Testarea eroziunii cavitației

Eroziunea cavitației apare pe suprafețele materialelor care sunt expuse la cavitație intensă cu ultrasunete. Testarea eroziunii prin cavitație este o metodă rapidă de măsurare a rezistenței la eroziune a materialelor sau acoperirilor la stres intens și alți factori de eroziune. Oferă o măsurare cantitativă ușoară pentru controlul calității și o formulare utilă în timpul cercetării materialelor sau a acoperirii.

De ce să folosiți testarea eroziunii cavitației?

Eroziunea sau coroziunea continuă pot necesita înlocuirea regulată a pieselor sau reînnoirea acoperirilor de suprafață. Eroziunea suprafeței materialului datorată influențelor mecanice sau chimice este un proces lent care duce la distrugerea treptată a suprafețelor materialelor. Prin urmare, evaluarea rezistenței materiale la eroziune sau a efectului de eroziune al lichidelor și al dejecțiilor lichide poate fi un proces foarte consumator de timp.
Testarea eroziunii cavitației cu ultrasunete expune suprafața materialului la cicluri de stres controlate, intense, repetate. Acest lucru duce la o eroziune semnificativă a suprafeței materialului într-un timp scurt. Puteți măsura rapid rezistența la eroziune pentru controlul regulat al calității în producție, pentru evaluarea materialelor primite sau în timpul cercetării și dezvoltării.
Aplicațiile standard includ testarea metalurgică, testarea formulării acoperirii, testarea aplicațiilor de acoperire sau evaluarea inhibitorilor de eroziune în lichide.

De ce cavitația provoacă eroziunea suprafeței?

Dispozitive cu ultrasunete, ar fi UP400St (400 wați, 24kHz) sau UIP1000hdT (1000 wați, 20kHz) cuplu vibrații cu ultrasunete în lichide, ar fi apa. Mișcarea rapidă reciprocă a vibrațiilor din lichid produce și prăbușește bulele de cavitație. Când bulele se prăbușesc, apare o tensiune mecanică localizată ridicată în lichid și pe suprafețele materialului expus. Jeturile lichide de până la 1000 km/h și presiunile locale de până la 1000atm duc la oboseală rapidă pe suprafața materialului. Acest lucru poate elimina straturile de oxid sau pasivare, acoperirile sau murdăria. Poate provoca pitting de materiale solide, cum ar fi oțel, titan, aluminiu, plastic sau sticlă. Prin urmare, testarea eroziunii cavitației este o metodă de testare distructivă.

Cum funcționează testarea eroziunii cavitației?

Cavitația, eroziunea suprafețelor materialului determină pierderea treptată a materialului. Puteți măsura cu ușurință pierderea de material prin cântărirea materialului pe o scară de precizie înainte și după o expunere definită la eroziunea cavitației. O schimbare tipică a greutății pentru un test de eroziune prin cavitație este între 1 și 30 mg. Pentru o standardizare ulterioară, puteți calcula pierderea de volum împărțind pierderea în greutate la densitatea materialului. Adâncimea medie de penetrare (MDP) se calculează împărțind pierderea de volum la suprafața eșantionului. Alternativ, puteți măsura adâncimea gropii sau volumul deplasat. Puteți utiliza analiza microscopică pentru a obține informații calitative suplimentare despre modelul de eroziune.
Când utilizați un dispozitiv cu ultrasunete Hielscher pentru testarea eroziunii cavitației, puteți preseta intervalul de temperatură și intervalul de presiune la care doriți să lucrați. Puteți regla amplitudinea sonicare. Toți parametrii sunt monitorizați, afișați și protocolați pe un card SD. Nu aveți nevoie de nicio instalare de software proprietar. Dacă doriți, puteți controla și monitoriza procesul cu ultrasunete de la browser-ul web obișnuit, dacă conectați dispozitivul cu ultrasunete la computer prin cablul Ethernet (inclus).

Care este metoda standard ASTM G32 pentru eroziunea cavitației folosind un aparat vibrator?

Standardul ASTM G32-16 descrie o metodă standardizată pentru eroziunea cavitației. Acesta definește un test simplu, controlabil și reproductibil pentru a cuantifica și compara rezistența la eroziune prin cavitație a diferitelor materiale. Specificațiile ATSM G32-16 sunt utile pentru compararea rezultatelor dvs. cu cele ale altor publicații. Dacă doriți să implementați testarea eroziunii cavitației în controlul calității, vă recomandăm să adaptați protocolul de testare a eroziunii cavitației la cerințele dvs. specifice. Vom fi bucuroși să vă ajutăm cu proiectarea unui protocol personalizat de testare a eroziunii cavitației. Pentru mai multe informații despre testarea eroziunii cavitației în conformitate cu ASTM-G32, vă rugăm să faceți clic aici!

De ce ar trebui să folosesc o limită de energie în loc de o limită de timp?

Multe publicații și protocoale de testare a eroziunii specifică un timp de expunere la cavitație. În dispozitivele cu ultrasunete Hielscher, puteți preseta un timp sonicare și sistemul se va opri după ce acest timp a trecut. Apoi puteți calcula rata de eroziune a cavitației rezultată în mm? oră sau mm3? oră. O limită de timp este acceptabilă, numai dacă nu modificați niciun parametru, cum ar fi nivelul lichidului, amplitudinea, presiunea, temperatura, compoziția lichidului sau decalajul dintre sonotrode și suprafața materialului. Dacă oricare dintre acești parametri se schimbă, la fel și puterea sonicare și intensitatea cavitației. Este important ca puterea netă reală livrată lichidului să nu fluctueze pe durata încercării.
În dispozitivele cu ultrasunete Hielscher puteți seta o limită de energie. În acest caz, dispozitivul cu ultrasunete se va opri, după ce a livrat energia ultrasonică specificată. Dispozitivul Hielscher va afișa și înregistra parametri, cum ar fi puterea netă reală, amplitudinea, presiunea și temperatura lichidului. Fluctuațiile de putere sau modificările deliberate ale parametrilor vor fi compensate atunci când se utilizează o limită de energie. Apoi puteți specifica rata de eroziune cavitațională rezultată în mm? kWh, mm3? kWh sau mg? kWh.
Dacă cântăriți specimenul între intervalele de eroziune prin cavitație, puteți genera o curbă care arată pierderea marginală în greutate (rata de pierdere în greutate în fiecare interval energetic) peste energia cumulată.
Pentru rezultate mai precise, dispozitivul poate efectua o calibrare automată (30 de secunde). Aceasta măsoară puterea pentru toate setările de amplitudine în aer la presiunea ambiantă. Dispozitivul Hielscher utilizează aceste date de calibrare pentru a oferi valori nete de putere foarte precise în timp real.

Presiunea lichidului în timpul sonicare

Multe protocoale standard pentru testarea eroziunii cavitației utilizează cavitația cu ultrasunete la presiunea ambiantă. Presiunea lichidului este al doilea factor cel mai important pentru intensitatea sonicare. O creștere de 10% a presiunii ambientale va crește intensitatea sonicare cu aproximativ 10%. Cavitația mai intensă reduce timpul necesar pentru a atinge un anumit grad de eroziune prin cavitație. Adesea, testul cu o singură probă poate dura undeva între 15 și 120 de minute. Dacă aveți multe specimene de testat, lucrul la presiuni mai mari poate reduce semnificativ timpul pentru fiecare test. Testele la 5 barg (73psig) necesită aproximativ 80% mai puțin timp pentru fiecare test.
Hielscher furnizează celule de testare etanșe la presiune cu un senzor digital de presiune pentru testarea eroziunii cavitației. Folosind o celulă etanșă la presiune, puteți controla și menține presiunea în timpul fiecărui test. Generatorul cu ultrasunete monitorizează constant senzorul de presiune și protocoalează presiunea reală la un fișier CSV compatibil Excel pe un card SD (inclus). Hielscher furnizează regulatoare de presiune pentru a seta și menține presiunea de funcționare.
Ca standard Hielscher celule de testare etanșe la presiune pentru testarea eroziunii cavitației sunt evaluate pentru până la tp 5barg (73psig). La cerere, sunt disponibile presiuni mai mari de până la 300barg (4350psig).

Frecvență ultrasonică

În general, testarea eroziunii cavitației utilizează ultrasunete de joasă frecvență de înaltă intensitate în intervalul 18-30kHz. În acest interval, variația frecvenței are un efect foarte limitat asupra intensității cavitației. Toate dispozitivele Hielscher funcționează la o frecvență constantă.

Distanța de la Sonotrode

Materialul care urmează să fie testat poate fi montat pe sonotrode sau sub sonotrode. Puteți face un specimen de material filetat și montați-l la sfârșitul sonotrodei cu ultrasunete. În acest caz, specimenul vibrează la amplitudinea ultrasonică specificată și produce cavitație pe suprafața sa. Acest lucru necesită prelucrare de precizie și nu toate materialele sunt potrivite pentru această opțiune.
Alternativ, puteți fixa o parte sau un specimen în imediata apropiere sub un sonotrode de titan. În acest caz, sonotrodul de titan produce cavitația și suprafața materialului este expusă cavitației. Aceasta este opțiunea mai convenabilă, deoarece puteți plasa specimene de diferite dimensiuni sau forme în celula de testare. Dacă utilizați un sonotrode mai mare, cum ar fi un sonotrod cu diametrul de 50mm sau 80mm, puteți expune mai multe părți la eroziunea cavitației în același timp. Acest lucru este foarte util atunci când trebuie să testați mai multe piese pe zi, de exemplu pentru controlul calității.
În ambele cazuri, distanța dintre sonotroda cu ultrasunete și suprafața materialului de lângă ea este foarte importantă. În general, eroziunea cavitației este mai rapidă atunci când se utilizează o distanță mai mică. Distanțele tipice variază de la 0,2 la 15 mm. Pentru rezultate concludente, ar trebui să utilizați aceeași distanță pentru toate testele.

Temperatura lichidului

Lichid mai cald duce la o intensitate mai mică de cavitație cu ultrasunete. Intrarea energiei vibrațiilor mecanice în lichid va determina încălzirea lichidului. Pentru a menține o temperatură constantă în timpul fiecărui test de eroziune prin cavitație, lichidul trebuie răcit. Hielscher furnizează containere cu manta și celule etanșe la presiune. Alternativ, puteți utiliza o bobină de răcire într-un pahar sau puteți pune paharul într-o baie de gheață. Un lichid de răcire care trece prin manta sau prin bobina de răcire elimină căldura din lichid.
Hielscher dispozitive cu ultrasunete, ar fi UP400St sau UIP1000hdT vin cu o sondă de temperatură PT100 (incluse). Generatorul cu ultrasunete monitorizează continuu temperatura reală a lichidului și protocoalele temperaturii la un fișier CSV compatibil Excel pe un card SD (inclus). Puteți seta generatorul să întrerupă testarea eroziunii cavitației în cazul în care temperatura lichidului deviază prea mult de la punctul setat, de ex. din cauza capacității insuficiente de răcire. Generatorul poate relua sonicare automat atunci când lichidul a atins din nou temperatura specificată.

Cavitating lichid

În general, testarea eroziunii cavitației utilizează apă, cum ar fi apa distilată. Diferitele lichide prezintă caracteristici diferite de cavitație. Dacă apa este corozivă pentru materialul dvs., poate doriți să testați lichide alternative, cum ar fi uleiurile siliconice cu vâscozitate scăzută sau solvenții organici, pentru a elimina sau a reduce factorul coroziv. Alternativ, puteți face lichidul mai coroziv, de exemplu prin schimbarea pH-ului sau mai abraziv prin adăugarea de particule abrazive. Puteți utiliza testarea eroziunii prin cavitație pentru a evalua erozivitatea și corozivitatea lichidelor, cum ar fi nămolurile de foraj sau pentru a evalua eficacitatea inhibitorilor de coroziune sau eroziune.

Prelucrare

Când fabricați o piesă sau un specimen, prelucrarea, șlefuirea sau lustruirea CNC provoacă daune structurii de cereale în apropierea suprafeței materialului. Acest lucru reduce rezistența la eroziune.

Straturi de pasivare/oxid

Foarte des, eroziunea și coroziunea se întâmplă în același timp. Apa, cum ar fi apa distilată, demineralizată sau deionizată, poate fi corozivă pentru multe materiale. Cavitația cu ultrasunete promovează coroziunea. Straturile de pasivare, de exemplu aluminiul anodizat, vor crește rezistența unei suprafețe de material la eroziune și coroziune.

Ce limitări are testarea eroziunii cavitației?

Unii elastomeri pot necesita o expunere foarte intensă la cavitație pentru a arăta orice eroziune cavitațională. În acest caz, sonicare fără o celulă sub presiune nu poate prezenta nici un efect măsurabil.