Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Test di erosione da cavitazione

L'erosione da cavitazione si verifica su superfici di materiale che sono esposte ad un'intensa cavitazione ultrasonica. Il test di erosione da cavitazione è un metodo rapido per misurare la resistenza all'erosione di materiali o rivestimenti a forti sollecitazioni e ad altri fattori di erosione. Fornisce una facile misurazione quantitativa per il controllo qualità e un utile durante la ricerca dei materiali o la formulazione del rivestimento.

Perché usare il test di erosione da cavitazione?

L'erosione o la corrosione in corso può richiedere una regolare sostituzione di parti o il rinnovo dei rivestimenti superficiali. L'erosione superficiale del materiale a causa di influenze meccaniche o chimiche è un processo lento che porta alla graduale distruzione delle superfici del materiale. Pertanto, la valutazione della resistenza all'erosione del materiale o dell'effetto erosione di liquidi e fanghi, può essere un processo che richiede molto tempo.
Il test di erosione da cavitazione ad ultrasuoni espone la superficie del materiale a cicli di stress controllati, intensi e ripetuti. Ciò comporta una significativa erosione della superficie del materiale in breve tempo. È possibile misurare rapidamente la resistenza all'erosione per un controllo di qualità regolare nella produzione, per la valutazione dei materiali in entrata o durante la ricerca e lo sviluppo.
Le applicazioni standard includono test metallurgici, test di formulazione del rivestimento, test di applicazione del rivestimento o la valutazione degli inibitori dell'erosione nei liquidi.

Configurazione del test di erosione da cavitazione con UIP1000hdT (1000 watt di potenza ultrasonica)

UIP1000hdT (1000W, 20kHz) Configurazione del test di erosione da cavitazione

Perché la cavitazione causa l'erosione superficiale?

Dispositivi ad ultrasuoni, come l'UP400St (400 watt, 24kHz) o l'UIP1000hdT (1000 watt, 20kHz) accoppiano le vibrazioni ultrasoniche nei liquidi, come l'acqua. Il rapido movimento reciproco della vibrazione nel liquido produce e collassa bolle di cavitazione. Quando le bolle crollano, si verificano elevate sollecitazioni meccaniche localizzate nel liquido e sulle superfici dei materiali esposti. Getti di liquido fino a 1000km/h e pressioni locali fino a 1000atm provocano un rapido affaticamento della superficie del materiale. Questo può rimuovere strati di ossido o passivazione, rivestimenti o incrostazioni. Può causare la vaiolatura di materiali solidi, come acciaio, titanio, alluminio, plastica o vetro. Quindi, il test di erosione da cavitazione è un metodo di controllo distruttivo.

Erosione da cavitazione su una superficie di 40 mm di titanio

Erosione da cavitazione su una superficie di 40 mm di titanio

Come funziona il test di erosione da cavitazione?

L'erosione di cavitazione delle superfici dei materiali causa una graduale perdita di materiale. È possibile misurare facilmente la perdita di materiale pesando il materiale su una bilancia di precisione prima e dopo una determinata esposizione all'erosione da cavitazione. Una variazione di peso tipica per un test di erosione da cavitazione è compresa tra 1 e 30 mg. Per un'ulteriore standardizzazione, è possibile calcolare la perdita di volume dividendo la perdita di peso per la densità del materiale. La profondità media di penetrazione (MDP) viene calcolata dividendo la perdita di volume per la superficie del campione. In alternativa, è possibile misurare la profondità di vaiolatura o il volume spostato. È possibile utilizzare l'analisi microscopica per ottenere ulteriori informazioni qualitative sul modello di erosione.
Quando si utilizza un dispositivo ad ultrasuoni Hielscher per il test di erosione da cavitazione, è possibile impostare l'intervallo di temperatura e l'intervallo di pressione in cui si desidera lavorare. È possibile regolare l'ampiezza della sonicazione. Tutti i parametri sono monitorati, visualizzati e protocollati su una scheda SD. Non è necessaria alcuna installazione di software proprietario. Se lo si desidera, è possibile controllare e monitorare il processo a ultrasuoni dal normale browser web, se si collega il dispositivo a ultrasuoni al computer tramite il cavo ethernet (incluso).

Erosione da cavitazione su un titanio (grado 5) Superficie

Erosione di cavitazione sulla superficie del titanio

Qual è il metodo standard ASTM G32 per l'erosione da cavitazione con un apparecchio vibrante?

La norma ASTM G32-16 descrive un metodo standardizzato per l'erosione da cavitazione. Definisce un test semplice, controllabile e riproducibile per quantificare e confrontare la resistenza all'erosione da cavitazione di diversi materiali. Le specifiche ATSM G32-16 sono utili per confrontare i vostri risultati con quelli di altre pubblicazioni. Se si desidera implementare il test di erosione da cavitazione nel controllo qualità, si consiglia di adattare il protocollo di test di erosione da cavitazione alle proprie esigenze specifiche. Saremo lieti di assistervi nella progettazione di un protocollo di test di erosione da cavitazione personalizzato. Per ulteriori informazioni sulla prova di erosione da cavitazione secondo ASTM-G32, cliccare qui!

Perché dovrei usare un limite di energia invece di un limite di tempo?

Molte pubblicazioni e protocolli di test di erosione specificano un tempo di esposizione alla cavitazione. Nei dispositivi ad ultrasuoni Hielscher, è possibile impostare un tempo di sonicazione e il sistema si fermerà dopo questo tempo è passato. È quindi possibile calcolare il tasso di erosione da cavitazione risultante in mm/ora o mm3/ora. Un limite di tempo è accettabile solo se non si modificano parametri quali il livello del liquido, l'ampiezza, la pressione, la temperatura, la composizione del liquido o la distanza tra il sonotrodo e la superficie del materiale. Se uno qualsiasi di questi parametri cambia, così come la potenza della sonicazione e l'intensità della cavitazione. È importante che la potenza netta effettiva erogata al liquido non deve fluttuare durante la durata del test.
Nei dispositivi ad ultrasuoni Hielscher è possibile impostare un limite di energia. In questo caso, il dispositivo ad ultrasuoni si arresta, dopo aver fornito l'energia ultrasonica specificata. Il dispositivo Hielscher visualizzerà e registrerà i parametri, come la potenza netta effettiva, l'ampiezza, la pressione e la temperatura del liquido. Le fluttuazioni di potenza o le modifiche intenzionali dei parametri saranno compensate quando si utilizza un limite di energia. È quindi possibile specificare il tasso di erosione da cavitazione risultante in mm/kWhr, mm3/kWhr o mg/kWhr.
Se si pesa il campione tra gli intervalli di erosione da cavitazione, è possibile generare una curva che mostra la perdita di peso marginale (tasso di perdita di peso in ogni intervallo di energia) sull'energia cumulativa.
Per risultati più precisi, il dispositivo può eseguire una calibrazione automatica (30 secondi). Misura la potenza per tutte le impostazioni di ampiezza in aria a pressione ambiente. Il dispositivo Hielscher utilizza questi dati di calibrazione per fornire valori di potenza netta molto precisi in tempo reale.

Campione di prova di erosione da cavitazione secondo ASTM G32 - 16

Campione di prova di erosione da cavitazione (ASTM G32 – 16)

Punta sostituibile (15,9 mm) per ASTM G32 Cavitation Erosion Test Method (metodo di prova di erosione da cavitazione)

Punta sostituibile per ASTM G32 – Test di erosione da cavitazione

Configurazioni di prova disponibili per i test di erosione da cavitazione

Saremo lieti di discutere i vostri requisiti per i test di erosione. Utilizza il modulo sottostante per contattarci! Si prega di fornire ulteriori informazioni sul vostro progetto, come i campioni da testare ogni giorno, le dimensioni del campione e il materiale.








Si prega di indicare le informazioni, che si desidera ricevere, qui di seguito:



  • Per un banco di prova facile da usare, raccomandiamo il modello UP400St (400W, 24kHz) con un sonotrodo S24d14D (diametro punta 14mm). Naturalmente sono disponibili sonotrodi di altri diametri. Questo potente omogeneizzatore ad ultrasuoni, viene fornito con una sonda di temperatura e protocollo automatico su scheda SD. È possibile utilizzare l'UP400St con l'S24d14D ad ampiezze da 20 a 99 micron. Si consiglia di utilizzare un contenitore per liquidi con raffreddamento, in cui si posiziona il campione o parte di esso ad una distanza definita dalla punta del sonotrodo. Il dispositivo UP400St può funzionare 24 ore su 24, 7 giorni su 7, continuamente a piena potenza.



  • L'Hielscher UIP1000hdT (1000W, 20kHz) con un sonotrodo BS4d22 (diametro punta 22mm) ha più potenza, può funzionare ad ampiezze maggiori e processare campioni più grandi. L'unità viene fornita con una sonda di temperatura e protocollo automatico su scheda SD. Sono disponibili sonotrodi di diametro maggiore o sonotrodi con punte sostituibili. Possiamo fornirvi gli accessori necessari, come un supporto, una regolazione in altezza, un potente refrigeratore di liquido refrigerante o un recipiente di prova a incamiciato con staffe di montaggio per il vostro campione.



  • Per una prova di erosione di cavitazione in un liquido pressurizzato, si consiglia l'UIP2000hdT (2000 watt, 20kHz). Come le altre unità, include una sonda di temperatura e il protocollo automatico della scheda SD. Il sensore di pressione digitale opzionale PS7D è molto utile per monitorare e registrare la pressione.



  • Hielscher Ultrasonics ha un centro tecnico in grado di eseguire test di erosione da cavitazione come servizio. Dalla lavorazione di campioni standard, alla pesatura di precisione e all'esposizione alla cavitazione in condizioni controllate e ripetibili, fino ad un rapporto completo e alla restituzione dei campioni, Hielscher è in grado di personalizzare il protocollo di prova per soddisfare le vostre esigenze.


Si prega di notare il nostro informativa sulla privacy.


Che cosa influenza l'erosione da cavitazione?

La cavitazione ultrasonica provoca l'erosione da cavitazione. Più intensa è la cavitazione ultrasonica, più rapida è l'erosione. Una cavitazione più intensa può erodere le superfici dei materiali, che una cavitazione molto soffice non può erodere affatto. Quindi ci può essere un'intensità minima richiesta per testare l'erosione del materiale.

Ampiezza ultrasonica

L'ampiezza della vibrazione è il parametro più importante per l'intensità di sonicazione e l'intensità di cavitazione risultante. Ampiezze maggiori producono una cavitazione più intensa. Negli ultrasuoni, l'ampiezza è specificata in micron come picco-picco. I dispositivi ad ultrasuoni Hielscher consentono di regolare l'ampiezza in una vasta gamma. Una volta regolato, il dispositivo mantiene l'ampiezza al livello regolato in tutte le condizioni di carico. Questa è una caratteristica importante per avere condizioni di prova di cavitazione controllabili e ripetibili.
I dispositivi ad ultrasuoni Hielscher consentono di eseguire prove di erosione cavitazionale ad ampiezze che vanno da un minimo di 2 micron a 200 micron o più.

Pressione del liquido durante la sonicazione

Molti protocolli standard per i test di erosione da cavitazione utilizzano la cavitazione ultrasonica a pressione ambiente. La pressione del liquido è il secondo fattore più importante per l'intensità di sonicazione. Un aumento del 10% della pressione ambiente aumenterà l'intensità di sonicazione di circa il 10%. Una cavitazione più intensa riduce il tempo necessario per raggiungere un certo grado di erosione da cavitazione. Spesso la prova su singolo campione può durare da 15 a 120 minuti. Se avete molti campioni da testare, lavorare a pressioni più elevate può ridurre significativamente il tempo per ogni prova. I test a 5 barg (73psig) richiedono circa l'80% di tempo in meno per ogni test.
Hielscher fornisce celle di prova a tenuta di pressione con un sensore di pressione digitale per la prova di erosione da cavitazione. Utilizzando una cella a tenuta di pressione, è possibile controllare e mantenere la pressione durante ogni test. Il generatore di ultrasuoni monitora costantemente il sensore di pressione e protocolla la pressione effettiva in un file CSV compatibile con Excel su una scheda SD (inclusa). Hielscher fornisce regolatori di pressione per regolare e mantenere la pressione di esercizio.
Come standard, le celle di prova Hielscher a tenuta di pressione per prove di erosione da cavitazione sono classificate fino a 5 barg (73psig). Pressioni più elevate fino a 300 barg (4350psig) sono disponibili su richiesta.

Frequenza ultrasonica

In generale, la prova di erosione da cavitazione utilizza ultrasuoni a bassa frequenza ad alta intensità nella gamma dei 18-30kHz. In questo intervallo la variazione della frequenza ha un effetto molto limitato sull'intensità di cavitazione. Tutti i dispositivi Hielscher funzionano a frequenza costante.

impostazione regolabile in altezza per regolare la distanza tra sonotrodo ad ultrasuoni e campione durante la prova di erosione da cavitazione (ASTM G32-16)

Cella di prova regolabile in altezza per prove di erosione da cavitazione (ASTM G32-16)

Distanza da Sonotrode

Il materiale da testare può essere montato sul sonotrodo o sotto il sonotrodo. È possibile creare un campione di materiale filettato e montarlo all'estremità del sonotrodo ad ultrasuoni. In questo caso, il campione vibra all'ampiezza ultrasonica specificata e produce cavitazione sulla sua superficie. Ciò richiede una lavorazione di precisione e non tutti i materiali sono adatti a questa opzione.
In alternativa, è possibile fissare una parte o un campione nelle immediate vicinanze sotto un sonotrodo in titanio. In questo caso, il sonotrodo in titanio produce la cavitazione e la superficie del materiale viene esposta alla cavitazione. Questa è l'opzione più conveniente in quanto è possibile inserire campioni di varie dimensioni o forme nella cella di prova. Se si utilizza un sonotrodo più grande, come un sonotrodo di 50 mm o 80 mm di diametro, è possibile esporre più parti all'erosione da cavitazione allo stesso tempo. Questo è molto utile quando si devono testare molte parti al giorno, ad esempio per il controllo qualità.
In entrambi i casi, la distanza tra il sonotrodo ad ultrasuoni e la superficie del materiale adiacente è molto importante. In generale, l'erosione da cavitazione è più veloce quando si utilizza una distanza minore. Le distanze tipiche vanno da 0,2 a 15 mm. Per risultati conclusivi, si dovrebbe usare la stessa distanza per tutti i test.

Temperatura del liquido

Un liquido più caldo determina una minore intensità di cavitazione ultrasonica. L'immissione di energia di vibrazione meccanica nel liquido provoca il riscaldamento del liquido. Per mantenere una temperatura costante durante ogni test di erosione da cavitazione, il liquido deve essere raffreddato. Hielscher fornisce contenitori rivestiti e celle a tenuta di pressione rivestite. In alternativa è possibile utilizzare una serpentina di raffreddamento in un bicchiere o mettere il bicchiere in un bagno di ghiaccio. Un refrigerante che attraversa la camicia o la serpentina di raffreddamento rimuove il calore dal liquido.
I dispositivi ad ultrasuoni Hielscher, come la UP400St o la UIP1000hdT sono dotati di una sonda di temperatura PT100 (inclusa). Il generatore di ultrasuoni monitora continuamente la temperatura effettiva del liquido e protocolla la temperatura in un file CSV compatibile con Excel su una scheda SD (inclusa). È possibile impostare il generatore per mettere in pausa la prova di erosione da cavitazione nel caso in cui la temperatura del liquido si discosti troppo dal set-point, ad esempio a causa di una capacità di raffreddamento insufficiente. Il generatore può riprendere automaticamente la sonicazione quando il liquido ha raggiunto di nuovo la temperatura specificata.

Liquido cavitante

In generale i test di erosione da cavitazione utilizzano l'acqua, come l'acqua distillata. Liquidi diversi presentano caratteristiche di cavitazione diverse. Se l'acqua è corrosiva per il vostro materiale, potreste voler testare liquidi alternativi, come oli siliconici a bassa viscosità o solventi organici per eliminare o ridurre il fattore corrosivo. In alternativa, è possibile rendere il liquido più corrosivo, ad esempio modificando il pH o aggiungendo particelle abrasive. È possibile utilizzare i test di erosione da cavitazione per valutare l'erosività e la corrosività dei liquidi, come i fanghi di perforazione o per valutare l'efficacia degli inibitori della corrosione o dell'erosione.

Lavorazione

Quando si produce un pezzo o un campione, la lavorazione CNC, la rettifica o la lucidatura causano danni alla struttura del grano vicino alla superficie del materiale. Questo riduce la resistenza all'erosione.

Livelli di passivazione/ossidi

Molto spesso l'erosione e la corrosione avvengono contemporaneamente. L'acqua, come l'acqua distillata, demineralizzata o deionizzata può essere corrosiva per molti materiali. La cavitazione ad ultrasuoni favorisce la corrosione. Gli strati di passivazione, ad esempio all'alluminio anodizzato, aumentano la resistenza della superficie di un materiale all'erosione e alla corrosione.

Quali limitazioni ha il test di erosione da cavitazione?

Alcuni elastomeri possono richiedere un'esposizione molto intensa alla cavitazione per mostrare qualsiasi erosione da cavitazione. In questo caso, la sonicazione senza cella pressurizzata può non mostrare alcun effetto misurabile.

sonotrodo da 15,9 mm con punta sostituibile per il metodo di prova dell'erosione da cavitazione ASTM G32 - 16

ASTM G32 -16 Sonotrodo da 15,9 mm con punta sostituibile



Protocollo di prova del modello per le prove di erosione da cavitazione

È possibile scaricare il nostro modello di foglio di lavoro nei seguenti formati: PDF, Microsoft Excel XLSo Numeri di mela.

Esempio di foglio di lavoro per le prove di erosione da cavitazione

Esempio di foglio di lavoro per le prove di erosione da cavitazione