1. Perkenalan
Pompa sentrifugal mewakili kategori peralatan transportasi fluida yang dominan dalam sistem industri, menyumbang sebagian besar instalasi pompa di seluruh dunia.
Seiring parameter operasi terus meningkat menuju tekanan yang lebih tinggi, suhu, dan resistensi korosi, selubung pompa diharuskan memenuhi standar mekanis dan metalurgi yang semakin ketat.
Selubung pompa adalah komponen struktural inti yang bertanggung jawab untuk menahan tekanan, pembentukan saluran aliran, dan dukungan mekanis.
Untuk yang besar baja tahan karat selongsong pompa, kombinasi dimensi masif, rongga internal yang kompleks, dan bagian tebal yang terlokalisasi membuat pengendalian cacat menjadi sangat sulit.
Metode desain proses empiris tradisional sering kali kesulitan menghilangkan cacat terkait penyusutan secara andal dan dapat mengakibatkan margin proses yang berlebihan atau hasil yang rendah.
Dengan kemajuan teknologi simulasi pengecoran, menjadi mungkin untuk memprediksi dan mengontrol evolusi perilaku pengisian dan pemadatan sebelum produksi.
Studi ini memanfaatkan simulasi numerik sebagai alat desain inti dan menggabungkannya dengan prinsip metalurgi dan pengalaman praktis pengecoran untuk mengembangkan proses pengecoran yang kuat untuk casing pompa sentrifugal baja tahan karat berukuran besar..
2. Karakteristik Struktural dan Analisis Perilaku Material
Kompleksitas Struktural Casing Pompa
Selubung pompa yang diselidiki berukuran besar, kosong, komponen simetris rotasi dengan beberapa permukaan berpotongan dan saluran aliran internal yang kompleks.
Casingnya mencakup bagian samping yang diperpanjang, flensa yang diperkuat, dan lug pengangkat yang disusun secara simetris.
Variasi ketebalan dinding yang signifikan terjadi antara daerah saluran aliran dan zona perkuatan struktural.
Persimpangan dinding samping dan permukaan ujung membentuk titik panas khas, yang cenderung mengeras terakhir dan sangat rentan terhadap cacat penyusutan jika tidak diberi makan dengan benar.
Karakteristik Solidifikasi Baja Tahan Karat
Kelas baja tahan karat yang dipilih dicirikan oleh kandungan paduan yang tinggi dan kisaran suhu pemadatan yang luas.
Selama pendinginan, paduannya tetap dalam keadaan semi-padat untuk waktu yang lama, mengakibatkan terbatasnya permeabilitas pengumpanan dan berkurangnya mobilitas logam cair pada tahap akhir pemadatan.
Lebih-lebih lagi, baja tahan karat menunjukkan penyusutan volumetrik yang relatif tinggi dibandingkan dengan baja karbon.
Karakteristik metalurgi ini memerlukan proses pengecoran yang menjamin pengisian stabil, gradien suhu yang terkendali, dan pemberian makan yang efektif di seluruh urutan pemadatan.
3. Pemilihan Sistem Cetakan dan Optimasi Skema Penuangan
Bahan Cetakan dan Karakteristik Pendinginan
Damar cetakan pasir Teknologi ini dipilih karena kesesuaiannya untuk pengecoran yang besar dan kompleks.
Dibandingkan dengan cetakan logam, cetakan pasir resin memberikan insulasi termal yang lebih baik dan laju pendinginan yang lebih lambat, yang membantu mengurangi tekanan termal dan kecenderungan retak pada coran baja tahan karat.
Sistem cetakan juga menawarkan fleksibilitas dalam perakitan inti dan memungkinkan kontrol yang tepat terhadap kekakuan dan permeabilitas cetakan, yang penting untuk memastikan akurasi dimensi dan evakuasi gas.
Evaluasi Orientasi Penuangan
Berbagai orientasi penuangan dievaluasi dari sudut pandang stabilitas pengisian, efisiensi pemberian makan, dan pencegahan cacat.
Konfigurasi penuangan horizontal ditemukan menciptakan beberapa titik panas yang terisolasi, khususnya di bagian atas yang sulit untuk diberi makan secara efektif.
Orientasi penuangan vertikal akhirnya dipilih, karena sejalan dengan prinsip solidifikasi terarah.
Dalam konfigurasi ini, bagian bawah pengecoran mengeras terlebih dahulu, sementara wilayah hot spot bagian atas tetap terhubung dengan sumber makanan, secara signifikan meningkatkan keandalan pemberian makan dan pengendalian cacat.
4. Desain Sistem Gating dan Optimasi Pengisian
Prinsip Desain
Sistem gating dirancang dengan tujuan pengisian yang cepat namun stabil, turbulensi minimal, dan kontrol inklusi yang efektif.
Kecepatan logam yang berlebihan dan perubahan arah aliran yang tiba-tiba dihindari untuk mencegah masuknya terak dan erosi pada permukaan cetakan.
Konfigurasi Menuangkan Bawah
Seorang yang diberi makan dari bawah, sistem gerbang tipe terbuka diadopsi. Logam cair memasuki rongga cetakan dari bagian bawah dan naik dengan lancar, memungkinkan udara dan gas dipindahkan ke atas dan dibuang secara efisien.
Mode pengisian ini secara signifikan mengurangi turbulensi aliran dan mendorong distribusi suhu yang seragam selama pengisian, yang sangat bermanfaat untuk coran baja tahan karat berukuran besar dengan waktu penuangan yang lama.
5. Desain Sistem Pemberian Makan dan Strategi Pengendalian Termal
Identifikasi Titik Panas Kritis
Hasil simulasi numerik dengan jelas mengidentifikasi daerah solidifikasi akhir pada perpotongan dinding samping dan permukaan ujung.
Daerah-daerah ini dipastikan sebagai target utama untuk pemberian pakan dan pengendalian suhu.
Konfigurasi dan Fungsi Riser
Kombinasi top riser dan side blind riser dirancang untuk memenuhi kebutuhan pakan global dan lokal.
Riser atas berfungsi sebagai sumber pasokan utama dan juga memfasilitasi keluarnya gas, sementara side riser meningkatkan akses makan ke hot spot lateral.
Geometri dan penempatan riser dioptimalkan untuk mempertahankan waktu pengumpanan yang cukup dan memastikan pemadatan akhir terjadi di dalam riser, bukan di badan pengecoran..
Penerapan Menggigil
Pendinginan eksternal ditempatkan secara strategis di dekat bagian tebal untuk mempercepat pemadatan secara lokal dan membentuk gradien suhu yang menguntungkan.
Penggunaan chiller dan riser yang terkoordinasi secara efektif mendorong pemadatan terarah dan mencegah titik panas yang terisolasi.
6. Simulasi Numerik dan Analisis Multi Dimensi
Perangkat lunak simulasi pengecoran tingkat lanjut digunakan untuk mengevaluasi perilaku pengisian cetakan, evolusi suhu, pengembangan fraksi padat, dan kerentanan cacat.
Hasil simulasi menunjukkan proses pengisian yang stabil dengan bagian depan logam halus dan tidak ada bukti pemisahan aliran atau stagnasi.
Selama pemadatan, pengecoran menunjukkan pola solidifikasi dari bawah ke atas yang jelas.
Prediksi porositas penyusutan menunjukkan bahwa semua potensi cacat penyusutan terbatas pada sistem riser dan gating, meninggalkan badan pengecoran bebas dari cacat internal.
Analisis tegangan termal dan kecenderungan retak menunjukkan bahwa tingkat tegangan masih dalam batas yang dapat diterima, memvalidasi lebih lanjut kekokohan desain proses.
7. Kemampuan Mesin dan Kinerja Pasca Pengecoran
Kualitas pengecoran secara langsung mempengaruhi efisiensi pemesinan dan kinerja komponen selanjutnya.
Tidak adanya cacat penyusutan internal dan diskontinuitas permukaan mengurangi keausan pahat, getaran permesinan, dan risiko skrap selama operasi penyelesaian.
Lebih-lebih lagi, pemadatan yang seragam dan pendinginan yang terkontrol berkontribusi pada struktur mikro yang lebih homogen dan distribusi tegangan sisa, yang meningkatkan stabilitas dimensi selama pemesinan dan servis.
Hal ini sangat relevan untuk selubung pompa yang memerlukan penyelarasan flensa dan saluran aliran yang tepat untuk menjaga efisiensi hidraulik.
8. Pengendalian Stres Residu dan Keandalan Layanan
Tegangan sisa merupakan faktor penting yang mempengaruhi keandalan jangka panjang dari selubung pompa baja tahan karat berukuran besar.
Gradien termal yang berlebihan selama pemadatan dapat menyebabkan tekanan internal yang tinggi, meningkatkan kemungkinan distorsi atau retak selama perlakuan panas dan servis.
Kombinasi penggunaan cetakan pasir resin, penuangan bagian bawah, dan pendinginan terkontrol mendorong evolusi suhu secara bertahap di seluruh pengecoran.
Pendekatan ini secara efektif membatasi akumulasi sisa stres dan mengurangi kebutuhan akan perawatan pereda stres pasca pengecoran yang agresif, sehingga meningkatkan keandalan struktural selama masa pakai komponen.
9. Uji Coba Produksi dan Validasi
Berdasarkan parameter proses yang dioptimalkan, pengecoran percobaan skala penuh dilakukan.
Casing pompa yang dihasilkan menunjukkan kontur yang jelas, permukaan halus, dan tidak ada cacat permukaan yang terlihat.
Pengujian non-destruktif dan inspeksi permesinan selanjutnya memastikan kesehatan internal dan stabilitas dimensi yang sangat baik.
Hasil uji coba sangat cocok dengan prediksi simulasi, menunjukkan keandalan yang tinggi dan penerapan praktis dari proses pengecoran yang diusulkan.
10. Kesimpulan
Penelitian ini menyajikan desain dan optimasi proses pengecoran yang komprehensif untuk casing pompa sentrifugal stainless steel berukuran besar.
Pekerjaan ini mengintegrasikan analisis struktural, perilaku pemadatan material, pemilihan cetakan dan skema penuangan, konfigurasi sistem gerbang, dan optimalisasi pemberian pakan.
Teknologi simulasi numerik canggih digunakan untuk menganalisis pengisian cetakan, evolusi suhu, dan karakteristik solidifikasi, memungkinkan penyempurnaan proses yang ditargetkan.
Produksi uji coba berdasarkan proses yang dioptimalkan menunjukkan integritas permukaan dan kesehatan internal yang sangat baik, mengkonfirmasikan efektivitas dan keandalan pendekatan yang diusulkan.
Studi ini memberikan referensi sistematis dan praktis untuk pembuatan besar, casing pompa stainless steel berkualitas tinggi.
