অংশ ব্যর্থতা সমাধান: একটি আবদ্ধ উপাদানের ব্যর্থতা বিশ্লেষণের কেস স্টাডি

সংক্ষেপে

উৎপাদিত উপাদান নিয়ে অংশগুলির ব্যর্থতা সমাধানের জন্য কেস স্টাডি কারণগুলি খুঁজে বার করতে কঠোর প্রযুক্তিগত তদন্তের উপর নির্ভর করে। বিস্তারিত ধাতুবিদ্যার বিশ্লেষণ, যান্ত্রিক পরীক্ষা এবং উন্নত অনুকলনের মাধ্যমে প্রকৌশলীরা উপাদানের ত্রুটি, প্রক্রিয়াকরণের ভুল বা ডিজাইনের ত্রুটির মতো সমস্যাগুলি চিহ্নিত করতে পারেন। সমাধানের ক্ষেত্রে প্রায়শই উপাদানের টেকসইতা বাড়ানোর জন্য তাপ চিকিত্সার পদ্ধতি অনুকূলিত করা, উপাদানের রাসায়নিক গঠন সামঞ্জস্য করা বা উৎপাদন প্রক্রিয়াটি নিখুঁত করা জড়িত থাকে এবং ভবিষ্যতে ব্যর্থতা রোধ করা হয়।

সমস্যা: উৎপাদনে অংশের ব্যর্থতা বোঝার জন্য একটি কাঠামো

শিল্প উত্পাদনের উচ্চ-ঝুঁকিপূর্ণ জগতে, একটি আবদ্ধ উপাদানের ব্যর্থতা দীর্ঘস্থায়ী বন্ধের, নিরাপত্তা ঝুঁকি এবং গুরুতর আর্থিক ক্ষতির দিকে নিয়ে যেতে পারে। এই ব্যর্থতার প্রকৃতি বোঝাটাই সমাধানের প্রথম পদক্ষেপ। আবদ্ধ অংশগুলিতে ব্যর্থতা সাধারণত যে ত্রুটিগুলি তা ঘটায় তার ধরন অনুযায়ী শ্রেণীবদ্ধ করা হয়। এই ত্রুটিগুলি ম্যাক্রোস্কোপিক হতে পারে, যেমন দৃশ্যমান ফাটল বা বিকৃতি, অথবা সূক্ষ্ম, উপাদানের গ্রেন কাঠামোর ভিতরে গভীরে লুকানো। উদাহরণস্বরূপ, আবদ্ধ ডাইগুলির আগাগোড়া ব্যর্থতা ত্রুটিপূর্ণ অংশ তৈরি করে এবং উৎপাদন বন্ধ করে দিয়ে শিল্পের কোটি কোটি টাকা ক্ষতি করে।

গঠিত উপাদানগুলিতে পর্যবেক্ষণ করা সাধারণ ত্রুটিগুলিকে কয়েকটি প্রধান শ্রেণিতে ভাগ করা যেতে পারে। পৃষ্ঠের ত্রুটিগুলি প্রায়শই সবচেয়ে স্পষ্ট হয় এবং ল্যাপ বা ভাঁজগুলির মতো সমস্যা অন্তর্ভুক্ত করে, যেখানে উপকরণ ওভারল্যাপ হয় কিন্তু ফিউজ হয় না, একটি দুর্বল বিন্দু তৈরি করে। আটকে থাকা গ্যাস বা অননুপযুক্ত উপকরণ প্রবাহের ফলে ফাটল এবং বুদবুদগুলি ঘটে, যা প্রায়শই দায়ী হয়। গঠিত অ্যালুমিনিয়াম উপাদান সম্পর্কিত একটি ক্ষেত্রে তার ত্রুটিগুলি কীভাবে একটি অংশের অখণ্ডতা ক্ষতিগ্রস্ত করতে পারে তা তুলে ধরেছিল। আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ সমস্যা হল আন্ডারফিল, যেখানে গঠন উপকরণ ডাই খাঁচাটি সম্পূর্ণরূপে পূরণ করে না, ফলস্বরূপ একটি অসম্পূর্ণ বা মাত্রায় অসঠিক অংশ তৈরি হয়।

পৃষ্ঠের সমস্যার পাশাপাশি, অভ্যন্তরীণ ত্রুটিগুলি আরও গুরুতর হুমকি হিসাবে দেখা দেয়। এর মধ্যে রয়েছে অভ্যন্তরীণ ফাঁক বা ঘনীভবনের সমস্যা থেকে উৎপন্ন ছিদ্রযুক্ততা এবং অ-ধাতব অন্তর্ভুক্তি যেমন অক্সাইড বা সালফাইড, যা চাপ কেন্দ্রবিন্দু হিসাবে কাজ করে। উপাদানের নিজস্ব ক্ষুদ্রস্তর গঠন একটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয়; অনুচক্রের অনুপযুক্ত আকার বা ভঙ্গুর ধাপগুলির উপস্থিতি উপাদানের স্থিতিস্থাপকতা এবং ক্লান্তি আয়ু মারাত্মকভাবে কমিয়ে দিতে পারে। H13 টুল স্টিল সম্পর্কিত একটি গবেষণায় বিস্তারিতভাবে উল্লেখ করা হয়েছে যে, ইস্পাতের ম্যাট্রিক্সের মধ্যে কার্বাইড অধঃক্ষেপের আকার এবং বন্টনও এর ফাটল সহনশীলতা এবং ব্যর্থতা প্রতিরোধে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।

পদ্ধতি: ব্যর্থতা বিশ্লেষণ ও তদন্তের প্রক্রিয়া

একটি সফল ব্যর্থতা তদন্ত হল একটি ক্রমবিন্যাসকৃত, বহু-শাখার প্রক্রিয়া যা পর্যবেক্ষণের সঙ্গে উন্নত বিশ্লেষণমূলক কৌশলগুলির সমন্বয় ঘটায়। এর লক্ষ্য হল ফাটল বা ভাঙনের মতো লক্ষণ চিহ্নিত করার পরিবর্তে মৌলিক মূল কারণটি উন্মোচন করা। এই প্রক্রিয়াটি সাধারণত ব্যর্থ উপাদানটির একটি গভীর দৃশ্যমান পরীক্ষা এবং অপারেশনাল লোড, তাপমাত্রা এবং উৎপাদন তথ্যসহ সমস্ত প্রাসঙ্গিক সেবা ইতিহাস সংগ্রহ করে শুরু হয়। ব্যর্থতার মোড সম্পর্কে একটি অনুমান গঠন করতে এই প্রাথমিক মূল্যায়ন সাহায্য করে।

প্রাথমিক মূল্যায়নের পরে, অ-বিনষ্টকারী এবং বিনষ্টকারী পরীক্ষার একটি সিরিজ ব্যবহার করা হয়। নির্ভুল জ্যামিতিক বিশ্লেষণের জন্য 3D অপটিক্যাল স্ক্যানিং-এর মতো আধুনিক কৌশলগুলি ক্রমাগতভাবে ব্যবহৃত হয়, যা প্রকৌশলীদের ব্যর্থ অংশটি এর মূল CAD মডেলের সাথে তুলনা করে বিকৃতি বা ক্ষয় চিহ্নিত করতে সাহায্য করে। এটি মাত্রার অসঠিকতা বা অপ্রত্যাশিত উপাদানের ক্ষয় বা বৃদ্ধির অঞ্চলগুলি উন্মোচন করতে পারে। উন্নত ফাইনিট এলিমেন্ট মডেলিং (FEM) এছাড়াও একটি শক্তিশালী সরঞ্জাম, যা ফোরজিং প্রক্রিয়ার ভার্চুয়াল সিমুলেশন সম্পাদন করে উচ্চ চাপের অঞ্চলগুলি চিহ্নিত করতে এবং অ-পূর্ণতা, ভাঁজ বা আটকে যাওয়া বায়ু পকেটের মতো ত্রুটিগুলি ধ্বংসাত্মক পরীক্ষা ছাড়াই ভবিষ্যদ্বাণী করতে সক্ষম করে।

গবেষণার মূল বিষয় প্রায়ই ধাতুবিদ্যা বিশ্লেষণ। ব্যর্থ উপাদান থেকে নমুনাগুলি বিচ্ছিন্ন করা হয়, বিশেষ করে ভাঙ্গা উৎপত্তিস্থলের কাছে, এবং মাইক্রোস্কোপিক পরীক্ষার জন্য প্রস্তুত করা হয়। স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপির (এসইএম) মতো কৌশলগুলি ভাঙ্গনের পৃষ্ঠটি বিশ্লেষণ করতে ব্যবহৃত হয় (ফ্র্যাক্টোগ্রাফি), যা ব্যর্থতার প্রক্রিয়াটির স্পষ্ট লক্ষণগুলি প্রকাশ করে, যেমন ক্লান্তি স্ট্রিপশন, ভঙ্গুর বিভাজন দিকগুলি বা নমনীয় ডিম্প রাসায়নিক বিশ্লেষণ নিশ্চিত করে যে উপাদানটির রচনা নির্দিষ্টকরণের সাথে মিলিত হয়, যখন মাইক্রো-কঠোরতা পরীক্ষা পৃষ্ঠের ডিকার্বুরাইজেশন বা অনুপযুক্ত তাপ চিকিত্সা সনাক্ত করতে পারে। যেমনটি H13 কাঠামোর বিশ্লেষণে দেখানো হয়েছে, ব্যর্থ অংশগুলির মাইক্রোস্ট্রাকচার এবং কঠোরতা ব্যর্থ অংশগুলির সাথে তুলনা করে গুরুত্বপূর্ণ সূত্র সরবরাহ করে। অবশেষে, যান্ত্রিক পরীক্ষা, যেমন ভাঙ্গন দৃঢ়তা পরীক্ষা, ফাটল ছড়িয়ে পড়ার প্রতিরোধের জন্য উপাদানটির ক্ষমতা পরিমাণগতভাবে, সরাসরি উপাদান বৈশিষ্ট্যগুলির সাথে পারফরম্যান্সের সাথে লিঙ্ক করে।

কেস স্টাডি গভীর ডুবঃ ফাটল অটোমোটিভ উপাদান থেকে সমাধান

অটোমোটিভ উপাদানের একটি সরবরাহকারীর কাছ থেকে অংশগুলির ব্যর্থতা সমাধানের একটি গুরুত্বপূর্ণ উদাহরণ আসে, যারা পরিবর্তনশীল ভাল্ভ টাইমিং (VVT) প্লেটগুলিতে ক্রমাগত ফাটলের সমস্যার সম্মুখীন হচ্ছিল। AISI 1045 কার্বন স্টিল দিয়ে তৈরি এই অংশগুলি তৃতীয় পক্ষের কাছে তাপ চিকিত্সা (হিট ট্রিটমেন্ট) পাঠানোর পরে প্রায়শই ফাটল ধরে ফেরত পাঠানো হত। এই সমস্যার কারণে কোম্পানিটিকে চুক্তিবদ্ধ দায়িত্ব পূরণের জন্য অতিরিক্ত উৎপাদন করতে হত এবং 100% পরিদর্শনের জন্য উল্লেখযোগ্য সম্পদ ব্যয় করতে হত, যার ফলে উপকরণ নষ্ট হত এবং খরচ বেড়ে যেত। পুনরাবৃত্তিমূলক সমস্যাটি নির্ণয় এবং সমাধানের জন্য সরবরাহকারী ধাতুবিদ্যার বিশেষজ্ঞদের কাছে ঘুরে দাঁড়ায়।

ব্যর্থ অংশগুলির ফরেনসিক বিশ্লেষণের মাধ্যমে তদন্ত শুরু হয়। ধাতুবিদগণ লক্ষ্য করেন যে উপাদানগুলি অত্যধিক ভঙ্গুর ছিল। সূক্ষ্ম গঠনের একটি ঘনিষ্ঠ পর্যবেক্ষণে দেখা যায় যে অংশগুলি কার্বন-নাইট্রাইড প্রক্রিয়ায় পৃষ্ঠতল কঠিনকরণ করা হয়েছিল। সরবরাহ শৃঙ্খলের ঊর্ধ্বমুখী আরও তদন্তে একটি গুরুত্বপূর্ণ তথ্য উন্মোচিত হয়: কাঁচা ইস্পাত কুণ্ডলীগুলি নাইট্রোজেন-সমৃদ্ধ পরিবেশে অ্যানিল করা হচ্ছিল। যদিও ইস্পাতকে ফাইন ব্ল্যাঙ্কিংয়ের জন্য প্রস্তুত করার জন্য অ্যানিলিং প্রয়োজন ছিল, কিন্তু 1045 ইস্পাতে শস্য রিফাইনার হিসাবে ব্যবহৃত অ্যালুমিনিয়াম এবং অ্যানিলিং বায়ুমণ্ডল থেকে নাইট্রোজেনের সংমিশ্রণটি সমস্যামূলক ছিল। এই সংমিশ্রণের ফলে অংশের পৃষ্ঠে অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড গঠিত হয়।

অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইডের সৃষ্টির ফলে পৃষ্ঠের একটি অত্যন্ত সূক্ষ্ম শস্য গঠন তৈরি হয়েছিল, যা পরবর্তী তাপ চিকিত্সার সময় ইস্পাতের কঠিন হওয়ার ক্ষমতাকে বাধা দিয়েছিল। মূল তাপ চিকিত্সাকারী সম্ভবত আরও তীব্র কার্বন-নাইট্রোজেনযুক্ত প্রক্রিয়া ব্যবহার করে এই সমস্যা সমাধানের চেষ্টা করেছিলেন, কিন্তু এর ফলে কেবল পৃষ্ঠের স্তরটি ভঙ্গুর হয়ে উঠেছিল, আশানুরূপ কোর কঠোরতা অর্জন করা যায়নি। মূল কারণ ছিল উৎপাদন শৃঙ্খলের বিভিন্ন পর্যায়ে ব্যবহৃত উপকরণের রাসায়নিক গঠন এবং প্রক্রিয়াকরণ পদ্ধতির মধ্যে মৌলিক অসামঞ্জস্যতা।

মূল কারণ চিহ্নিত করার পর, সমাধানটি ছিল নির্মল এবং কার্যকর। ইস্পাত কারখানায় অ্যানিলিং পরিবেশ পরিবর্তন করা যেহেতু সম্ভব ছিল না, দলটি উপাদানটির নিজেই একটি পরিবর্তন প্রস্তাব করেছিল। তারা 1045 ইস্পাতে ক্রোমিয়ামের একটি ছোট পরিমাণ যোগ করার সুপারিশ করেছিল। ক্রোমিয়াম একটি শক্তিশালী খাদ উপাদান যা ইস্পাতের শক্তকরণ ক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করে। এই যোগফলটি অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইডের কারণে ঘটা সূক্ষ্ম শস্য আকারকে কাজে লাগিয়ে, VVT প্লেটগুলিকে ভঙ্গুর না হয়ে একটি আদর্শ শক্তকরণ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে সম্পূর্ণ ও সমান শক্ততা অর্জন করতে সক্ষম করে। এই সমাধানটি অত্যন্ত সফল প্রমাণিত হয়, ফাটলের সমস্যাটি সম্পূর্ণরূপে দূর করে। এই ক্ষেত্রটি উৎপাদন প্রক্রিয়ার একটি সমগ্র দৃষ্টিভঙ্গির গুরুত্বকে তুলে ধরে এবং কীভাবে একটি বিশেষায়িত সরবরাহকারীর সাথে অংশীদারিত্ব এমন সমস্যা প্রতিরোধ করতে পারে তা উজ্জ্বল করে তোলে। উদাহরণস্বরূপ, উচ্চ-মানের অটোমোটিভ উপাদানগুলির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করা কোম্পানিগুলি, যেমন শাওয়ি মেটাল টেকনোলজির কাস্টম ফোরজিং পরিষেবা , প্রায়শই উল্লম্বভাবে একীভূত প্রক্রিয়া এবং শুরু থেকে শেষ পর্যন্ত উপাদান ও প্রক্রিয়ার অখণ্ডতা নিশ্চিত করার জন্য IATF16949 সার্টিফিকেশন বজায় রাখে।

মূল কারণ বিশ্লেষণ: ঘষা উপাদানের ব্যর্থতার ক্ষেত্রে সাধারণ দায়ী কারণগুলি

ঘষা উপাদানের ব্যর্থতা প্রায়সই তিনটি প্রধান ক্ষেত্রের মধ্যে একটির সাথে যুক্ত থাকে: উপাদানের ত্রুটি, প্রক্রিয়াজনিত ত্রুটি, বা ডিজাইন এবং সেবা শর্তাবলী সংক্রান্ত সমস্যা। একটি গভীর মূল কারণ বিশ্লেষণের জন্য এই সম্ভাব্য কারণগুলির প্রতিটি পরীক্ষা করা প্রয়োজন। কার্যকর এবং স্থায়ী সংশোধনমূলক পদক্ষেপ গ্রহণের জন্য নির্দিষ্ট কারণটি চিহ্নিত করা অপরিহার্য।

উপাদানের ত্রুটি উৎপাদনের জন্য ব্যবহৃত কাঁচা মজুদের সঙ্গে এগুলি অন্তর্নিহিত। এর মধ্যে রয়েছে ভুল রাসায়নিক গঠন, যেখানে খাদ উপাদানগুলি নির্দিষ্ট পরিসরের বাইরে থাকে, অথবা সালফার এবং ফসফরাসের মতো অতিরিক্ত অশুদ্ধির উপস্থিতি, যা ভঙ্গুরতা ঘটাতে পারে। অ-ধাতব অন্তর্ভুক্তি, যেমন অক্সাইড এবং সিলিকেট, আরেকটি প্রধান উদ্বেগ। এই ক্ষুদ্র কণাগুলি ফাটলের শুরুর স্থান হিসাবে কাজ করতে পারে, যা উপাদানটির দৃঢ়তা এবং ক্লান্তি আয়ুষ্মানতা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে। H13 ডাইগুলির বিশ্লেষণে উল্লিখিত হিসাবে ইস্পাতের পরিষ্কারতা উপাদানটির দৃঢ়তা এবং সমদৈর্ঘ্যের উপর সরাসরি প্রভাব ফেলে।

প্রক্রিয়া-জনিত ত্রুটি উৎপাদনের পর্যায়গুলিতে ভেতরে ঢুকে পড়ে, যার মধ্যে রয়েছে আকৃতি প্রদান (ফোরজিং) এবং পরবর্তী তাপ চিকিত্সা। আকৃতি প্রদানের সময়, উপাদানের অনিয়ন্ত্রিত প্রবাহ ল্যাপ এবং ভাঁজের মতো ত্রুটি তৈরি করতে পারে। ভুল আকৃতি প্রদান তাপমাত্রা খুব গরম হলে গরম ছিড়ে যাওয়া বা খুব ঠাণ্ডা হলে পৃষ্ঠে ফাটল তৈরি করতে পারে। তাপ চিকিত্সা এমন একটি গুরুত্বপূর্ণ পর্যায় যেখানে ভুলগুলি ধ্বংসাত্মক হতে পারে। অনুপযুক্ত শীতলকরণ হারের কারণে বিকৃতি বা শীতলকরণ ফাটল হতে পারে, আবার ভুল টেম্পারিং তাপমাত্রার ফলে ভঙ্গুর সূক্ষ্ম-গঠন তৈরি হতে পারে। যেমন H13 ডাই-এর ক্ষেত্র অধ্যয়নে দেখা গেছে, টেম্পার্ড মার্টেনসাইট ভঙ্গুরতা পরিসর এড়ানোর জন্য কিছুটা বেশি তাপমাত্রায় টেম্পারিং করার ফলে ভাঙনের সহনশীলতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত হয়েছিল।

নকশা এবং সেবা শর্তাবলী অংশটির আকৃতি এবং এটি কীভাবে ব্যবহৃত হয় তার সাথে এটি সম্পর্কিত। ধারালো কোণ, অপর্যাপ্ত ফিলেট ব্যাসার্ধ বা বিভাগের ঘনত্বে হঠাৎ পরিবর্তনের মতো নকশার ত্রুটিগুলি চাপ কেন্দ্রীভবন তৈরি করে যা ক্লান্তি ফাটলের জন্য প্রাকৃতিক শুরুর বিন্দু হিসাবে কাজ করে। তদুপরি, প্রকৃত সেবা শর্তাবলী ডিজাইনের ধারণার চেয়ে বেশি হতে পারে। ওভারলোডিং, উচ্চ-প্রভাব ঘটনা বা ক্ষয়কারী পরিবেশের সংস্পর্শে আসা সবই আগাগোড়া ব্যর্থতার দিকে নিয়ে যেতে পারে। চক্রাকার তাপ এবং শীতলতার কারণে তাপীয় ক্লান্তি, উচ্চ তাপমাত্রার অ্যাপ্লিকেশনে ব্যবহৃত আঘাত ঢালাই ডাই এবং অন্যান্য উপাদানগুলির জন্য একটি সাধারণ ব্যর্থতার মোড।

একটি স্পষ্ট রেফারেন্স প্রদান করার জন্য, নিচের টেবিলটি এই সাধারণ ব্যর্থতার কারণগুলি সংক্ষেপে দেখায়:

প্রায়শই জিজ্ঞাসিত প্রশ্নাবলী