ו מ י כ ו ן ב ק ר ה . והפתרון לבעיית זיהוי ההרכב , של סגסוגות טיטניום כשל ב

Comments

Transcription

ו מ י כ ו ן ב ק ר ה . והפתרון לבעיית זיהוי ההרכב , של סגסוגות טיטניום כשל ב
‫ו מ י כ ו ן‬
‫ב ק ר ה‬
‫‪R.B.M. Ltd. CONTROL & MECHANIZATION‬‬
‫כשל ביצור עקב הרכבן של סגסוגות טיטניום‪ ,‬והפתרון לבעיית זיהוי ההרכב‪.‬‬
‫ירון רוזנברג‪ ,‬מנכ"ל טכני‪ ,‬חברת ר‪.‬ב‪.‬מ‪ .‬בע"מ בקרה ומיכון‬
‫הקדמה‬
‫סגסוגות טיטניום הינן סגסוגות שהמרכיב העקרי שבהן הינו טיטניום‪.‬‬
‫בעבר התבסס ייצור הטיטניום העולמי על תקנים אמריקאים ועל ייצור אמריקאי )ראה טבלה מס‪(1 .‬‬
‫והמשתמשים יצרו את הציוד והמכלולים על סמך נתוני סגסוגות טיטניום לפי תקן אמריקאי‪ .‬אלא שהיום קיימים‬
‫יצרנים גדולים המיצרים סגסוגות טיטניום לפי תקני יצור שונים‪ :‬תקן רוסי ששונה מהתקן האמריקאי ותקן סיני‬
‫שדומה לחלק מהסגסוגות האמריאיות אך איננו חליפי ליצור ציוד בתקן תעופתי )ראה טבלאות בהמשך(‪ .‬כלומר‪:‬‬
‫קיים דמיון בין מספר סגסוגות ולעיתים הן אף קרויות בשמות דומים‪ ,‬אך הרכבן הכימי שונה ותכונותיהן המכניות‬
‫שונות‪ .‬ישנם יצרנים רוסים או סינים המציעים את הסגסוגות שלהם‪ ,‬בעלות נתוני הרכב שגויים או מזויפים‪,‬‬
‫במחיר זול בהשוואה לסגסוגות האמריקאיות‪ .‬יש סוחרים שמתפתים לרכוש סגסוגות אלה בשל מחירן הזול‬
‫יותר‪.‬‬
‫סגסוגות בעלות הרכב שונה מן התכנון המקורי אינן מתאימות לדרישות של הלקוח מהחומר הנחוץ לו‪ .‬נוצרת‬
‫חומר התאמה בין החומר הרצוי לחומר המסופק בפועל‪ .‬כתוצאה מכך נוצרות תקלות לכל אורך שרשרת הייצור‬
‫והאספקה‪ :‬מיוצרים מוצרים בעלי הרכב שגוי‪ ,‬זמן ומשאבים מבוזבזים לריק‪ ,‬מוחזרים מוצרים שגויים‪ ,‬מופיעות‬
‫תקלות הנובעות משימוש במוצרים שיוצרו מסגסוגת שונה מהמצופה‪ ,‬וכמובן‪ :‬נגרמים נזקים כספיים אדירים‪.‬‬
‫בציוד תעופתי החשש העיקרי הינו כשל שעלול לגרום אסון תעופתי ואובדן חיי‪-‬אדם‪.‬‬
‫מובא כאן תאור מקרה בו נגרמו נזקים ליצרן של רכיבים תעופתיים בשל קבלת ‪ grade‬טיטניום שגוי‪.‬‬
‫יתואר כאן פתרון בדרך מהירה‪ ,‬זולה ולא‪-‬הרסנית לבעית זיהוי סגסוגות הטיטניום‪ :‬על‪-‬ידי טכנולוגית‬
‫‪.XRF‬‬
‫סגסוגות טיטניום‬
‫סגסוגות הטיטניום מצטיינות במשקל נמוך‪ ,‬עמידות בכוחות מתיחה גבוהים‪ ,‬עמידות בטמפרטורות גבוהות‬
‫ועמידות טובה לשיתוך )קורוזיה(‪ .‬בשל מחירן הגבוה‪ ,‬סגסוגות טיטניום משמשות לייצור חלקים ומכלולים‬
‫בתעשיות הבאות‪ :‬חלקים תעופתיים‪ ,‬חלקים לשימושים צבאיים‪ ,‬חלקים ומכלולים לשימושים אורטופדיים )קיבוע‬
‫עצמות שבורות ומפרקים מלאכותיים( ‪ ,‬שתלים דנטלים‪ ,‬יייצור מכלולי שעונים‪ ,‬מכלולים לרכבי ספורט‪ ,‬רכיבים‬
‫לספורט כמו מחבטי טניס וציוד סקי‪.‬‬
‫סגסוגות טיטניום מהסוגים ‪ Grade 1-Grade 4‬נקראים נתכים "‪ "commercially pure‬או בקיצור‪ .CP :‬הם‬
‫מכילים טיטניום בריכוז של למעלה מ‪ 99.5%-‬ומסגסגים שונים‪ .‬לרוב סגסוגות אלו משמשות לשמושים דנטלים‬
‫ואורטופדים היות והן אינן נדחות על‪-‬ידי גוף האדם‪.‬‬
‫סגסוגות מסוג ‪ Grade 1-Grade 4‬לא ניתן להבחין ביניהן באמצעות מכשיר ‪ XRF‬אך ניתן להבחין ביניהן‬
‫)בשל ההבדלים המינוריים ביניהן( לשאר סגסוגות הטיטניום באמצעות טכנולוגיה זו‪ .‬החוזק למתיחה של‬
‫כל ‪ Grade‬גבוה יותר ככל שהמספר גבוה יותר‪.‬‬
‫סגסוגות מסוג ‪ Grade 1-Grade 3‬יכולות להיות מוחלפות‪ ,‬בהתאמה‪ ,‬בסגסוגות ‪ TA 1 –TA3‬הסיניות )לפי‬
‫ההרכב הכימי( אך אינן יכולת להיות מוחלפות ע"י סגסוגות עפ"י התקן הרוסי‪.‬‬
‫סגסוגות מסוג ‪ Grade 5‬מכונות גם ‪) Ti 6-4‬כ‪ 6%-‬אלומיניום ו‪ 4%-‬וונדיום( נמצאות בשימושים רבים‪Ti 6-4 .‬‬
‫היא סגסוגת הטיטניום השכיחה ביותר בשמושים תעופתיים‪ ,‬אוטומטיבים ותעשיתיים רבים‪.‬‬
‫‪An APPROVED MINISTRY of DEFENSE SUPPLIER‬‬
‫משרדים‪:‬‬
‫עתיר ידע ‪ ,21‬כפר‪-‬סבא ‪44643‬‬
‫דואר‪:‬‬
‫ת‪.‬ד‪ ,3008 .‬הוד‪-‬השרון‪45241,‬‬
‫‪Phone: +972-9 -7674431‬‬
‫‪Fax:‬‬
‫‪+972-9-7676898‬‬
‫‪web:‬‬
‫‪www.rbmltd.co.il‬‬
‫‪mail: [email protected]‬‬
‫‪Office:‬‬
‫‪st‬‬
‫‪21 , Atir-Yeda St. Kfar-Saba 44643, Israel‬‬
‫‪Mail:‬‬
‫‪P.O.Box 3008 Hod-Hasharon 45241, Israel‬‬
‫ו מ י כ ו ן‬
‫ב ק ר ה‬
‫‪R.B.M. Ltd. CONTROL & MECHANIZATION‬‬
‫סיפור של כשל ופתרונו‬
‫הלקוח הינו יצרן חלקים המשמשים בתעשית התעופה‪ .‬הוא מייצר חלקים עפ"י מפרטים ושרטוטים שהוא מקבל‬
‫מחברת האם‪ .‬היצרן רכש חומרי גלם ‪-‬סגסוגות טיטניום ‪ -‬מספקים שונים בארץ ובחו"ל‪ ,‬לפי מפרטים אשר‬
‫הוכתבו לו על‪-‬ידי חברת האם‪.‬‬
‫חומרי הגלם סופקו לו עם תעודות אנאליזה המעידות על הרכב החומרים‪ .‬כל חומר נצבע בצבע שונה‪ ,‬מוסכם‪,‬‬
‫על מנת לבצע זיהוי ומניעת ערבוב במחסן חומרי‪-‬גלם או במהלך תהליך היצור‪.‬‬
‫התהליך כולו התנהל כשורה במשך מספר שנים עד לאותו יום גורלי בו אובחן כשל מסיבה לא ידועה‪.‬‬
‫‪Ti‬‬
‫‪Fe, O, Hardness,‬‬
‫‪max max Rockwell C‬‬
‫‪N,‬‬
‫‪C, H,‬‬
‫‪max max max‬‬
‫‪Remainder‬‬
‫‪0.40 0.20 36‬‬
‫‪0.10 0.01‬‬
‫‪0.05‬‬
‫‪0.10 0.01‬‬
‫‪Ni‬‬
‫‪Zr‬‬
‫‪Pd/Fe/Cr Mo‬‬
‫‪Sn‬‬
‫‪V‬‬
‫‪Alloy Al‬‬
‫‪ASTM‬‬
‫‪5.5- 3.5‬‬‫‪Grade‬‬
‫‪6.75 4.5‬‬
‫‪5‬‬
‫‪Remainder‬‬
‫‪0.50 0.20‬‬
‫‪0.05‬‬
‫‪2.0‬‬‫‪3.0‬‬
‫‪ASTM‬‬
‫‪4.0‬‬‫‪Grade‬‬
‫‪6.0‬‬
‫‪6‬‬
‫‪Remainder‬‬
‫‪0.035 0.05 0.0125 0.25 0.12‬‬
‫‪2.00‬‬‫‪3.00‬‬
‫‪Ti 5‬‬‫‪4.50‬‬‫‪2.5‬‬
‫‪5.75‬‬
‫‪ELI‬‬
‫‪Remainder‬‬
‫‪0.08 0.0125 0.25 0.13 30‬‬
‫‪0.05‬‬
‫‪Remainder‬‬
‫‪0.15 36‬‬
‫‪0.08 0.015‬‬
‫‪0.05‬‬
‫‪Remainder‬‬
‫‪0.20 38‬‬
‫‪0.05 0.015‬‬
‫‪0.04‬‬
‫‪0.3‬‬
‫‪Ti 6-4 5.50- 3.5‬‬‫‪6.50 4.5‬‬
‫‪ELI‬‬
‫‪Ti 8-1- 7.35- 0.75‬‬‫‪8.35 1.25‬‬
‫‪1‬‬
‫‪0.75‬‬‫‪1.25‬‬
‫‪1.5‬‬‫‪2.5‬‬
‫‪Ti 6-6- 5.00- 5.0‬‬‫‪6.00 6.0‬‬
‫‪2‬‬
‫‪Fe 0.35‬‬‫‪1.00‬‬
‫‪Remainder‬‬
‫‪0.25 0.15‬‬
‫‪0.05 0.015‬‬
‫‪0.04‬‬
‫‪3.6‬‬‫‪4.4‬‬
‫‪1.8‬‬‫‪2.2‬‬
‫‪1.8‬‬‫‪2.2‬‬
‫‪Ti 6-2- 5.50‬‬‫‪6.50‬‬
‫‪4-2‬‬
‫‪Remainder‬‬
‫‪0.04 0.0125 0.15 0.15‬‬
‫‪0.04‬‬
‫‪3.6‬‬‫‪4.4‬‬
‫‪5.5‬‬‫‪6.5‬‬
‫‪1.75‬‬‫‪2.25‬‬
‫‪Ti 6-2- 5.50‬‬‫‪6.50‬‬
‫‪4-6‬‬
‫טבלה מס‪ :1 .‬רשימת הסגסוגות המשמשות את היצרן והרכבן הכימי‪.‬‬
‫תהליך היצור במפעל‪ :‬מחלקת תפ"י של המפעל הורתה לייצר ביום מסויים חלק מסויים מחומר ‪; Ti 6-4 ELI‬‬
‫הועברה פקודת עבודה למחלקת היצור למשוך ממחסן חומרי‪-‬גלם )להלן‪ :‬ח"ג( את ח"ג ‪ Ti 6-4 ELI‬עפ"י‬
‫מפרטי היצור‪ .‬מחסן ח"ג ניפק את החומר אשר המסומן כ‪. Ti 6-4 ELI -‬‬
‫החומר הועבר למחלקת הייצור אשר יצרה מהחומר המסומן ‪ Ti 6-4 ELI‬את החלקים שתבקשה ליצר‪.‬‬
‫לאחר סיום אצוות היצור הועברו שני חלקים מוגמרים למעבדה המטלורגית לביצוע בדיקות מטלורגיות אשר כללו‬
‫חתך מטלוגרפי ובדיקת קשיות החומר‪.‬‬
‫לאחר תום ביצוע הבדיקות המטלוגרפיות האצווה קבלה אישור איכות‪ .‬החלקים ה"מאושרים" הועברו למחלקת‬
‫האריזה ומשם למחסן תוצרת גמורה‪.‬‬
‫אלא שבאותו היום קיבל עובד המעבדה ערך‪-‬קשיות של ‪ 38‬בבדיקת רוקוול במקום קשיות של ‪ 30‬שהיה רגיל‬
‫לקבל בחומר זה‪.‬‬
‫כל האצווה שבייצור נפסלה ונלקחו דוגמאות נוספות לבדיקה מטלוגרפית‪ .‬גם בהן התקבלו תוצאות זהות‬
‫לבדיקות הקודמות‪ 38 :‬במקום ‪ 30‬בבדיקת רוקוול‪ .‬תוצאות הבדיקות הועברו מיד לכל גורמי הניהול והפיקוח‬
‫במפעל ‪.‬‬
‫‪An APPROVED MINISTRY of DEFENSE SUPPLIER‬‬
‫משרדים‪:‬‬
‫עתיר ידע ‪ ,21‬כפר‪-‬סבא ‪44643‬‬
‫דואר‪:‬‬
‫ת‪.‬ד‪ ,3008 .‬הוד‪-‬השרון‪45241,‬‬
‫‪Phone: +972-9 -7674431‬‬
‫‪Fax:‬‬
‫‪+972-9-7676898‬‬
‫‪web:‬‬
‫‪www.rbmltd.co.il‬‬
‫‪mail: [email protected]‬‬
‫‪Office:‬‬
‫‪st‬‬
‫‪21 , Atir-Yeda St. Kfar-Saba 44643, Israel‬‬
‫‪Mail:‬‬
‫‪P.O.Box 3008 Hod-Hasharon 45241, Israel‬‬
‫ו מ י כ ו ן‬
‫ב ק ר ה‬
‫‪R.B.M. Ltd. CONTROL & MECHANIZATION‬‬
‫התוצאות גרמו מבוכה גדולה היות ולא היה ידוע מה השתבש ביצור‪:‬‬
‫• האם משהו השתנה בתהליך הייצור?‬
‫• האם בקו‪-‬הייצור השתמשו בחומר הגלם הנכון לחלק הנדרש?‬
‫• האם חומר הגלם עורבב במחסן?‬
‫• האם חומרי הגלם שהתקבלו אכן מתאימים למפרט ההזמנה?‬
‫לאור רמת אי‪-‬וודאות גבוהה כל‪-‬כך וקיום שאלות שנשארו פתוחות‪ ,‬הוחלט במפעל על הפעולות הבאות‪:‬‬
‫‪ .1‬עצירת הייצור עד לסיום הברור‪.‬‬
‫‪ .2‬עצירת קבלת חומרי גלם למחסן ח"ג עד לסיום הברור‪.‬‬
‫‪ .3‬עצירת ניפוק ח"ג לייצור עד לסיום הברור‪.‬‬
‫‪ .4‬עצירת הוצאת תוצרת גמורה מהמפעל‪.‬‬
‫משמעות הצעדים של ההנהלה היתה למעשה השבתת המפעל כדי למנוע כשלים ו‪/‬או המשך היצור ו‪/‬או‬
‫אפשרות של זליגת תוצרת גמורה שגוייה ללקוחות המפעל‪.‬‬
‫בשלב זה‪ ,‬באמצעות מכשיר ‪ XRF‬נייד מדגם ‪ XL2 980 GOLDD‬מכשיר ‪ XRF‬נייד המצוייד בשפופרת‬
‫רנטגן בהספק ‪ 2‬וואט ובגלאי מסוג סיליקון דריפט המסוגל לגלות יסודות ממספר אטומי ‪ 12‬מגנזיום ועד למספר‬
‫אטומי ‪ 92‬אורניום שנתוני רמות הגילוי שלו )‪ (LOD‬מופיעים בטבלה מס‪ . 2.‬בצענו זיהוי מהיר של חומרי גלם‪,‬‬
‫חלקים גמורים וחומרים בתהליך היצור‪ .‬זמן ממוצע של כל מדידה היה כ‪ 10-‬שניות‪ .‬כל זאת ללא גרימת כל נזק‬
‫לחלקים‪ ,‬וללא השארת סימן כלשהו עליהם‪.‬‬
‫‪Ni‬‬
‫‪0.015%‬‬
‫‪Zr‬‬
‫‪0.005%‬‬
‫‪Mo‬‬
‫‪0.005%‬‬
‫‪Cr‬‬
‫‪0.05%‬‬
‫‪Fe‬‬
‫‪0.03%‬‬
‫‪Pd‬‬
‫‪0.0025%‬‬
‫‪Sn‬‬
‫‪0.006%‬‬
‫‪V‬‬
‫‪0.13%‬‬
‫‪Al‬‬
‫‪0.4%‬‬
‫טבלה מס‪: 2 .‬‬
‫רמות גילוי מינימאליות )‪ (LOD‬בסגסוגות טיטניום של מכשיר ‪ XRF‬דגם ‪XL2 980 GOLDD‬‬
‫הבעיה שאותרה לבסוף‪ :‬ספק חומרי הגלם סיפק סגסוגות טיטניום שניקנו במזרח אירופה ויוצרו לפי ‪grade‬‬
‫רוסי‪ ,‬ששונה מסגסוגות טיטניום המיוצרות לפי תקן אמריקאי‪.‬‬
‫לאחר הצלחת הזיהוי נקבע שבדיקת ‪ XRF‬תהיה במפעל זה חלק מתהליך היצור החל משלב קבלת‬
‫החומר‪ ,‬ניפוקו ובדיקת פריטים מוגמרים‪.‬‬
‫‪.‬‬
‫‪An APPROVED MINISTRY of DEFENSE SUPPLIER‬‬
‫משרדים‪:‬‬
‫עתיר ידע ‪ ,21‬כפר‪-‬סבא ‪44643‬‬
‫דואר‪:‬‬
‫ת‪.‬ד‪ ,3008 .‬הוד‪-‬השרון‪45241,‬‬
‫‪Phone: +972-9 -7674431‬‬
‫‪Fax:‬‬
‫‪+972-9-7676898‬‬
‫‪web:‬‬
‫‪www.rbmltd.co.il‬‬
‫‪mail: [email protected]‬‬
‫‪Office:‬‬
‫‪st‬‬
‫‪21 , Atir-Yeda St. Kfar-Saba 44643, Israel‬‬
‫‪Mail:‬‬
‫‪P.O.Box 3008 Hod-Hasharon 45241, Israel‬‬