Testning av kavitationserosion

Kavitationserosion uppstår på materialytor som utsätts för intensiv ultraljudskavitation. Kavitationserosionstestning är en snabb metod för att mäta erosionsbeständighet hos material eller beläggningar mot intensiv stress och andra erosionsfaktorer. Det ger en enkel kvantitativ mätning för kvalitetskontroll och en användbar under materialforskning eller beläggningsformulering.

Varför använda kavitationserosionstestning?

Pågående erosion eller korrosion kan kräva regelbundet byte av delar eller förnyelse av ytbeläggningar. Erosion av materialytor på grund av mekanisk eller kemisk påverkan är en långsam process som resulterar i gradvis förstörelse av materialytor. Därför kan utvärderingen av materialets erosionsbeständighet eller av erosionseffekten av vätskor och slam vara en mycket tidskrävande process.
Ultraljudskavitationserosionstestning utsätter materialytan för kontrollerade, intensiva, upprepade spänningscykler. Detta resulterar i en betydande erosion av materialytan på kort tid. Du kan snabbt mäta erosionsbeständigheten för regelbunden kvalitetskontroll i produktionen, för utvärdering av inkommande material eller under forskning och utveckling.
Standardtillämpningar inkluderar metallurgisk testning, testning av beläggningsformulering, testning av beläggningsapplicering eller utvärdering av erosionsinhibitorer i vätskor.

Varför orsakar kavitation yterosion?

Ultraljudsenheter, som UP400St (400 watt, 24 kHz) eller UIP1000hdT (1000 watt, 20 kHz) kopplar ultraljudsvibrationer till vätskor, såsom vatten. Den snabba ömsesidiga rörelsen av vibrationen i vätskan producerar och kollapsar kavitationsbubblor. När bubblorna kollapsar uppstår hög lokal mekanisk spänning i vätskan och på exponerade materialytor. Vätskestrålar på upp till 1000 km/h och lokala tryck på upp till 1000 atm leder till snabb utmattning på materialytan. Detta kan ta bort oxid- eller passiveringsskikt, beläggningar eller nedsmutsning. Det kan orsaka gropfrätning av fasta material, såsom stål, titan, aluminium, plast eller glas. Därför är kavitationserosionstestning en destruktiv testmetod.

Hur fungerar kavitationserosionstestning?

Kavitationserosion av materialytor orsakar gradvis materialförlust. Du kan enkelt mäta materialförlusten genom att väga materialet på en precisionsvåg före och efter en definierad exponering för kavitationserosion. En typisk viktförändring för ett kavitationserosionstest är mellan 1 och 30 mg. För ytterligare standardisering kan du beräkna volymförlusten genom att dividera viktminskningen med materialdensiteten. Det genomsnittliga penetrationsdjupet (MDP) beräknas genom att dividera volymförlusten med provets yta. Alternativt kan du mäta gropfrätningsdjupet eller den förskjutna volymen. Du kan använda mikroskopisk analys för att få ytterligare kvalitativ information om erosionsmönstret.
När du använder en Hielscher ultraljudsanordning för kavitationserosionstestning kan du förinställa temperaturområdet och tryckområdet som du vill arbeta vid. Du kan justera ultraljudsbehandlingsamplituden. Alla parametrar övervakas, visas och protokollförs till ett SD-kort. Du behöver ingen proprietär programvaruinstallation. Om du vill kan du styra och övervaka ultraljudsprocessen från din vanliga webbläsare, om du ansluter ultraljudsenheten till din dator via Ethernet-kabeln (ingår).

Vad är ASTM G32 standardmetoden för kavitationserosion med hjälp av en vibrerande apparat?

ASTM G32-16-standarden beskriver en standardiserad metod för kavitationserosion. Den definierar ett enkelt, kontrollerbart och reproducerbart test för att kvantifiera och jämföra kavitationserosionsbeständigheten hos olika material. ATSM G32-16-specifikationerna är användbara för att jämföra dina resultat med andra publikationer. Om du vill implementera kavitationserosionstestning i kvalitetskontroll rekommenderar vi att du anpassar kavitationserosionstestprotokollet till dina specifika krav. Vi hjälper dig gärna med utformningen av ett anpassat testprotokoll för kavitationserosion. För mer information om kavitationserosionstestning i enlighet med ASTM-G32, klicka här!

Varför ska jag använda en energigräns istället för en tidsgräns?

Många publikationer och erosionstestprotokoll anger en exponeringstid för kavitation. I Hielscher ultraljudsenheter kan du förinställa en ultraljudsbehandling tid och systemet kommer att sluta efter att denna tid har passerat. Du kan sedan beräkna den resulterande kavitationserosionshastigheten i mm/h eller mm3/h. En tidsgräns är acceptabel, endast om du inte ändrar några parametrar, såsom vätskenivå, amplitud, tryck, temperatur, vätskesammansättning eller gap mellan sonotrode och materialyta. Om någon av dessa parametrar ändras, så kommer kraften av ultraljudsbehandling och intensiteten av kavitationen. Det är viktigt att den faktiska nettoeffekten som levereras till vätskan inte får fluktuera under testets varaktighet.
I Hielscher ultraljudsapparater kan du ställa in en energigräns. I det här fallet kommer ultraljudsenheten att stanna, efter att den har levererat den angivna ultraljudsenergin. Hielscher-enheten kommer att visa och registrera parametrar, såsom faktisk nettoeffekt, amplitud, tryck och vätsketemperatur. Fluktuationer i effekt eller avsiktliga ändringar i parametrar kommer att kompenseras när en energigräns används. Du kan sedan ange den resulterande kavitationserosionshastigheten i mm/kWhr, mm3/kWhr eller mg/kWhr.
Om du väger provet mellan kavitationserosionsintervallen kan du generera en kurva som visar den marginella viktminskningen (viktminskningshastigheten i varje energiintervall) över den kumulativa energin.
För mer exakta resultat kan enheten utföra en automatiserad kalibrering (30 sekunder). Detta mäter effekten för all amplitudinställning i luft vid omgivningstryck. Hielscher-enheten använder dessa kalibreringsdata för att ge mycket exakta nettoeffektvärden i realtid.

Vätsketryck under ultraljudsbehandling

Många standardprotokoll för kavitationserosionstestning använder ultraljudskavitation vid omgivningstryck. Vätsketryck är den näst viktigaste faktorn för ultraljudsbehandling intensitet. En 10% ökning av omgivningstrycket kommer att öka ultraljudsbehandling intensitet med ca 10%. Mer intensiv kavitation minskar den tid som krävs för att uppnå en viss grad av kavitationserosion. Ofta kan ett enda provtest ta någonstans från 15 till 120 minuter. Om du har många prover att testa kan arbete med högre tryck minska tiden för varje test avsevärt. Tester vid 5 barg (73psig) kräver ca 80 % mindre tid för varje test.
Hielscher förser trycktäta testceller med en digital trycksensor för kavitationserosionstestning. Med hjälp av en trycktät cell kan du kontrollera och bibehålla trycket under varje test. Ultraljudsgeneratorn övervakar trycksensorn konstant och protokollerar det faktiska trycket till en Excel-kompatibel CSV-fil på ett SD-kort (ingår). Hielscher levererar tryckregulatorer för att ställa in och bibehålla arbetstrycket.
Som standard är Hielschers trycktäta testceller för kavitationserosionstestning klassade för upp till 5 barg (73psig). Högre tryck på upp till 300 barg (4350psig) finns tillgängliga på begäran.

Ultraljud frekvens

I allmänhet använder kavitationserosionstestning lågfrekventa ultraljud med hög intensitet i intervallet 18-30 kHz. I detta intervall har variationen av frekvensen en mycket begränsad effekt på kavitationsintensiteten. Alla Hielscher-enheter arbetar med en konstant frekvens.

Avstånd från Sonotrode

Materialet som ska testas kan monteras på sonotroden eller under sonotroden. Du kan göra ett gängat materialprov och montera det i änden av ultraljudssonotroden. I detta fall vibrerar provet vid den angivna ultraljudsamplituden och producerar kavitation på dess yta. Detta kräver precisionsbearbetning och inte alla material är lämpliga för detta alternativ.
Alternativt kan du fixera en del eller ett prov i närheten under en titansonotrode. I detta fall producerar titansonotroden kavitationen och materialytan utsätts för kavitationen. Detta är det bekvämare alternativet eftersom du kan placera prov av olika storlekar eller former i testcellen. Om du använder en större sonotrode, till exempel en sonotrode med en diameter på 50 mm eller 80 mm, kan du utsätta flera delar för kavitationserosion samtidigt. Detta är mycket användbart när du måste testa många delar per dag, t.ex. för kvalitetskontroll.
I båda fallen är avståndet mellan ultraljudssonotroden och materialytan bredvid den mycket viktigt. I allmänhet är kavitationserosionen snabbare när man använder ett mindre avstånd. Typiska avstånd sträcker sig från 0,2 till 15 mm. För entydiga resultat bör du använda samma avstånd för alla tester.

vätskans temperatur

Varmare vätska resulterar i en lägre ultraljudskavitationsintensitet. Tillförseln av mekanisk vibrationsenergi till vätskan kommer att få vätskan att värmas upp. För att upprätthålla en konstant temperatur under varje kavitationserosionstest måste vätskan kylas. Hielscher levererar mantlade behållare och mantlade trycktäta celler. Alternativt kan du använda en kylslinga i en bägare eller så kan du lägga bägaren i ett isbad. Ett kylmedel som rinner genom manteln eller genom kylslingan tar bort värme från vätskan.
Hielscher ultraljudsenheter, som UP400St eller UIP1000hdT kommer med en PT100 temperatursond (ingår). Ultraljudsgeneratorn övervakar den faktiska vätsketemperaturen kontinuerligt och protokollerar temperaturen till en Excel-kompatibel CSV-fil på ett SD-kort (ingår). Du kan ställa in generatorn så att den pausar kavitationserosionstestningen om vätsketemperaturen avviker för mycket från ditt börvärde, t.ex. på grund av otillräcklig kylkapacitet. Generatorn kan återuppta ultraljudsbehandling automatiskt när vätskan når den angivna temperaturen igen.

Kaviterande vätska

I allmänhet används vatten vid kavitationserosionstestning, t.ex. destillerat vatten. Olika vätskor uppvisar olika kavitationsegenskaper. Om vatten är frätande för ditt material kanske du vill testa alternativa vätskor, såsom silikonoljor med låg viskositet eller organiska lösningsmedel för att eliminera eller minska den frätande faktorn. Alternativt kan du göra vätskan mer frätande, t.ex. genom att ändra pH-värdet eller mer slipande genom att tillsätta slipande partiklar. Du kan använda kavitationserosionstestning för att utvärdera erosiviteten och frätförmågan hos vätskor, t.ex. borrslam eller för att utvärdera effektiviteten av korrosions- eller erosionsinhibitorer.

Bearbetning

När du tillverkar en del eller ett provexemplar orsakar CNC-bearbetning, slipning eller polering skador på kornstrukturen nära materialytan. Detta minskar erosionsbeständigheten.

Passivering/oxidskikt

Mycket ofta sker erosion och korrosion samtidigt. Vatten, såsom destillerat, demineraliserat eller avjoniserat vatten kan vara frätande för många material. Ultraljudskavitation främjar korrosion. Passiveringsskikt, t.ex. vid anodiserad aluminium, kommer att öka motståndskraften hos en materialyta mot erosion och korrosion.

Vilka begränsningar har kavitationserosionstestning?

Vissa elastomerer kan kräva mycket intensiv exponering för kavitation för att visa någon kavitationserosion alls. I detta fall, ultraljudsbehandling utan en trycksatt cell kanske inte visar någon mätbar effekt.