Ispitivanje kavitacijske erozije

Kavitacijska erozija nastaje na površinama materijala koje su izložene intenzivnoj ultrazvučnoj kavitaciji. Ispitivanje kavitacijske erozije je brza metoda za mjerenje otpornosti materijala ili premaza na eroziju na intenzivan stres i druge faktore erozije. Pruža jednostavno kvantitativno mjerenje za kontrolu kvaliteta i korisno tokom istraživanja materijala ili formulacije premaza.

Zašto koristiti testiranje kavitacijske erozije?

Tekuća erozija ili korozija može zahtijevati redovnu zamjenu dijelova ili obnavljanje površinskih premaza. Erozija površine materijala uslijed mehaničkih ili kemijskih utjecaja je spor proces koji rezultira postupnim uništavanjem površina materijala. Stoga, procjena otpornosti materijala na eroziju ili erozionog efekta tekućina i muljnih tvari, može biti proces koji oduzima mnogo vremena.
Ultrazvučno ispitivanje erozije kavitacijom izlaže površinu materijala kontrolisanim, intenzivnim, ponavljajućim ciklusima naprezanja. To rezultira značajnom erozijom površine materijala u kratkom vremenu. Možete brzo izmeriti otpornost na eroziju za redovnu kontrolu kvaliteta u proizvodnji, za procenu ulaznih materijala ili tokom istraživanja i razvoja.
Standardne primjene uključuju metalurško ispitivanje, ispitivanje formulacije premaza, testiranje primjene premaza ili procjenu inhibitora erozije u tekućinama.

Zašto kavitacija uzrokuje površinsku eroziju?

Ultrazvučni uređaji, kao što je UP400St (400 vati, 24 kHz) ili UIP1000hdT (1000 vati, 20 kHz) spajaju ultrazvučne vibracije u tekućine, kao što je voda. Brzo recipročno kretanje vibracije u tečnosti proizvodi i urušava kavitacione mehuriće. Kada se mjehurići kolabiraju, dolazi do visokog lokaliziranog mehaničkog naprezanja u tekućini i na izloženim površinama materijala. Mlaz tekućine do 1000 km/h i lokalni pritisci do 1000 atm dovode do brzog zamora površine materijala. Ovo može ukloniti oksidne ili pasivizirajuće slojeve, premaze ili onečišćenje. Može uzrokovati rupičenje čvrstih materijala, kao što su čelik, titan, aluminij, plastika ili staklo. Stoga je ispitivanje kavitacijske erozije metoda destruktivnog ispitivanja.

Kako radi testiranje kavitacijske erozije?

Kavitacijska erozija površina materijala uzrokuje postepeni gubitak materijala. Gubitak materijala možete lako izmjeriti vaganjem materijala na preciznoj vagi prije i nakon definiranog izlaganja kavitacijskoj eroziji. Tipična promjena težine za test kavitacijske erozije je između 1 i 30 mg. Za dalju standardizaciju, možete izračunati gubitak volumena dijeljenjem gubitka težine sa gustinom materijala. Srednja dubina penetracije (MDP) izračunava se dijeljenjem gubitka volumena s površinom uzorka. Alternativno, možete izmjeriti dubinu udubljenja ili pomjerenu zapreminu. Možete koristiti mikroskopsku analizu da dobijete dodatne kvalitativne informacije o obrascu erozije.
Kada koristite Hielscher ultrazvučni uređaj za ispitivanje erozije kavitacije, možete unaprijed postaviti raspon temperature i tlaka na kojem želite raditi. Možete podesiti amplitudu sonikacije. Svi parametri se prate, prikazuju i protokoliraju na SD karticu. Nije vam potrebna nikakva instalacija vlasničkog softvera. Ako želite, možete kontrolisati i pratiti ultrazvučni proces iz vašeg redovnog web pretraživača, ako povežete ultrazvučni uređaj sa računarom preko ethernet kabla (uključen).

Šta je standardna metoda ASTM G32 za kavitaciju eroziju pomoću vibracionog aparata?

ASTM G32-16 standard opisuje standardizovanu metodu kavitacione erozije. Definira jednostavan, kontroliran i ponovljiv test za kvantificiranje i upoređivanje otpornosti na kavitaciju različitih materijala. ATSM G32-16 specifikacije su korisne za poređenje vaših rezultata sa rezultatima drugih publikacija. Ako želite da implementirate ispitivanje erozije kavitacije u kontrolu kvaliteta, preporučujemo da prilagodite protokol za ispitivanje kavitacione erozije vašim specifičnim zahtjevima. Biće nam drago da vam pomognemo oko dizajna prilagođenog protokola za ispitivanje kavitacione erozije. Za više informacija o ispitivanju erozije kavitacije u skladu sa ASTM-G32, kliknite ovdje!

Zašto bih trebao koristiti ograničenje energije umjesto vremenskog ograničenja?

Mnoge publikacije i protokoli ispitivanja erozije navode vrijeme izlaganja kavitaciji. U Hielscher ultrazvučnim uređajima, možete unaprijed postaviti vrijeme sonikacije i sustav će se zaustaviti nakon što to vrijeme prođe. Zatim možete izračunati rezultujuću stopu erozije kavitacije u mm/h ili mm3/h. Vremensko ograničenje je prihvatljivo samo ako ne promijenite nijedan parametar, kao što su nivo tečnosti, amplituda, pritisak, temperatura, sastav tečnosti ili jaz između sonotrode i površine materijala. Ako se bilo koji od ovih parametara promijeni, promijenit će se i snaga sonikacije i intenzitet kavitacije. Važno je da stvarna neto snaga koja se isporučuje tečnosti ne sme da varira tokom trajanja testa.
U Hielscher ultrazvučnim uređajima možete postaviti ograničenje energije. U tom slučaju, ultrazvučni uređaj će se zaustaviti nakon što isporuči određenu ultrazvučnu energiju. Hielscher uređaj će prikazati i zabilježiti parametre, kao što su stvarna neto snaga, amplituda, pritisak i temperatura tekućine. Fluktuacije u snazi ili namjerne promjene parametara će se kompenzirati kada se koristi ograničenje energije. Zatim možete odrediti rezultujuću stopu erozije kavitacije u mm/kWhr, mm3/kWhr ili mg/kWhr.
Ako vagate uzorak između intervala erozije kavitacije, možete generirati krivulju koja pokazuje granični gubitak težine (stopa gubitka težine u svakom energetskom intervalu) u odnosu na kumulativnu energiju.
Za preciznije rezultate, uređaj može izvršiti automatsku kalibraciju (30 sekundi). Ovo mjeri snagu za sve postavke amplitude u zraku pri ambijentalnom pritisku. Hielscher uređaj koristi ove podatke o kalibraciji kako bi dao vrlo precizne vrijednosti neto snage u realnom vremenu.

Pritisak tečnosti tokom sonikacije

Mnogi standardni protokoli za ispitivanje erozije kavitacije koriste ultrazvučnu kavitaciju pri ambijentalnom pritisku. Pritisak tekućine je drugi najvažniji faktor za intenzitet sonikacije. Povećanje ambijentalnog pritiska za 10% će povećati intenzitet sonikacije za oko 10%. Intenzivnija kavitacija smanjuje vrijeme potrebno za postizanje određenog stepena erozije kavitacije. Često ispitivanje pojedinačnog uzorka može trajati od 15 do 120 minuta. Ako imate mnogo uzoraka za testiranje, rad na višim pritiscima može značajno skratiti vrijeme za svaki test. Testovi na 5 barg (73 psig) zahtijevaju pribl. 80% manje vremena za svaki test.
Hielscher isporučuje ćelije za ispitivanje otporne na pritisak sa digitalnim senzorom pritiska za ispitivanje erozije kavitacije. Koristeći ćeliju nepropusnu za pritisak, možete kontrolisati i održavati pritisak tokom svakog testa. Ultrazvučni generator konstantno prati senzor pritiska i prenosi stvarni pritisak u Excel kompatibilnu CSV datoteku na SD kartici (uključena). Hielscher isporučuje regulatore tlaka za postavljanje i održavanje radnog tlaka.
Kao standardne Hielscherove ćelije za ispitivanje otporne na pritisak za ispitivanje erozije kavitacije su ocijenjene za do tp 5barg (73psig). Viši pritisci do 300barg (4350psig) dostupni su na zahtjev.

ultrazvučna frekvencija

Općenito, ispitivanje kavitacijske erozije koristi ultrazvuk visokog intenziteta niske frekvencije u rasponu od 18-30 kHz. U ovom opsegu varijacija frekvencije ima vrlo ograničen uticaj na intenzitet kavitacije. Svi Hielscher uređaji rade na konstantnoj frekvenciji.

Udaljenost od Sonotrode

Materijal koji se testira može se montirati na sonotrodu ili ispod sonotrode. Možete napraviti uzorak materijala s navojem i montirati ga na kraj ultrazvučne sonotrode. U tom slučaju, uzorak vibrira na određenoj ultrazvučnoj amplitudi i stvara kavitaciju na svojoj površini. To zahtijeva preciznu obradu i nisu svi materijali prikladni za ovu opciju.
Alternativno, možete fiksirati dio ili uzorak u neposrednoj blizini ispod titanijumske sonotrode. U ovom slučaju, titanijumska sonotroda proizvodi kavitaciju i površina materijala je izložena kavitaciji. Ovo je praktičnija opcija jer u ćeliju za testiranje možete postaviti uzorak različitih veličina ili oblika. Ako koristite veću sonotrodu, kao što je sonotroda promjera 50 mm ili 80 mm, možete izložiti više dijelova kavitacijskoj eroziji u isto vrijeme. Ovo je vrlo korisno kada morate testirati mnogo dijelova dnevno, npr. za kontrolu kvaliteta.
U oba slučaja, udaljenost između ultrazvučne sonotrode i površine materijala pored nje je vrlo važna. Općenito, erozija kavitacije je brža kada se koristi manja udaljenost. Tipične udaljenosti su od 0,2 do 15 mm. Za konačne rezultate, trebali biste koristiti istu udaljenost za sve testove.

temperatura tečnosti

Toplija tekućina rezultira nižim intenzitetom ultrazvučne kavitacije. Unos energije mehaničke vibracije u tekućinu će uzrokovati zagrijavanje tekućine. Da bi se održala konstantna temperatura tokom svakog testa erozije kavitacije, tečnost treba da se ohladi. Hielscher isporučuje kontejnere sa omotačem i ćelije koje ne propuštaju pritisak. Alternativno, možete koristiti zavojnicu za hlađenje u čaši ili je možete staviti u ledenu kupku. Rashladna tečnost koja prolazi kroz plašt ili kroz rashladni kalem uklanja toplotu iz tečnosti.
Hielscher ultrazvučni uređaji, kao što su UP400St ili UIP1000hdT dolaze sa PT100 temperaturnom sondom (uključeno). Ultrazvučni generator kontinuirano prati stvarnu temperaturu tečnosti i prenosi temperaturu u Excel kompatibilnu CSV datoteku na SD kartici (uključena). Možete podesiti generator da pauzira ispitivanje erozije kavitacije ako temperatura tekućine previše odstupi od vaše zadane vrijednosti, npr. zbog nedovoljnog kapaciteta hlađenja. Generator može automatski nastaviti ultrazvuk kada tekućina ponovo dosegne određenu temperaturu.

Kavitirajuća tečnost

Općenito, ispitivanje erozije kavitacije koristi vodu, kao što je destilovana voda. Različite tekućine pokazuju različite karakteristike kavitacije. Ako je voda korozivna za vaš materijal, možda ćete htjeti testirati alternativne tekućine, kao što su nisko viskozna silikonska ulja ili organska otapala kako biste eliminirali ili smanjili korozivni faktor. Alternativno, možete učiniti tečnost korozivnijom, npr. promjenom pH vrijednosti ili više abrazivnom dodavanjem abrazivnih čestica. Možete koristiti ispitivanje erozije kavitacije za procjenu erozivnosti i korozivnosti tekućina, kao što je isplaka za bušenje ili za procjenu efikasnosti korozije ili inhibitora erozije.

Mašinska obrada

Kada proizvodite dio ili uzorak, CNC obrada, brušenje ili poliranje uzrokuju oštećenja zrnaste strukture blizu površine materijala. Ovo smanjuje otpornost na eroziju.

Pasivacioni/oksidni slojevi

Vrlo često se erozija i korozija dešavaju u isto vrijeme. Voda, kao što je destilovana, demineralizovana ili dejonizovana voda, može biti korozivna za mnoge materijale. Ultrazvučna kavitacija potiče koroziju. Pasivacioni slojevi, npr. kod eloksiranog aluminijuma će povećati otpornost površine materijala na eroziju i koroziju.

Koja ograničenja ima testiranje kavitacijske erozije?

Neki elastomeri mogu zahtijevati vrlo intenzivno izlaganje kavitaciji da bi se uopće pokazala kavitacijska erozija. U ovom slučaju, ultrazvuk bez ćelije pod pritiskom možda neće pokazati nikakav mjerljiv učinak.