Dəniz tətbiqləri üçün bürünc örtüklərin praktiki kavitasiya eroziyası sınağı

Kavitasiya eroziyası sınağı nəzarət olunan laboratoriya təsirini real mühəndislik problemi ilə əlaqələndirdikdə ən faydalı olur. Praktiki nümunələrdən biri gəmi sükanları və pərləri kimi dənizçilik komponentləri üçün kavitasiyaya davamlı bürünc örtüklərin qiymətləndirilməsidir. Bu hissələr yerli təzyiq dəyişmələrinin buxar qabarcıqları yarada bildiyi zonalarda işləyir; həmin qabarcıqlar səthin yaxınlığında çökərək təkrarlanan yüksək intensivlikli zərbə yükləri yaradır. Zaman keçdikcə bu, səthdə çuxurcuqların yaranmasına, yorulma zədələnməsinə, örtüyün sıradan çıxmasına və material itkisinə səbəb olur.

Bürünc örtüklərin kavitasiya eroziyası sınağı

Hauer və həmmüəlliflərinin tədqiqatında soyuq püskürtmə, ilıq püskürtmə, HVOF püskürtməsi və elektrik qövsü ilə püskürtmə üsulları ilə hazırlanmış bürünc örtüklər tökmə nikel-alüminium bürüncü və gəmiqayırma poladı ilə müqayisə edilmişdir. Əsas sual sadə idi: hansı örtükçəkmə prosesi dəniz şəraitində istismar üçün kifayət qədər uzun müddət kavitasiya təsirinə davam gətirən bürünc səth yarada bilər? Bu suala cavab vermək üçün tədqiqatçılar ASTM G32-16 əsasında vibrasiyalı aparatla aparılan kavitasiya eroziyası sınağından istifadə etmişlər; sınaq sistemi kimi Hielscher UIP1000hdT ultrasəs vibrasiya sistemi də tətbiq edilmişdir.

Sınaq şəraitinə dəqiq nəzarət və məlumatların avtomatlaşdırılmış qeydə alınması

UIP1000hdT sonikatoru bu növ sınaq üçün çox uyğundur, çünki kavitasiya eroziyası sınaqlarında istifadə olunan diapazonda yüksək intensivlikli, aşağı tezlikli ultrasəs yaradır. 1000 vatt gücündə sonikatorun istifadə olunduğu kavitasiya eroziyası sınaq qurğusu 20 kHz tezlikdə işləyir və prosesin dəqiq izlənməsinə, amplitudaya nəzarətə, temperaturun ölçülməsinə və sınaq məlumatlarının avtomatik protokollaşdırılmasına imkan verir. Bu funksiyalar vacibdir, çünki kavitasiyanın intensivliyi amplitudadan, mayenin temperaturundan, mayenin təzyiqindən, sonotrodun həndəsəsindən və sonotrod ilə sınaq nümunəsi arasındakı məsafədən güclü şəkildə asılıdır.

(a) UIP1000hd sonikatoru ilə ASTM G32-16 üzrə kavitasiya eroziyası sınağı (dolayı üsul). Bütün sınaq parametrləri nominal qiymətlərdir; yol verilən kənarlaşmalar standartda göstərilmişdir.
(b) Eroziya–zaman əyrisindəki mərhələlərin sxematik təsviri və sınaq prosedurunun xarakterik parametrləri.
Qrafik təsvirlər və tədqiqat: ©Hauer və həmmüəllifləri, 2021.

Bürünc örtüklərin ultrasəslə kavitasiya eroziyası sınağı

Dəniz tətbiqləri üçün bürünc örtük nümunəsində sınaq ASTM G32 üzrə dolayı sxemlə aparılmışdır. Bu konfiqurasiyada sınaq nümunəsi titrəyən ultrasəs buynuzuna bərkidilmir. Bunun əvəzinə ultrasəs sonotrodu distillə edilmiş suda kavitasiya yaradır, örtüklü sınaq nümunəsi isə müəyyən edilmiş boşluq saxlanılmaqla sonotrodun altında bərkidilir. Hauer və həmmüəllifləri nümunə ilə sonotrod arasında 0,5 mm məsafə, 20 kHz tezlik və zirvədən zirvəyə 50 µm amplituda tətbiq etmişlər. Sınaq mayesi təxminən otaq temperaturunda, təqribən 25 °C-də saxlanılan distillə edilmiş su olmuşdur.

Sınaq nümunəsinin hazırlanması həlledici mərhələdir. Kavitasiya təsirindən əvvəl örtüklü səthlər mərhələli şəkildə daşlanmış və ölçüsü 4 µm-dən kiçik incə almaz abrazivinə qədər keçilərək cilalanmışdır. Bu, əks halda dərhal qoparaq eroziya əyrisini təhrif edə biləcək zəif yapışmış hissəciklərin və ya səth nahamarlıqlarının təsirini azaldır. Məqsəd örtüyün yaxşı görünməsini təmin etmək deyil, ölçülən kütlə itkisinin səthin keyfiyyətsiz hazırlanmasını deyil, kavitasiyaya davamlılığı əks etdirməsi üçün təkrar əldə oluna bilən başlanğıc şəraiti yaratmaqdır.

Ultrasəslə kavitasiya eroziyası sınağının proseduru və nəticələri

Praktiki sınaq proseduru sadədir. Əvvəlcə hər bir sınaq nümunəsi təmizlənir, qurudulur və dəqiq tərəzidə çəkilir. Sonra nümunə UIP1000hdT sonikatorunun BS4d22 sonotrodunun altında sınaq kamerasına yerləşdirilir və 0,5 mm boşluq diqqətlə, təkrar eyni şəkildə qurula biləcək qaydada tənzimlənir. Sonikator müəyyən edilmiş amplituda və tezlikdə işlədilir, qızmanın kavitasiya intensivliyini dəyişməsinin qarşısını almaq üçün mayenin temperaturuna nəzarət edilir. Müəyyən edilmiş təsir intervalından sonra sınaq nümunəsi çıxarılır, təmizlənir, qurudulur və yenidən çəkilir. Tam eroziya əyrisi əldə edilənədək bu ardıcıllıq materialdan asılı olaraq artan təsir intervalları ilə təkrarlanır.
Birbaşa ölçülən kəmiyyət kütlə itkisidir. Mühəndislik müqayisəsi üçün bu kütlə itkisi materialın sıxlığından istifadə edilərək həcm itkisinə çevrilir. Sonra orta eroziya dərinliyini müəyyən etmək üçün həcm itkisi təsirə məruz qalan səthin sahəsinə bölünür. Tədqiqatçı eroziya dərinliyi əyrisindən maksimum eroziya sürəti, son mərhələdəki eroziya sürəti və orta eroziya dərinliyi kimi xarakterik eroziya parametrlərini hesablaya bilər. Hielscher həmçinin qeyd edir ki, seçilmiş protokoldan asılı olaraq eroziya vahid zamana və ya ötürülən ultrasəs enerjisinə düşən kütlə, həcm və ya nüfuzetmə dərinliyi ilə ifadə oluna bilər.

Tənzimlənmiş örtük keyfiyyəti parametrləri n-dən asılı olaraq orta eroziya dərinlikləri. Tozun tavlanması və bunun nəticəsində tozun möhkəmliyinin azalması yüksək örtük keyfiyyətinə nail olmağa imkan verir. Əlavə kiçik təsvirlər 100min kavitasiya sınağı müddətindən sonra yaranan səth zədələnməsini göstərir.
Qrafiklər və tədqiqat: ©Hauer və həmmüəllifləri, 2021.

Hauer tədqiqatından çıxan mühüm nəticələrdən biri ilkin eroziya sürətlərinin yanıltıcı ola bilməsidir. Termik və kinetik püskürtmə ilə çəkilmiş örtüklərdə çox vaxt əvvəlcə yüksək material itkisi, sonra isə daha aşağı və daha sabit eroziya sürəti müşahidə edilmişdir. Bu səbəbdən Hauer və həmmüəllifləri son mərhələdəki eroziya sürətindən örtüyün uzunmüddətli istismar göstəricilərini daha yaxşı əks etdirən göstərici kimi istifadə etmişlər. Onların 120 dəqiqəlik müqayisəsində sabitləşmiş davranışı daha yaxşı əks etdirmək üçün son mərhələdəki eroziya sürəti əsasən sınağın ikinci yarısında, 60 dəqiqədən sonra qiymətləndirilmişdir.

Sınaq nəticələri nəzarət olunan vibrasiyalı kavitasiya aparatının nə üçün dəyərli olduğunu göstərir. Tökmə nikel-alüminium bürüncündə son mərhələdəki eroziya sürəti təqribən 0,40 µm/h olmuşdur. Optimallaşdırılmış ilıq püskürtmə ilə çəkilmiş bürüncdə bu göstərici tökmə müqayisə nümunəsinə yaxın olan 0,57 µm/h səviyyəsinə çatmışdır. Gəmiqayırma poladı üzərinə elektrik qövsü ilə püskürdülmüş optimallaşdırılmış örtükdə təqribən 1,02 µm/h, optimallaşdırılmış HVOF örtüyündə isə təqribən 1,74 µm/h əldə edilmişdir. Bu örtüklər tökmə gəmi pəri bürüncünün göstəricilərinə tam çatmadıqda belə, gəmiqayırma poladını xeyli üstələmişdir; tədqiqatda bildirilir ki, elektrik qövsü və HVOF ilə püskürdülmüş örtüklərin kavitasiyaya davamlılığı VL-A poladından müvafiq olaraq təqribən 26 dəfə və 16 dəfə yüksək olmuşdur.

Kavitasiya eroziyası sınaqlarınız üçün sonikatordan vibrasiyalı aparat kimi istifadə edin

Praktiki nəticə budur ki, UIP1000hdT sonikatorunun vibrasiyalı aparat kimi istifadə olunduğu kavitasiya eroziyası sınağı materialları sıralamaqdan daha çoxunu edə bilər. Bu sınaq örtükçəkmə prosesinin, mikrostrukturun, oksid miqdarının, məsaməliliyin, təmas sərhədindəki birləşmənin və sonrakı emalın real eroziya davranışına necə təsir etdiyini aşkar edir. Hauer və həmmüəllifləri belə nəticəyə gəlmişlər ki, HVOF və elektrik qövsü ilə püskürtmə polad gəmi sükanlarının səthlərini yaxşılaşdırmaq üçün istismar göstəriciləri ilə xərc arasında əlverişli tarazlıq təklif edə bilər; bütöv nikel-alüminium bürüncünə yaxın kavitasiya davamlılığı tələb olunduqda isə soyuq və ilıq püskürtməyə üstünlük verilir.

Laboratoriyalar və örtük hazırlayan mütəxəssislər üçün təkrar əldə oluna bilən nəticələrin açarı sınaq parametrlərinə ciddi nəzarətdir: sonotrodun amplitudası, tezlik, sonotrod ilə nümunə arasındakı məsafə, mayenin temperaturu, mayenin kimyəvi tərkibi, sınaq nümunəsinin hazırlanması, çəkmə intervalları və eroziya sürətinin hesablanması. Bu şərtlər müəyyən edildikdə Hielscher UIP1000hdT ultrasəs kavitasiyasını örtüyün istismar göstəricilərinə dair kəmiyyət məlumatlarına çevirmək üçün praktiki və təkrarlana bilən üsul təmin edir.

Kavitasiya eroziyası sınağı üçün nümunəvi iş vərəqi

 
Kavitasiya eroziyası sınaqlarına dair təlimatları burada tapa bilərsiniz!

ASTM G32 üzrə kavitasiya eroziyası sınaq qurğusu

UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP15000hdT və UIP2000hdT sonikatorları ASTM G32 üzrə sınaqlar üçün uyğundur. Bu cihazların hər biri üçün sonotrodun ucundakı mexaniki amplitudaya dair dəqiq amplituda ölçmə protokolu təqdim edə bilərik. Bu cihazlardan hər hansı birini BS4d22 sonotrodu (diametri 22mm) və ST2 dayağı ilə istifadə etməyi tövsiyə edirik.

ASTM G32 -16 üçün dəyişdirilə bilən ucluqlu 15,9mm sonotrod

Layihələndirmə, istehsal və məsləhət xidmətləri – Almaniyada istehsal olunan keyfiyyət

Hielscher ultrasəs cihazları ən yüksək keyfiyyət və layihələndirmə standartları ilə tanınır. Möhkəmlik və asan istismar ultrasəs cihazlarımızın sənaye müəssisələrinə rahat inteqrasiyasına imkan verir. Hielscher ultrasəs cihazları ağır şəraitdə və yüksək tələblər qoyulan mühitlərdə asanlıqla işləyir.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatlı şirkətdir və ən müasir texnologiyaya, eləcə də istifadə rahatlığına malik yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazlarına xüsusi diqqət yetirir. Əlbəttə, Hielscher ultrasəs cihazları CE tələblərinə uyğundur və UL, CSA və RoHs tələblərini yerinə yetirir.

Ədəbiyyat / İstinadlar

• Hielscher Cavitation Erosion Test Protocol – ASTM G32
• Hauer, Michél; Gärtner, Frank; Krebs, Sebastian; Klassen, Thomas; Watanabe, Makoto; Kuroda, Seiji; Krömmer, Werner; Henkel, Knuth-Michael (2021): Process Selection for the Fabrication of Cavitation Erosion-Resistant Bronze Coatings by Thermal and Kinetic Spraying in Maritime Applications. Journal of Thermal Spray Technology 30, 2021.
• Bolewski, Łukasz; Szkodo, Marek; Kmieć, Mateusz (2017): Cavitation erosion degradation of Belzona® coatings. Advances in Materials Science. 17, 2017.
• Kmieć, Mateusz; Karpiński, Bartłomiej; Szkodo, Marek (2016): Cavitation Erosion of P110 Steel in Different Drilling Muds. Advances in Materials Science. 16, 2016.
• Müller, Saskia; Fischper, Maurice; Mottyll, Stephan; Skoda, Romuald; Hussong, Jeanette (2014): Analysis of the cavitating flow induced by an ultrasonic horn – Experimental investigation on the influence of actuation phase, amplitude and geometrical boundary conditions. EPJ Web of Conferences 67, 2014.