اتصال دهنده ها در صنعت هوا فضا

اتصال دهنده ها در صنعت هوا فضا، قبل از پرواز برادران رایت در کیتی هاوک وجود داشته است. از آن زمان، با ادامه صنعت هوا فضا که در حال توسعه و معرفی محصولات جدیدتر و قدرتمندتر، مانند هواپیماهای تجاری، حمل و نقل، نظامی، هواپیماهای جت، موشک های فضایی و موشک های بالستیک و … می باشد. اتصال دهنده های نیز دارای پیشرفت فوق العاده ای بوده اند.

دستیابی به سفرهای هوایی از فیزیک و مهندسی و همچنین رعایت دقیق استانداردهای طراحی و ساخت با کیفیت بالا و دقیق نیاز دارد. در نتیجه، اتصال دهنده های هوا فضا فقط محدود به استفاده در تجهیزات هوا فضا نیستند بلکه می توانند در هر تجهیزاتی که به اتصال دهنده های دقیق نیاز دارند، استفاده شوند.

بررسی اجمالی اتصال دهنده ها در صنعت هوا فضا

در صنعت هوا فضا انواع اتصال دهنده های استاندارد از جمله پیچ، پرچ، مهره، پیچ و مهره و … مورد استفاده قرار می گیرند. از آنجا که تجهیزات و دستگاه های استفاده شده در صنعت هوا فضا اغلب تحت شرایط و فشار و تنش شدید قرار می گیرند (به عنوان مثال، فشارها و درجه حرارت های ناشی از خروج از جو زمین یا قرار گرفتن در معرض سوخت موشک) باید برای مقاومت در برابر چنین شرایطی، طراحی و ساخته شوند. در نتیجه، چندین طرح مختلف از اتصال دهنده های با کیفیت بالا ایجاد شده است که برای مشخصات و استانداردهای صنعت هوا فضا مناسب است، که هر یک از آنها ویژگی ها و کیفیت های مختلفی را دارا می باشند.

مشخصات عملکرد اتصال دهنده های هوا فضا

برخی از مهم ترین استانداردهای مورد نیاز که باید در طراحی و ساخت اتصال دهنده ها در این صنعت وجود داشته باشد:

• مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون بالا
• مقاومت کششی، برشی و تنشی بالا
• جنس سبک (برای کمک به بهینه سازی صعود در هواپیما و به حداقل رساندن هزینه های سوخت موشک)
• قابلیت های عملکردی در محیط های تنش دار (به عنوان مثال، درجه حرارت و فشار کم و زیاد)
• قابلیت خود آب بندی و خود قفل شدن (برای جلوگیری از نشت مایعات و فشار و شل شدن)

مواد تشکیل دهنده اتصال دهنده های هوا فضا

همانطور که ذکر شد، اتصال دهنده های هوا فضا باید دارای استانداردهای ویژه ای باشند. این ویژگی ها در درجه اول توسط مواد استفاده شده برای ساخت اتصال دهنده تعیین می شود. برخی از متداول ترین مواد مورد استفاده برای اتصال دهنده های صنعت هوا فضا عبارتند از:

• آلومینیوم
• فولاد (فولاد زد زنگ)
• تیتانیوم
• سوپر آلیاژها (آلیاژهای فوق العاده)

آلومینیوم

اگرچه آلومینیوم به طور معمول در ساخت قسمت های مختلف هواپیماها مورد استفاده قرار می گیرد، اما به طور کلی در صنعت هوا فضا از پرکاربردترین فلزهای مورد استفاده می باشد. البته در موارد گوناگون برای استفاده از آلومینیوم در صنعت هوا فضا جهت دستیابی به استانداردهای ویژه این صنعت، باید مورد پالایش قرار گرفته و فیلترهای زیادی را پشت سر بگذارد. به عنوان مثال، اگرچه استفاده از میخ های آلومینیومی معمول است، اما برای دستیابی به استانداردهای هوا فضا لازم است آلومینیوم در مقابل سرما و گرما مقاوم شود. متأسفانه حتی با وجود این شرایط، آلومینیوم پس از قرار گرفتن در معرض دمای بالاتر از 250 درجه فارنهایت و همچنین خوردگی ناشی از استرس بسیار حساس است.

فولاد

فولاد و آلیاژهای مختلف فولادی به طور معمول دارای مقاومت بالا و سختی سطح زیادی هستند. با این حال، آنها سنگین تر از سایر مواد مورد استفاده هستند که می توانند هنگام طراحی و ساخت هواپیما و فضاپیما مشکلاتی را ایجاد کنند، بنابراین هنگام استفاده از مواد فولادی برای قطعات و اجزای مختلف، باید محاسبات وزنی دقیقی انجام شود.

فولاد ضد زنگ و آلیاژهای فولادهای اصلی ترین نوع فولاد مورد استفاده در صنعت هوا فضا هستند. با این حال، انواع خاصی از فولادهای ضد زنگ در معرض آسیب در برابر حرارت بالا هستند، بنابراین انتخاب آلیاژ مناسب فولاد ضد زنگ برای حفظ استانداردها و الزامات مورد نیاز هوا فضا ضروری است. برای مثال؛ فولاد ضد زنگ سری C300در برابر خوردگی مقاوم است. اگرچه به اندازه انواع دیگر از آلیاژهای فولادی در برابر حرارت مقاوم نیست، اما اغلب برای پیچ و مهره های مورد استفاده در صنعت هوا فضا و برخی از پوشش های اتصال دهنده ها استفاده می شود.

فولاد زد زنگ سری 400 از مقاومت بیشتری در برابر حرارت برخوردار است، اما در برابر خوردگی حساس تر می باشد.از فولادهای ضد زنگ با درجه سختی مختلف و با درجه های مختلف (PH) نیز برای برخی از اتصال دهنده استفاده می شود.فولادهای آلیاژی دوام بالایی دارند اما در برابر خوردگی نیز حساس هستند.

چندین روش برای تهیه آلیاژهای فولادی وجود دارد که از آنها را برای کاربردهای مختلف در صنعت هوا فضا استفاده می شود. با این حال، همین روش ها می تواند میزان کربوراسیون مواد و مقاومت در برابر خوردگی را کاهش دهند.

تیتانیوم

در موارد خاص، تیتانیوم می تواند به عنوان جایگزینی مناسب برای آلومینیوم در ساخت اتصال دهنده های هوا فضا مورد استفاده قرار بگیرد. برخی از مزایای استفاده از تیتانیوم؛ قابل مقایسه بودن آن با مقاومت فولاد، سبکی نسبی و مقاومت در برابر گرما و سرما با دمای عملیاتی بین 350 تا 800 درجه فارنهایت است.

سوپر آلیاژها

از سوپرآلیاژها یا آلیاژهای با کارایی بالا معمولاً به دلیل مقاومت در برابر تنش های مختلف، در اتصال دهنده های هوا فضا استفاده می شود. از ویژگی های آلیاژها فوق العاده می توان به قابلیت انعطاف پذیری بالا، توانایی حفظ یکپارچگی ساختاری و سطحی آنها در محیط های پر تنش و مقاومت در برابر عوامل خزش اشاره کرد. برخی از انواع سوپرآلیاژهای موجود برای استفاده در صنایع هوا فضا عبارتند از:

آلیاژ آهن–نیکل–کروم (286 A) : که می تواند در دمای بین 420 تا 1200 درجه فارنهایت مقاومت داشته باشد و همچنین مقاومت بالایی در برابر خوردگی و اکسیداسیون از خود نشان می دهد. این قابلیت ها استفاده از این نوع آلیاژ را در موتورها، سوپر شارژها و توربین های مورد استفاده در هواپیماها و فضاپیماها را ممکن ساخته است.

آلیاژ فولاد و کروم 5٪ (H11): مقاوم در برابر ضربه و سختی سطحی بالایی دارد. که برای استفاده در اجزای سازه ای، که تحت فشار بسیاری هستند، مانند چرخ دنده های فرود، مناسب می باشند.

سوپرآلیاژ نیکل-مولیبدن-کروم : که در برابر خوردگی مقاومت بالایی از خود نشان می دهد. و برای استفاده در اجزای احتراق و اگزوز مناسب است.

سوپرآلیاژ مبتنی بر نیکل ( Inconel718) : یک سوپرآلیاژ مبتنی بر نیکل است که مقاومت کششی 220 کیلو پوند (کیلو پوند بر اینچ مربع) را تا 900 درجه فارنهایت تحمل می کند.

سوپر آلیاژ نیکل و مس (Monel) : مقاومت کششی و مقاومت در برابر خوردگی بالایی از خود نشان می دهد. برای استفاده در اجزای سازه ای و همچنین تجهیزات احتراق و اگزوز مناسب می باشد.

سوپر آلیاژ واسپالوی (Waspaloy) : یک اَبر آلیاژ مبتنی بر نیکل است که می تواند درجه حرارت 1600 درجه فارنهایت را تحمل کند، همچنین در برابر خوردگی و اکسیداسیون مقاومت بالایی دارد.

سوپر آلیاژ مبتنی بر نیکل – کبالت (MP35N) : مقاومت کششی، سختی سطحی و مقاومت در برابر خوردگی بالایی از خود نشان می دهد و برای استفاده در اجزای سازه ای مناسب می باشد.

پوشش های سطحی (آبکاری) اتصال دهنده های هوا فضا

علاوه بر خود اتصال دهنده ها در صنعت هوا فضا، پوشش های اتصال دهنده ها نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است. این پوشش ها از طیف گسترده تری از مواد با مقاومت های مختلف نسبت به انواع تنش های محیطی و دمایی خارج از جو ساخته شده اند. برخی از مواد مورد استفاده برای پوشش های اتصال دهنده های صنعت هوا فضا عبارتند از:

• کادمیوم
• اکسید سیاه
• فلز روی
• نیکل
• نقره
• فسفات

به طور کلی به دلیل اهمیت زیاد استفاده از فلزات و به ویژه اتصال دهنده های مختلف از جمله پیچ ها و مهره ها در صنعت هوا فضا به دلیل در تنش بودن تمامی قطعات، باید از ویژگی ها و استاندارهای سطوح بسیار بالایی برخوردار باشند که در این مقاله به صورت مختصر و کلی مورد بررسی قرار گرفته اند.