Superfici pulite con utensili elettrici: nuove informazioni sulla misurazione del profilo di superficie

Questo documento valuterà i metodi utilizzati per misurare i profili di superficie creati da utensili elettrici, vale a dire scaler con aghi pneumatici, detergenti per setole e scaler a penna rotante. Particolare attenzione sarà posta sull'uso del nastro di replica e sulla sua capacità di caratterizzare i profili di varie superfici utilizzando un lettore di nastro di replica digitale con capacità di imaging 3D. Più specificamente, questo documento determinerà se i metodi di misurazione descritti in ASTM D4417 sono appropriati per la misurazione dei profili prodotti da utensili elettrici.

introduzione

NAVSEA definisce gli utensili elettrici manuali come dispositivi automatici portatili utilizzati per la preparazione della superficie che possono essere suddivisi in tre categorie fondamentali:

• Strumenti per la pulizia dell'impatto (inclusi gli ablatori ad aghi pneumatici)
• Utensili rotanti per la pulizia (compresi i detergenti per setole)
• Strumenti rotanti per la pulizia a impatto (inclusi gli ablatori a penna rotante)

‍ Sebbene ci siano molti standard relativi alla misurazione dei profili superficiali prodotti dalla sabbiatura abrasiva delle superfici in acciaio, c'è poca ricerca o guida per misurare i profili creati dagli utensili elettrici.

Questo documento esaminerà tre metodi di misurazione comuni per determinare i parametri del profilo della superficie e valutare la loro efficacia su superfici preparate con utensili elettrici: nastro di replica, micrometri di profondità e strumenti di rugosità dello stilo. Per questo studio sono stati esaminati i profili prodotti da ablatori ad ago ad aria, detergenti per setole e ablatori a penna rotante su pannelli di prova in acciaio.

Verrà prestata attenzione all'efficacia di ciascun metodo di misurazione per misurare su tutti e tre i profili prodotti dagli utensili elettrici e se uno qualsiasi degli utensili elettrici produce caratteristiche del profilo che presentano sfide. Attraverso la valutazione dei dati, il tracciamento dei risultati successivi e l'uso dell'imaging 3D della superficie, verrà formulata una raccomandazione finale sul metodo di misurazione più appropriato.

sfondo

La preparazione della superficie influisce direttamente sulle prestazioni dei sistemi di rivestimento protettivo. Garantire che una superficie sia pulita da ruggine e scaglie di laminazione, nonché contaminanti superficiali come sporco, olio e grasso è fondamentale. Altrettanto importante è il profilo della superficie, le cui caratteristiche contribuiscono alla durata del rivestimento e alla forza di adesione. La valutazione del profilo della superficie, quindi, diventa un esercizio critico.

Gli utensili elettrici vengono spesso utilizzati per pulire le superfici in acciaio prima dell'applicazione di rivestimenti protettivi. Mentre il profilo delle superfici sabbiate abrasive viene misurato regolarmente con nastro replica, micrometri di profondità o strumenti portatili per la rugosità dello stilo, i professionisti dei rivestimenti sono spesso incerti su quale metodo sia più adatto per i profili creati da utensili elettrici tra cui scaler ad ago pneumatico, detergenti per setole e roto peen scaler.

L'impatto abrasivo produce modelli complessi e casuali sulla superficie. Tuttavia, i profili di superficie prodotti dagli utensili elettrici mostrano schemi ripetitivi che presentano sfide per una corretta misurazione dell'altezza da picco a valle e della densità di picco.

In un articolo scritto nel febbraio 2015, D. Beamish2 ha illustrato come utilizzare il nastro di replica per determinare i parametri critici del profilo della superficie per le superfici in acciaio sabbiato e correlare questi parametri alla forza di adesione al pull-off. In particolare, l'articolo ha discusso di come fossero disponibili molte più informazioni attraverso le misurazioni del nastro di replica rispetto ad altri metodi di misurazione, consentendo di determinare la densità del picco (Pd) e il rapporto dell'area interfacciale sviluppato (Sdr), che era direttamente correlato alla forza di adesione pull-off. Inoltre, è stato dimostrato che i parametri della superficie misurati utilizzando il nastro di replica erano strettamente correlati alle tecniche di misurazione consolidate per i profili sabbiati, come la microscopia confocale e la profilometria dello stilo. Questo documento approfondirà questa analisi e determinerà l'idoneità del nastro di replica non solo per misurare i parametri della superficie dei profili sabbiati, ma anche per misurare il profilo della superficie su una varietà di superfici preparate con utensili elettrici.

Standard correlati

Nell'industria della pittura e del rivestimento, sono state condotte ricerche significative sulla valutazione di profili puliti mediante sabbiatura su substrati in acciaio. ISO 8503-53 descrive la preparazione di substrati di acciaio prima dell'applicazione di vernici e prodotti correlati e le caratteristiche di rugosità superficiale dei substrati di acciaio puliti con sabbiatura:

1 Campo di applicazione

Questo documento descrive un metodo sul campo per misurare il profilo della superficie prodotto da una qualsiasi delle procedure di pulizia con sabbiatura abrasiva indicate nella ISO 8504-2. Il metodo utilizza un nastro di replica e un calibro adatto per misurare, in loco, la rugosità di una superficie prima dell'applicazione della vernice o di un altro rivestimento protettivo.

Il metodo è applicabile entro l'intervallo di altezze dei profili citate per un dato grado (o spessore) di nastro di replica. I gradi commerciali attualmente disponibili consentono la misurazione di profili medi da picco a valle da 20 μm a 115 μm. Il metodo è valido per le superfici che sono state pulite con abrasivi.

ASTM D71274 descrive la misurazione della rugosità superficiale di superfici metalliche pulite mediante sabbiatura utilizzando uno strumento stilo portatile:

1. Campo di applicazione

1.1 Questo metodo di prova descrive una procedura in officina o sul campo per la determinazione delle caratteristiche di rugosità delle superfici preparate per la verniciatura mediante sabbiatura abrasiva. La procedura utilizza uno strumento di tracciamento del profilo dello stilo con o senza slittamento portatile. Le caratteristiche misurate sono: Rt e Rpc. Ulteriori misure di altezza del profilo (Rmax e / o Rz) possono anche essere ottenute come concordato tra acquirente e venditore.

Lo standard NACE SP02875 descrive e caratterizza una procedura per misurare il profilo della superficie di un acciaio pulito mediante sabbiatura. La tecnica di misurazione utilizza un nastro che replica il profilo della superficie. Non vengono discussi altri metodi comuni per misurare il profilo della superficie:

1.1 La presente norma descrive una procedura per la misurazione in loco del profilo superficiale di superfici in acciaio sabbiate con abrasivo che hanno un profilo superficiale, come definito nella sezione 2, compreso tra 38 e 114 μm (1,5 e 4,5 mil)

ASTM D4417 descrive tre metodi per valutare il profilo superficiale delle superfici in acciaio sabbiato nella Tabella 1 di seguito:

1. Campo di applicazione

1.1 Questi metodi di prova coprono la descrizione delle tecniche per misurare il profilo di superfici pulite mediante sabbiatura in laboratorio, sul campo o in officina.

Tabella 1: Metodi di misurazione del profilo di superficie ASTM

SSPC PA 176 fornisce una guida aggiuntiva per determinare la conformità con i requisiti del profilo di superficie. Mentre gli standard ASTM descrivono come eseguire le misurazioni, SSPC PA 17 si concentra su dove eseguire queste misurazioni e con quale frequenza.

In gran parte assenti da questi standard industriali sono le procedure e le descrizioni per la valutazione delle superfici pulite con utensili elettrici. Man mano che l'uso di utensili elettrici diventa più diffuso, è sempre più importante determinare il modo migliore e più accurato per valutare queste superfici.

All'interno di questi standard, c'è solo una menzione di come valutare le superfici preparate per utensili elettrici. ASTM D4417-14 paragrafo 1.2 afferma: "Il metodo B può anche essere appropriato per la misurazione del profilo prodotto utilizzando utensili elettrici".

In mancanza di standard e / o indicazioni, ci sono poche informazioni sul fatto che il metodo B ASTM D4417 sia il metodo migliore per tutte le superfici degli utensili elettrici o se ci possano essere altre soluzioni più dinamiche per la misurazione delle superfici. Le superfici preparate per utensili elettrici presentano caratteristiche che non sono presenti nelle superfici pulite mediante sabbiatura, vale a dire bias direzionale e variazioni di densità di picco tra gli strumenti. L'impatto di queste caratteristiche su metodi di misurazione specifici non è ben noto.

Equipaggiamento da misurazione

Nastro di replica

Il nastro replica è stato utilizzato dagli anni '60 per misurare il profilo della superficie dell'acciaio sabbiato. Ampiamente utilizzato nell'industria del rivestimento, il nastro replica è costituito da uno strato di schiuma plastica frantumabile attaccata a un substrato di poliestere non comprimibile di uno spessore altamente uniforme di 2 mil ± 0,2 mil (50,8 micron ± 5 micron). Lo spessore della schiuma dipende dal grado del nastro. Il nastro di replica è disponibile in due tipi, normale e ottico, e due gradi, Coarse e X-Coarse. Per la maggior parte delle applicazioni, è sufficiente un nastro di replica regolare. Il nastro di replica di grado ottico viene utilizzato quando si producono immagini 3D della superficie del nastro. I due gradi di nastro sono Coarse, che misura i profili da 0,8 a 2,5 mil (da 20 a 64 µm), e X-Coarse, che misura i profili da 1,5 a 4,5 mil (da 38 a 115 µm).

Quando viene premuta contro una superficie di acciaio ruvida, la schiuma forma un'impressione, o una replica inversa, della superficie. La schiuma può collassare a circa 25% del suo spessore pre-collasso. Pertanto, poiché i picchi più alti sulla superficie originale spingono verso l'alto sul supporto in poliestere, la schiuma completamente compressa viene spostata lateralmente. Allo stesso modo, le valli più profonde dell'originale creano i picchi più alti nella replica.

Posizionando il nastro compresso tra le incudini di un micrometro a molla e sottraendo il contributo del substrato di poliestere incomprimibile (2 mil / 50 µm) si ottiene una misura del profilo di rugosità superficiale picco-valle massimo medio (Fig.1).

Figura 1: principio di misurazione del nastro di replica

Questo metodo per la misurazione della superficie è robusto, relativamente semplice, poco costoso e consente all'utente di conservare una replica fisica della superficie da valutare. È uno dei metodi più comuni per determinare l'altezza da picco a valle delle superfici sabbiate nell'industria dei rivestimenti.

Il nastro di replica offre ulteriori vantaggi rispetto ad altri metodi di misurazione in quanto misura il profilo della superficie su un'area bidimensionale, anziché su un punto singolo o su una linea retta. La punta della sonda appuntita su un micrometro di profondità misura un singolo punto con un raggio di circa 0,05 mm (50 micron), per un'area di campionamento di 0,007 mm2. La tipica linea di campionamento di uno strumento di rugosità a stilo è lunga 12,5 mm e larga 4 micron, per un'area di misurazione totale di 0,05 mm2. L'area di misurazione del nastro di replica è di 31 mm2. Ciò rappresenta un'area di misurazione circa 258 volte più grande dell'area di misurazione di uno strumento di rugosità con stilo e circa 4.400 volte più grande del micrometro di profondità. Inoltre, l'imaging digitale del nastro di replica brunito può produrre immagini 3D dei profili di superficie, consentendo a un utente di osservare visivamente la superficie prima dell'applicazione del rivestimento.

Strumenti per rugosità dello stilo

Uno strumento di rugosità stilo portatile utilizza uno stilo che viene disegnato a velocità costante su una superficie e registra i movimenti su e giù per determinare il Rt, o la distanza verticale tra il picco più alto e la valle più bassa entro una data lunghezza di valutazione. Lo strumento misura e registra la distanza verticale percorsa dallo stilo mentre passa sulla superficie, come mostrato nella Figura 2.

Tipicamente, una lunghezza di valutazione predeterminata è divisa in 7 lunghezze di campionamento e lo strumento misura l'altezza da picco a valle all'interno di ciascuna lunghezza di campionamento, Ry, di ciascuna sezione, ignorando la prima e l'ultima sezione. La media dei Ry rimanenti viene utilizzata per calcolare Rz. Per questo studio Rz è equivalente a RzDIN, uguale alla media delle distanze tra il picco più alto e la valle più bassa in ciascuna lunghezza di campionamento, secondo ASME Y14.36M7.

Figura 2: Principio di misurazione dello strumento di rugosità dello stilo

Micrometri di profondità del profilo di superficie

Un micrometro di profondità utilizza una base piatta che poggia sui picchi del profilo della superficie e una punta della sonda caricata a molla montata all'interno della base che scende nelle valli del profilo. La base piatta poggia sulle vette più alte e ogni misura è quindi la distanza tra le vette locali più alte e la particolare valle in cui si è proiettata la punta, come illustrato in Figura 3. I micrometri di profondità hanno il vantaggio di poter misurare altezze di profilo che superare la gamma di molti altri strumenti.

Riepilogo del test

Test Media

Dodici piastre di acciaio sono state preparate utilizzando tre diversi utensili elettrici: un ablatore ad ago ad aria, un detergente per setole e un ablatore a penna rotante, illustrati in Fig. 4. Questi pannelli sono stati etichettati da 1 a 4 all'interno di ciascun gruppo.

Sono stati valutati i seguenti panel:

• Quattro (4) piastre in acciaio preparate con un detergente per setole; etichettati da BB1 a BB4
• Quattro (4) piastre in acciaio preparate con un ablatore ad ago pneumatico; etichettati da NG1 a NG4
• Quattro (4) piastre in acciaio preparate con un ablatore a penna rotante; etichettati da RP1 a RP4

Strumenti

I profili di superficie sui pannelli sono stati valutati con i seguenti tre strumenti:

Uno strumento di rugosità stilo portatile che riporta Rz e Rpc (conteggio dei picchi lineari). Per ASTM D7127, è stata utilizzata una lunghezza di valutazione di 12,5 mm composta da cinque lunghezze di campionamento da 2,5 mm. Rpc, se al quadrato, è stato utilizzato per stimare Pd.

Un misuratore di profilo di superficie micrometrico digitale che riporta R

Il lettore e imager del nastro della replica e della replica digitale ha riportato:

un. Altezza media massima del picco (HL) misurando il nastro di replica brunito e applicando un algoritmo di linearizzazione

b. Densità di picco (Pd) in conformità con ASTM B46.18, misurata come picchi / mm2

Metodologia del test

Il test è stato eseguito con ogni strumento nel modo seguente:

1. Uno strumento portatile per la rugosità dello stilo è stato utilizzato per determinare Rz e Rpc per ogni pannello. Sono state eseguite tre misurazioni di traccia in 5 posizioni su ciascun pannello con ciascuna misurazione di traccia avente una lunghezza di valutazione di 12,5 mm e una lunghezza di campionamento di 2,5 mm.

un. Le posizioni di misurazione sono descritte in dettaglio nel diagramma 1. Si noti che sui pannelli preparati con il pulitore di setole le misurazioni delle tracce 2 e 4 sono nella direzione del bias, mentre le misurazioni delle tracce 1, 3 e 5 sono contro la direzione del bias. Per i pannelli dello scaler a penna rotante, le misurazioni della traccia 2 e 4 sono contro la direzione del bias e le misurazioni della traccia 1, 3 e 5 sono nella direzione del bias.

Diagramma 1: posizioni di misurazione della rugosità dello stilo portatile

2. Un micrometro digitale di profondità è stato utilizzato per determinare Rt. Sono state effettuate 10 misurazioni in 5 posizioni su ciascun pannello, per un totale di 50 misurazioni per pannello. Per D4417, sono state effettuate 10 letture per posizione. Questo studio ha utilizzato 5 posizioni e i valori massimi delle 10 letture nelle 5 posizioni sono stati registrati e mediati. È stata inoltre registrata la media delle 50 letture individuali. Le posizioni di campionamento sono descritte in dettaglio nel Diagramma 2:

Diagramma 2: posizioni di misurazione del micrometro di profondità

3. Un lettore di nastro di replica digitale e un imager hanno utilizzato il nastro di replica per misurare HL e Pd. Sono state eseguite quattro bruniture per pannello. Tre sono state scattate utilizzando il nastro di replica regolare (Coarse e / o X-Coarse) e una è stata scattata utilizzando il nastro di replica ottico. Le posizioni di misurazione sono mostrate nel Diagramma 3:

Diagramma 3 - Posizioni di misurazione del nastro di replica

Osservazioni iniziali

1. I modelli sono stati visti nei risultati. Durante l'esame delle immagini delle superfici, le striature direzionali erano visibili sulle superfici preparate con il pulitore di setole e con l'ablatore a penna rotante. Le letture effettuate dallo strumento di rugosità dello stilo nella direzione di questo bias direzionale e contro il bias hanno confermato chiare differenze nei parametri della superficie. Inoltre, le immagini delle superfici preparate con lo scaler ad ago ad aria hanno mostrato che avevano pochi picchi e valli distinti, portando a supporre che il micrometro di profondità potrebbe non aver catturato adeguatamente le vere altezze da picco a valle. È stato ipotizzato che i risultati migliorerebbero con tecniche di misurazione modificate che tenessero conto di bias / densità di picco:

un. I pannelli preparati con detergente per setole / scaler rotante hanno mostrato un bias direzionale che ha presentato sfide per gli strumenti portatili di rugosità dello stilo. Uno strumento portatile di rugosità dello stilo potrebbe non essere appropriato perché le letture dipendono dal bias. Le specifiche iniziali (D7127) per la misurazione delle superfici pulite con utensili elettrici non tengono conto del bias e / o della densità dei picchi. Ciò può portare a valori inferiori o superiori riportati sul profilo della superficie. Modificare il metodo di prova per ignorare le letture prese nella direzione del bias è necessario per produrre risultati significativi.

b. È stato osservato che i pannelli preparati con l'ablatore ad ago d'aria avevano una densità di picco molto bassa (frequenza di picco). È stato proposto che l'aumento del numero di misurazioni effettuate con il micrometro di profondità potrebbe aiutare a tenere conto di questa diminuzione della frequenza e produrre un risultato più accurato. Per valutare questa ipotesi, è stato effettuato un secondo ciclo di test effettuando 20 misurazioni per spot in tutte e 5 le posizioni, per un totale di 100 letture per pannello. È stata riportata la media dei 5 massimi.

2. I risultati hanno indicato che il nastro di replica potrebbe essere utilizzato su tutti e tre i profili prodotti dagli utensili elettrici. I risultati acquisiti con un lettore di nastri replica digitale non sono stati significativamente influenzati dal bias e dalla densità che presentano sfide per gli altri strumenti e non è stato necessario modificare il metodo di prova.

3. I risultati del micrometro di profondità hanno mostrato che l'uso della media dei massimi per le cinque posizioni ha prodotto risultati che erano più strettamente correlati ai risultati degli altri metodi di misurazione rispetto alla media delle 50 letture individuali.

Riepilogo dei risultati iniziali

Grafico 1: risultati iniziali per l'altezza del profilo da picco a valle da tre metodi di misurazione

Il grafico 1 mostra i risultati iniziali dei tre metodi di misurazione. I risultati del micrometro di profondità vengono visualizzati sia come media di tutte le 50 letture che come media dei 5 massimi. È stato osservato che le caratteristiche prodotte dagli strumenti sfidavano alcuni degli strumenti di misurazione e rendevano i loro risultati meno coerenti.

I grafici seguenti lo illustrano. Le singole tracce sono mostrate nei grafici 2 e 4. Per i pannelli di pulizia delle setole le letture 2 e 4 erano costantemente inferiori per tutti i parametri rispetto alle letture 1, 3 e 5. Le letture 2 e 4 sono state prese nella direzione del bias (mostrato in rosso ), mentre le letture 1, 3 e 5 sono state prese attraverso il bias (mostrato in blu). I grafici 3 e 5 mostrano i risultati di tutte le tracce prese con il bias mediato insieme e tutte le tracce prese attraverso il bias mediato insieme.

Grafico 2: Rpc, With (rosso) e Against Bias (blu), Setola Cleaner

Grafico 3: Rpc medio, With (rosso) e Against Bias (blu), Bristle Cleaner

Grafico 4: Rz, With (rosso) e Against Bias (blu), Bristle Cleaner

Grafico 5: Rz medio, With (rosso) e Against Bias (blu), Bristle Cleaner

Per i pannelli dello scaler a penna rotante, le singole tracce sono mostrate nella Tabella 6 e 8. Le letture 2 e 4 erano costantemente più alte per tutti i parametri rispetto alle letture 1, 3 e 5. Le letture 2 e 4 sono state prese attraverso la direzione del bias (mostrato in blu), mentre le letture 1, 3 e 5 sono state prese con il bias (mostrato in rosso). I grafici 7 e 9 mostrano i risultati di tutte le tracce prese con il bias mediato insieme e tutte le tracce prese attraverso il bias mediato insieme.

Grafico 6: Rpc, Roto Peen Scaler

Grafico 7: Rpc medio, With (rosso) e Against Bias (blu), Roto Peen Scaler

Grafico 8: RzWith (rosso) e Against Bias (blu), Roto Peen Scaler

Grafico 9: Rz medio, With (rosso) e Against Bias (blu), Roto Peen Scaler

Quando sono state confrontate le densità di picco dei tre tipi di pannello, il pannello dello scaler con ago ad aria compressa ha mostrato misurazioni significativamente inferiori rispetto agli altri, come mostrato nella Tabella 10.

Grafico 10: densità di picco dei pannelli

A causa delle densità inferiori, è stato ipotizzato che le letture del micrometro di profondità potrebbero essere influenzate negativamente a causa della ridotta probabilità che lo strumento venga posizionato nelle valli più basse.

Quando si confrontano i metodi di misurazione, le osservazioni iniziali hanno mostrato che attraverso le superfici degli utensili elettrici e i metodi di misurazione, Replica Tape è stato il meno influenzato da influenze come bias o conteggio dei picchi.

Bias direzionale

Dopo che il test è stato completato, l'analisi dei dati ha mostrato che i risultati acquisiti con lo strumento portatile di rugosità dello stilo sembravano essere significativamente influenzati dal bias direzionale dei pannelli. Ciò era particolarmente presente nei pannelli trattati con il detergente per setole e, in misura minore, nei pannelli trattati con l'ablatore a penna rotante.

La prima immagine 3D di seguito di una superficie preparata con un detergente per setole (Figura 6) mostra striature da sinistra a destra, corrispondenti alla direzione in cui è stato applicato il detergente per setole al pannello, creando essenzialmente valli e / o picchi che si allineano in quella direzione generale . La seconda immagine 3D di una superficie di scaler a penna rotante (Figura 7) mostra caratteristiche simili.

Figura 6: rendering 3D della superficie del pulitore di setole

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

Figura 7: rendering 3D della superficie Roto Peen Scaler

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

Al fine di confermare l'effetto che questo ha avuto sui risultati acquisiti dallo strumento di rugosità stilo, sono stati eseguiti ulteriori test sui pannelli preparati per il pulitore di setole con particolare attenzione al bias direzionale.

Test di follow-up - Bias direzionale

Questo test aggiuntivo è stato eseguito effettuando quattro misurazioni con il bias e quattro misurazioni attraverso il bias creato dal pulitore di setole. Due valori, Rpc e Rz, sono stati quindi confrontati tra il test orizzontale e quello verticale. I risultati sono presentati di seguito nei grafici 11 e 12:

Grafico 11: test di polarizzazione direzionale, Rpc, detergente per setole

Grafico 12: test del bias direzionale, Rz, detergente per setole

Le misurazioni effettuate con il bias e attraverso il bias hanno prodotto risultati nettamente diversi. Le misurazioni effettuate con questo metodo potrebbero portare a una caratterizzazione impropria della superficie se il bias direzionale non viene preso in considerazione o non è noto. Ciò potrebbe portare a un'applicazione errata o insufficiente di un rivestimento. Le misurazioni effettuate con nastro replica o strumenti micrometrici di profondità non sono state influenzate dal bias direzionale.

I manuali utente del produttore sono stati consultati per il detergente per setole e l'ablatore a penna rotante per determinare se i metodi fossero discussi per affrontare il bias direzionale. Non sono state trovate istruzioni specifiche per discutere il bias direzionale o lo sviluppo di striature superficiali in nessuno dei due manuali. Il manuale per l'ablatore roto-peen afferma, per quanto riguarda il trattamento della superficie, "Per assicurare una copertura uniforme della pallinatura, utilizzare un movimento circolare o oscillante sull'intera area".

Tuttavia, non ci sono istruzioni o suggerimenti per l'uso che indirizzano o impediscono il verificarsi di bias direzionali.

Densità di picco

I risultati delle misurazioni hanno mostrato che i pannelli prodotti dall'ablatore ad ago pneumatico hanno mostrato una bassa densità di picco rispetto agli altri pannelli prodotti con utensili elettrici. Densità di picco più basse rendono più difficile per il micrometro di profondità trovare la vera altezza da picco a valle. Ciò è dovuto a una probabilità statistica inferiore che la punta del micrometro si fermi direttamente nel punto più basso del profilo. A meno che lo strumento non trovi la depressione più bassa del profilo, i risultati saranno erroneamente bassi. Un rendering 3D di una superficie preparata per l'ablatore ad ago ad aria compressa è mostrato di seguito nella Figura 8. Si può chiaramente vedere che la superficie contiene pochi picchi e / o avvallamenti distinti e appare per lo più arrotondata e piatta.

Figura 8: Immagine della superficie dello scaler dell'ago pneumatico

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

Test di follow-up - Densità di picco

Dopo che sono state osservate basse densità di picco utilizzando l'imaging digitale del nastro di replica, è stato determinato che l'aumento del numero di misurazioni effettuate con il micrometro di profondità produceva misurazioni da picco a valle più accurate. Per verificare questa ipotesi, il numero di letture effettuate in ogni spot è stato raddoppiato a 20, per un totale di 100 letture per pannello. Raddoppiando il numero di misurazioni, il risultato è più rappresentativo di quelli rilevati con uno strumento di rugosità dello stilo e una replica del nastro, come mostrato nella Tabella 13.

Grafico 13: Rt, effetto di un aumento del numero di letture del micrometro di profondità su Rt

Per tre dei quattro pannelli esaminati, il raddoppio del numero di misurazioni micrometriche di profondità per punto ha portato a valori più strettamente correlati allo strumento di rugosità dello stilo e al nastro di replica. Sebbene non sia stato esaminato qui, un ulteriore aumento del numero di letture per spot può portare a letture più coerenti con altri metodi.

Si ipotizza che lo strumento di rugosità dello stilo sarà influenzato in modo simile da una densità di picco inferiore. Lo strumento di rugosità dello stilo misura su un'area più ampia del micrometro di profondità, tuttavia, e questa area di misurazione più ampia può essere sufficiente per catturare il picco più alto e la valle più bassa. Indipendentemente da ciò, la probabilità di trovare la vera altezza massima del profilo da picco a valle sulle superfici preparate con l'ablatore ad ago pneumatico è ridotta, semplicemente a causa del minor numero di picchi e avvallamenti distinti.

Osservazioni sui risultati del nastro di replica

Le misurazioni derivate dal nastro di replica non sono state influenzate da polarizzazione direzionale o densità di picco a differenza delle misurazioni effettuate con altri metodi di misurazione. Questo metodo ha fornito risultati coerenti su tutte e tre le superfici pulite con utensili elettrici.

Con i pannelli influenzati dalla polarizzazione direzionale, l'area di misurazione del nastro della replica cattura i motivi in entrambe le direzioni della polarizzazione. Poiché HL è misurato come l'altezza massima da picco a valle in tutta l'area, il bias non ha alcun effetto. Per questo motivo, i risultati delle misurazioni del nastro di replica erano più rappresentativi della superficie e non richiedevano modifiche al metodo di misurazione per produrre risultati significativi.

Allo stesso modo, le misurazioni del nastro di replica non sono state influenzate negativamente dalla densità di picco. Poiché l'area di misurazione del nastro della replica è maggiore della distanza orizzontale tra i picchi e le valli, la densità ridotta non era un fattore. Ancora una volta, a causa dell'ampia area di misurazione del nastro di replica, le letture erano più rappresentative rispetto allo strumento di rugosità micrometro o stilo.

Conclusioni

Il metodo C, replica del nastro, ha misurato le superfici prodotte da tutti e tre gli strumenti in modo più accurato, principalmente perché l'area della superficie campionata è maggiore di quella degli altri metodi. La maggiore area di misurazione del nastro di replica ha tenuto conto delle caratteristiche delle superfici create dagli utensili elettrici che hanno influenzato negativamente gli altri metodi di misurazione.

Le superfici create dagli utensili elettrici presentano caratteristiche che devono essere prese in considerazione quando si seleziona un metodo di misurazione del profilo della superficie. Strumenti che lasciano striature direzionali (polarizzazione) sulla superficie possono causare misurazioni imprecise dei parametri del profilo della superficie quando si utilizzano strumenti portatili per la rugosità dello stilo. Gli strumenti che producono profili di superficie con densità di picco basse non sono previsti negli standard (ASTM D4417) e, di conseguenza, vengono riportate misurazioni picco-valle inferiori quando si utilizza un micrometro di profondità in conformità con quel metodo di prova. La mancata considerazione di queste caratteristiche può portare a risultati imprecisi.

Sebbene vi siano limitazioni quando si utilizzano strumenti portatili di rugosità stilo e micrometri di profondità su superfici preparate per utensili elettrici, è possibile apportare modifiche ai metodi di misurazione che consentono a questi strumenti di misurare queste superfici in modo efficace. Gli strumenti di rugosità dello stilo del metodo D non erano adatti per misurare il profilo della superficie su queste superfici a meno che non si prestasse attenzione a misurare solo attraverso il bias. Le letture dei micrometri di profondità del Metodo B suggerivano che i risultati sarebbero migliorati aumentando il numero di letture per tenere conto della bassa densità di picco.

Inoltre, i risultati dei micrometri di profondità del Metodo B hanno mostrato chiaramente che l'utilizzo della media dei massimi per le cinque posizioni ha prodotto risultati che erano più strettamente correlati ai risultati degli altri metodi di misurazione rispetto all'utilizzo della media delle 50 letture individuali. Ciò supporta altri studi che sono stati condotti con gli stessi risultati, in particolare "Surface Profile - A Comparison of Measurement Methods" di D. Beamish9, dove questo metodo è stato proposto per la prima volta.

Il grafico 14 mostra i risultati di tutti i metodi di misurazione dopo che sono stati effettuati aggiustamenti per tenere conto degli errori causati dal bias direzionale e dalla bassa densità di picco. Il bias direzionale è stato preso in considerazione sui pannelli preparati con il pulitore di setole e con l'ablatore a penna rotante rimuovendo le misurazioni delle tracce prese nella direzione del bias. Ciò ha portato a un risultato medio di 13,2% più vicino ai risultati del nastro di replica per i pannelli sabbiati con setole e una media di 8,9% più vicino alle letture del nastro della replica per i pannelli trattati con roto peen.

La bassa densità di picco sui pannelli dello scaler ad ago ad aria è stata calcolata tracciando i risultati con 10 e 20 letture per punto e riportando la media dei massimi per le cinque posizioni. In questo modo, le letture prese dal micrometro di profondità hanno mostrato un 15,9% una correlazione più stretta con le letture dello strumento di rugosità dello stilo portatile e un 14.2% una correlazione più stretta con le letture del nastro di replica.

I risultati del nastro di replica, tuttavia, vengono visualizzati come misurati, senza modifiche per gli effetti di superficie. È chiaro che i risultati non modificati del nastro sono in linea con altri metodi di misurazione.

Grafico 14: Risultati finali

Questi risultati suggeriscono fortemente che il nastro di replica rappresenta una soluzione più semplice ed efficace per misurare le superfici create da più utensili elettrici. Il nastro non richiede alcuna considerazione speciale per il bias o la densità di picco. A differenza di altri metodi di misurazione che richiedono la presa in considerazione degli effetti del profilo creati da strumenti elettrici, i risultati del nastro di replica possono essere utilizzati come misurati.

Riferimenti

1 ASTM D4417 "Metodi di prova standard per la misurazione sul campo del profilo superficiale dell'acciaio pulito con sabbiatura" (ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428)

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

3 ISO 8503-5 "Preparazione di substrati di acciaio prima dell'applicazione di vernici e prodotti correlati - Caratteristiche di rugosità superficiale dei substrati di acciaio puliti con sabbiatura - Parte 5: Metodo del nastro di replica per la determinazione del profilo della superficie" (International Organization for Standardization (ISO) , 1 rue de Varembé, Case postale 56, CH-1211, Ginevra 20, Svizzera)

4 ASTM D7127 "Metodo di prova standard per la misurazione della rugosità superficiale di superfici metalliche pulite mediante sabbiatura utilizzando uno strumento stilo portatile1 (ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428)

5 Standard NACE SP0287, "Misurazione sul campo del profilo della superficie di superfici in acciaio levigate mediante sabbiatura utilizzando un nastro di replica". (Houston, TX: NACE, 2016)

6 SSPC-PA-17 "Procedura per la determinazione della conformità ai requisiti di profilo / rugosità superficiale / conteggio dei picchi in acciaio" (SSPC: the Society for Protective Coatings, 800 Trumbull Drive, Pittsburgh, PA 15205, USA)

7 ASME Y14.36M 1996 "Surface Texture Symbols" (The American Society of Mechanical Engineers, Three Park Avenue, New York, NY 10016-5990 USA)

8 ASME B46.1-2009 "Surface Texture (Surface Roughness, Waviness, and Lay)" (The American Society of Mechanical Engineers, Three Park Avenue, New York, NY 10016-5990 USA)

9 D. Beamish, "Surface Profile - A Comparison of Measurement Methods", DeFelsko Corporation, gennaio 2013