દરિયાઈ ઉપયોગનાં કાંસ્ય આવરણોનું વ્યવહારુ કેવિટેશન ધોવાણ પરીક્ષણ

કેવિટેશન ધોવાણ પરીક્ષણ ત્યારે સૌથી વધુ ઉપયોગી બને છે જ્યારે તે નિયંત્રિત પ્રયોગશાળાકીય સંપર્કને વાસ્તવિક ઇજનેરી સમસ્યા સાથે જોડે છે. જહાજનાં સુકાનો અને પ્રોપેલરો જેવા દરિયાઈ ઘટકો માટે કેવિટેશન પ્રતિરોધક કાંસ્ય આવરણોનું મૂલ્યાંકન તેનું એક વ્યવહારુ ઉદાહરણ છે. આ ભાગો એવા વિસ્તારોમાં કાર્ય કરે છે જ્યાં સ્થાનિક દબાણની વધઘટ વરાળના પરપોટા પેદા કરી શકે છે, જે સપાટીની નજીક તૂટી પડતાં વારંવાર ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળા આઘાતી ભાર સર્જે છે. સમય જતાં, તેનાથી ખાડા પડવા, થાકજન્ય નુકસાન, આવરણની નિષ્ફળતા અને પદાર્થની હાનિ થાય છે.

કાંસ્ય આવરણોનું કેવિટેશન ધોવાણ પરીક્ષણ

Hauer અને સહલેખકોના અભ્યાસમાં, કોલ્ડ સ્પ્રેઇંગ, વોર્મ સ્પ્રેઇંગ, HVOF સ્પ્રેઇંગ અને આર્ક સ્પ્રેઇંગ દ્વારા બનાવેલાં કાંસ્ય આવરણોની તુલના ઢાળેલા નિકલ એલ્યુમિનિયમ કાંસ્ય અને જહાજનિર્માણમાં વપરાતા સ્ટીલ સાથે કરવામાં આવી હતી. મુખ્ય પ્રશ્ન સરળ હતો: કઈ આવરણ પ્રક્રિયા એવી કાંસ્ય સપાટી બનાવી શકે છે જે દરિયાઈ ઉપયોગ માટે પૂરતા લાંબા સમય સુધી કેવિટેશનના સંપર્કમાં ટકી શકે? તેનો જવાબ મેળવવા માટે, સંશોધકોએ કંપન ઉપકરણ સાથે ASTM G32-16 પર આધારિત કેવિટેશન ધોવાણ પરીક્ષણ કર્યું હતું, જેમાં પરીક્ષણ પ્રણાલી તરીકે Hielscher UIP1000hdT અલ્ટ્રાસોનિક કંપન પ્રણાલીનો સમાવેશ થતો હતો.

પરીક્ષણની પરિસ્થિતિઓનું ચોક્કસ નિયંત્રણ અને સ્વચાલિત ડેટા નોંધણી

સોનિકેટર UIP1000hdT આ પ્રકારના પરીક્ષણ માટે ખૂબ અનુકૂળ છે, કારણ કે તે કેવિટેશન ધોવાણ પરીક્ષણમાં ઉપયોગમાં લેવાતી શ્રેણીમાં ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળું, ઓછી આવૃત્તિવાળું અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પૂરું પાડે છે. 1000-વોટ સોનિકેટરનો ઉપયોગ કરતી કેવિટેશન ધોવાણ પરીક્ષણની ગોઠવણી 20 kHz પર કાર્ય કરે છે અને પ્રક્રિયાનું ચોક્કસ નિરીક્ષણ, કંપવિસ્તારનું નિયંત્રણ, તાપમાનનું માપન અને પરીક્ષણ ડેટાની સ્વચાલિત નોંધણી શક્ય બનાવે છે. આ કાર્યો મહત્વપૂર્ણ છે, કારણ કે કેવિટેશનની તીવ્રતા કંપવિસ્તાર, પ્રવાહીનું તાપમાન, પ્રવાહીનું દબાણ, સોનોટ્રોડની ભૂમિતિ અને સોનોટ્રોડ તથા પરીક્ષણ નમૂના વચ્ચેના અંતર પર મોટા પ્રમાણમાં આધાર રાખે છે.

(a) સોનિકેટર UIP1000hd સાથે ASTM G32-16 અનુસાર કેવિટેશન ધોવાણ પરીક્ષણ (પરોક્ષ પદ્ધતિ). પરીક્ષણનાં તમામ પરિમાણો નામમાત્ર મૂલ્યો છે; અનુમતિપાત્ર વિચલનો ધોરણમાં સૂચિબદ્ધ છે.
(b) ધોવાણ–સમય વક્રના તબક્કાઓ અને પરીક્ષણ પ્રક્રિયાનાં લાક્ષણિક પરિમાણોનું રૂપરેખાત્મક નિરૂપણ.
આલેખો અને અભ્યાસ: ©Hauer et al., 2021.

કાંસ્ય આવરણોનું અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન ધોવાણ પરીક્ષણ

દરિયાઈ ઉપયોગના કાંસ્ય આવરણના ઉદાહરણ માટે, પરીક્ષણ પરોક્ષ ASTM G32 ગોઠવણીમાં કરવામાં આવ્યું હતું. આ ગોઠવણીમાં, પરીક્ષણ નમૂનાને કંપન કરતા હોર્ન સાથે જોડવામાં આવતો નથી. તેના બદલે, અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ નિસ્યંદિત પાણીમાં કેવિટેશન ઉત્પન્ન કરે છે અને આવરણ ધરાવતા પરીક્ષણ નમૂનાને સોનોટ્રોડની નીચે નિર્ધારિત અંતરે સ્થિર કરવામાં આવે છે. Hauer અને સહલેખકોએ નમૂના અને સોનોટ્રોડ વચ્ચે 0.5 mm અંતર, 20 kHz આવૃત્તિ અને 50 µm શિખરથી શિખર સુધીનો કંપવિસ્તાર વાપર્યો હતો. પરીક્ષણ પ્રવાહી નિસ્યંદિત પાણી હતું, જેને લગભગ ઓરડાના તાપમાને, આશરે 25 °C પર રાખવામાં આવ્યું હતું.

પરીક્ષણ નમૂનાની તૈયારી એક નિર્ણાયક પગલું છે. કેવિટેશનના સંપર્ક પહેલાં, આવરણ ધરાવતી સપાટીઓને તબક્કાવાર ઘસવામાં અને પૉલિશ કરવામાં આવી હતી, અને અંતે 4 µm કરતાં નાના કણોવાળા બારીક હીરાના ઘર્ષકનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. આથી ઢીલા ચોંટેલા કણો અથવા સપાટીની અનિયમિતતાઓનો પ્રભાવ ઘટે છે, જે અન્યથા તરત જ છૂટાં પડીને ધોવાણ વક્રને વિકૃત કરી શકે છે. હેતુ આવરણને દેખાવમાં સારું બનાવવાનો નથી, પરંતુ પુનરુત્પાદિત કરી શકાય તેવી પ્રારંભિક સ્થિતિ બનાવવાનો છે, જેથી માપવામાં આવેલી દળની હાનિ સપાટીની નબળી તૈયારીને બદલે કેવિટેશન પ્રતિરોધને પ્રતિબિંબિત કરે.

અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન ધોવાણ પરીક્ષણની પ્રક્રિયા અને તેનાં પરિણામો

વ્યવહારુ પરીક્ષણ પ્રક્રિયા સરળ છે. સૌપ્રથમ, દરેક પરીક્ષણ નમૂનાને સાફ કરીને સૂકવવામાં આવે છે અને ચોકસાઈવાળા ત્રાજવા પર તેનું દ્રવ્યમાન માપવામાં આવે છે. ત્યારબાદ તેને UIP1000hdT સોનિકેટરના BS4d22 સોનોટ્રોડની નીચે પરીક્ષણ કોષમાં ગોઠવવામાં આવે છે અને 0.5 mmનું અંતર કાળજીપૂર્વક તથા પુનરાવર્તિત રીતે સેટ કરવામાં આવે છે. સોનિકેટરને નિર્ધારિત કંપનવિસ્તાર અને આવૃત્તિએ ચલાવવામાં આવે છે, જ્યારે ગરમી વધવાથી કેવિટેશનની તીવ્રતા બદલાય નહીં તે માટે પ્રવાહીનું તાપમાન નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે. નિર્ધારિત ઉદ્ભાસન સમયગાળા પછી, નમૂનાને બહાર કાઢીને સાફ કરવામાં આવે છે, સૂકવવામાં આવે છે અને તેનું દ્રવ્યમાન ફરીથી માપવામાં આવે છે. સંપૂર્ણ ક્ષરણ વક્ર પ્રાપ્ત થાય ત્યાં સુધી આ ક્રમને સામગ્રી પર આધારિત, ક્રમશઃ વધતા ઉદ્ભાસન સમયગાળાઓ માટે પુનરાવર્તિત કરવામાં આવે છે.
મૂળ માપન દ્રવ્યમાનમાં થતો ઘટાડો છે. ઇજનેરી તુલના માટે, સામગ્રીની ઘનતાનો ઉપયોગ કરીને દ્રવ્યમાનમાં થતા આ ઘટાડાને આયતનમાં થતા ઘટાડામાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે. ત્યારબાદ સરેરાશ ક્ષરણ ઊંડાઈ નક્કી કરવા માટે આયતનમાં થતા ઘટાડાને ઉદ્ભાસિત સપાટીના ક્ષેત્રફળથી ભાગવામાં આવે છે. ક્ષરણ ઊંડાઈના વક્ર પરથી સંશોધક મહત્તમ ક્ષરણ દર, અંતિમ ક્ષરણ દર અને ક્ષરણની સરેરાશ ઊંડાઈ જેવા લાક્ષણિક ક્ષરણ પરિમાણોની ગણતરી કરી શકે છે. Hielscher એ પણ નોંધે છે કે પસંદ કરેલી કાર્યપદ્ધતિ અનુસાર ક્ષરણને એકમ સમય દીઠ અથવા પહોંચાડવામાં આવેલી એકમ અલ્ટ્રાસોનિક ઊર્જા દીઠ દ્રવ્યમાન, આયતન અથવા ભેદન ઊંડાઈ તરીકે દર્શાવી શકાય છે.

સમાયોજિત કોટિંગ ગુણવત્તા પરિમાણો nના ફલન તરીકે સરેરાશ ક્ષરણ ઊંડાઈઓ. પાઉડરનું એનીલિંગ અને તેના પરિણામે પાઉડરની મજબૂતીમાં થતો ઘટાડો ઉચ્ચ કોટિંગ ગુણવત્તા પ્રાપ્ત કરવાનું શક્ય બનાવે છે. અંદર મૂકેલાં ચિત્રો 100minના કેવિટેશન પરીક્ષણ સમય પછી થયેલું સપાટીનું નુકસાન દર્શાવે છે.
આલેખો અને અભ્યાસ: ©Hauer et al., 2021.

Hauerના અભ્યાસમાંથી મળતો એક મહત્વનો બોધ એ છે કે પ્રારંભિક ક્ષરણ દરો ભ્રામક હોઈ શકે છે. થર્મલ અને ગતિજ સ્પ્રેઇંગથી બનાવેલાં કોટિંગોમાં ઘણીવાર શરૂઆતમાં સામગ્રીનો વધુ ઘટાડો જોવા મળ્યો હતો, જેના પછી ક્ષરણ દર ઓછો અને વધુ સ્થિર થયો હતો. આ કારણસર, Hauer et al.એ લાંબા ગાળાની કોટિંગ કામગીરીના વધુ પ્રતિનિધિત્વપૂર્ણ સૂચક તરીકે અંતિમ ક્ષરણ દરનો ઉપયોગ કર્યો હતો. તેમની 120 મિનિટની તુલનામાં, સ્થિર થયેલા વર્તનને વધુ સારી રીતે દર્શાવવા માટે અંતિમ ક્ષરણ દરનું મૂલ્યાંકન મુખ્યત્વે પરીક્ષણના બીજા અર્ધભાગમાંથી, 60 મિનિટ પછીના સમયમાંથી કરવામાં આવ્યું હતું.

પરીક્ષણનાં પરિણામો દર્શાવે છે કે નિયંત્રિત કંપનશીલ કેવિટેશન ઉપકરણ શા માટે મૂલ્યવાન છે. ઢાળેલા નિકલ એલ્યુમિનિયમ બ્રોન્ઝે લગભગ 0.40 µm/hનો અંતિમ ક્ષરણ દર પ્રાપ્ત કર્યો હતો. શ્રેષ્ઠ બનાવેલું વૉર્મ-સ્પ્રે કરેલું બ્રોન્ઝ 0.57 µm/h સુધી પહોંચ્યું હતું, જે ઢાળેલા સંદર્ભ નમૂનાના દરની નજીક હતું. જહાજ નિર્માણના સ્ટીલ પરનું શ્રેષ્ઠ બનાવેલું આર્ક-સ્પ્રે કરેલું કોટિંગ લગભગ 1.02 µm/h સુધી પહોંચ્યું હતું, જ્યારે શ્રેષ્ઠ બનાવેલું HVOF કોટિંગ લગભગ 1.74 µm/h સુધી પહોંચ્યું હતું. આ કોટિંગો ઢાળેલા પ્રોપેલર બ્રોન્ઝની સંપૂર્ણ સમકક્ષ ન થયાં હોવા છતાં, તેમણે જહાજ નિર્માણના સ્ટીલ કરતાં ઘણું સારું પ્રદર્શન કર્યું હતું; અભ્યાસ જણાવે છે કે આર્ક-સ્પ્રે કરેલાં અને HVOF-સ્પ્રે કરેલાં કોટિંગોએ VL-A સ્ટીલ કરતાં અનુક્રમે લગભગ 26 ગણી અને 16 ગણી વધુ સારી કેવિટેશન પ્રતિકારક્ષમતા પ્રાપ્ત કરી હતી.

તમારાં કેવિટેશન ક્ષરણ પરીક્ષણો માટે કંપનશીલ ઉપકરણ તરીકે સોનિકેટરનો ઉપયોગ કરો

વ્યવહારુ નિષ્કર્ષ એ છે કે કંપનશીલ ઉપકરણ તરીકે UIP1000hdT સોનિકેટરનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવતું કેવિટેશન ક્ષરણ પરીક્ષણ સામગ્રીને ક્રમ આપવાથી પણ વધુ કાર્ય કરી શકે છે. તે દર્શાવે છે કે કોટિંગ પ્રક્રિયા, સૂક્ષ્મસંરચના, ઑક્સાઇડનું પ્રમાણ, છિદ્રાળુતા, આંતરપૃષ્ઠ બંધન અને પશ્ચાત્ ઉપચાર વાસ્તવિક ક્ષરણ વર્તનને કેવી રીતે અસર કરે છે. Hauer et al.એ નિષ્કર્ષ કાઢ્યો હતો કે સ્ટીલના રડરની સપાટીઓને સુધારવા માટે HVOF અને આર્ક સ્પ્રેઇંગ કામગીરી અને ખર્ચ વચ્ચે સારો સમન્વય પ્રદાન કરી શકે છે, જ્યારે બલ્ક નિકલ એલ્યુમિનિયમ બ્રોન્ઝની નજીકની કેવિટેશન પ્રતિકારક્ષમતા જરૂરી હોય ત્યારે કોલ્ડ અને વૉર્મ સ્પ્રેઇંગને પ્રાધાન્ય આપવામાં આવે છે.

પ્રયોગશાળાઓ અને કોટિંગ વિકસાવનારાઓ માટે, પુનરુત્પાદિત કરી શકાય તેવાં પરિણામોની ચાવી પરીક્ષણ પરિમાણોના કડક નિયંત્રણમાં રહેલી છે: સોનોટ્રોડનો કંપનવિસ્તાર, આવૃત્તિ, સોનોટ્રોડ અને નમૂના વચ્ચેનું અંતર, પ્રવાહીનું તાપમાન, પ્રવાહીનું રાસાયણિક સ્વરૂપ, પરીક્ષણ નમૂનાની તૈયારી, દ્રવ્યમાન માપવાના સમયાંતરો અને ક્ષરણ દરની ગણતરી. આ શરતો નિર્ધારિત કર્યા પછી, Hielscher UIP1000hdT અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનને કોટિંગની કામગીરીના જથ્થાત્મક ડેટામાં રૂપાંતરિત કરવાની વ્યવહારુ અને પુનરાવર્તિત કરી શકાય તેવી રીત પ્રદાન કરે છે.

કેવિટેશન ક્ષરણ પરીક્ષણ માટે નમૂનારૂપ કાર્યપત્રક

 
કેવિટેશન ક્ષરણ પરીક્ષણો માટેની સૂચનાઓ તમને અહીં મળી શકે છે!

ASTM G32 કેવિટેશન ક્ષરણ પરીક્ષણની ગોઠવણ

સોનિકેટરો UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP15000hdT અને UIP2000hdT ASTM G32 પરીક્ષણ માટે યોગ્ય છે. અમે આ દરેક એકમને સોનોટ્રોડના અગ્રભાગના યાંત્રિક કંપનવિસ્તાર માટેના ચોક્કસ કંપનવિસ્તાર માપન પ્રોટોકોલ સાથે પૂરો પાડી શકીએ છીએ. અમે આ ઉપકરણોમાંથી કોઈ પણ ઉપકરણનો ઉપયોગ સોનોટ્રોડ BS4d22 (22mm વ્યાસ) અને સ્ટેન્ડ ST2 સાથે કરવાની ભલામણ કરીએ છીએ.

ASTM G32 -16 બદલી શકાય તેવા અગ્રભાગ સાથેનો 15.9mm સોનોટ્રોડ

ડિઝાઇન, ઉત્પાદન અને પરામર્શ – જર્મનીમાં નિર્મિત ગુણવત્તા

Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરો તેમની સર્વોચ્ચ ગુણવત્તા અને ડિઝાઇનના ધોરણો માટે જાણીતા છે. મજબૂતાઈ અને સરળ સંચાલનને કારણે અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટરોને ઔદ્યોગિક સુવિધાઓમાં સરળતાથી સંકલિત કરી શકાય છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરો કઠોર પરિસ્થિતિઓ અને પડકારજનક વાતાવરણમાં સરળતાથી કાર્ય કરે છે.

Hielscher Ultrasonics એ ISO પ્રમાણિત કંપની છે અને અત્યાધુનિક ટેકનોલોજી તથા વપરાશકર્તા માટેની સરળતા ધરાવતા ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિકેટરો પર વિશેષ ભાર મૂકે છે. નિઃસંદેહ, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરો CE અનુરૂપ છે અને UL, CSA તથા RoHs ની જરૂરિયાતો પૂરી કરે છે.

સાહિત્ય / સંદર્ભો

• 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.