Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Ensayo de Erosión por Cavitación

La erosión por cavitación se produce en superficies de material que están expuestas a una intensa cavitación ultrasónica. La prueba de erosión por cavitación es un método rápido para medir la resistencia a la erosión de los materiales o recubrimientos a la tensión intensa y otros factores de erosión. Proporciona una fácil medición cuantitativa para el control de calidad y es útil durante la investigación de materiales o la formulación de recubrimientos.

¿Por qué utilizar la prueba de erosión por cavitación?

La erosión o corrosión continua puede requerir un reemplazo regular de las piezas o la renovación de los recubrimientos de la superficie. La erosión de la superficie del material debido a influencias mecánicas o químicas es un proceso lento que resulta en la destrucción gradual de las superficies del material. Por lo tanto, la evaluación de la resistencia de los materiales a la erosión o del efecto de la erosión de líquidos y lodos, puede ser un proceso que consume mucho tiempo.
La prueba ultrasónica de erosión por cavitación expone la superficie del material a ciclos de tensión controlados, intensos y repetitivos. Esto resulta en una erosión significativa de la superficie del material en poco tiempo. Puede medir rápidamente la resistencia a la erosión para un control de calidad regular en la producción, para la evaluación de materiales entrantes o durante la investigación y el desarrollo.
Las aplicaciones estándar incluyen pruebas metalúrgicas, pruebas de formulación de recubrimientos, pruebas de aplicación de recubrimientos o la evaluación de inhibidores de erosión en líquidos.

Configuración de la prueba de erosión por cavitación con UIP1000hdT (1000 vatios de potencia ultrasónica)

UIP1000hdT (1000W, 20kHz) Prueba de Erosión por Cavitación

¿Por qué la cavitación causa erosión en la superficie?

Los dispositivos ultrasónicos, como el UP400St (400 vatios, 24kHz) o el UIP1000hdT (1000 vatios, 20kHz) acoplan las vibraciones ultrasónicas en líquidos, como el agua. El rápido movimiento recíproco de la vibración en el líquido produce y colapsa las burbujas de cavitación. Cuando las burbujas colapsan, se produce un alto estrés mecánico localizado en el líquido y en las superficies expuestas del material. Los chorros de líquido de hasta 1000 km/h y las presiones locales de hasta 1000atm provocan una rápida fatiga en la superficie del material. Esto puede eliminar capas de óxido o pasivación, revestimientos o incrustaciones. Puede causar picaduras de materiales sólidos, como acero, titanio, aluminio, plástico o vidrio. Por lo tanto, la prueba de erosión por cavitación es un método de prueba destructivo.

Erosión por cavitación en una superficie de titanio de 40 mm

Erosión por cavitación en una superficie de titanio de 40 mm

¿Cómo funciona la prueba de erosión por cavitación?

La erosión por cavitación de las superficies de material causa una pérdida gradual de material. Puede medir la pérdida de material fácilmente pesando el material en una escala de precisión antes y después de una exposición definida a la erosión por cavitación. Un cambio de peso típico para una prueba de erosión por cavitación es de entre 1 y 30mg. Para una mayor estandarización, puede calcular la pérdida de volumen dividiendo la pérdida de peso por la densidad del material. La profundidad media de penetración (MDP) se calcula dividiendo la pérdida de volumen por la superficie de la probeta. Alternativamente, puede medir la profundidad de picadura o el volumen desplazado. Puede utilizar el análisis microscópico para obtener información cualitativa adicional sobre el patrón de erosión.
Al utilizar un dispositivo ultrasónico de Hielscher para el ensayo de erosión por cavitación, puede preajustar el rango de temperatura y presión en el que desea trabajar. Puede ajustar la amplitud de la sonicación. Todos los parámetros son monitoreados, visualizados y protocolizados en una tarjeta SD. Usted no necesita ninguna instalación de software propietario. Si lo desea, puede controlar y monitorizar el proceso ultrasónico desde su navegador web habitual, si conecta el dispositivo ultrasónico a su ordenador a través del cable ethernet (incluido).

Erosión por cavitación en una superficie de titanio (grado 5)

Erosión por cavitación en la superficie de titanio

¿Cuál es el método estándar ASTM G32 para la erosión por cavitación utilizando un aparato vibratorio?

La norma ASTM G32-16 describe un método estandarizado para la erosión por cavitación. Define una prueba simple, controlable y reproducible para cuantificar y comparar la resistencia a la erosión por cavitación de diferentes materiales. Las especificaciones del ATSM G32-16 son útiles para comparar sus resultados con los de otras publicaciones. Si desea implementar pruebas de erosión por cavitación en el control de calidad, le recomendamos que adapte el protocolo de prueba de erosión por cavitación a sus requisitos específicos. Estaremos encantados de ayudarle con el diseño de un protocolo de prueba de erosión por cavitación personalizado. Para obtener más información sobre las pruebas de erosión por cavitación de acuerdo con la norma ASTM-G32, haga clic aquí.

¿Por qué debo usar un límite de energía en lugar de un límite de tiempo?

Muchas publicaciones y protocolos de pruebas de erosión especifican un tiempo de exposición a la cavitación. En los equipos de ultrasonidos de Hielscher, puede preajustar un tiempo de sonicación y el sistema se detendrá una vez transcurrido este tiempo. A continuación, puede calcular la tasa de erosión por cavitación resultante en mm/hr o mm3/hr. Un límite de tiempo es aceptable, sólo si no cambia ningún parámetro, como el nivel de líquido, la amplitud, la presión, la temperatura, la composición del líquido o el espacio entre el sonotrodo y la superficie del material. Si cualquiera de estos parámetros cambia, también lo hará el poder de la sonicación y la intensidad de la cavitación. Es importante que la potencia neta real suministrada al líquido no fluctúe durante la duración del ensayo.
En los equipos ultrasónicos de Hielscher se puede establecer un límite de energía. En este caso, el dispositivo ultrasónico se detendrá, después de que entregue la energía ultrasónica especificada. El dispositivo Hielscher mostrará y registrará parámetros como la potencia neta real, la amplitud, la presión y la temperatura del líquido. Las fluctuaciones de potencia o cambios deliberados en los parámetros se compensarán cuando se utilice un límite de energía. A continuación, puede especificar la tasa de erosión por cavitación resultante en mm/kWhr, mm3/kWhr o mg/kWhr.
Si se pesa la muestra entre los intervalos de erosión por cavitación, se puede generar una curva que muestre la pérdida de peso marginal (tasa de pérdida de peso en cada intervalo de energía) sobre la energía acumulada.
Para obtener resultados más precisos, el dispositivo puede realizar una calibración automatizada (30 segundos). Mide la potencia para todos los ajustes de amplitud en el aire a presión ambiente. El dispositivo de Hielscher utiliza estos datos de calibración para obtener valores de potencia neta muy precisos en tiempo real.

Ensayo de Erosión por Cavitación de acuerdo con ASTM G32 - 16

Ensayo de Erosión por Cavitación (ASTM G32 – 16)

Punta reemplazable (15,9 mm) para el método de prueba de erosión por cavitación ASTM G32

Punta reemplazable para ASTM G32 – Ensayo de Erosión por Cavitación

Configuraciones de prueba disponibles para la prueba de erosión por cavitación

Estaremos encantados de discutir los requisitos de su prueba de erosión. Por favor, utilice el siguiente formulario para ponerse en contacto con nosotros! Por favor, proporcione información adicional sobre su proyecto, como las muestras que se van a analizar por día, el tamaño de la muestra y el material.








Por favor, indique a continuación la información que desea recibir:



  • Para un banco de pruebas fácil de usar, recomendamos el UP400St (400W, 24kHz) con un sonotrodo S24d14D (14mm de diámetro de punta). Hay sonotrodos de otros diámetros disponibles, por supuesto. Este potente homogeneizador ultrasónico, viene con un sensor de temperatura y un protocolo automático de tarjeta SD. Puede utilizar el UP400St con S24d14D con amplitudes de 20 a 99 micras. Recomendamos utilizar un recipiente para líquidos con refrigeración, en el que se coloque la muestra o la pieza a una distancia definida de la punta del sonotrodo. El dispositivo UP400St puede funcionar las 24 horas, los 7 días de la semana de forma continua y a plena potencia.



  • El Hielscher UIP1000hdT (1000W, 20kHz) con un sonotrodo BS4d22 (22mm de diámetro de punta) tiene más potencia, puede funcionar a mayores amplitudes y procesar muestras más grandes. La unidad viene con un sensor de temperatura y un protocolo automático de tarjeta SD. Están disponibles sonotrodos de diámetro más grande o sonotrodos con puntas reemplazables. Podemos suministrarle los accesorios necesarios, como un soporte, un ajuste de altura, un potente enfriador de refrigerante o un recipiente de prueba con camisa con soportes de montaje para su muestra.



  • Para una prueba de erosión por cavitación en un líquido presurizado, recomendamos el UIP2000hdT (2000 vatios, 20kHz). Al igual que las otras unidades, incluye un sensor de temperatura y un protocolo automático de tarjeta SD. El sensor de presión digital opcional PS7D es muy útil para monitorizar y registrar la presión.



  • Hielscher Ultrasonics tiene un centro técnico que puede realizar pruebas de erosión por cavitación como servicio. Desde el mecanizado de muestras estándar, el pesaje de precisión y la exposición a la cavitación bajo condiciones controladas y repetibles hasta un informe completo y la devolución de las muestras, Hielscher puede personalizar el protocolo de prueba para satisfacer sus necesidades.


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¿Qué influye en la erosión por cavitación?

La cavitación ultrasónica produce erosión por cavitación. Cuanto más intensa es la cavitación ultrasónica, más rápida es la erosión. Una cavitación más intensa puede erosionar las superficies del material, que una cavitación muy blanda no puede erosionar en absoluto. Por lo tanto, es posible que se requiera una intensidad mínima para que su material sea sometido a pruebas de erosión.

amplitud ultrasónica

La amplitud de vibración es el parámetro más importante para la intensidad de sonicación y la intensidad de cavitación resultante. Las amplitudes más altas producen una cavitación más intensa. En ultrasonidos, la amplitud se especifica en micrones como pico pico. Los dispositivos ultrasónicos de Hielscher le permiten ajustar la amplitud en un amplio rango. Una vez ajustado, el dispositivo mantiene la amplitud en el nivel ajustado bajo todas las condiciones de carga. Esta es una característica importante para tener condiciones de prueba de cavitación controlables y repetibles.
Los dispositivos ultrasónicos de Hielscher le permiten realizar pruebas de erosión cavitacional con amplitudes de tan sólo 2 micras a 200 micras o más.

Presión del líquido durante la sonicación

Muchos protocolos estándar para las pruebas de erosión por cavitación utilizan cavitación ultrasónica a presión ambiente. La presión del líquido es el segundo factor más importante para la intensidad de sonicación. Un aumento del 10% en la presión ambiente aumentará la intensidad de sonicación en un 10%. Una cavitación más intensa reduce el tiempo necesario para lograr un cierto grado de erosión por cavitación. A menudo, la prueba de un solo espécimen puede durar entre 15 y 120 minutos. Si tiene muchas muestras para probar, trabajar a presiones más altas puede reducir significativamente el tiempo de cada prueba. Las pruebas a 5 barg (73psig) requieren aproximadamente un 80% menos de tiempo para cada prueba.
Hielscher suministra células de ensayo estancas a la presión con un sensor de presión digital para el ensayo de erosión por cavitación. Usando una celda hermética a la presión, usted puede controlar y mantener la presión durante cada prueba. El generador de ultrasonidos supervisa el sensor de presión constantemente y protocoliza la presión real en un archivo CSV compatible con Excel en una tarjeta SD (incluida). Hielscher suministra reguladores de presión para ajustar y mantener la presión de funcionamiento.
Como estándar, las células de ensayo estancas a la presión de Hielscher para ensayos de erosión por cavitación tienen una capacidad de hasta 5 barg (73 psig). Presiones más altas de hasta 300 barg (4350psig) están disponibles bajo pedido.

frecuencia de ultrasonidos

En general, las pruebas de erosión por cavitación utilizan ultrasonidos de baja frecuencia y alta intensidad en el rango de 18-30kHz. En este rango la variación de la frecuencia tiene un efecto muy limitado sobre la intensidad de la cavitación. Todos los dispositivos de Hielscher trabajan a una frecuencia constante.

ajuste de altura para ajustar la distancia entre el sonotrodo ultrasónico y la muestra durante el ensayo de erosión por cavitación (ASTM G32-16)

Célula de ensayo regulable en altura para ensayos de erosión por cavitación (ASTM G32-16)

Distancia de la Sonotroda

El material a ensayar puede montarse en el sonotrodo o debajo del sonotrodo. Puede hacer una muestra de material roscado y montarla en el extremo del sonotrodo ultrasónico. En este caso, la muestra vibra a la amplitud ultrasónica especificada y produce cavitación en su superficie. Esto requiere un mecanizado de precisión y no todos los materiales son adecuados para esta opción.
Alternativamente, puede fijar una pieza o muestra muy cerca bajo un sonotrodo de titanio. En este caso, el sonotrodo de titanio produce la cavitación y la superficie del material está expuesta a la cavitación. Esta es la opción más conveniente, ya que puede colocar muestras de varios tamaños o formas en la celda de prueba. Si utiliza un sonotrodo más grande, como un sonotrodo de 50 mm u 80 mm de diámetro, puede exponer varias partes a la erosión por cavitación al mismo tiempo. Esto es muy útil cuando hay que probar muchas piezas al día, por ejemplo, para el control de calidad.
En ambos casos, la distancia entre el sonotrodo ultrasónico y la superficie del material junto a él es muy importante. En general, la erosión por cavitación es más rápida cuando se utiliza una distancia menor. Las distancias típicas van de 0,2 a 15 mm. Para obtener resultados concluyentes, debe utilizar la misma distancia para todas las pruebas.

temperatura del líquido

Un líquido más caliente resulta en una menor intensidad de cavitación ultrasónica. La entrada de energía de vibración mecánica en el líquido hará que el líquido se caliente. Para mantener una temperatura constante durante cada prueba de erosión por cavitación, es necesario enfriar el líquido. Hielscher suministra contenedores enchaquetados y celdas herméticas a la presión enchaquetadas. Alternativamente, puede utilizar un serpentín de enfriamiento en un vaso o puede poner el vaso en un baño de hielo. Un refrigerante que pasa a través de la cubierta o a través del serpentín de enfriamiento elimina el calor del líquido.
Los dispositivos ultrasónicos de Hielscher, como el UP400St o el UIP1000hdT vienen con una sonda de temperatura PT100 (incluida). El generador de ultrasonidos supervisa continuamente la temperatura real del líquido y protocoliza la temperatura en un archivo CSV compatible con Excel en una tarjeta SD (incluida). Si la temperatura del líquido se desvía demasiado de su punto de consigna, por ejemplo, debido a una capacidad de refrigeración insuficiente, puede ajustar el generador para que interrumpa la prueba de erosión por cavitación. El generador puede reanudar la sonicación automáticamente cuando el líquido vuelva a alcanzar la temperatura especificada.

Líquido cavitante

En general, las pruebas de erosión por cavitación utilizan agua, como el agua destilada. Diferentes líquidos muestran diferentes características de cavitación. Si el agua es corrosiva para su material, es posible que desee probar líquidos alternativos, como aceites de silicona de baja viscosidad o disolventes orgánicos, a fin de eliminar o reducir el factor corrosivo. Alternativamente, puede hacer que el líquido sea más corrosivo, por ejemplo, cambiando el pH o más abrasivo añadiendo partículas abrasivas. Puede utilizar la prueba de erosión por cavitación para evaluar la erosión y la corrosividad de los líquidos, como los lodos de perforación, o para evaluar la eficacia de la corrosión o de los inhibidores de la erosión.

de mecanizado

Cuando se fabrica una pieza o una muestra, el mecanizado, el esmerilado o el pulido con CNC causan daños en la estructura del grano cerca de la superficie del material. Esto reduce la resistencia a la erosión.

Pasivación/Capas de Óxido

Muy a menudo la erosión y la corrosión ocurren al mismo tiempo. El agua, como el agua destilada, desmineralizada o desionizada, puede ser corrosiva para muchos materiales. La cavitación ultrasónica promueve la corrosión. Las capas de pasivación, por ejemplo, en aluminio anodizado, aumentan la resistencia de la superficie de un material a la erosión y la corrosión.

¿Qué limitaciones tienen las pruebas de erosión por cavitación?

Algunos elastómeros pueden requerir una exposición muy intensa a la cavitación para mostrar cualquier erosión por cavitación. En este caso, la sonicación sin una célula presurizada puede no mostrar ningún efecto medible.

Sonotrodo de 15.9mm con punta reemplazable para el método de prueba de erosión por cavitación ASTM G32 - 16

ASTM G32 -16 Sonotrodo de 15.9mm con punta reemplazable



Protocolo de prueba de plantillas para pruebas de erosión por cavitación

Puede descargar nuestra hoja de trabajo de plantillas en los siguientes formatos: PDF, Microsoft Excel XLS o Números de Apple.

Hoja de trabajo de muestra para el ensayo de erosión por cavitación

Hoja de trabajo de muestra para el ensayo de erosión por cavitación