Testimi praktik i erozionit nga kavitacioni të veshjeve prej bronzi për përdorim detar

Testimi i erozionit nga kavitacioni është më i dobishëm kur lidh një ekspozim të kontrolluar laboratorik me një problem real inxhinierik. Një shembull praktik është vlerësimi i veshjeve prej bronzi rezistente ndaj kavitacionit për komponentë detarë, si timonët dhe helikat e anijeve. Këto pjesë punojnë në zona ku luhatjet lokale të presionit mund të krijojnë flluska avulli që shemben pranë sipërfaqes, duke shkaktuar ngarkesa goditëse të përsëritura me intensitet të lartë. Me kalimin e kohës, kjo shkakton formim gropëzash, dëmtime nga lodhja, dështim të veshjes dhe humbje materiali.

Testi i erozionit nga kavitacioni të veshjeve prej bronzi

Në studimin e Hauer et al., veshjet prej bronzi të prodhuara me spërkatje të ftohtë, spërkatje të ngrohtë, spërkatje HVOF dhe spërkatje me hark elektrik u krahasuan me bronzin e derdhur me nikel dhe alumin dhe me çelikun për ndërtimin e anijeve. Pyetja kryesore ishte e thjeshtë: cili proces veshjeje mund të prodhojë një sipërfaqe bronzi që i reziston ekspozimit ndaj kavitacionit për një kohë të mjaftueshme për përdorim detar? Për t’iu përgjigjur kësaj pyetjeje, studiuesit përdorën një test të erozionit nga kavitacioni të bazuar në ASTM G32-16 me një aparat vibrues, duke përfshirë një sistem vibrues ultrasonik Hielscher UIP1000hdT si sistem testimi.

Kontrolli i saktë i kushteve të testimit dhe regjistrimi i automatizuar i të dhënave

Sonikatori UIP1000hdT është mjaft i përshtatshëm për këtë lloj testi, sepse jep ultratinguj me intensitet të lartë dhe frekuencë të ulët në intervalin e përdorur për testimin e erozionit nga kavitacioni. Konfigurimi i testit të erozionit nga kavitacioni që përdor sonikatorin me fuqi 1000 vat punon në 20 kHz dhe mundëson monitorimin e saktë të procesit, kontrollin e amplitudës, matjen e temperaturës dhe regjistrimin automatik të të dhënave të testit. Këto funksione janë të rëndësishme, sepse intensiteti i kavitacionit varet shumë nga amplituda, temperatura e lëngut, presioni i lëngut, gjeometria e sonotrodës dhe largësia midis sonotrodës dhe mostrës.

(a) Testi i erozionit nga kavitacioni sipas ASTM G32-16 me sonikatorin UIP1000hd (metoda indirekte). Të gjithë parametrat e testit janë vlera nominale; tolerancat renditen në standard.
(b) Fazat skematike në kurbën erozion–kohë dhe parametrat karakteristikë në procedurën e testimit.
Grafikat dhe studimi: ©Hauer et al., 2021.

Testi i erozionit nga kavitacioni ultrasonik të veshjeve prej bronzi

Për shembullin e veshjes prej bronzi për përdorim detar, testi u krye në konfigurimin indirekt të ASTM G32. Në këtë konfigurim, mostra nuk është e fiksuar në bririn vibrues. Në vend të kësaj, sonotroda ultrasonike krijon kavitacion në ujë të distiluar dhe mostra e veshur fiksohet poshtë sonotrodës, me një hapësirë të përcaktuar ndërmjet tyre. Hauer et al. përdorën një largësi prej 0,5 mm midis mostrës dhe sonotrodës, një frekuencë prej 20 kHz dhe një amplitudë nga kulmi në kulm prej 50 µm. Lëngu i testit ishte ujë i distiluar, i mbajtur afërsisht në temperaturën e dhomës, rreth 25 °C.

Përgatitja e mostrës është një hap kritik. Para ekspozimit ndaj kavitacionit, sipërfaqet e veshura u zmeriluan dhe u lustruan në mënyrë graduale, deri në përdorimin e një abrazivi të imët diamanti nën 4 µm. Kjo zvogëlon ndikimin e grimcave të lidhura dobët ose të parregullsive të sipërfaqes, të cilat përndryshe mund të shkëputeshin menjëherë dhe të shtrembëronin kurbën e erozionit. Qëllimi nuk është që veshja të duket bukur, por të krijohet një gjendje fillestare e riprodhueshme, në mënyrë që humbja e matur e masës të pasqyrojë rezistencën ndaj kavitacionit dhe jo përgatitjen e dobët të sipërfaqes.

Procedura e testimit të erozionit nga kavitacioni ultrasonik dhe rezultatet e saj

Procedura praktike e provës është e thjeshtë. Së pari, çdo mostër pastrohet, thahet dhe peshohet në një peshore precize. Më pas montohet në qelizën e provës, poshtë sonotrodës BS4d22 të sonikatorit UIP1000hdT, duke vendosur me kujdes dhe në mënyrë të përsëritshme hapësirën prej 0,5 mm. Sonikatori vihet në punë me amplitudën dhe frekuencën e përcaktuar, ndërsa temperatura e lëngut kontrollohet për të parandaluar që ngrohja të ndryshojë intensitetin e kavitacionit. Pas një intervali të përcaktuar ekspozimi, mostra hiqet, pastrohet, thahet dhe peshohet përsëri. Kjo sekuencë përsëritet me intervale ekspozimi gjithnjë e më të gjata, që varen nga materiali, derisa të përftohet një kurbë e plotë e erozionit.
Madhësia që matet drejtpërdrejt është humbja e masës. Për krahasim inxhinierik, kjo humbje e masës shndërrohet në humbje vëllimi duke përdorur dendësinë e materialit. Humbja e vëllimit më pas pjesëtohet me sipërfaqen e ekspozuar për të përcaktuar thellësinë mesatare të erozionit. Nga kurba e thellësisë së erozionit, studiuesi mund të llogarisë parametra karakteristikë të erozionit, si shpejtësia maksimale e erozionit, shpejtësia përfundimtare e erozionit dhe thellësia mesatare e erozionit. Hielscher gjithashtu vëren se erozioni mund të raportohet si masë, vëllim ose thellësi depërtimi për njësi kohe ose për njësi të energjisë ultrasonike të dhënë, në varësi të protokollit të zgjedhur.

Thellësitë mesatare të erozionit në varësi të parametrave të rregulluar të cilësisë së veshjes n. Pjekja e pluhurit dhe, si rrjedhojë, zvogëlimi i rezistencës mekanike të tij mundësojnë arritjen e cilësive të larta të veshjes. Pamjet e vogla të përfshira tregojnë dëmtimin e sipërfaqes pas një kohe prove me kavitacion prej 100min.
Grafikët dhe studimi: ©Hauer et al., 2021.

Një mësim i rëndësishëm nga studimi i Hauer është se shpejtësitë e erozionit në fazat e hershme mund të jenë çorientuese. Veshjet e aplikuara me spërkatje termike dhe kinetike shpesh shfaqnin humbje të lartë fillestare të materialit, të ndjekur nga një shpejtësi më e ulët dhe më e qëndrueshme erozioni. Për këtë arsye, Hauer et al. përdorën shpejtësinë përfundimtare të erozionit si një tregues më përfaqësues të performancës afatgjatë të veshjes. Në krahasimin e tyre 120-minutësh, shpejtësia përfundimtare e erozionit u vlerësua kryesisht nga gjysma e dytë e provës, pas 60 minutash, për të pasqyruar më mirë sjelljen e stabilizuar.

Rezultatet e provës tregojnë pse një aparat vibrues me kavitacion të kontrolluar është i vlefshëm. Bronzi i derdhur me nikel dhe alumin arriti një shpejtësi përfundimtare erozioni prej rreth 0,40 µm/h. Bronzi i optimizuar, i aplikuar me spërkatje të ngrohtë, arriti 0,57 µm/h, afër materialit referues të derdhur. Një veshje e optimizuar, e aplikuar me spërkatje me hark elektrik mbi çelik për ndërtimin e anijeve, arriti rreth 1,02 µm/h, ndërsa një veshje e optimizuar HVOF arriti rreth 1,74 µm/h. Edhe kur këto veshje nuk e barazuan plotësisht performancën e bronzit të derdhur për helika, ato e tejkaluan ndjeshëm çelikun për ndërtimin e anijeve; studimi raporton se veshjet e aplikuara me spërkatje me hark elektrik dhe me spërkatje HVOF arritën përkatësisht rezistencë ndaj kavitacionit rreth 26 herë dhe 16 herë më të mirë se çeliku VL-A.

Përdorni një sonikator si aparat vibrues për provat tuaja të erozionit nga kavitacioni

Përfundimi praktik është se prova e erozionit nga kavitacioni me sonikatorin UIP1000hdT si aparat vibrues mund të bëjë më shumë sesa t’i renditë materialet sipas performancës. Ajo zbulon se si procesi i veshjes, mikrostruktura, përmbajtja e oksideve, poroziteti, lidhja në ndërfaqe dhe trajtimi pasues ndikojnë në sjelljen reale ndaj erozionit. Hauer et al. arritën në përfundimin se spërkatja HVOF dhe spërkatja me hark elektrik mund të ofrojnë një kompromis të favorshëm midis performancës dhe kostos për përmirësimin e sipërfaqeve të timonëve prej çeliku, ndërsa spërkatja e ftohtë dhe ajo e ngrohtë parapëlqehen kur kërkohet rezistencë ndaj kavitacionit e afërt me atë të bronzit masiv me nikel dhe alumin.

Për laboratorët dhe zhvilluesit e veshjeve, çelësi për rezultate të riprodhueshme është kontrolli i rreptë i parametrave të provës: amplituda e sonotrodës, frekuenca, largësia midis sonotrodës dhe mostrës, temperatura e lëngut, përbërja kimike e lëngut, përgatitja e mostrës, intervalet e peshimit dhe llogaritja e shpejtësisë së erozionit. Me këto kushte të përcaktuara, Hielscher UIP1000hdT ofron një mënyrë praktike dhe të përsëritshme për ta shndërruar kavitacionin ultrasonik në të dhëna sasiore për performancën e veshjes.

Fletë pune model për provën e erozionit nga kavitacioni

 
Këtu mund të gjeni udhëzime për provat e erozionit nga kavitacioni!

Konfigurimi i provës së erozionit nga kavitacioni sipas ASTM G32

Sonikatorët UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP15000hdT dhe UIP2000hdT janë të përshtatshëm për testim sipas ASTM G32. Secilën prej këtyre njësive mund ta furnizojmë me një protokoll të saktë të matjes së amplitudës mekanike në majën e sonotrodës. Rekomandojmë përdorimin e cilësdo prej këtyre pajisjeve me një sonotrodë BS4d22 (diametër 22mm) dhe një stativ ST2.

Sonotrodë 15,9mm me majë të zëvendësueshme për ASTM G32 -16

Projektim, prodhim dhe konsulencë – Cilësi e prodhuar në Gjermani

Ultrasonikatorët Hielscher janë të mirënjohur për standardet e tyre më të larta të cilësisë dhe projektimit. Qëndrueshmëria dhe përdorimi i lehtë mundësojnë integrimin pa vështirësi të ultrasonikatorëve tanë në impiantet industriale. Ultrasonikatorët Hielscher i përballojnë lehtësisht kushtet e ashpra dhe mjediset kërkuese.

Hielscher Ultrasonics është një kompani e certifikuar sipas ISO dhe i kushton rëndësi të veçantë ultrasonikatorëve me performancë të lartë, të cilët ofrojnë teknologjinë më të avancuar dhe lehtësi përdorimi. Natyrisht, ultrasonikatorët Hielscher janë në përputhje me CE dhe plotësojnë kërkesat e UL, CSA dhe RoHs.

Literaturë / Referenca

• 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.