Mit Elektrowerkzeugen gereinigte Oberflächen: Neue Einblicke in die Messung von Oberflächenprofilen

In diesem Artikel werden Methoden zur Messung von Oberflächenprofilen bewertet, die von Elektrowerkzeugen erstellt wurden, nämlich Luftnadel-Scaler, Borstenreiniger und Roto-Peen-Scaler. Besonderes Augenmerk wird auf die Verwendung von Replikatbändern und seine Fähigkeit gelegt, Profile verschiedener Oberflächen unter Verwendung eines digitalen Replikatbandlesegeräts mit 3D-Bildgebungsfunktion zu charakterisieren. In diesem Dokument wird insbesondere festgestellt, ob die in ASTM D4417 beschriebenen Messmethoden für die Messung von Profilen geeignet sind, die von Elektrowerkzeugen hergestellt werden.

Einführung

NAVSEA definiert Handwerkzeuge als tragbare automatische Geräte zur Oberflächenvorbereitung, die in drei grundlegende Kategorien unterteilt werden können:

• Schlagreinigungswerkzeuge (einschließlich Luftnadel-Scaler)
• Rotationsreinigungswerkzeuge (einschließlich Borstenreiniger)
• Rotary Impact Cleaning Tools (einschließlich Roto Peen Scaler)

‍Während es viele Standards für die Messung von Oberflächenprofilen gibt, die durch Strahlen von Stahloberflächen erzeugt werden, gibt es wenig Forschung oder Anleitung für die Messung von Profilen, die mit Elektrowerkzeugen erstellt wurden.

In diesem Artikel werden drei gängige Messmethoden zur Bestimmung von Oberflächenprofilparametern untersucht und deren Wirksamkeit auf mit Elektrowerkzeugen vorbereiteten Oberflächen bewertet: Replikatband, Tiefenmikrometer und Instrumente für die Rauheit des Stifts. Für diese Studie wurden Profile untersucht, die von Luftnadel-Scalern, Borstenreinigern und Roto-Peen-Scalern auf Stahltestplatten erstellt wurden.

Es wird darauf geachtet, wie effektiv jede Messmethode ist, um an allen drei von Elektrowerkzeugen hergestellten Profilen zu messen und ob eines der Elektrowerkzeuge Profilmerkmale erzeugt, die Herausforderungen darstellen. Durch Auswertung der Daten, Aufzeichnung nachfolgender Ergebnisse und Verwendung der 3D-Oberflächenbildgebung wird eine endgültige Empfehlung abgegeben, welche Messmethode am besten geeignet ist.

Hintergrund

Die Oberflächenvorbereitung wirkt sich direkt auf die Leistung von Schutzbeschichtungssystemen aus. Es ist wichtig sicherzustellen, dass eine Oberfläche frei von Rost und Zunder sowie von Oberflächenverunreinigungen wie Schmutzöl und Fett ist. Ebenso wichtig ist das Oberflächenprofil, dessen Eigenschaften zur Lebensdauer der Beschichtung und zur Haftfestigkeit beitragen. Die Bewertung des Oberflächenprofils wird dann zu einer kritischen Übung.

Elektrowerkzeuge werden häufig zum Reinigen von Stahloberflächen vor dem Aufbringen von Schutzbeschichtungen verwendet. Während das Profil von abrasiv gestrahlten Oberflächen routinemäßig mit Replikatband, Tiefenmikrometern oder tragbaren Stiftrauheitsinstrumenten gemessen wird, sind Beschichtungsfachleute häufig unsicher, welche Methode für Profile geeignet ist, die mit Elektrowerkzeugen wie Luftnadel-Scalern, Borstenreinigern und Roto Peen erstellt wurden Skalierer.

Abrasive Stöße erzeugen komplexe, zufällige Muster auf der Oberfläche. Von Elektrowerkzeugen erzeugte Oberflächenprofile weisen jedoch sich wiederholende Muster auf, die die ordnungsgemäße Messung der Höhe von Spitze zu Tal und der Spitzendichte vor Herausforderungen stellen.

In einem im Februar 2015 verfassten Artikel erläuterte D. Beamish2, wie mit Replikatband kritische Oberflächenprofilparameter für gestrahlte Stahloberflächen bestimmt werden können, und bezog diese Parameter auf die Haftfestigkeit beim Abziehen. Insbesondere wurde in dem Artikel erörtert, wie durch Replikationsbandmessungen gegenüber anderen Messmethoden signifikant mehr Informationen verfügbar waren, wodurch die Bestimmung der Spitzendichte (Pd) und des entwickelten Grenzflächenverhältnisses (Sdr) ermöglicht wurde, die direkt mit der Haftfestigkeit beim Abziehen korrelierten. Ferner wurde gezeigt, dass Oberflächenparameter, die unter Verwendung von Replikatband gemessen wurden, eng mit etablierten Messtechniken für gestrahlte Profile wie konfokale Mikroskopie und Stiftprofilometrie korrelierten. In diesem Artikel wird diese Analyse weiter ausgeführt und die Eignung von Replikatbändern zur Messung nicht nur der Oberflächenparameter von gestrahlten Profilen, sondern auch zur Messung des Oberflächenprofils auf einer Vielzahl von mit Elektrowerkzeugen vorbereiteten Oberflächen bestimmt.

Verwandte Standards

In der Lackier- und Beschichtungsindustrie wurden umfangreiche Untersuchungen zur Bewertung von strahlgereinigten Profilen auf Stahlsubstraten durchgeführt. ISO 8503-53 beschreibt die Herstellung von Stahlsubstraten vor dem Auftragen von Farben und verwandten Produkten sowie die Oberflächenrauheitseigenschaften von strahlgereinigten Stahlsubstraten:

1 Geltungsbereich

Dieses Dokument beschreibt eine Feldmethode zur Messung des Oberflächenprofils, das durch eines der in ISO 8504-2 angegebenen Strahlreinigungsverfahren erzeugt wird. Das Verfahren verwendet ein Replikatband und ein geeignetes Messgerät, um vor Ort die Rauheit einer Oberfläche vor dem Auftragen von Farbe oder einer anderen Schutzbeschichtung zu messen.

Das Verfahren ist innerhalb des Bereichs von Profilhöhen anwendbar, die für eine gegebene Qualität (oder Dicke) von Replikatband angegeben sind. Die derzeit verfügbaren kommerziellen Qualitäten ermöglichen die Messung von durchschnittlichen Peak-to-Valley-Profilen von 20 μm bis 115 μm. Die Methode gilt für Oberflächen, die mit Schleifmitteln gereinigt wurden.

ASTM D71274 beschreibt die Messung der Oberflächenrauheit von strahlengereinigten Metalloberflächen mit einem tragbaren Stiftinstrument:

1. Geltungsbereich

1.1 Diese Prüfmethode beschreibt ein Laden- oder Feldverfahren zur Bestimmung der Rauheitseigenschaften von Oberflächen, die zum Lackieren durch Strahlen vorbereitet wurden. Das Verfahren verwendet ein tragbares Instrument zur Verfolgung des Stiftprofils mit oder ohne Schleuder. Die gemessenen Eigenschaften sind: Rt und Rpc. Zusätzliche Maße der Profilhöhe (Rmax und / oder Rz) können ebenfalls erhalten werden, wie vom Käufer und Verkäufer vereinbart.

Die NACE-Norm SP02875 beschreibt und charakterisiert ein Verfahren zur Messung des Oberflächenprofils von strahlengereinigtem Stahl. Die Messtechnik verwendet ein Band, das das Oberflächenprofil nachbildet. Andere übliche Methoden zur Messung des Oberflächenprofils werden nicht diskutiert:

1.1 Diese Norm beschreibt ein Verfahren zur Vor-Ort-Messung des Oberflächenprofils von strahlengereinigten Stahloberflächen mit einem Oberflächenprofil gemäß Definition in Abschnitt 2 zwischen 38 und 114 μm (1,5 und 4,5 mil).

ASTM D4417 beschreibt drei Methoden zur Bewertung des Oberflächenprofils von gestrahlten Stahloberflächen in der folgenden Tabelle 1:

1. Geltungsbereich

1.1 Diese Prüfmethoden umfassen die Beschreibung von Techniken zur Messung des Profils von mit Strahlmittel gereinigten Oberflächen im Labor, auf dem Feld oder in der Fertigungsstätte.

Tabelle 1: ASTM-Oberflächenprofilmessmethoden

SSPC PA 176 bietet zusätzliche Anleitungen zur Bestimmung der Konformität mit den Anforderungen an das Oberflächenprofil. Während ASTM-Standards beschreiben, wie Messungen durchgeführt werden sollen, konzentriert sich SSPC PA 17 darauf, wo und wie oft diese Messungen durchgeführt werden sollen.

In diesen Industriestandards fehlen Verfahren und Beschreibungen zur Bewertung von mit Elektrowerkzeugen gereinigten Oberflächen weitgehend. Mit zunehmender Verbreitung von Elektrowerkzeugen wird es immer wichtiger, die beste und genaueste Methode zur Bewertung dieser Oberflächen zu ermitteln.

Innerhalb dieser Normen wird nur einmal erwähnt, wie mit Elektrowerkzeugen vorbereitete Oberflächen zu bewerten sind. In ASTM D4417-14, Absatz 1.2, heißt es: „Methode B kann auch zur Messung des mit Elektrowerkzeugen erzeugten Profils geeignet sein.“

Ohne Standards und / oder Richtlinien gibt es nur wenige Informationen darüber, ob ASTM D4417 Methode B die beste Methode für alle Oberflächen von Elektrowerkzeugen ist oder ob es andere, dynamischere Lösungen für die Messung von Oberflächen gibt. Mit Elektrowerkzeugen vorbereitete Oberflächen weisen Eigenschaften auf, die bei strahlgereinigten Oberflächen nicht vorhanden sind, nämlich Richtungsvorspannung und Schwankungen der Spitzendichte zwischen Werkzeugen. Der Einfluss dieser Eigenschaften auf bestimmte Messmethoden ist nicht bekannt.

Messwerkzeug

Replikband

Replica Tape wird seit den 1960er Jahren verwendet, um das Oberflächenprofil von gestrahltem Stahl zu messen. Das in der Beschichtungsindustrie weit verbreitete Replikatband besteht aus einer Schicht aus zerkleinerbarem Kunststoffschaum, die auf einem nicht komprimierbaren Polyestersubstrat mit einer sehr gleichmäßigen Dicke von 2 mil ± 0,2 mil (50,8 Mikron ± 5 Mikron) befestigt ist. Die Schaumdicke ist abhängig von der Bandqualität. Replik-Klebeband ist in zwei Ausführungen erhältlich, normal und optisch, und in zwei Qualitäten, grob und X-grob. Für die meisten Anwendungen ist ein normales Replikatband ausreichend. Bei der Erstellung von 3D-Bildern der Bandoberfläche wird ein Replikband in optischer Qualität verwendet. Die beiden Bandqualitäten sind Grob, das Profile von 0,8 bis 2,5 mil (20 bis 64 um) misst, und X-Coarse, das Profile von 1,5 bis 4,5 mil (38 bis 115 um) misst.

Wenn der Schaum gegen eine aufgeraute Stahloberfläche gedrückt wird, bildet er einen Eindruck oder eine umgekehrte Nachbildung der Oberfläche. Der Schaum kann auf etwa 25 kollabieren% von seiner Dicke vor dem Zusammenbruch. Wenn die höchsten Spitzen auf der ursprünglichen Oberfläche auf den Polyesterträger drücken, wird der vollständig komprimierte Schaum seitlich verschoben. Ebenso erzeugen die tiefsten Täler des Originals die höchsten Gipfel in der Nachbildung.

Das Platzieren des komprimierten Bandes zwischen den Ambossen eines Federmikrometers und das Subtrahieren des Beitrags des inkompressiblen Polyestersubstrats (2 mil / 50 um) ergibt ein Maß für das durchschnittliche maximale Oberflächenrauheitsprofil von Spitze zu Tal (Fig. 1).

Abbildung 1: Replikationsband-Messprinzip

Diese Methode zur Oberflächenmessung ist robust, relativ einfach, kostengünstig und ermöglicht es dem Benutzer, eine physische Nachbildung der zu bewertenden Oberfläche aufzubewahren. Dies ist eine der häufigsten Methoden zur Bestimmung der Peak-to-Valley-Höhe von gestrahlten Oberflächen in der Beschichtungsindustrie.

Replikatband bietet zusätzliche Vorteile gegenüber anderen Messmethoden, da es das Oberflächenprofil über einen zweidimensionalen Bereich anstatt über eine Einzelpunkt- oder Geradenmessung misst. Die spitze Sondenspitze eines Tiefenmikrometers misst einen einzelnen Punkt mit einem Radius von ungefähr 0,05 mm (50 Mikrometer) für eine Probenahmefläche von 0,007 mm2. Die typische Probenlinie eines Stift-Rauheitsinstruments ist 12,5 mm lang und 4 Mikrometer breit, was einer Gesamtmessfläche von 0,05 mm2 entspricht. Die Messfläche des Replikats beträgt 31 mm2. Dies stellt einen Messbereich dar, der ungefähr 258-mal größer als der Messbereich eines Stiftrauheitsinstruments und ungefähr 4.400-mal größer als das Tiefenmikrometer ist. Darüber hinaus kann die digitale Bildgebung von brüniertem Replikatband 3D-Bilder von Oberflächenprofilen erzeugen, so dass ein Benutzer die Oberfläche vor dem Auftragen der Beschichtung visuell beobachten kann.

Instrumente für die Rauheit des Stifts

Ein tragbares Instrument zur Rauheit des Stifts verwendet einen Stift, der mit konstanter Geschwindigkeit über eine Oberfläche gezogen wird und die Auf- und Abbewegungen aufzeichnet, um die Rt oder den vertikalen Abstand zwischen dem höchsten Gipfel und dem niedrigsten Tal innerhalb einer bestimmten Bewertungslänge zu bestimmen. Das Instrument misst und zeichnet die vertikale Entfernung auf, die der Stift beim Überqueren der Oberfläche zurücklegt (siehe Abbildung 2).

Typischerweise wird eine vorbestimmte Bewertungslänge in 7 Abtastlängen unterteilt, und das Instrument misst die Höhe von Spitze zu Tal innerhalb jeder Abtastlänge Ry jedes Abschnitts, wobei der erste und der letzte Abschnitt nicht berücksichtigt werden. Der Durchschnitt der verbleibenden Rys wird zur Berechnung von Rz verwendet. Für diese Studie entspricht Rz RzDIN und entspricht dem Durchschnitt der Abstände zwischen dem höchsten Gipfel und dem niedrigsten Tal in jeder Probenahmelänge gemäß ASME Y14.36M7.

Abbildung 2: Prinzip der Messung der Stiftrauheit

Oberflächenprofiltiefenmikrometer

Ein Tiefenmikrometer verwendet eine flache Basis, die auf den Spitzen des Oberflächenprofils ruht, und eine federbelastete Sondenspitze, die in der Basis montiert ist und in die Täler des Profils fällt. Die flache Basis ruht auf den höchsten Spitzen, und jede Messung ist daher der Abstand zwischen den höchsten lokalen Spitzen und dem bestimmten Tal, in das die Spitze projiziert wurde, wie in Abbildung 3 dargestellt. Tiefenmikrometer haben den Vorteil, dass sie Profilhöhen messen können den Bereich vieler anderer Instrumente überschreiten.

Zusammenfassung des Tests

Testmedien

Zwölf Stahlplatten wurden unter Verwendung von drei verschiedenen Elektrowerkzeugen hergestellt: einem Luftnadel-Scaler, einem Borstenreiniger und einem Roto-Peen-Scaler (siehe Abb. 4). Diese Paneele waren innerhalb jeder Gruppe mit 1 bis 4 gekennzeichnet.

Die folgenden Panels wurden bewertet:

• Vier (4) Stahlplatten, hergestellt mit einem Borstenreiniger; beschriftet BB1 bis BB4
• Vier (4) Stahlplatten, hergestellt mit einem Luftnadel-Scaler; markiert NG1 bis NG4
• Vier (4) Stahlplatten, hergestellt mit einem Roto Peen Scaler; bezeichnet RP1 bis RP4

Instrumente

Oberflächenprofile auf den Platten wurden mit den folgenden drei Instrumenten bewertet:

Ein tragbares Instrument zur Rauheit des Stifts, das Rz und Rpc (lineare Spitzenzahl) meldet. Gemäß ASTM D7127 wurde eine Bewertungslänge von 12,5 mm verwendet, die aus fünf Probenahmelängen von 2,5 mm bestand. Rpc wurde im Quadrat verwendet, um Pd zu schätzen.

Ein digitales Oberflächenmikrometer-Oberflächenprofilmessgerät, das R meldet

Replica Tape und Digital Replica Tape Reader und Imager berichteten:

ein. Durchschnittliche maximale Peakhöhe (HL) durch Messen von brüniertem Replikatband und Anwenden eines Linearisierungsalgorithmus

b. Spitzendichte (Pd) gemäß ASTM B46.18, gemessen als Peaks / mm2

Testmethodik

Die Tests wurden mit jedem Instrument auf folgende Weise durchgeführt:

1. Ein tragbares Instrument zur Rauheit des Stifts wurde verwendet, um Rz und Rpc für jedes Panel zu bestimmen. Drei Spurenmessungen wurden an 5 Stellen auf jeder Platte durchgeführt, wobei jede Spurenmessung eine Auswertungslänge von 12,5 mm und eine Probenahmelänge von 2,5 mm aufwies.

ein. Die Messorte sind in Abbildung 1 detailliert dargestellt. Es ist zu beachten, dass auf den mit Borstenreiniger vorbereiteten Platten die Spurenmessungen 2 und 4 in Richtung der Vorspannung liegen, während die Spurenmessungen 1, 3 und 5 gegen die Richtung der Vorspannung gerichtet sind. Bei den Roto Peen Scaler-Platten sind die Spurenmessungen 2 und 4 gegen die Richtung der Vorspannung und die Spurenmessungen 1, 3 und 5 gegen die Richtung der Vorspannung.

Abbildung 1: Messorte für die Rauheit des tragbaren Stifts

2. Ein digitales Tiefenmikrometer wurde verwendet, um Rt zu bestimmen. 10 Messungen wurden an 5 Stellen auf jeder Platte durchgeführt, was insgesamt 50 Messungen pro Platte entspricht. Gemäß D4417 wurden 10 Ablesungen pro Ort vorgenommen. Diese Studie verwendete 5 Orte und die Maximalwerte der 10 Messwerte an den 5 Orten wurden aufgezeichnet und gemittelt. Der Durchschnitt der 50 Einzelablesungen wurde ebenfalls aufgezeichnet. Die Probenahmestellen sind in Abbildung 2 dargestellt:

Abbildung 2: Messorte für Tiefenmikrometer

3. Ein digitaler Replikatbandleser und ein Imager verwendeten Replikatband, um HL und Pd zu messen. Pro Platte wurden vier Poliervorgänge durchgeführt. Drei wurden mit normalem Replikatband (grob und / oder X-grob) und eines mit optischem Replikatband aufgenommen. Die Messorte sind in Abbildung 3 dargestellt:

Abbildung 3 - Positionen der Bandreplikate

Erste Beobachtungen

1. Muster wurden in den Ergebnissen gesehen. Bei der Untersuchung von Bildern der Oberflächen waren Richtungsstreifen auf den mit Borstenreiniger und Roto Peen Scaler vorbereiteten Oberflächen sichtbar. Die vom Stiftrauheitsinstrument in Richtung dieser Richtungsvorspannung und gegen die Vorspannung gemessenen Messwerte bestätigten deutliche Unterschiede in den Oberflächenparametern. Ferner zeigten Bilder der mit Luftnadel-Scaler vorbereiteten Oberflächen, dass sie nur wenige unterschiedliche Spitzen und Täler aufwiesen, was zu Spekulationen führte, dass das Tiefenmikrometer die tatsächlichen Höhen von Spitze zu Tal möglicherweise nicht ausreichend erfasst hat. Es wurde angenommen, dass sich die Ergebnisse mit modifizierten Messtechniken verbessern würden, die die Bias / Peak-Dichte berücksichtigen:

ein. Mit Borstenreiniger / Roto Peen Scaler vorbereitete Paneele zeigten eine Richtungsabweichung, die für tragbare Instrumente zur Rauheit des Stifts eine Herausforderung darstellte. Ein tragbares Instrument zur Rauheit des Stifts ist möglicherweise nicht geeignet, da die Messwerte von der Vorspannung abhängen. Die anfänglichen Spezifikationen (D7127) für die Messung von mit Elektrowerkzeugen gereinigten Oberflächen berücksichtigen nicht die Vorspannung und / oder Dichte der Spitzen. Dies kann dazu führen, dass die angegebenen Werte im Oberflächenprofil unterschritten oder überschritten werden. Das Ändern der Testmethode, um in Richtung der Vorspannung gemessene Messwerte zu ignorieren, ist erforderlich, um aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen.

b. Es wurde beobachtet, dass die mit Luftnadel-Scaler hergestellten Platten eine sehr niedrige Spitzendichte (Spitzenfrequenz) aufwiesen. Es wurde vorgeschlagen, dass die Erhöhung der Anzahl der mit dem Tiefenmikrometer durchgeführten Messungen dazu beitragen könnte, diese verringerte Frequenz zu berücksichtigen und ein genaueres Ergebnis zu erzielen. Um diese Hypothese zu bewerten, wurde eine zweite Testrunde durchgeführt, in der 20 Messungen pro Punkt an allen 5 Stellen durchgeführt wurden, was insgesamt 100 Ablesungen pro Panel entspricht. Der Durchschnitt der 5 Maxima wurde angegeben.

2. Die Ergebnisse zeigten, dass Replikatband für alle drei von Elektrowerkzeugen hergestellten Profile verwendet werden kann. Die mit einem digitalen Replik-Bandleser erzielten Ergebnisse wurden durch die Vorspannung und Dichte, die die anderen Instrumente vor Herausforderungen stellen, nicht wesentlich beeinflusst, und es bestand keine Notwendigkeit, die Testmethode zu ändern.

3. Die Ergebnisse des Tiefenmikrometers zeigten, dass die Verwendung des Durchschnitts der Maxima für die fünf Standorte zu Ergebnissen führte, die im Vergleich zum Durchschnitt der 50 Einzelablesungen enger mit den Ergebnissen der anderen Messmethoden korrelierten.

Zusammenfassung der ersten Ergebnisse

Grafik 1: Erste Ergebnisse für die Profilhöhe von Spitze zu Tal aus drei Messmethoden

Grafik 1 zeigt die ersten Ergebnisse der drei Messmethoden. Die Ergebnisse des Tiefenmikrometers werden sowohl als Durchschnitt aller 50 Messwerte als auch als Durchschnitt der 5 Maxima angezeigt. Es wurde beobachtet, dass die von den Werkzeugen erzeugten Eigenschaften einige der Messwerkzeuge herausforderten und ihre Ergebnisse weniger konsistent machten.

Die folgenden Diagramme veranschaulichen dies. Einzelne Spuren sind in den Diagrammen 2 und 4 gezeigt. Für die Borstenreinigerplatten waren die Messwerte 2 und 4 für alle Parameter durchweg niedriger als die Messwerte 1, 3 und 5. Die Messwerte 2 und 4 wurden in Richtung der Vorspannung gemessen (rot dargestellt) ), während die Messwerte 1, 3 und 5 über die Vorspannung gemessen wurden (blau dargestellt). Die Diagramme 3 und 5 zeigen die Ergebnisse aller Spuren, die mit der zusammen gemittelten Vorspannung aufgenommen wurden, und aller Spuren, die über die Vorspannung zusammen gemittelt wurden.

Grafik 2: Rpc, mit (rot) und gegen Vorspannung (blau), Borstenreiniger

Grafik 3: Gemittelter RPC mit (rot) und gegen Vorspannung (blau), Borstenreiniger

Grafik 4: Rz, With (rot) und Against Bias (blau), Borstenreiniger

Grafik 5: Gemitteltes Rz mit (rot) und gegen Vorspannung (blau), Borstenreiniger

Für die Roto Peen Scaler-Panels sind einzelne Spuren in Tabelle 6 und 8 gezeigt. Die Messwerte 2 und 4 waren für alle Parameter durchweg höher als die Messwerte 1, 3 und 5. Die Messwerte 2 und 4 wurden über die Richtung der Vorspannung gemessen (gezeigt) in blau), während die Messwerte 1, 3 und 5 mit der Vorspannung (rot dargestellt) gemessen wurden. Die Diagramme 7 und 9 zeigen die Ergebnisse aller Spuren, die mit der zusammen gemittelten Vorspannung aufgenommen wurden, und aller Spuren, die über die Vorspannung zusammen gemittelt wurden.

Grafik 6: Rpc, Roto Peen Scaler

Grafik 7: Gemittelter RPC mit (rot) und gegen Vorspannung (blau), Roto Peen Scaler

Grafik 8: RzWith (rot) und Against Bias (blau), Roto Peen Scaler

Grafik 9: Gemittelte Rz mit (rot) und gegen Vorspannung (blau), Roto Peen Scaler

Beim Vergleich der Spitzendichten der drei Plattentypen zeigte das Luftnadel-Scaler-Panel signifikant niedrigere Messungen als die anderen, wie in Abbildung 10 gezeigt.

Grafik 10: Spitzendichte der Panels

Aufgrund der geringeren Dichte wurde angenommen, dass die Tiefenmikrometerwerte aufgrund der verringerten Wahrscheinlichkeit, dass das Instrument in den niedrigsten Tälern platziert wird, nachteilig beeinflusst werden könnten.

Beim Vergleich der Messmethoden zeigten erste Beobachtungen, dass Replica Tape über die Oberflächen der Elektrowerkzeuge und Messmethoden hinweg am wenigsten von Einflüssen wie Vorspannung oder Spitzenzahl betroffen war.

Richtungsvorspannung

Nach Abschluss des Tests zeigte die Analyse der Daten, dass die mit dem tragbaren Rauheitsinstrument des Stifts erzielten Ergebnisse durch die Richtungsvorspannung der Panels signifikant beeinflusst zu werden schienen. Dies war vor allem bei den mit dem Borstenreiniger behandelten Platten und in geringerem Maße bei den mit dem Roto Peen Scaler behandelten Platten vorhanden.

Das erste 3D-Bild unten von einer mit Borstenreiniger vorbereiteten Oberfläche (Abbildung 6) zeigt Streifen von links nach rechts, die der Richtung entsprechen, in der der Borstenreiniger auf die Platte aufgetragen wurde, wodurch im Wesentlichen Täler und / oder Spitzen entstehen, die sich in dieser allgemeinen Richtung ausrichten . Das zweite 3D-Bild einer Roto Peen Scaler-Oberfläche (Abbildung 7) zeigt ähnliche Eigenschaften.

Abbildung 6: 3D-Rendering der Borstenreinigeroberfläche

[Image Obtained Using a Digital Replica Tape Reader with 3D Imaging]

Abbildung 7: 3D-Rendering der Roto Peen Scaler-Oberfläche

[Image Obtained Using a Digital Replica Tape Reader with 3D Imaging]

Um die Auswirkung zu bestätigen, die dies auf die vom Stiftrauheitsinstrument erzielten Ergebnisse hatte, wurden zusätzliche Tests an den mit Borstenreiniger vorbereiteten Platten durchgeführt, wobei der Richtungsvorspannung besondere Aufmerksamkeit geschenkt wurde.

Follow-up-Test - Richtungsverzerrung

Dieser zusätzliche Test wurde durchgeführt, indem vier Messungen mit der Vorspannung und vier Messungen über die durch den Borstenreiniger erzeugte Vorspannung durchgeführt wurden. Zwei Werte, Rpc und Rz, wurden dann zwischen dem horizontalen und dem vertikalen Test verglichen. Die Ergebnisse sind in den Diagrammen 11 und 12 dargestellt:

Diagramm 11: Richtungsvorspannungstest, RPC, Borstenreiniger

Diagramm 12: Richtungsvorspannungstest, Rz, Borstenreiniger

Messungen, die mit der Vorspannung und über die Vorspannung durchgeführt wurden, ergaben deutlich unterschiedliche Ergebnisse. Mit diesem Verfahren vorgenommene Messungen können zu einer fehlerhaften Charakterisierung der Oberfläche führen, wenn die Richtungsvorspannung nicht berücksichtigt wird oder nicht bekannt ist. Dies kann zu einem falschen oder unzureichenden Aufbringen einer Beschichtung führen. Messungen, die mit Replikband- oder Tiefenmikrometerinstrumenten durchgeführt wurden, wurden durch die Richtungsvorspannung nicht beeinflusst.

In den Benutzerhandbüchern des Herstellers wurden der Borstenreiniger und der Roto-Peen-Scaler konsultiert, um festzustellen, ob Methoden zur Behebung der Richtungsverzerrung erörtert wurden. In beiden Handbüchern wurden keine spezifischen Anweisungen zur Richtungsvorspannung oder zur Entwicklung von Oberflächenstreifen gefunden. Im Handbuch für den Roto-Peen-Scaler heißt es in Bezug auf die Oberflächenbehandlung: „Um eine gleichmäßige Strahlabdeckung zu gewährleisten, verwenden Sie eine kreisförmige oder oszillierende Bewegung über den gesamten Bereich.“

Es gibt jedoch keine Anweisungen oder Vorschläge zur Verwendung dieser Adresse oder zur Verhinderung des Auftretens einer Richtungsverzerrung.

Spitzendichte

Die Messergebnisse zeigten, dass die vom Luftnadel-Scaler hergestellten Platten im Vergleich zu den anderen von Elektrowerkzeugen hergestellten Platten eine geringe Spitzendichte zeigten. Niedrigere Spitzendichten machen es für das Tiefenmikrometer schwieriger, die wahre Höhe von Spitze zu Tal zu finden. Dies ist auf eine geringere statistische Wahrscheinlichkeit zurückzuführen, dass der Punkt des Mikrometers direkt auf dem tiefsten Punkt des Profils landet. Wenn das Instrument nicht die niedrigste Vertiefung des Profils findet, sind die Ergebnisse fälschlicherweise niedrig. Ein 3D-Rendering einer mit einem Luftnadel-Scaler vorbereiteten Oberfläche ist unten in 8 gezeigt. Es ist deutlich zu sehen, dass die Oberfläche nur wenige unterschiedliche Spitzen und / oder Täler enthält und größtenteils gerundet und flach erscheint.

Abbildung 8: Oberflächenbild des Air Needle Scaler

[Image Obtained Using a Digital Replica Tape Reader with 3D Imaging]

Follow-up-Tests - Spitzendichte

Nachdem unter Verwendung der digitalen Abbildung von Replikatbändern niedrige Spitzendichten beobachtet wurden, wurde festgestellt, dass eine Erhöhung der Anzahl der mit dem Tiefenmikrometer durchgeführten Messungen genauere Messungen von Spitze zu Tal ergab. Um diese Hypothese zu testen, wurde die Anzahl der an jedem Punkt vorgenommenen Ablesungen auf 20 verdoppelt, was insgesamt 100 Ablesungen pro Panel entspricht. Durch Verdoppeln der Anzahl der Messungen ist das Ergebnis repräsentativer für diejenigen, die mit einem Stiftrauheitsinstrument und einem Replikatband gefunden wurden, wie in Tabelle 13 gezeigt.

Diagramm 13: RT, Auswirkung einer erhöhten Anzahl von Tiefenmikrometer-Messwerten auf RT

Bei drei der vier untersuchten Panels führte die Verdoppelung der Anzahl der Tiefenmikrometer-Messungen pro Punkt zu Werten, die enger mit dem Rauheitsinstrument des Stifts und dem Replikatband korrelierten. Obwohl hier nicht untersucht, kann eine weitere Erhöhung der Anzahl der Messwerte pro Punkt zu Messwerten führen, die mit anderen Methoden konsistenter sind.

Es wird angenommen, dass das Instrument der Stiftrauheit in ähnlicher Weise von einer geringeren Spitzendichte beeinflusst wird. Das Instrument zur Rauheit des Stifts misst jedoch über einen größeren Bereich als das Tiefenmikrometer, und dieser größere Messbereich kann ausreichen, um den höchsten Peak und das niedrigste Tal zu erfassen. Unabhängig davon wird die Wahrscheinlichkeit, die tatsächlich maximale Höhe des Peak-zu-Tal-Profils auf mit Luftnadel-Scaler vorbereiteten Oberflächen zu finden, einfach aufgrund der geringeren Anzahl unterschiedlicher Peaks und Täler verringert.

Beobachtungen zu den Ergebnissen des Replikatbandes

Vom Replikatband abgeleitete Messungen wurden im Gegensatz zu Messungen mit anderen Messmethoden nicht durch Richtungsvorspannung oder Spitzendichte beeinflusst. Diese Methode lieferte konsistente Ergebnisse auf allen drei mit Elektrowerkzeugen gereinigten Oberflächen.

Bei Panels, die von einer gerichteten Vorspannung betroffen sind, erfasst der Messbereich des Replikatbandes Muster in beiden Richtungen der Vorspannung. Da HL als maximale Höhe von Spitze zu Tal über das gesamte Gebiet gemessen wird, hat die Vorspannung keine Auswirkung. Aus diesem Grund waren die Ergebnisse von Replikatbandmessungen repräsentativer für die Oberfläche und erforderten keine Änderung der Messmethode, um aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen.

In ähnlicher Weise wurden Replikatbandmessungen durch die Spitzendichte nicht negativ beeinflusst. Da der Messbereich des Replikatbandes größer ist als der horizontale Abstand zwischen Spitzen und Tälern, war die verringerte Dichte kein Faktor. Aufgrund des großen Messbereichs des Replikatbandes waren die Messwerte repräsentativer als beim Mikrometer- oder Stiftrauheitsinstrument.

Schlussfolgerungen

Methode C, Replikband, maß die von allen drei Werkzeugen erzeugten Oberflächen am genauesten, hauptsächlich weil die abgetastete Oberfläche größer ist als die der anderen Methoden. Der vergrößerte Messbereich des Replikatsbandes war für die Eigenschaften der von Elektrowerkzeugen erstellten Oberflächen verantwortlich, die sich negativ auf die anderen Messmethoden auswirkten.

Mit Elektrowerkzeugen erzeugte Oberflächen weisen Eigenschaften auf, die bei der Auswahl einer Methode zur Messung des Oberflächenprofils berücksichtigt werden müssen. Werkzeuge, die Richtungsstreifen (Vorspannung) auf der Oberfläche hinterlassen, können zu ungenauen Messungen der Oberflächenprofilparameter führen, wenn tragbare Instrumente für die Rauheit des Stifts verwendet werden. Werkzeuge, die zu Oberflächenprofilen mit niedrigen Spitzendichten führen, werden in den Normen (ASTM D4417) nicht erwartet. Daher werden bei Verwendung eines Tiefenmikrometers gemäß dieser Testmethode niedrigere Peak-to-Valley-Messungen angegeben. Wenn diese Merkmale nicht berücksichtigt werden, kann dies zu ungenauen Ergebnissen führen.

Obwohl es Einschränkungen bei der Verwendung von tragbaren Instrumenten mit Stiftrauheit und Tiefenmikrometern auf mit Elektrowerkzeugen vorbereiteten Oberflächen gibt, können Änderungen an den Messmethoden vorgenommen werden, mit denen diese Instrumente diese Oberflächen effektiv messen können. Instrumente der Stiftrauheit nach Methode D waren nicht zum Messen des Oberflächenprofils auf diesen Oberflächen geeignet, es sei denn, es wurde darauf geachtet, nur über die Vorspannung zu messen. Ablesungen von Tiefenmikrometern nach Methode B deuteten darauf hin, dass sich die Ergebnisse verbessern würden, wenn die Anzahl der Ablesungen erhöht würde, um die niedrige Spitzendichte zu berücksichtigen.

Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse der Tiefenmikrometer der Methode B deutlich, dass die Verwendung des Durchschnitts der Maxima für die fünf Standorte zu Ergebnissen führte, die im Vergleich zur Verwendung des Durchschnitts der 50 Einzelablesungen enger mit den Ergebnissen der anderen Messmethoden korrelierten. Dies unterstützt andere Studien, die mit denselben Ergebnissen durchgeführt wurden, insbesondere „Oberflächenprofil - Ein Vergleich der Messmethoden“ von D. Beamish9, wo diese Methode erstmals vorgeschlagen wurde.

Grafik 14 zeigt die Ergebnisse aller Messmethoden, nachdem Anpassungen vorgenommen wurden, um Fehler zu berücksichtigen, die durch Richtungsvorspannung und niedrige Spitzendichte verursacht wurden. Die Richtungsvorspannung wurde auf den mit Borstenreiniger und Roto Peen Scaler vorbereiteten Platten berücksichtigt, indem die in Richtung der Vorspannung vorgenommenen Spurenmessungen entfernt wurden. Dies führte zu einem Ergebnis von durchschnittlich 13,2% Näher am Replikatband ergeben sich für die mit Borsten gestrahlten Paneele ein Durchschnitt von 8,9% näher an den Replikatbandwerten für die mit Roto Peen behandelten Paneele.

Die geringe Spitzendichte auf den Luftnadel-Skalierungsplatten wurde berücksichtigt, indem die Ergebnisse mit 10 und 20 Messwerten pro Punkt aufgezeichnet und der Durchschnitt der Maxima für die fünf Standorte angegeben wurden. Auf diese Weise zeigten die mit dem Tiefenmikrometer gemessenen Werte 15,9% engere Korrelation mit den Messwerten des tragbaren Stift-Rauheitsinstruments und a 14.2% engere Korrelation zu den Replikatbandablesungen.

Die Ergebnisse des Replikatbands werden jedoch wie gemessen ohne Änderung der Oberflächeneffekte angezeigt. Es ist klar, dass die unveränderten Ergebnisse des Bandes mit anderen Messmethoden übereinstimmen.

Grafik 14: Endergebnisse

Diese Ergebnisse deuten stark darauf hin, dass Replikatband eine einfachere und effektivere Lösung für die Messung über Oberflächen darstellt, die mit mehreren Elektrowerkzeugen erstellt wurden. Das Band erfordert keine besondere Berücksichtigung der Vorspannung oder Spitzendichte. Im Gegensatz zu anderen Messmethoden, bei denen vom Elektrowerkzeug erstellte Profileffekte berücksichtigt werden müssen, können die Ergebnisse des Replikatbands wie gemessen verwendet werden.

Verweise

1 ASTM D4417 „Standardprüfverfahren zur Feldmessung des Oberflächenprofils von strahlgereinigtem Stahl“ (ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428)

2 D. Beamish, „Replica Tape - Unlocking Hidden Information“, Journal of Protective Coatings and Linings, Februar 2015, S. 1 - 6

3 ISO 8503-5 „Vorbereitung von Stahlsubstraten vor dem Auftragen von Farben und verwandten Produkten - Oberflächenrauheitseigenschaften von gestrahlten Stahlsubstraten - Teil 5: Replikbandmethode zur Bestimmung des Oberflächenprofils“ (Internationale Organisation für Normung (ISO)) 1 rue de Varembé, Rechtssache Postale 56, CH-1211, Genf 20, Schweiz)

4 ASTM D7127 “Standardprüfverfahren zur Messung der Oberflächenrauheit von strahlgereinigten Metalloberflächen mit einem tragbaren Stiftinstrument1 (ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428)

5 NACE-Standard SP0287, „Feldmessung des Oberflächenprofils von abrasiv gestrahlten Stahloberflächen mit einem Replikatband“. (Houston, TX: NACE, 2016)

6 SSPC-PA-17 „Verfahren zur Bestimmung der Konformität mit den Anforderungen an Stahlprofil / Oberflächenrauheit / Spitzenanzahl“ (SSPC: Gesellschaft für Schutzbeschichtungen, 800 Trumbull Drive, Pittsburgh, PA 15205, USA)

7 ASME Y14.36M 1996 "Surface Texture Symbols" (Amerikanische Gesellschaft für Maschinenbauingenieure, Three Park Avenue, New York, NY 10016-5990 USA)

8 ASME B46.1-2009 „Oberflächenstruktur (Oberflächenrauheit, Welligkeit und Verlegung)“ (Amerikanische Gesellschaft für Maschinenbauingenieure, Three Park Avenue, New York, NY 10016-5990 USA)

9 D. Beamish, „Oberflächenprofil - Ein Vergleich der Messmethoden“, DeFelsko Corporation, Januar 2013