Dalam bidang transportasi fluida, pompa multi-tahap banyak digunakan dalam skenario industri utama seperti petrokimia, konservasi air, ketenagalistrikan, dan pertambangan karena keunggulan utamanya, yaitu head tinggi dan laju alir yang tinggi. Sebagai komponen inti penahan tekanan dan pembawa aliran fluida pada pompa multi-tahap, integritas struktural, akurasi dimensi, dan kinerja material bodi pompa secara langsung menentukan efisiensi operasional, keandalan, dan masa pakai perangkat pompa. Proses pengecoran, sebagai jalur teknis utama untuk pembuatan bodi pompa, memerlukan kontrol yang presisi atas keseluruhan proses, termasuk pemilihan material, desain cetakan, peleburan dan pengecoran, perlakuan panas, dan inspeksi lanjutan, untuk memenuhi persyaratan ketat pompa multi-tahap dalam kondisi kerja yang kompleks.
I. Pemilihan Material untuk Pengecoran Badan Pompa Multistage Pumps: Premis Inti Memenuhi Persyaratan Kondisi Kerja
Lingkungan kerja badan pompa multitahap sering kali disertai dengan erosi fluida bertekanan tinggi dan berkecepatan tinggi, korosi sedang (seperti larutan asam dan alkali, fluida yang mengandung partikel padat), dan perubahan suhu berkala. Oleh karena itu, pemilihan material harus mempertimbangkan tiga indikator utama: sifat mekanis, ketahanan korosi, dan adaptabilitas proses, untuk menghindari kerusakan seperti retak, keausan, atau kebocoran badan pompa akibat pemilihan material yang tidak tepat.
Dari perspektif praktik aplikasi industri, besi cor kelabu paling banyak digunakan dalam pompa multi-tahap untuk mengalirkan air bersih dan media bersuhu rendah dan bertekanan rendah karena kinerja pengecorannya yang sangat baik, penyerapan guncangan, dan keunggulan biaya. Di antara keduanya, HT250 dan HT300, dengan kekuatan tarik masing-masing hingga 250MPa dan 300MPa, dapat memenuhi kebutuhan sebagian besar skenario industri sipil dan ringan. Namun, untuk pompa multi-tahap kelas industri yang mengalirkan media bersuhu tinggi (di atas 200℃) dan bertekanan tinggi (di atas 10MPa) seperti kondensat uap dan minyak panas, besi ulet menjadi pilihan yang lebih baik. QT450-10 dan QT500-7 tidak hanya memiliki kekuatan yang mendekati baja, tetapi struktur grafit bulatnya juga secara signifikan meningkatkan ketangguhan dan ketahanan lelah material, secara efektif menahan beban periodik yang disebabkan oleh pulsasi fluida.
Dalam kondisi kerja yang korosif, penggunaan material paduan khusus menjadi krusial. Baja tahan karat 304 dan 316L dapat mencapai ketahanan korosi yang sangat baik berkat lapisan pasif yang dibentuk oleh unsur kromium dan nikel saat mengangkut media korosif kuat yang mengandung ion klorida, sulfida, dan sebagainya. Di antara keduanya, baja tahan karat 316L, dengan penambahan molibdenum, memiliki ketahanan yang jauh lebih baik terhadap korosi pitting dan celah dibandingkan 304, sehingga cocok untuk aplikasi di industri kimia, desalinasi air laut, dan sebagainya. Dalam lingkungan asam dan alkali berkonsentrasi tinggi, baja tahan karat dupleks (seperti 2205) dengan struktur dua fasa ferit dan austenit, menggabungkan kekuatan tinggi dan ketahanan korosi, serta dapat memenuhi persyaratan operasi stabil jangka panjang badan pompa dalam kondisi ekstrem.
II. Desain Cetakan Pengecoran: Langkah Fundamental untuk Memastikan Akurasi Struktur Badan Pompa
Struktur pompa multitahap sangat kompleks, dengan beberapa saluran aliran yang terhubung seri, rongga impeller, dan permukaan penyegel di dalamnya. Saluran aliran pada berbagai tahap perlu menjaga koaksialitas dan tegak lurus; jika tidak, hal ini akan menyebabkan pusaran di badan pompa, meningkatkan kerugian hidraulik, dan bahkan menyebabkan getaran badan pompa. Oleh karena itu, desain cetakan pengecoran harus bertujuan untuk mereplikasi struktur dan mengoptimalkan proses pengisian secara tepat, serta berfokus pada pemecahan kesulitan teknis berikut.
Dalam hal desain struktur cetakan, langkah pertama adalah merencanakan permukaan pemisah berdasarkan model tiga dimensi badan pompa, memastikan bahwa permukaan pemisah menghindari area presisi kritis seperti permukaan penyegelan dan permukaan sambungan flensa, sehingga meminimalkan dampak pelepasan flash pada akurasi dimensi. Untuk saluran aliran internal badan pompa yang kompleks, proses kombinasi inti pasir harus diadopsi. Saluran aliran keseluruhan dibagi menjadi beberapa inti pasir yang dapat diproduksi secara terpisah (seperti inti pasir saluran aliran tahap pertama dan inti pasir saluran aliran tahap kedua), dan pin pemosisian serta slot pemosisian dipasang pada inti pasir untuk memastikan bahwa kesalahan koaksialitas saluran aliran setelah perakitan dikontrol dalam 0,1 mm/m. Pada saat yang sama, cetakan harus dirancang secara wajar dengan sistem gating dan riser: lokasi gating harus menghindari area konsentrasi tegangan badan pompa (seperti akar flensa), dan gating bawah atau gating bertingkat harus digunakan untuk memastikan bahwa logam cair mengisi cetakan dengan lancar, menghindari benturan pada cetakan pasir yang dapat menyebabkan inklusi pasir dan cacat lubang pasir. Riser harus ditempatkan pada bagian paling tebal dari dinding badan pompa (seperti flens badan pompa dan persimpangan saluran aliran) untuk menghilangkan rongga penyusutan dan porositas di dalam pengecoran melalui pengumpanan, memastikan kepadatan bagian penting dari badan pompa.
Dalam hal pemilihan material cetakan dan kontrol akurasi pemrosesan, badan cetakan (seperti kotak pasir dan pelat dasar cetakan) biasanya dibuat dengan mengelas pelat baja Q235, dan kerataannya harus dikontrol secara presisi dalam rentang 0,05 mm/m melalui pemrosesan mesin penggilingan. Untuk produksi inti pasir, proses yang tepat harus dipilih berdasarkan kebutuhan batch. Untuk produksi batch kecil, pembuatan inti pasir resin manual dapat diadopsi, sementara untuk produksi batch besar, proses pembuatan inti kotak inti panas dan kotak inti dingin lebih disukai. Toleransi ukuran inti pasir harus dijaga dalam rentang ±0,1 mm dengan menggunakan peralatan otomatis. Selain itu, saluran pembuangan harus dipasang di dalam cetakan untuk segera mengeluarkan gas dari rongga selama proses pengisian logam, mencegah terperangkapnya gas dan pembentukan cacat porositas. Umumnya, satu lubang pembuangan dengan diameter 2-3 mm harus disediakan untuk setiap 100 cm² permukaan cetakan pasir, dan lubang pembuangan harus memanjang hingga ke permukaan cetakan pasir untuk memastikan pengeluaran gas yang lancar.
III. Proses Peleburan dan Penuangan: Tahapan Krusial yang Menentukan Kualitas Intrinsik Badan Pompa
Kualitas logam cair selama peleburan secara langsung memengaruhi komposisi kimia, kemurnian, dan sifat mekanis coran, sementara proses penuangan menentukan apakah logam cair dapat mengisi rongga cetakan sepenuhnya. Bersama-sama, keduanya membentuk lapisan pelindung kualitas internal pada badan pompa multi-tahap pengecoran.
Pada tahap peleburan, perlu diformulasikan parameter proses peleburan yang berbeda berdasarkan jenis material. Untuk material baja cor, tungku induksi frekuensi menengah biasanya digunakan untuk peleburan, dan suhu peleburan harus dikontrol dalam kisaran 1600-1660℃. Sementara itu, unsur paduan seperti ferosilikon dan ferromangan ditambahkan untuk menyesuaikan komposisi kimia guna mencegah peningkatan kerapuhan atau penurunan kekuatan coran akibat fluktuasi komposisi. Selama proses peleburan, diperlukan juga perlakuan penghilangan terak dan degassing. Dengan menambahkan agen slagging, inklusi dalam logam cair dapat diserap.
Inti dari proses pengecoran terletak pada pengendalian suhu dan kecepatan pengecoran untuk memastikan pengisian logam cair yang lancar. Karena titik leleh baja tahan karat yang tinggi, suhu pengecoran perlu dinaikkan menjadi 1550-1600℃. Kecepatan pengecoran harus disesuaikan secara dinamis sesuai dengan ketebalan dinding badan pompa. Untuk area berdinding tipis dengan ketebalan 5-10 mm, kecepatan pengecoran yang lebih cepat (15-20 kg/detik) harus diterapkan untuk mencegah pemadatan dini logam cair selama proses pengisian. Untuk area berdinding tebal dengan ketebalan lebih dari 30 mm, kecepatan harus dikurangi secara tepat (5-10 kg/detik) untuk meminimalkan terperangkapnya gas. Selain itu, selama proses pengecoran, level cairan logam cair harus dijaga agar terus meningkat untuk menghindari gangguan aliran, memastikan bahwa semua bagian rongga cetakan terisi penuh.
IV. Proses Perlakuan Panas: Sarana yang Diperlukan untuk Mengoptimalkan Kinerja Mekanik Pompa
Setelah pengecoran, badan pompa multitahap sering mengalami masalah seperti konsentrasi tegangan internal dan struktur yang tidak rata. Jika tidak dilakukan perlakuan panas, hal ini tidak hanya akan memengaruhi sifat mekanis badan pompa, tetapi juga dapat menyebabkan deformasi atau retak akibat pelepasan tegangan selama pemrosesan atau penggunaan selanjutnya. Oleh karena itu, proses perlakuan panas yang ilmiah harus diformulasikan berdasarkan jenis material dan persyaratan kinerja untuk mencapai tujuan menghilangkan tegangan internal, mengoptimalkan struktur mikro, dan meningkatkan sifat mekanis.
Perlakuan panas pada badan pompa baja tahan karat harus berfokus pada keseimbangan antara ketahanan korosi dan sifat mekanis. Untuk baja tahan karat austenitik seperti 304 dan 316L, perlakuan larutan merupakan proses inti - memanaskan coran hingga 1050-1100℃, menahannya selama 1-2 jam, dan kemudian pendinginan cepat dalam air dapat memastikan karbon larut sepenuhnya dalam matriks austenitik, mencegah presipitasi karbida pada batas butir dan dengan demikian mempertahankan ketahanan korosi material. Untuk baja tahan karat dupleks 2205, diperlukan proses "solution + penuaan". Perlakuan larutan dapat menghasilkan struktur dupleks yang seragam, dan perlakuan penuaan (menahan pada suhu 450-550℃ selama 2-3 jam) dapat lebih meningkatkan kekuatan dengan mengendapkan senyawa intermetalik, sehingga memenuhi persyaratan kondisi kerja bertekanan tinggi.
V. Inspeksi Kualitas dan Perbaikan Cacat: Garis Pertahanan Terakhir untuk Memastikan Badan Pompa Memenuhi Standar Sebelum Meninggalkan Pabrik
Sebagai komponen penahan tekanan, badan pompa pada pompa multitahap dapat menyebabkan kebocoran media selama pengoperasian dan bahkan menyebabkan kecelakaan keselamatan akibat cacat kualitas seperti retak, pori-pori, dan rongga susut. Oleh karena itu, sistem inspeksi kualitas yang komprehensif perlu dibangun untuk melakukan pemeriksaan menyeluruh terhadap tampilan, dimensi, dan kualitas internal badan pompa, serta melakukan perbaikan standar untuk cacat yang terdeteksi.
Inspeksi penampilan dan dimensi merupakan langkah fundamental dalam pengendalian mutu. Untuk inspeksi penampilan, inspeksi visual yang dikombinasikan dengan uji penetrasi (PT) harus diterapkan, dengan fokus pada pemeriksaan retakan, lubang pasir, inklusi terak, dan cacat lainnya pada permukaan badan pompa. Uji penetrasi dapat mendeteksi cacat bukaan permukaan, dengan sensitivitas hingga 0,1 mm. Untuk inspeksi dimensi, instrumen ukur tiga koordinat harus digunakan untuk mengukur dimensi-dimensi penting seperti diameter flensa, koaksialitas saluran aliran, dan kerataan permukaan penyegelan badan pompa, untuk memastikan toleransi dimensi memenuhi persyaratan desain.
Inspeksi kualitas internal merupakan inti untuk memastikan stabilitas jangka panjang pengoperasian badan pompa. Pengujian ultrasonik (UT) dapat digunakan untuk mendeteksi cacat volume seperti rongga susut dan porositas di dalam badan pompa, yang mampu mengidentifikasi cacat internal dengan kedalaman ≥ 2 mm, dan jangkauan deteksinya dapat mencakup seluruh arah ketebalan badan pompa. Untuk area kritis (seperti pangkal flens dan perpotongan saluran aliran), pengujian radiografi (RT) juga diperlukan. Dengan menembus coran dengan radiasi dan membentuk gambar, alat ini dapat mengidentifikasi cacat linier seperti retakan dan inklusi internal secara akurat, memastikan bahwa kerapatan internal badan pompa memenuhi persyaratan standar.
Untuk cacat kecil yang ditemukan selama inspeksi (seperti pori-pori dengan diameter ≤ 2mm dan retakan mikro dengan panjang ≤ 5mm), proses perbaikan pengelasan titik dapat diadopsi, tetapi proses perbaikan harus dikontrol secara ketat: sebelum pengelasan titik, area yang rusak harus digiling dan dibersihkan untuk memperlihatkan warna logam asli; bahan las harus memiliki komposisi yang sama dengan bahan badan pompa (misalnya, badan pompa baja tahan karat harus menggunakan elektroda baja tahan karat dari bahan yang sama); setelah pengelasan titik, perlakuan panas lokal harus dilakukan untuk menghilangkan tekanan pengelasan titik, dan inspeksi ulang harus dilakukan untuk memastikan bahwa kualitas area yang diperbaiki memenuhi standar.
VI. Kesimpulan
Pembuatan badan pompa multi-tahap melalui pengecoran merupakan proyek sistematis yang mengintegrasikan ilmu material, rekayasa cetakan, teknik pemrosesan termal, dan inspeksi kualitas. Kontrol presisi setiap tautan secara langsung memengaruhi kinerja operasional dan keandalan keselamatan rangkaian pompa. Dengan terus meningkatnya permintaan pompa multi-tahap dengan head tinggi, efisiensi tinggi, dan masa pakai yang panjang di bidang industri, teknologi pengecoran juga perlu dikembangkan menuju akurasi yang lebih tinggi, efisiensi yang lebih tinggi, dan lebih ramah lingkungan - misalnya, dengan mengoptimalkan parameter peleburan dan pengecoran melalui teknologi simulasi numerik untuk mengurangi biaya coba-coba; menggunakan teknologi cetak 3D untuk memproduksi inti pasir kompleks guna meningkatkan akurasi saluran aliran; dan mempromosikan proses perlakuan panas hemat energi untuk mengurangi konsumsi energi selama proses produksi. Hanya dengan terus mempromosikan inovasi teknologi dan peningkatan proses, tingkat kualitas badan pompa multi-tahap cor dapat terus ditingkatkan, memberikan jaminan yang kuat untuk operasi yang stabil di bidang transportasi fluida.