Kavitācijas erozijas testēšana

Kavitācijas erozija rodas uz materiālu virsmām, kas pakļautas intensīvai ultraskaņas kavitācijai. Kavitācijas erozijas testēšana ir ātra metode, ar kuru nosaka materiālu vai pārklājumu izturību pret eroziju intensīvas spriedzes un citu erozijas faktoru iedarbībā. Tā nodrošina vienkāršu kvantitatīvu mērījumu kvalitātes kontrolei un ir noderīga materiālu izpētē vai pārklājumu sastāva izstrādē.

Kāpēc izmantot kavitācijas erozijas testēšanu?

Pastāvīgas erozijas vai korozijas dēļ var būt nepieciešama regulāra detaļu nomaiņa vai virsmas pārklājumu atjaunošana. Materiālu virsmu erozija mehāniskas vai ķīmiskas iedarbības rezultātā ir lēns process, kas izraisa pakāpenisku materiālu virsmu noārdīšanos. Tāpēc materiāla izturības pret eroziju vai šķidrumu un suspensiju erozīvās iedarbības novērtēšana var būt ļoti laikietilpīgs process.
Ultraskaņas kavitācijas erozijas testēšanā materiāla virsma tiek pakļauta kontrolētiem, intensīviem, atkārtotiem spriedzes cikliem. Tas īsā laikā izraisa ievērojamu materiāla virsmas eroziju. Varat ātri izmērīt izturību pret eroziju regulārai kvalitātes kontrolei ražošanā, ienākošo materiālu novērtēšanai vai pētniecības un izstrādes laikā.
Standarta lietojumi ietver metalurģiskās pārbaudes, pārklājumu sastāva testēšanu, pārklājumu uzklāšanas testēšanu vai erozijas inhibitoru novērtēšanu šķidrumos.

Kāpēc kavitācija izraisa virsmas eroziju?

Ultraskaņas ierīces, piemēram, UP400St (400 vati, 24kHz) vai UIP1000hdT (1000 vati, 20kHz), ievada ultraskaņas svārstības šķidrumos, piemēram, ūdenī. Straujā svārstību turp un atpakaļ kustība šķidrumā rada kavitācijas burbuļus un izraisa to sabrukšanu. Burbuļiem sabrūkot, šķidrumā un uz iedarbībai pakļautajām materiālu virsmām rodas lokāli augsts mehāniskais spriegums. Šķidruma strūklas ar ātrumu līdz 1000km/h un lokāls spiediens līdz 1000atm izraisa strauju materiāla virsmas nogurumu. Tas var noņemt oksīdu vai pasivācijas slāņus, pārklājumus vai apaugumu. Tas var izraisīt bedrīšu veidošanos cietos materiālos, piemēram, tēraudā, titānā, alumīnijā, plastmasā vai stiklā. Tādējādi kavitācijas erozijas testēšana ir destruktīva testēšanas metode.

Kā notiek kavitācijas erozijas testēšana?

Materiālu virsmu kavitācijas erozija izraisa pakāpenisku materiāla zudumu. Materiāla zudumu var viegli izmērīt, nosverot materiālu ar precīzijas svariem pirms un pēc noteiktas kavitācijas erozijas iedarbības. Tipiskas masas izmaiņas kavitācijas erozijas testā ir no 1 līdz 30mg. Turpmākai standartizācijai varat aprēķināt tilpuma zudumu, dalot masas zudumu ar materiāla blīvumu. Vidējo iespiešanās dziļumu (MDP) aprēķina, dalot tilpuma zudumu ar parauga virsmas laukumu. Varat arī izmērīt bedrīšu dziļumu vai izspiestā materiāla tilpumu. Lai iegūtu papildu kvalitatīvu informāciju par erozijas raksturu, varat izmantot mikroskopisko analīzi.
Izmantojot Hielscher ultraskaņas ierīci kavitācijas erozijas testēšanai, varat iepriekš iestatīt temperatūras un spiediena diapazonu, kurā vēlaties strādāt. Varat regulēt apstrādes ar ultraskaņu amplitūdu. Visi parametri tiek uzraudzīti, parādīti un reģistrēti SD kartē. Nav nepieciešams instalēt patentētu programmatūru. Ja vēlaties, varat vadīt un uzraudzīt ultraskaņas procesu savā ierastajā tīmekļa pārlūkprogrammā, savienojot ultraskaņas ierīci ar datoru, izmantojot Ethernet kabeli (iekļauts komplektā).

Kāda ir ASTM G32 standarta metode kavitācijas erozijas noteikšanai, izmantojot vibrācijas aparātu?

Standartā ASTM G32-16 ir aprakstīta standartizēta kavitācijas erozijas testēšanas metode. Tajā ir noteikts vienkāršs, kontrolējams un reproducējams tests dažādu materiālu kavitācijas erozijizturības kvantitatīvai noteikšanai un salīdzināšanai. ATSM G32-16 specifikācijas ir noderīgas jūsu rezultātu salīdzināšanai ar citās publikācijās sniegtajiem rezultātiem. Ja vēlaties ieviest kavitācijas erozijas testēšanu kvalitātes kontrolē, mēs iesakām pielāgot kavitācijas erozijas testa protokolu jūsu konkrētajām prasībām. Mēs labprāt palīdzēsim jums izstrādāt pielāgotu kavitācijas erozijas testa protokolu. Lai iegūtu plašāku informāciju par kavitācijas erozijas testēšanu saskaņā ar ASTM-G32, lūdzu, noklikšķiniet šeit!

Kāpēc laika ierobežojuma vietā izmantot enerģijas ierobežojumu?

Daudzās publikācijās un erozijas testu protokolos ir norādīts kavitācijas iedarbības laiks. Hielscher ultraskaņas ierīcēs var iepriekš iestatīt apstrādes ar ultraskaņu laiku, un pēc šī laika beigām sistēma apstāsies. Pēc tam var aprēķināt iegūto kavitācijas erozijas ātrumu mm/hr vai mm3/hr. Laika ierobežojums ir pieņemams tikai tad, ja netiek mainīts neviens parametrs, piemēram, šķidruma līmenis, amplitūda, spiediens, temperatūra, šķidruma sastāvs vai sprauga starp sonotrodi un materiāla virsmu. Ja mainās kāds no šiem parametriem, mainās arī apstrādes ar ultraskaņu jauda un kavitācijas intensitāte. Ir svarīgi, lai šķidrumam faktiski pievadītā neto jauda testa laikā nesvārstītos.
Hielscher ultraskaņas ierīcēs var iestatīt enerģijas ierobežojumu. Šajā gadījumā ultraskaņas ierīce apstāsies pēc tam, kad būs pievadījusi noteikto ultraskaņas enerģijas daudzumu. Hielscher ierīce rādīs un reģistrēs tādus parametrus kā faktiskā neto jauda, amplitūda, spiediens un šķidruma temperatūra. Izmantojot enerģijas ierobežojumu, tiks kompensētas jaudas svārstības vai apzinātas parametru izmaiņas. Pēc tam var norādīt iegūto kavitācijas erozijas ātrumu mm/kWhr, mm3/kWhr vai mg/kWhr.
Ja starp kavitācijas erozijas intervāliem nosverat paraugu, varat izveidot līkni, kas parāda masas zuduma pieaugumu (masas zuduma ātrumu katrā enerģijas intervālā) atkarībā no kopējās uzkrātās enerģijas.
Lai iegūtu precīzākus rezultātus, ierīce var veikt automātisku kalibrēšanu (30 sekundes). Tās laikā gaisā pie apkārtējās vides spiediena tiek mērīta jauda visiem amplitūdas iestatījumiem. Hielscher ierīce izmanto šos kalibrēšanas datus, lai reāllaikā sniegtu ļoti precīzas neto jaudas vērtības.

Šķidruma spiediens apstrādes ar ultraskaņu laikā

Daudzos standarta kavitācijas erozijas testēšanas protokolos izmanto ultraskaņas kavitāciju apkārtējās vides spiedienā. Šķidruma spiediens ir otrs svarīgākais faktors, kas nosaka apstrādes ar ultraskaņu intensitāti. Apkārtējās vides spiediena palielināšana par 10% palielinās apstrādes ar ultraskaņu intensitāti par aptuveni 10%. Intensīvāka kavitācija samazina laiku, kas nepieciešams noteiktas kavitācijas erozijas pakāpes sasniegšanai. Viena parauga testēšana bieži var ilgt no 15 līdz 120 minūtēm. Ja jātestē daudz paraugu, darbs augstākā spiedienā var ievērojami saīsināt katra testa laiku. Testiem pie 5 barg (73psig) katrā testā nepieciešams aptuveni par 80% mazāk laika.
Hielscher piegādā kavitācijas erozijas testēšanai paredzētas hermētiskas testēšanas kameras ar digitālu spiediena sensoru. Izmantojot hermētisku kameru, katra testa laikā var kontrolēt un uzturēt spiedienu. Ultraskaņas ģenerators nepārtraukti uzrauga spiediena sensoru un reģistrē faktisko spiedienu ar Excel saderīgā CSV failā SD kartē (iekļauta komplektācijā). Hielscher piegādā spiediena regulatorus darba spiediena iestatīšanai un uzturēšanai.
Standarta komplektācijā Hielscher hermētiskās testēšanas kameras kavitācijas erozijas testēšanai ir paredzētas spiedienam līdz 5barg (73psig). Pēc pieprasījuma ir pieejami risinājumi augstākam spiedienam līdz 300barg (4350psig).

Ultraskaņas frekvence

Kavitācijas erozijas testēšanā parasti izmanto zemas frekvences augstas intensitātes ultraskaņu 18–30kHz diapazonā. Šajā diapazonā frekvences izmaiņām ir ļoti ierobežota ietekme uz kavitācijas intensitāti. Visas Hielscher ierīces darbojas ar nemainīgu frekvenci.

Attālums no sonotrodes

Testējamo materiālu var piestiprināt pie sonotrodes vai novietot zem sonotrodes. Var izgatavot materiāla paraugu ar vītni un piestiprināt to pie ultraskaņas sonotrodes gala. Šajā gadījumā paraugs svārstās ar norādīto ultraskaņas svārstību amplitūdu un rada kavitāciju uz savas virsmas. Tam nepieciešama precīza mehāniskā apstrāde, un ne visi materiāli ir piemēroti šim variantam.
Alternatīvi detaļu vai paraugu var nostiprināt nelielā attālumā zem titāna sonotrodes. Šajā gadījumā titāna sonotrode rada kavitāciju, un materiāla virsma tiek pakļauta kavitācijas iedarbībai. Šis ir ērtākais variants, jo testēšanas kamerā var ievietot dažādu izmēru vai formu paraugus. Izmantojot lielāku sonotrodi, piemēram, sonotrodi ar 50mm vai 80mm diametru, kavitācijas erozijai vienlaikus var pakļaut vairākas detaļas. Tas ir ļoti noderīgi, ja dienā jātestē daudz detaļu, piemēram, kvalitātes kontroles vajadzībām.
Abos gadījumos attālums starp ultraskaņas sonotrodi un tai blakus esošo materiāla virsmu ir ļoti svarīgs. Parasti mazākā attālumā kavitācijas erozija norisinās ātrāk. Tipiski attālumi ir no 0,2 līdz 15mm. Lai iegūtu pārliecinošus rezultātus, visos testos jāizmanto vienāds attālums.

Šķidruma temperatūra

Siltākā šķidrumā ultraskaņas kavitācijas intensitāte ir zemāka. Mehānisko svārstību enerģijas ievadīšana šķidrumā izraisa tā sasilšanu. Lai katra kavitācijas erozijas testa laikā uzturētu nemainīgu temperatūru, šķidrums ir jādzesē. Hielscher piegādā tvertnes ar apvalku un hermētiskas kameras ar apvalku. Alternatīvi vārglāzē var izmantot dzesēšanas spirāli vai ievietot vārglāzi ledus vannā. Dzesēšanas šķidrums, kas plūst caur apvalku vai dzesēšanas spirāli, aizvada siltumu no šķidruma.
Hielscher ultraskaņas ierīces, piemēram, UP400St vai UIP1000hdT, ir aprīkotas ar PT100 temperatūras zondi (iekļauta komplektācijā). Ultraskaņas ģenerators nepārtraukti uzrauga faktisko šķidruma temperatūru un reģistrē temperatūru ar Excel saderīgā CSV failā SD kartē (iekļauta komplektācijā). Ģeneratoru var iestatīt tā, lai tas apturētu kavitācijas erozijas testēšanu, ja šķidruma temperatūra pārāk daudz novirzās no iestatītās vērtības, piemēram, nepietiekamas dzesēšanas jaudas dēļ. Ģenerators var automātiski atsākt apstrādi ar ultraskaņu, kad šķidrums atkal ir sasniedzis norādīto temperatūru.

Kavitējošs šķidrums

Kavitācijas erozijas testēšanā parasti izmanto ūdeni, piemēram, destilētu ūdeni. Dažādiem šķidrumiem ir atšķirīgas kavitācijas īpašības. Ja ūdens izraisa jūsu materiāla koroziju, varat izmēģināt citus šķidrumus, piemēram, zemas viskozitātes silikoneļļas vai organiskos šķīdinātājus, lai novērstu vai mazinātu korozijas ietekmi. Varat arī palielināt šķidruma korozīvo iedarbību, piemēram, mainot pH, vai tā abrazīvo iedarbību, pievienojot abrazīvas daļiņas. Kavitācijas erozijas testēšanu var izmantot, lai novērtētu šķidrumu, piemēram, urbšanas šķīdumu, erozīvo un korozīvo iedarbību vai korozijas vai erozijas inhibitoru efektivitāti.

Mehāniskā apstrāde

Izgatavojot detaļu vai paraugu, mehāniskā apstrāde ar CNC darbgaldu, slīpēšana vai pulēšana bojā graudu struktūru materiāla virsmas tuvumā. Tas samazina izturību pret eroziju.

Pasivācijas/oksīdu slāņi

Ļoti bieži erozija un korozija notiek vienlaikus. Ūdens, piemēram, destilēts, demineralizēts vai dejonizēts ūdens, var izraisīt daudzu materiālu koroziju. Ultraskaņas kavitācija veicina koroziju. Pasivācijas slāņi, piemēram, uz anodēta alumīnija, palielina materiāla virsmas izturību pret eroziju un koroziju.

Kādi ir kavitācijas erozijas testēšanas ierobežojumi?

Dažiem elastomēriem var būt nepieciešama ļoti intensīva kavitācijas iedarbība, lai vispār rastos kavitācijas erozija. Šādā gadījumā apstrāde ar ultraskaņu bez paaugstināta spiediena šūnas var neradīt nekādu izmērāmu ietekmi.