Superficies limpiadas con herramientas eléctricas: nuevos conocimientos sobre la medición de perfiles de superficies

Este documento evaluará los métodos utilizados para medir los perfiles de superficie creados por herramientas eléctricas, a saber, raspadores de aguja de aire, limpiadores de cerdas y raspadores de roturador. Se prestará especial atención al uso de la cinta de réplica y su capacidad para caracterizar los perfiles de varias superficies utilizando un lector de cinta de réplica digital con capacidad para imágenes en 3D. Más específicamente, este documento determinará si los métodos de medición descritos en ASTM D4417 son apropiados para la medición de perfiles producidos por herramientas eléctricas.

Introducción

NAVSEA define las herramientas eléctricas manuales como dispositivos automáticos portátiles utilizados para la preparación de superficies que se pueden dividir en tres categorías básicas:

• Herramientas de limpieza de impacto (incluidos los raspadores de agujas de aire)
• Herramientas de limpieza giratorias (incluidos limpiadores de cerdas)
• Herramientas de limpieza de impacto rotatorio (incluidos los raspadores rotatorios)

‍Si bien existen muchas normas relacionadas con la medición de perfiles de superficie producidos por chorreado abrasivo de superficies de acero, hay poca investigación u orientación para medir perfiles creados con herramientas eléctricas.

Este artículo examinará tres métodos de medición comunes para determinar los parámetros del perfil de la superficie y evaluará su eficacia en superficies preparadas con herramientas eléctricas: cinta de réplica, micrómetros de profundidad e instrumentos de rugosidad con palpador. Para este estudio se examinaron los perfiles producidos por raspadores de aguja de aire, limpiadores de cerdas y raspadores de rotopercusión en paneles de prueba de acero.

Se prestará atención a la eficacia de cada método de medición para medir en los tres perfiles producidos por herramientas eléctricas y si alguna de las herramientas eléctricas produce características de perfil que presenten desafíos. Mediante la evaluación de los datos, el trazado de los resultados posteriores y el uso de imágenes de superficie en 3D, se hará una recomendación final sobre qué método de medición es el más apropiado.

Antecedentes

La preparación de la superficie afecta directamente el rendimiento de los sistemas de revestimiento protector. Es fundamental asegurarse de que una superficie esté limpia de óxido y cascarilla, así como de contaminantes de la superficie, como suciedad, aceite y grasa. Igualmente importante es el perfil de la superficie, cuyas características contribuyen a la vida útil del recubrimiento y a la fuerza de adhesión. La evaluación del perfil de la superficie, entonces, se convierte en un ejercicio crítico.

Las herramientas eléctricas se utilizan con frecuencia para limpiar superficies de acero antes de la aplicación de recubrimientos protectores. Si bien el perfil de las superficies pulidas con chorro de arena se mide de forma rutinaria con cinta de réplica, micrómetros de profundidad o instrumentos portátiles de rugosidad con aguja, los profesionales de los recubrimientos a menudo no están seguros de qué método es el más adecuado para los perfiles creados con herramientas eléctricas, incluidos los raspadores de aguja de aire, los limpiadores de cerdas y el rotopercusión. escaladores.

El impacto abrasivo produce patrones complejos y aleatorios en la superficie. Sin embargo, los perfiles de superficie producidos por herramientas eléctricas exhiben patrones repetitivos que presentan desafíos para la medición adecuada de la altura de pico a valle y la densidad de pico.

En un artículo escrito en febrero de 2015, D. Beamish2 ilustró cómo se podría usar la cinta de réplica para determinar los parámetros críticos del perfil de la superficie para superficies de acero granallado y relacionó estos parámetros con la resistencia de adherencia al arrancamiento. Específicamente, el artículo discutió la cantidad significativamente mayor de información disponible a través de mediciones de cinta de réplica en comparación con otros métodos de medición, lo que permite determinar la densidad máxima (Pd) y la relación de área interfacial desarrollada (Sdr), que se correlacionan directamente con la fuerza de adherencia de extracción. Además, se demostró que los parámetros de la superficie medidos con cinta de réplica estaban estrechamente correlacionados con las técnicas de medición establecidas para los perfiles chorreados, como la microscopía confocal y la perfilometría del palpador. Este documento llevará este análisis más allá y determinará la idoneidad de la cinta de réplica no solo para medir los parámetros de superficie de los perfiles granallados, sino también para medir el perfil de la superficie en una variedad de superficies preparadas con herramientas eléctricas.

Estándares relacionados

Dentro de la industria de la pintura y el revestimiento, se han realizado importantes investigaciones para evaluar perfiles limpiados con chorro de arena en sustratos de acero. ISO 8503-53 describe la preparación de sustratos de acero antes de la aplicación de pinturas y productos relacionados y las características de rugosidad de la superficie de sustratos de acero limpiados con chorro de arena:

1 Alcance

Este documento describe un método de campo para medir el perfil de la superficie producido por cualquiera de los procedimientos de limpieza con chorro abrasivo dados en ISO 8504-2. El método utiliza cinta de réplica y un calibre adecuado para medir, en el sitio, la rugosidad de una superficie antes de la aplicación de pintura u otra capa protectora.

El método es aplicable dentro del rango de alturas de perfil citadas para un grado (o espesor) dado de cinta de réplica. Los grados comerciales actualmente disponibles permiten la medición de perfiles promedio de pico a valle de 20 μm a 115 μm. El método es válido para superficies que se hayan limpiado con abrasivos.

ASTM D71274 describe la medición de la rugosidad de la superficie de superficies metálicas limpiadas con chorro abrasivo utilizando un instrumento óptico portátil:

1 Alcance

1.1 Este método de prueba describe un procedimiento de taller o de campo para la determinación de las características de rugosidad de superficies preparadas para pintar mediante chorro abrasivo. El procedimiento utiliza un instrumento de rastreo de perfil de aguja con o sin deslizamiento portátil. Las características medidas son: Rt y Rpc. También se pueden obtener medidas adicionales de altura del perfil (Rmax y / o Rz) según lo acordado por el comprador y el vendedor.

La norma NACE SP02875 describe y caracteriza un procedimiento para medir el perfil de la superficie de acero limpiado con chorro de arena. La técnica de medición utiliza una cinta que replica el perfil de la superficie. No se analizan otros métodos comunes para medir el perfil de la superficie:

1.1 Esta norma describe un procedimiento para la medición in situ del perfil de superficie de superficies de acero limpiadas con chorro abrasivo que tienen un perfil de superficie, como se define en la Sección 2, entre 38 y 114 μm (1,5 y 4,5 mils).

ASTM D4417 describe tres métodos para evaluar el perfil de la superficie de superficies de acero granallado en la Tabla 1 a continuación:

1 Alcance

1.1 Estos métodos de prueba cubren la descripción de técnicas para medir el perfil de superficies limpiadas con chorro abrasivo en el laboratorio, campo o en el taller de fabricación.

Tabla 1: Métodos de medición del perfil de superficie de ASTM

SSPC PA 176 proporciona orientación adicional para determinar la conformidad con los requisitos del perfil de la superficie. Mientras que las normas ASTM describen cómo tomar medidas, SSPC PA 17 se centra en dónde tomar estas medidas y con qué frecuencia.

En gran parte, estos estándares de la industria están ausentes de los procedimientos y descripciones para la evaluación de superficies limpiadas con herramientas eléctricas. A medida que el uso de herramientas eléctricas se vuelve más frecuente, es cada vez más importante determinar la mejor y más precisa forma de evaluar estas superficies.

Dentro de estos estándares, solo hay una mención de cómo evaluar las superficies preparadas con herramientas eléctricas. ASTM D4417-14 párrafo 1.2 establece, "El método B también puede ser apropiado para la medición del perfil producido mediante el uso de herramientas eléctricas".

A falta de normas y / o orientación, hay poca información sobre si ASTM D4417 Método B es el mejor método para todas las superficies de herramientas eléctricas o si puede haber otras soluciones más dinámicas para medir superficies. Las superficies preparadas con herramientas eléctricas exhiben características que no están presentes en las superficies limpiadas con chorro de arena, a saber, el sesgo direccional y las variaciones de densidad máxima entre herramientas. El impacto de estas características en métodos de medición específicos no se conoce bien.

Equipo de medicion

Cinta de réplica

La cinta de réplica se ha utilizado desde la década de 1960 para medir el perfil de la superficie del acero granallado. Ampliamente utilizada en la industria de recubrimientos, la cinta de réplica consiste en una capa de espuma plástica aplastable unida a un sustrato de poliéster no comprimible de un espesor altamente uniforme de 2 mils ± 0,2 mils (50,8 micrones ± 5 micrones). El espesor de la espuma depende del grado de la cinta. La cinta de réplica está disponible en dos tipos, regular y óptica, y en dos grados, Coarse y X-Coarse. Para la mayoría de las aplicaciones, basta con una cinta de réplica normal. La cinta de réplica de grado óptico se utiliza para producir imágenes en 3D de la superficie de la cinta. Los dos grados de cinta son Coarse, que mide perfiles de 0,8 a 2,5 mils (20 a 64 µm), y X-Coarse, que mide perfiles de 1,5 a 4,5 mils (38 a 115 µm).

Cuando se presiona contra una superficie de acero rugoso, la espuma forma una impresión, o réplica inversa, de la superficie. La espuma puede colapsar a unos 25% de su espesor anterior al colapso. Por lo tanto, cuando los picos más altos de la superficie original empujan hacia el respaldo de poliéster, la espuma completamente comprimida se desplaza hacia los lados. Asimismo, los valles más profundos del original crean los picos más altos en la réplica.

Colocando la cinta comprimida entre los yunques de un micrómetro de resorte y restando la contribución del sustrato de poliéster incompresible (2 mils / 50 µm) da una medida del perfil de rugosidad superficial de pico a valle máximo promedio (Figura 1).

Figura 1: Principio de medición de la cinta de réplica

Este método de medición de superficies es resistente, relativamente simple, económico y permite al usuario conservar una réplica física de la superficie que se está evaluando. Es una de las formas más comunes de determinar la altura de pico a valle de superficies granalladas en la industria de recubrimientos.

La cinta de réplica ofrece ventajas adicionales sobre otros métodos de medición, ya que mide el perfil de la superficie en un área bidimensional, en lugar de una medición de un solo punto o en línea recta. La punta de la sonda puntiaguda en un micrómetro de profundidad mide un solo punto con un radio de aproximadamente 0.05 mm (50 micrones), para un área de muestreo de 0.007 mm2. La línea de muestra típica de un instrumento de rugosidad con palpador es de 12,5 mm de largo y 4 micrones de ancho, para un área de medición total de 0,05 mm2. El área de medición de la cinta de réplica es de 31 mm2. Esto representa un área de medición aproximadamente 258 veces mayor que el área de medición de un instrumento de rugosidad con palpador y aproximadamente 4.400 veces mayor que el micrómetro de profundidad. Además, la formación de imágenes digitales de la cinta de réplica pulida puede producir imágenes en 3D de los perfiles de la superficie, lo que permite al usuario observar visualmente la superficie antes de aplicar el revestimiento.

Instrumentos de rugosidad de la aguja

Un instrumento de rugosidad de aguja portátil utiliza una aguja que se dibuja a velocidad constante a través de una superficie y registra los movimientos hacia arriba y hacia abajo para determinar el Rt, o la distancia vertical entre el pico más alto y el valle más bajo dentro de cualquier longitud de evaluación dada. El instrumento mide y registra la distancia vertical que recorre el lápiz a medida que pasa sobre la superficie, como se ve en la Figura 2.

Normalmente, una longitud de evaluación predeterminada se divide en 7 longitudes de muestreo y el instrumento mide la altura de pico a valle dentro de cada longitud de muestreo, Ry, de cada sección, sin tener en cuenta la primera y la última sección. El promedio de los Ry restantes se usa para calcular Rz. Para este estudio, Rz es equivalente a RzDIN, igualando el promedio de las distancias entre el pico más alto y el valle más bajo en cada longitud de muestreo, según ASME Y14.36M7.

Figura 2: Principio de medición del instrumento de rugosidad de la aguja

Micrómetros de profundidad de perfil de superficie

Un micrómetro de profundidad utiliza una base plana que descansa sobre los picos del perfil de la superficie y una punta de sonda cargada por resorte montada dentro de la base que cae en los valles del perfil. La base plana descansa sobre los picos más altos y, por lo tanto, cada medición es la distancia entre los picos locales más altos y el valle particular en el que se ha proyectado la punta, como se ilustra en la Figura 3. Los micrómetros de profundidad tienen la ventaja de poder medir alturas de perfil que superan la gama de muchos otros instrumentos.

Resumen de la prueba

Medios de prueba

Se prepararon doce placas de acero usando tres herramientas eléctricas diferentes: un raspador de aguja de aire, un limpiador de cerdas y un raspador de rotopercusión, ilustrados en la Fig. 4. Estos paneles se etiquetaron del 1 al 4 dentro de cada grupo.

Se evaluaron los siguientes paneles:

• Cuatro (4) placas de acero preparadas con un limpiador de cerdas; etiquetado BB1 a BB4
• Cuatro (4) placas de acero preparadas con un raspador de aguja de aire; etiquetado NG1 a NG4
• Cuatro (4) placas de acero preparadas con un raspador de rotopercusión; etiquetado RP1 a RP4

Instrumentos

Los perfiles superficiales de los paneles se evaluaron con los siguientes tres instrumentos:

Un instrumento portátil de rugosidad con lápiz que informa Rz y Rpc (recuento de picos lineales). Según ASTM D7127, se utilizó una longitud de evaluación de 12,5 mm que consta de cinco longitudes de muestreo de 2,5 mm. Rpc, cuando se eleva al cuadrado, se utilizó para estimar Pd.

Un medidor de perfil de superficie de micrómetro de profundidad digital que informa R

El lector de cinta de réplica y el lector de cinta de réplica digital y el generador de imágenes informaron:

a. Altura de pico máxima promedio (HL) midiendo la cinta de réplica bruñida y aplicando un algoritmo de linealización

segundo. Densidad pico (Pd) de acuerdo con ASTM B46.18, medida como picos / mm2

Metodología de prueba

Las pruebas se realizaron con cada instrumento de la siguiente manera:

1. Se utilizó un instrumento portátil de rugosidad con aguja para determinar Rz y Rpc para cada panel. Se realizaron tres mediciones de trazas en 5 ubicaciones en cada panel, teniendo cada medición de trazas una longitud de evaluación de 12,5 mm y una longitud de muestreo de 2,5 mm.

a. Las ubicaciones de las mediciones se detallan en el Diagrama 1. Cabe señalar que en los paneles preparados con el limpiador de cerdas las mediciones de trazas 2 y 4 están en la dirección de sesgo, mientras que las mediciones de trazas 1, 3 y 5 están en contra de la dirección de sesgo. Para los paneles de escalamiento de rotopercusión, las medidas de trazas 2 y 4 están en contra de la dirección del sesgo y las medidas de trazas 1, 3 y 5 están en la dirección de sesgo.

Diagrama 1: Ubicaciones de medición de rugosidad del lápiz óptico portátil

2. Se utilizó un micrómetro de profundidad digital para determinar Rt. Se tomaron 10 mediciones en 5 ubicaciones en cada panel, para un total de 50 mediciones por panel. Según D4417, se tomaron 10 lecturas por ubicación. Este estudio utilizó 5 ubicaciones y se registraron y promediaron los valores máximos de las 10 lecturas en las 5 ubicaciones. También se registró el promedio de las 50 lecturas individuales. Las ubicaciones de muestreo se detallan en el Diagrama 2:

Diagrama 2: Ubicaciones de medición del micrómetro de profundidad

3. Un lector de cinta de réplica digital y un generador de imágenes utilizó cinta de réplica para medir HL y Pd. Se tomaron cuatro bruñidos por panel. Tres se tomaron con cinta de réplica normal (gruesa y / o X-Coarse) y una se tomó con cinta de réplica óptica. Las ubicaciones de medición se muestran en el Diagrama 3:

Diagrama 3 - Ubicaciones de réplicas de cintas métricas

Observaciones iniciales

1. Se observaron patrones en los resultados. Al examinar las imágenes de las superficies, se observaron estrías direccionales en las superficies preparadas con el limpiador de cerdas y el raspador de roturación. Las lecturas tomadas por el instrumento de rugosidad de la aguja en la dirección de este sesgo direccional y en contra del sesgo confirmaron claras diferencias en los parámetros de la superficie. Además, las imágenes de las superficies preparadas con el raspador de agujas de aire mostraron que tenían pocos picos y valles distintos, lo que llevó a la especulación de que el micrómetro de profundidad puede no haber capturado adecuadamente las verdaderas alturas de pico a valle. Se planteó la hipótesis de que los resultados mejorarían con técnicas de medición modificadas que tuvieran en cuenta el sesgo / densidad máxima:

a. Los paneles preparados con limpiador de cerdas / escalador rotopeen mostraron un sesgo direccional que presentó desafíos para los instrumentos portátiles de rugosidad con palpadores. Un instrumento portátil de rugosidad con aguja puede no ser apropiado porque las lecturas dependen del sesgo. Las especificaciones iniciales (D7127) para medir superficies limpiadas con herramientas eléctricas no tienen en cuenta el sesgo y / o la densidad de los picos. Esto puede llevar a valores reportados por debajo o por encima del perfil de la superficie. Es necesario modificar el método de prueba para ignorar las lecturas tomadas en la dirección del sesgo para producir resultados significativos.

segundo. Se observó que los paneles preparados con raspador de aguja de aire tenían una densidad de pico muy baja (frecuencia de pico). Se propuso que aumentar el número de mediciones tomadas con el micrómetro de profundidad podría ayudar a tener en cuenta esta frecuencia disminuida y producir un resultado más preciso. Para evaluar esta hipótesis, se realizó una segunda ronda de pruebas tomando 20 mediciones por punto en las 5 ubicaciones, para un total de 100 lecturas por panel. Se informó el promedio de los 5 máximos.

2. Los resultados indicaron que la cinta de réplica podría utilizarse en los tres perfiles producidos con herramientas eléctricas. Los resultados obtenidos con un lector de cinta de réplica digital no se vieron afectados significativamente por el sesgo y la densidad que presentan desafíos para los otros instrumentos, y no hubo necesidad de modificar el método de prueba.

3. Los resultados del micrómetro de profundidad mostraron que el uso del promedio de los máximos para las cinco ubicaciones produjo resultados que se correlacionaron más estrechamente con los resultados de los otros métodos de medición en comparación con el promedio de las 50 lecturas individuales.

Resumen de resultados iniciales

Gráfico 1: Resultados iniciales para la altura del perfil de pico a valle de tres métodos de medición

El gráfico 1 muestra los resultados iniciales de los tres métodos de medición. Los resultados del micrómetro de profundidad se muestran como el promedio de las 50 lecturas y el promedio de los 5 máximos. Se observó que las características producidas por las herramientas desafiaron algunas de las herramientas de medición e hicieron que sus resultados fueran menos consistentes.

Los gráficos a continuación ilustran esto. Las trazas individuales se muestran en los Gráficos 2 y 4. Para los paneles del limpiador de cerdas, las lecturas 2 y 4 fueron consistentemente más bajas para todos los parámetros que las lecturas 1, 3 y 5. Las lecturas 2 y 4 se tomaron en la dirección del sesgo (mostradas en rojo ), mientras que las lecturas 1, 3 y 5 se tomaron a través del sesgo (mostrado en azul). Los gráficos 3 y 5 muestran los resultados de todas las trazas tomadas con el sesgo promediado en conjunto y todas las trazas tomadas a través del sesgo promediadas juntas.

Cuadro 2: Rpc, Con (rojo) y Contra sesgo (azul), Limpiador de cerdas

Gráfico 3: Rpc promediado, con (rojo) y contra sesgo (azul), limpiador de cerdas

Gráfico 4: Rz, Con (rojo) y Contra sesgo (azul), Limpiador de cerdas

Cuadro 5: Rz promediado, con (rojo) y contra sesgo (azul), limpiador de cerdas

Para los paneles del escalador de rotopercusión, las trazas individuales se muestran en el Gráfico 6 y 8. Las lecturas 2 y 4 fueron consistentemente más altas para todos los parámetros que las lecturas 1, 3 y 5. Las lecturas 2 y 4 se tomaron en la dirección del sesgo (se muestra en azul), mientras que las lecturas 1, 3 y 5 se tomaron con el sesgo (mostrado en rojo). Los gráficos 7 y 9 muestran los resultados de todas las trazas tomadas con el sesgo promediado en conjunto y todas las trazas tomadas a través del sesgo promediadas juntas.

Gráfico 6: Rpc, Roto Peen Scaler

Gráfico 7: Rpc promediado, Con (rojo) y Contra sesgo (azul), Escalador Roto Peen

Gráfico 8: RzWith (rojo) y Against Bias (azul), Roto Peen Scaler

Gráfico 9: Rz promediado, con (rojo) y contra sesgo (azul), escalador Roto Peen

Cuando se compararon las densidades de los picos de los tres tipos de paneles, el panel del raspador de agujas de aire mostró medidas significativamente más bajas que los demás, como se ve en el Gráfico 10.

Gráfico 10: Densidad máxima de paneles

Debido a las densidades más bajas, se planteó la hipótesis de que las lecturas del micrómetro de profundidad podrían verse afectadas negativamente debido a la menor probabilidad de que el instrumento se coloque en los valles más bajos.

Al comparar los métodos de medición, las observaciones iniciales mostraron que en las superficies de las herramientas eléctricas y los métodos de medición, la cinta réplica fue la menos afectada por influencias como el sesgo o el recuento de picos.

Sesgo direccional

Una vez completada la prueba, el análisis de los datos mostró que los resultados adquiridos con el instrumento de rugosidad con lápiz óptico portátil parecían verse afectados significativamente por el sesgo direccional de los paneles. Esto estuvo presente de manera más notable en los paneles tratados con el limpiador de cerdas y, en menor medida, en los paneles tratados con el raspador de roturación.

La primera imagen 3D a continuación de una superficie preparada con limpiador de cerdas (Figura 6) muestra estrías de izquierda a derecha, correspondientes a la dirección en que se aplicó el limpiador de cerdas al panel, esencialmente formando valles y / o picos que se alinean en esa dirección general . La segunda imagen en 3D de la superficie de un escalador de rotopercusión (Figura 7) muestra características similares.

Figura 6: Representación 3D de la superficie del limpiador de cerdas

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

Figura 7: Representación 3D de la superficie del escalador Roto Peen

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

Con el fin de confirmar el efecto que esto tuvo en los resultados adquiridos por el instrumento de rugosidad de la aguja, se realizaron pruebas adicionales en los paneles preparados con limpiador de cerdas con especial atención al sesgo direccional.

Pruebas de seguimiento: sesgo direccional

Esta prueba adicional se realizó tomando cuatro mediciones con el sesgo y cuatro mediciones a través del sesgo creado por el limpiador de cerdas. Luego se compararon dos valores, Rpc y Rz, entre las pruebas horizontal y vertical. Los resultados se presentan a continuación en los gráficos 11 y 12:

Cuadro 11: Prueba de sesgo direccional, Rpc, limpiador de cerdas

Cuadro 12: Prueba de sesgo direccional, Rz, limpiador de cerdas

Las mediciones tomadas con el sesgo y a través del sesgo arrojaron resultados claramente diferentes. Las mediciones tomadas con este método podrían conducir a una caracterización incorrecta de la superficie si no se tiene en cuenta o no se conoce el sesgo direccional. Esto podría provocar una aplicación incorrecta o insuficiente de un recubrimiento. Las mediciones tomadas con cinta de réplica o instrumentos de micrómetro de profundidad no se vieron afectadas por el sesgo direccional.

Se consultaron los manuales de usuario del fabricante para el limpiador de cerdas y el raspador roto-peen para determinar si se discutieron métodos para abordar el sesgo direccional. No se encontraron instrucciones específicas sobre el sesgo direccional o el desarrollo de estrías superficiales en ninguno de los manuales. El manual del raspador roto-peen establece, con respecto al tratamiento de la superficie, "Para asegurar una cobertura uniforme del granallado, use un movimiento circular u oscilante en toda el área".

Sin embargo, no hay instrucciones o sugerencias de uso que aborden o eviten que ocurra un sesgo direccional.

Densidad pico

Los resultados de la medición mostraron que los paneles producidos por el raspador de aguja de aire mostraron una densidad de pico baja en comparación con los otros paneles producidos con herramientas eléctricas. Las densidades de pico más bajas hacen que sea más difícil para el micrómetro de profundidad encontrar la verdadera altura de pico a valle. Esto se debe a una menor probabilidad estadística de que la punta del micrómetro aterrice directamente en el punto más bajo del perfil. A menos que el instrumento encuentre la depresión más baja del perfil, los resultados serán erróneamente bajos. A continuación, en la Figura 8, se muestra una representación en 3D de una superficie preparada con un raspador de aguja de aire. Se puede ver claramente que la superficie contiene pocos picos y / o valles distintos y parece en su mayoría redondeada y plana.

Figura 8: Imagen de superficie del escalador de aguja de aire

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

Pruebas de seguimiento: densidad máxima

Después de que se observaron densidades de pico bajas utilizando imágenes digitales de cinta de réplica, se determinó que al aumentar el número de mediciones tomadas con el micrómetro de profundidad se producían mediciones de pico a valle más precisas. Para probar esta hipótesis, el número de lecturas tomadas en cada lugar se duplicó a 20, para un total de 100 lecturas por panel. Al duplicar el número de mediciones, el resultado es más representativo de los encontrados con un instrumento de rugosidad con aguja y una cinta de réplica, como se muestra en la Tabla 13.

Gráfico 13: Rt, efecto de un mayor número de lecturas del micrómetro de profundidad en Rt

Para tres de los cuatro paneles que se examinaron, duplicar el número de mediciones de micrómetros de profundidad por punto resultó en valores más estrechamente correlacionados con el instrumento de rugosidad de la aguja y la cinta de réplica. Aunque no se investigó aquí, aumentar aún más el número de lecturas por punto puede resultar en lecturas que sean más consistentes con otros métodos.

Se plantea la hipótesis de que el instrumento de rugosidad de la aguja se verá afectado de manera similar por una densidad de pico más baja. Sin embargo, el instrumento de rugosidad de la aguja mide en un área mayor que el micrómetro de profundidad, y esta área de medición más grande puede ser suficiente para capturar el pico más alto y el valle más bajo. Independientemente, la probabilidad de encontrar la verdadera altura máxima del perfil de pico a valle en superficies preparadas con raspador de aguja de aire se reduce, simplemente debido al menor número de picos y valles distintos.

Observaciones sobre los resultados de la cinta de réplica

Las mediciones derivadas de la cinta de réplica no se vieron afectadas por el sesgo direccional o la densidad máxima, a diferencia de las mediciones tomadas por otros métodos de medición. Este método proporcionó resultados consistentes en las tres superficies limpiadas con herramientas eléctricas.

Con paneles afectados por sesgo direccional, el área de medición de la cinta de réplica captura patrones en ambas direcciones del sesgo. Dado que HL se mide como la altura máxima de pico a valle en toda el área, el sesgo no tiene ningún efecto. Debido a esto, los resultados de las mediciones de la cinta de réplica fueron más representativos de la superficie y no requirieron modificación del método de medición para producir resultados significativos.

De manera similar, las mediciones de la cinta de réplica no se vieron afectadas negativamente por la densidad máxima. Dado que el área de medición de la cinta de réplica es mayor que la distancia horizontal entre picos y valles, la densidad reducida no fue un factor. Nuevamente, debido a la gran área de medición de la cinta de réplica, las lecturas fueron más representativas que con el micrómetro o el instrumento de rugosidad con aguja.

Conclusiones

El método C, cinta de réplica, midió las superficies producidas por las tres herramientas con mayor precisión, principalmente porque el área de superficie muestreada es mayor que la de los otros métodos. El aumento del área de medición de la cinta de réplica explica las características de las superficies creadas con herramientas eléctricas que afectaron negativamente a los otros métodos de medición.

Las superficies creadas por herramientas eléctricas presentan características que deben tenerse en cuenta al seleccionar un método de medición de perfil de superficie. Las herramientas que dejan estrías direccionales (sesgo) en la superficie pueden dar lugar a mediciones inexactas de los parámetros del perfil de la superficie cuando se utilizan instrumentos portátiles de rugosidad con palpador. Las herramientas que dan como resultado perfiles de superficie con densidades de pico bajas no están previstas en las Normas (ASTM D4417) y, como resultado, se informan mediciones de pico a valle más bajas cuando se usa un micrómetro de profundidad de acuerdo con ese método de prueba. No tener en cuenta estas características puede dar como resultado resultados inexactos.

Aunque existen limitaciones cuando se utilizan instrumentos portátiles de rugosidad con aguja y micrómetros de profundidad en superficies preparadas con herramientas eléctricas, existen modificaciones que se pueden realizar en los métodos de medición que permiten que estos instrumentos midan estas superficies de manera eficaz. Los instrumentos de rugosidad con aguja del Método D no eran adecuados para medir el perfil de la superficie en estas superficies a menos que se tuviera cuidado de medir solo a través del sesgo. Las lecturas de los micrómetros de profundidad del Método B sugirieron que los resultados mejorarían al aumentar el número de lecturas para tener en cuenta la baja densidad máxima.

Además, los resultados de los micrómetros de profundidad del Método B mostraron claramente que el uso del promedio de los máximos para las cinco ubicaciones produjo resultados que se correlacionaron más estrechamente con los resultados de los otros métodos de medición en comparación con el uso del promedio de las 50 lecturas individuales. Esto respalda otros estudios que se han realizado con los mismos hallazgos, en particular “Perfil de superficie - Una comparación de métodos de medición” por D. Beamish9, donde este método fue propuesto por primera vez.

El gráfico 14 muestra los resultados de todos los métodos de medición después de realizar ajustes para tener en cuenta los errores causados por el sesgo direccional y la baja densidad de picos. Se ha tenido en cuenta el sesgo direccional en los paneles preparados con el limpiador de cerdas y el raspador rotoperforado mediante la eliminación de las mediciones de trazas tomadas en la dirección del sesgo. Esto resultó en un resultado que fue un promedio de 13,2% más cerca de los resultados de la cinta de réplica para los paneles chorreados con cerdas, y un promedio de 8,9% más cerca de las lecturas de la cinta de réplica para los paneles tratados con roto peen.

Se ha tenido en cuenta la baja densidad de pico en los paneles del escalador de agujas de aire trazando los resultados con 10 y 20 lecturas por punto, y reportando el promedio de los máximos para las cinco ubicaciones. Al hacerlo, las lecturas tomadas por el micrómetro de profundidad mostraron un 15.9% correlación más cercana con las lecturas del instrumento de rugosidad del lápiz óptico portátil, y un 14.2% correlación más estrecha con las lecturas de la cinta de réplica.

Sin embargo, los resultados de la cinta de réplica se muestran como medidos, sin modificaciones para los efectos de superficie. Está claro que los resultados sin modificar de la cinta están en línea con otros métodos de medición.

Gráfico 14: Resultados finales

Estos resultados sugieren fuertemente que la cinta de réplica presenta una solución más simple y efectiva para medir superficies creadas por múltiples herramientas eléctricas. La cinta no requiere ninguna consideración especial por el sesgo o la densidad máxima. A diferencia de otros métodos de medición que requieren que se tengan en cuenta los efectos de perfil creados con herramientas eléctricas, los resultados de la cinta de réplica se pueden utilizar como medidos.

Referencias

1 ASTM D4417 “Métodos de prueba estándar para la medición de campo del perfil de la superficie del acero limpiado con chorro de arena” (ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428)

2 D. Beamish, "Replica Tape - Unlocking Hidden Information", Journal of Protective Coatings and Linings, febrero de 2015, págs. 1 - 6

3 ISO 8503-5 “Preparación de sustratos de acero antes de la aplicación de pinturas y productos relacionados - Características de rugosidad de la superficie de los sustratos de acero limpiados con chorro de arena - Parte 5: Método de cinta de réplica para la determinación del perfil de la superficie” (Organización Internacional de Normalización (ISO) , 1 rue de Varembé, Case postale 56, CH-1211, Ginebra 20, Suiza)

4 ASTM D7127 “Método de prueba estándar para medir la rugosidad de la superficie de superficies metálicas limpiadas con chorro abrasivo utilizando un instrumento óptico portátil1 (ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428)

5 Norma NACE SP0287, “Medición de campo del perfil de superficie de superficies de acero limpiadas con chorro de arena utilizando una cinta de réplica”. (Houston, TX: NACE, 2016)

6 SSPC-PA-17 “Procedimiento para determinar la conformidad con los requisitos de perfil de acero / rugosidad de la superficie / recuento de picos” (SSPC: Society for Protective Coatings, 800 Trumbull Drive, Pittsburgh, PA 15205, EE. UU.)

7 ASME Y14.36M 1996 "Símbolos de textura de superficie" (The American Society of Mechanical Engineers, Three Park Avenue, Nueva York, NY 10016-5990 EE. UU.)

8 ASME B46.1-2009 “Textura de la superficie (rugosidad, ondulación y disposición de la superficie)” (The American Society of Mechanical Engineers, Three Park Avenue, Nueva York, NY 10016-5990 EE. UU.)

9 D. Beamish, “Surface Profile - A Comparison of Measurement Methods”, DeFelsko Corporation, enero de 2013