Przygotowanie Powierzchni

Fotografia 5. Obrazy mikroskopowe typowych odspojeń wierzchniej warstwy lakierniczej powstałych po obróbce wysokociśnieniową strugą wodno-lodową a) pw = 20 MPa, mL = 156 kg/h) i b) pw = 35 MPa, mL = 156 kg/h [2].

Mikrostruktura powierzchni podłoża

Usuwanie powłok lakierniczych strugą wodno-lodową zarówno „delikatną”, jak i „agresywną” nie powoduje naruszenia struktury powierzchni stopu aluminium PA2. O braku naruszania struktury geometrycznej oczyszczonej powierzchni świadczy również fakt, że wysokość nierówności określona jako odległość między najwyższym i najniższym punktem powierzchni (St) przed i po obróbce wynosi 10,6 μm [8].

Wydajność procesu czyszczenia

Zużycie wody i suchego lodu w badaniach czyszczenia powierzchni skorodowanych blach stalowych za pomocą strumienia wodno-lodowego w zakresie od 40 do 55 dm3/min wody i od 2,3 do 2,8 kg/min granulek suchego lodu daje natężenie przepływu około 1500 + 2000 ziaren na sekundę. To zapewnia obróbkę powierzchni płytek z maksymalną wydajnością od 0,35 do 0,45 m2/h. Konsumpcja zaś suchego lodu przyspieszanego za pomocą sprężonego powietrza wynosi od 0,4 do 1,1 kg/min, jednakże z efektywnością obróbki prawie sześć razy niższą [9]. Najbardziej efektywne jest usuwanie powłok lakierniczych i powłoki warstwy klejów kauczukowych z arkusza szkła i stali oraz tworzyw sztucznych [9].

Wnioski

• Skuteczność obróbki powierzchniowej hybrydowej wysokociśnieniowym strumieniem wody z suchym lodem zależy od jednolitej i gładkiej powierzchni i ostrych krawędzi oraz możliwie najniższej temperatury strumienia wody, bo wtedy jakość cząstek lodu zmniejsza się najwolniej.
• Dominującym mechanizmem czyszczenia strumieniem wysokociśnieniowym wodą z suchym lodem jest wpływ ziaren suchego lodu CO2, który powoduje wybuchową sublimację ziaren suchego lodu.
• Dobre efekty czyszczenia powierzchni uzyskano przy temperaturze wody  <14,84°C, ciśnieniu p = 30 MPa oraz zużyciu wody Qw od 40 do 55 dm3/min, suchego lodu Qi od 2,3 do 2,8 kg/min. Wtedy szybkość czyszczenia skorodowanych blach stalowych wynosi 0,35-0,45 m2/h, to jest prawie 10 razy szybciej niż przy pneumatycznym oczyszczaniu suchym lodem.
• W celu zwiększenia wydajności obróbki powierzchni za pomocą strumienia wody o wysokiej energii oraz powietrza i suchego lodu, należy zwiększać nadmiar lodu, który charakteryzuje się korzystniejszą morfologią lub za pomocą strumienia wody zawierającym dodatek ziarna ścierniw mineralnych.
• Wydajność erozji hybrydowym strumieniem osiąga się za pomocą optymalnej 4-otworowej dyszy zraszającej, która zwiększa się wraz ze wzrostem ciśnienia wody i długością rur tryskaczowych, natomiast wpływ stosunku napowietrzania strumienia wodnego jest raczej nieistotny.
• Maksymalna prędkość ziaren ściernych na wylocie tryskacza jest zbliżona do prędkości przepływu strumienia wody, osiąga prędkość większą niż 270 m/s, a granulatu suchego lodu niższa o około 30% -50%. Energia kinetyczna ziaren ściernych jest bliska 1 x 10-3 J, a suchego lodu jest 300-500 razy wyższa (bo dużo większe są ziarna suchego lodu).
• Zaleca się korzystanie z lodu o możliwie najniższej temperaturze strumienia wody pod wysokim ciśnieniem, dzięki czemu jakość cząsteczek lodu zmniejsza się na niższym poziomie.
• Najniższe ciśnienie występuje w wewnętrznych warstwach dysz hybrydowych, a o wiele wyższe ciśnienia mają warstwy zewnętrzne z wyróżnieniem strumieni w liczbie otworów dysz zraszających.
• Największa liczba cząstek stałych przepływa wzdłuż centralnej osi hybrydowego strumienia, a najmniejsza w warstwach zewnętrznych strumienia, gdzie panuje najwyższe ciśnienie.
• Ilość przepływu ziaren ściernych piasku (# 36) przy wysokociśnieniowym strumieniu hybrydowym waha się od 90 000 do 150 000 ziaren na sekundę, a grudek lodu jest 70 razy mniej.
• Wysokie ciśnienie w warstwach zewnętrznych strumieni hybrydowych powoduje skuteczne czyszczenie powierzchni, a osiowe warstwy strumienia wygładzają ją.
• Różnorodność hybrydowej struktury strumienia może być odpowiedzialna za falistość powierzchni.
• Mechanizm erozji powierzchni oczyszczanych strumieniem hybrydowym wysokiego ciśnienia wody z lodem i ścierniwem jest specyficzny, ponieważ dużej liczbie małych rozmiarów ziaren ściernych towarzyszą duże cząstki suchego lodu, którego część ulega sublimacji i generuje dużą ilość gazowego CO2 o objętości 800 razy większej, wnikającego w pęknięcia i szczeliny oraz poszerzając je, a cząstki powłoki odrywają się od przedmiotu obrabianego.
• Wysokociśnieniowy hybrydowy strumień wody z suchym lodem powoduje szok termiczny w materiale podlegającym usunięciu.
• W procesie kreowania wysokociśnieniowej strugi wodno-lodowej największą rolę w zwiększaniu temperatury lodu CO2 odgrywa jego temperatura początkowa, a jeśli cząstki suchego lodu w stanie początkowym mają temperaturę sublimacji, to podczas ich transportu ze zbiornika do dyszy może ulec wysublimowaniu maksymalnie 4,7% CO2.
• Obróbka strugą wodno-lodową nie powoduje zmian makro- i mikrostruktury powierzchni podłoża, co w wielu przypadkach jest najważniejszym argumentem do jej stosowania.
• Zwiększanie wydatku suchego lodu CO2 daje wzrost wydajności obróbki aż do wystąpienia tzw. maksymalnego granicznego wydatku, dającego najwyższą powierzchniową wydajność usuwania powłok lakierniczych, a dalsze jego zwiększanie powoduje spadek skuteczności obróbki.
• Wzrost ciśnienia strugi wodnej powoduje proporcjonalne zwiększanie wydajności usuwania powłok lakieru.
• Zwiększanie długości kierownicy tryskacza od Lk = 100 do 200 mm prowadzi do wzrostu powierzchniowej wydajności usuwania powłok lakierniczych, a następnie spada wydajność obróbki.
• Przy zwiększaniu roboczej długości strugi wodno-lodowej aż do l2 = 250 mm rośnie wydajność obróbki, po czym następuje spadek wydajności.
• Oddziaływanie wysokociśnieniowej strugi wodno-lodowej powoduje powstawanie mikropęknięć w wierzchniej warstwie lakierniczej. Dobranie parametrów obróbki umożliwia usunięcie wierzchniej warstwy lakierniczej. Zwiększenie ciśnienia strugi wodnej oraz wydatku suchego lodu usuwa jednocześnie kilka warstw lakierniczych.
• Usuwanie powłok lakierniczych „delikatną” jak i „agresywną” strugą wodno-lodową nie powoduje zmian w mikrostrukturze, jak i strukturze geometrycznej powierzchni podłoża zarówno materiałów miękkich i mało odpornych na zarysowania, jak również twardych.
• Najniższą temperaturę osiąga warstwa wierzchnia powłoki lakierniczej. W miarę zwiększania głębokości pod tą warstwą następuje przyrost temperatury.
• Temperatura cząstek CO2 podczas kontaktu ze strugą wodną wzrasta do temperatury sublimacji.
• Zmiany temperatury powłok sięgają na głębokość około 12 μm. Przy wartości ciśnienia strugi wodnej pw = 50 MPa na głębokości około 7 μm następuje wyrównanie jej temperatury do temperatury początkowej. Przy ciśnieniu strugi wodnej (pw = 10 MPa) temperatura powłoki lakierniczej utrzymuje się niezmieniona w odległości około 12 μm.
• Najwyższa efektywność dyszy z jednym otworem zasilającym, która zaburza koncentryczność strugi, a przy 4 do 8 otworach nie występuje.
• Stwierdzono, że oddziaływanie wysokociśnieniowej strugi wodno-lodowej o ciśnieniu pw = 35 MPa i wydatku suchego lodu mL = 208 kg/h nie powoduje zmian struktury geometrycznej powierzchni stopu aluminium PA2 oraz stali X5CrNi18-10. Dla kruchych materiałów (polimetakrylan metylu), należy stosować strugę o ciśnieniu roboczym pw = 20 MPa i wydatku suchego lodu mL = 156 kg/h.
• Największą wydajność usuwania powłok lakierniczych, niezależnie od ciśnienia strugi wodnej oraz wydatku cząstek suchego lodu, uzyskano przy długość strugi l2 = 250 mm i kącie natrysku w granicach κ = 90°.