیسی شده و پودر آهن را در امتداد ترک جمع می‌کند.

• آزمون اولتراسونیک (Ultrasonic Testing - UT): امواج صوتی با فرکانس بالا به داخل قطعه فرستاده می‌شوند. اگر یک ترک داخلی یا حفره وجود داشته باشد، امواج بازگشت داده می‌شوند و محل و اندازه عیب مشخص می‌شود. این روش همچنین برای اندازه‌گیری کاهش ضخامت ناشی از سایش فرسایشی (Erosion) در لوله‌ها و مخازن عالی است.

نتیجه‌گیری: از نگهداری واکنشی تا مدیریت هوشمند دارایی

شناسایی سایش اولیه، یک روش واحد نیست، بلکه مجموعه‌ای از ابزارهای علمی است که در کنار هم، یک برنامه پایش وضعیت (Condition-Based Monitoring - CBM) را تشکیل می‌دهند.

استفاده از این تکنیک‌ها، نگهداری و تعمیرات را از یک فعالیت "واکنشی" و پرهزینه، به یک استراتژی "پیشبینانه" و هوشمند تبدیل می‌کند. این به معنای تعویض قطعات فقط زمانی که نیاز دارند، به حداکثر رساندن عمر مفید آن‌ها و جلوگیری از شکست‌های فاجعه‌بار قبل از وقوع است.