بقلم ديفيد بيميش ، شركة ديفيلسكو
آخر تحديث: 09/20/2021
تجريدي: يرتبط أداء الطلاء بارتفاع الملف الشخصي على سطح فولاذي. تتوفر ثلاثة أنواع من الأجهزة لأخذ قياسات ملف تعريف السطح هذا: شريط طبق الأصل ، وميكرومتر عمق مزود بمجسات مدببة ، وأجهزة اختبار خشونة القلم. تقدم هذه الورقة نتائج من تحليل حديث للقياسات التي اتخذتها أنواع الأجهزة الثلاثة على الفولاذ المنفجر بمجموعة متنوعة من وسائط الانفجار وتقترح طريقة جديدة لقياس عمق الميكرومتر تسمى متوسط القمم القصوى.
يتم تنظيف الأسطح الفولاذية بشكل متكرر عن طريق التأثير الكاشطة قبل تطبيق الطلاءات الواقية. تزيل هذه العملية الطلاءات السابقة وتخشن السطح لتحسين التصاق الطلاء. يتكون المظهر الجانبي السطحي الناتج ، أو نمط المرساة ، من نمط معقد من القمم والوديان التي يجب تقييمها بدقة لضمان الامتثال لمواصفات الوظيفة أو العقد.
لدى محترفي الطلاء الواقي العديد من طرق الاختبار المتاحة لهم لتحديد مقدار ملف تعريف السطح. لم يتوفر سوى القليل من المعلومات لمساعدتهم على اختيار أداة أو مقارنة النتائج من طرق مختلفة.
يتكون السطح الفولاذي بعد تنظيف الانفجار من مخالفات عشوائية مع قمم ووديان لا يمكن توصيفها بسهولة. الأدوات التي يمكنها قياس هذا الملف الشخصي بدرجة عالية من الدقة ، مثل المجاهر الإلكترونية الماسحة ، مناسبة فقط للاستخدام المختبري. الأساليب الميدانية مرغوبة. يتم تحديد نطاقات ملف تعريف السطح بشكل متكرر ويختلف ملف تعريف السطح الموصى به لأنواع مختلفة من الطلاء.
يعتمد تحديد ملف تعريف السطح على تعريفه. يعرفها ISO 1 8503-12 على أنها ارتفاع القمم الرئيسية بالنسبة إلى الوديان الرئيسية. يصفه ASTM3 D71274 بأنه الانحرافات الرأسية الإيجابية والسالبة المقاسة من خط متوسط ، تقريبا مركز الملف الشخصي الذي يتم تقييمه. يعرف ASTM D4417-115 ملف تعريف السطح بأنه "ارتفاع القمم الرئيسية بالنسبة إلى الوديان الرئيسية". يصف 3 طرق قياس مختلفة:
ليس لدى الصناعة معايير ملف تعريف ذات قيم يمكن عزوها إلى المعهد الوطني للقياس. وإذا حدث ذلك، يمكن التحقق من الصكوك مقابل تلك المعايير، ويمكن نشر بيانات الدقة، وسيكون لدى المستخدمين وسيلة لربط نتائجها. يمكن أن تحدد المعايير علاقة القيم التي تم الحصول عليها من شريط النسخ المتماثل بتلك التي تم الحصول عليها من ميكرومتر العمق ، وما إلى ذلك.
عدم وجود معايير مادية ، اختارت الصناعة طريقة الحكم. تصف NACE6 و ASTM و ISO ارتفاع ملف تعريف السطح بأنه المسافة المقاسة من أعلى قمة إلى قاع أدنى وادي في مجال رؤية المجهر الضوئي. يركز المجهر على أعلى قمة في مجال الرؤية. المسافة التي تقطعها العدسة من أجل التركيز على أدنى واد في نفس مجال الرؤية هي قياس واحد لارتفاع الملف الشخصي. ينتج عن المتوسط الحسابي ل 20 قياسا من هذا القبيل متوسط أقصى ارتفاع من الذروة إلى الوادي. وبعبارة أخرى ، فإن متوسط القمم القصوى.
طريقة المجهر غير عملية في هذا المجال ، لذلك تدعم المنظمات الكبرى عددا من الطرق البديلة التي يستخدمها المفتشون بشكل عملي وروتيني.
تقوم ISO بتصنيع مقارنات الملامح السطحية للفولاذ الذي يتم تنظيفه بالانفجار بواسطة المواد الكاشطةبالرصاص أو الحصى 7 التي تعتمد على طريقة مجهر التركيز. باستخدام الوسائل المرئية أو اللمسية ، يقارن المستخدم السطح الفولاذي بملف تعريف كل جزء من المقارنة لتطبيق تصنيف مناسب من "ناعم" أو "متوسط" أو "خشن". يوضح الملحق B من ISO 8503-5 وجود ارتباط جيد بين هذه المقارنات والقياس بواسطة طرق الشريط والقلم المقلدة. لا توجد طريقة ISO لميكرومتر العمق ولا ينبغي استخدام ميكرومتر العمق للقياس على مقارنات الملف الشخصي بسبب عدم تسطيح المقارنات.
يظهر NACE RP0287 (تم تحديثه في عام 2016 إلى SP0287-2016-SG) أيضا8 أشرطة طبق الأصل وقياسات مجهر التركيز تتفق ضمن حدود الثقة الخاصة بهم (اثنان standard الانحرافات) في 11 من 14 حالة.
الشريط المقلد بسيط وغير مكلف نسبيا ويظهر ارتباطا جيدا بتركيز نتائج المجهر. ليس من المستغرب إذن أنه يمكن القول إنه أصبح الطريقة الميدانية الأكثر شيوعا لقياس ملف تعريف السطح.
يتكون الشريط المقلدة من طبقة من الرغوة القابلة للانضغاط الملصقة على ركيزة بوليستر غير قابلة للضغط بسمك موحد للغاية (2 مل + 0.2 مل9). عند الضغط على سطح فولاذي خشن ، تنهار الرغوة وتشكل انطباعا عن السطح. وضع الشريط المضغوط بين سندان مقياس سمك ميكرومتري وطرح مساهمة الركيزة غير القابلة للضغط ، 2 مل ، يعطي مقياسا لملف تعريف السطح.
اطرح الغشاء غير القابل للانضغاط البالغ 50.8 ميكرومتر (2 مل) تلقائيًا من جميع القراءات باستخدام قارئ الشريط المتماثلPosiTector RTR H Replica Tape Reader.
وفقا لمعيار ISO 8503-5 "تقيس هذه الطريقة "متوسط الحد الأقصى لملف تعريف الذروة إلى الوادي" لأن سندان مقياس الميكرومتر يسطح ملف تعريف النسخة المتماثلة قليلا بحيث تعادل القراءة متوسط القيمة القصوى ، على الرغم من أن هذا ليس هو نفسه المتوسط الرياضي ". مرة أخرى ، لدينا طريقة تقيس بشكل أساسي متوسط القمم القصوى.
في السنوات الأخيرة ، اكتسبت طريقتان أخريان لقياس الملف الشخصي شعبية: جهاز اختبار خشونة القلم (ASTM D7127) وميكرومتر العمق (ASTM D4417 Method B). تتميز الإصدارات الإلكترونية من هذه الأدوات بميزة تقليل تأثير المشغل وجمع بيانات القياس وتحليلها رقميا.
لمزيد من المعلومات حول أدوات التشكيل السطحي الرقمية، يُرجى الاطلاع على مقياس التشكيل السطحي الرقميPosiTector SPG أو قارئ أشرطة النسخ الرقميPosiTector RTR H
يعمل جهاز قياس خشونة السطح بالقلم المحمول عن طريق سحب القلم at ثابتة عبر السطح. يسجل الجهاز المسافات لأعلى ولأسفل التي يقطعها القلم أثناء عبوره على السطح. وهي تقيس Rt وفقًا للمواصفة القياسية ISO 428710 حيث Rt هي المسافة الرأسية بين أعلى قمة وأدنى وادٍ ضمن أي طول تقييم معين يبلغ 0.5 بوصة. يتم عمل خمسة من هذه الآثار ويتم حساب متوسط قيم Rt للحصول مرة أخرى على متوسط القمم القصوى.
أكملت لجنة ASTM D01.46 تقييما دائريا ل 11 مختبرا للدقة والتحيز لهذه الطريقة من خلال جعل المشاركين يقيسون خمس لوحات اختبار فولاذية متفجرة بشريط متماثل وثلاثة أدوات قلم. اختاروا أدوات القلم التي لديها نطاق رأسي كاف لتكون مفيدة لقياس الأسطح الخشنة نسبيا التي تهم صناعة الطلاء والبطانات. ومع ذلك ، تجاوز المظهر الجانبي على بعض اللوحات حدود القياس لبعض الأدوات المختارة.
أكدت النتائج الأولية وجود علاقة وثيقة بين الشريط المقلد وطرق خشونة القلم تماما كما خلصت ISO. عند نشر النتائج ، سيتمكن المتخصصون في هذا المجال من الوصول إلى بيانات ارتباط موثوقة.
هذا يترك فقط طريقة ميكرومتر العمق دون دراسة مقارنة. لتوفير الارتباط بين جميع أنواع الأجهزة الثلاثة ، تقترح هذه الورقة أن يتم تحليل قياسات ميكرومتر العمق باستخدام طريقة تنتج نتائج مشابهة لنتائج الشريط والقلم وتتوافق مع أهداف القياس الخاصة بها ، وهي طريقة تسمى "متوسط القمم القصوى".
وللحصول على هذه القيمة، يتم قياس المظهر الجانبي at عدد كافٍ من المواقع لتوصيف السطح، وعادةً ما تكون خمسة مواقع. At كل موقع، يتم أخذ عشر قراءات في كل موقع وتسجيل أعلى قراءة. يتم الإبلاغ عن المتوسط (الوسط الحسابي) لجميع المواقع على أنه المظهر الجانبي للسطح.
جاء الزخم لهذه الدراسة من الاختبار الأولي على لوحات ASTM باستخدام أداة ميكرومتر بعمق واحد. كما هو موضح في الشكل 5 ، عند استخدام متوسط طريقة تحليل القمم القصوى ، تتماشى نتائج ميكرومتر العمق بشكل وثيق مع نتائج الشريط والقلم.
تحتوي أداة ميكرومتر العمق على قاعدة مسطحة تقع على السطح ومسبار محمل بنابض يسقط في وديان المظهر الجانبي للسطح. تقع القاعدة المسطحة على أعلى القمم ، وبالتالي فإن كل قياس هو المسافة بين أعلى القمم المحلية والوادي المحدد الذي سقط فيه الطرف.
تتطلب ASTM D4417 حاليًا من المستخدم حساب متوسط جميع قياسات ميكرومتر العمق بغض النظر عن مدى انخفاض بعض القراءات. ليس من المستغرب أن تكون النتائج المحسوبة النهائية عادةً أقل مما يتم الحصول عليه بطرق الشريط والقلم. أكدت هذه الدراسة هذا الافتراض (الشكل 12). في بعض الأحيان، كانت إحدى الأدوات تسجل قيمًا at نتائج الشريط أو أعلى منها، ولكن كان هذا هو الاستثناء.
بعد دراسة ASTM المكونة من 5 لوحات المشار إليها أعلاه ، كانت طريقة ميكرومتر العمق هي الطريقة الوحيدة بدون دراسة مقارنة. لتوفير الارتباط بين جميع أنواع الأجهزة الثلاثة ، تقترح هذه الورقة أن يتم تحليل قياسات ميكرومتر العمق باستخدام طريقة تنتج نتائج مشابهة لنتائج الشريط والقلم وتتوافق مع أهداف القياس الخاصة بها ، وهي طريقة تسمى "متوسط القمم القصوى".
وللحصول على هذه القيمة، يتم قياس المظهر الجانبي at عدد كافٍ من المواقع لتوصيف السطح، وعادةً ما تكون خمسة مواقع. At كل موقع، يتم أخذ عشر قراءات في كل موقع وتسجيل أعلى قراءة. يتم الإبلاغ عن المتوسط (الوسط الحسابي) لجميع المواقع على أنه المظهر الجانبي للسطح.
جاء الزخم لهذه الدراسة من الاختبار الأولي على لوحات ASTM باستخدام أداة ميكرومتر بعمق واحد. كما هو موضح في الشكل 5 ، عند استخدام متوسط طريقة تحليل القمم القصوى ، تتماشى نتائج ميكرومتر العمق بشكل وثيق مع نتائج الشريط والقلم.
لتأكيد هذه النتائج ، تم الحصول على عشرين لوحة تم تفجيرها بأنواع وسائط مشتركة من KTA Labs11 وتم الحصول على خمسة ميكرومتر عمق مشترك. أخذ خمسة أفراد 50 قياسا على كل لوحة مع كل أداة في بيئة مكتبية خاضعة للرقابة لما مجموعه 5000 قراءة.
تم أخذ ما لا يقل عن 3 قياسات لشريط النسخ المتماثل على كل لوحة وتم حساب متوسطها. عندما انخفضت النتائج في المناطق الخارجية من نطاق الشريط ، تم الحصول على قياسات إضافية مع المستوى التالي من الشريط وتم حساب متوسطها وفقا لتعليمات الشركة المصنعة.
راجع "شريط النسخ المتماثل - مصدر لمعلومات ملف تعريف Surface الجديد" للحصول على مزيد من المعلومات حول قياس الشريط المتماثل.
تم الحصول على قياسات خشونة القلم من ثلاثة أدوات ميدانية شائعة للمقارنة. أخيرا ، تم الحصول على قراءات المعادن الأساسية (BMR) من كل لوحة من مقاييس سمك الطلاء المغناطيسي من النوع 1 والنوع 2.
تقيس مسابر DFT المسافة من طرف المسبار إلى المستوى المغناطيسي في الفولاذ. في الفولاذ الأملس يكون المستوى المغناطيسي مطابقًا لسطح الفولاذ. أما على الفولاذ الخشن، يقع المستوى المغناطيسي في مكان ما بين أعلى قمة وأدنى وادٍ في المظهر الجانبي، وهو موقع قد يختلف حسب نوع الجهاز. ولذلك، تتسبب الخشونة عمومًا في قراءة أجهزة DFT لقراءات عالية أو قيمة موجبة.
يتطلب SSPC-PA 2 والمعايير الأخرى تطبيق عامل تصحيح لتعويض تأثير الخشونة هذا. عادةً ما يتم وضع رقاقة بلاستيكية فوق المظهر الجانبي المكشوف وقياسها باستخدام مقياس DFT . يتم ضبط المقياس بحيث تتطابق النتيجة مع سُمك الرفادة. تحاكي الرفادة تراكم الطلاء فوق القمم ويضمن الضبط أخذ قياسات سُمك الطلاء من متوسط مستوى قمم المظهر الجانبي، بدلاً من المستوى المغناطيسي.
ولتحديد تأثير المظهر الجانبي على مقاييس DFT تم أخذ القياسات على جميع الألواح بواسطة أدوات من النوع 1 (سحب ميكانيكي) والنوع 2 (إلكتروني) بعد فحصها أولاً على فولاذ أملس ومسطح. تم تسجيل متوسط نتيجة خمسة قياسات لكل لوح.
كانت أداة النوع 1 أقل تأثراً بالمظهر الجانبي وقياس 0.3 ميل كحد أقصى على السطح الأكثر خشونة. أما أداة النوع 2 فقد تراوحت قياساتها بين 0 على السطح المنفوخ بالخرز الزجاجي و1.2 مللي على السطح المنفوخ بالخرز S390. وعموماً، أعطت أداة DFT نتائج سماكة تراوحت بين 1 و26% من ارتفاعات السطح كما تم قياسها بشريط النسخ المتماثل، بمتوسط 13% على جميع الألواح.
تتجاوز بعض خشونة السطح قدرات القياس لطرق الشريط والقلم. تشير الممارسة الجيدة إلى أن الدرجات التجارية للشريط تسمح بقياس متوسط الملامح من الذروة إلى الوادي بين 0.5 إلى 5.0 ميل. جميع ميكرومترات العمق المستخدمة في الدراسة لها نطاقات ممتدة مناسبة لقياس الأسطح الفولاذية المتفجرة ولم "تحد" على أي من الألواح.
اطلع على دليل طلب مقياس المظهر الجانبي السطحيPosiTector SPG لمعرفة نطاقات القياس.
تحتوي العديد من اللوحات على مناطق تنتج فيها جميع أنواع الأدوات قيما بارزة. قد تكون هذه الفروق بسبب الطبيعة غير المتسقة للتفجير اليدوي. يمكن افتراض أن الأسطح الأكبر سيكون لها مخالفات مماثلة.
لم يكن من الممكن الاختبار مع كل جهاز في نفس الموقع بالضبط على كل لوحة (الشكل 7). فحص الشريط المقلد مساحة كبيرة نسبيا مما يتطلب قياسات أقل لتوصيف السطح بشكل مناسب. تحتوي طرق القلم والميكرومتر العميق على مجسات دقيقة الرؤوس تأخذ عينات من مساحة سطح أصغر بكثير وبالتالي تتطلب المزيد من القياسات لتوصيف السطح بشكل مناسب. تأخذ أدلة ISO و ASTM و NACE و SSPC هذا في الاعتبار.
تتطلب جميع الطرق الإعداد الأولي والتحقق من الدقة قبل بدء الاختبار.
ارجع إلى PosiTector SPG وكتيبات تعليمات PosiTector RTR H لمعرفة المزيد عن الإعداد والتحقق من الدقة.
لوحظت دوائر على بعض اللوحات بعد الاختبار بشريط متماثل. يعتقد أنها كانت نتيجة لتأثر الجسيمات المجهرية بالرغوة وحملها بعيدا عند تقشير الرغوة. لوحظت خدوش على بعض اللوحات بعد الاختبار باستخدام أدوات القلم. يعتقد أن السطح الفولاذي قد تم تعديله قليلا حيث تم سحب القلم ذي الرؤوس الماسية فوق القمم (الشكل 9).
ويتضح أثناء الاختبار أن نتائج قياس المظهر الجانبي للسطح الفردي أقل قابلية للتكرار ولديها تباين أكبر مما يتوقعه المستخدمون من أشكال القياس الأخرى في الصناعة مثل اختبار سمك الطبقة الجافةDFT أو درجة الحرارة أو اللمعان. في حين أنه من المتوقع أن يكون قياسان من قياسات DFT متقاربان جدًا، يمكن أن يختلف قياسان لملامح السطح اختلافًا كبيرًا. هذه هي طبيعة السطح المنفوخ.
على سبيل المثال ، على لوحة تم تفجيرها بمزيج من رمال الستوروليت الخشنة والناعمة ، تراوحت قياسات الشريط المقلدة بين 1.8 و 2.9 ميل ، وأدوات القلم بين 1.8 و 2.8 مل ، وعمق ميكرومتر بين 0 و 5.6 مل. ومع ذلك ، أعطت الطرق الثلاث نتائج نهائية "متوسط القمم القصوى" بحوالي 2.5 ميل.
ومع ذلك ، في كثير من الأحيان ، أسفرت الطرق الثلاث عن نتائج لم تكن متقاربة. تباينت نتائج الشريط والقلم في بعض الأحيان بنسبة تصل إلى 30٪. على لوحتين تم تفجيرهما بطلقة S280 وأكسيد الألومنيوم الشبكي # 100 ، قرأ الشريط المقل 2.7 مل على كليهما بينما بلغ متوسط طريقة القلم 2.2 مل أقل على كليهما. على العكس من ذلك على رمل السيليكا BX-40 ، قرأ الشريط المقلد 1.5 مل بينما بلغ متوسط طريقة القلم 1.9 ميل. كان متوسط القيم التي تم الحصول عليها من ثلاثة أجهزة قلم أعلى من قيم الشريط المتماثل على جميع الألواح ال 4 المتفجرة بالرمل وأقل في جميع الألواح المتفجرة بالأكسيد والرصاص. انظر الشكل 12 للحصول على ملخص لنتائج الشريط المتماثل مقابل القلم.
لوحظت النقاط التالية عند إجراء قياسات ملف تعريف السطح باستخدام ميكرومتر العمق:
تؤكد نتائج هذه الدراسة وجود علاقة وثيقة بين قياسات الشريط والقلم كما هو موضح لأول مرة في اختبار ASTM الدائري. كشفت النتائج أيضا عن معلومات مثيرة للاهتمام حول نوع جهاز القياس الثالث ، ميكرومتر عمق ملف تعريف السطح ، والذي حقق نتائج مماثلة للشريط والقلم عند استخدام نهج تحليل "متوسط القمم القصوى" (الشكل 12).
إن سطح الفولاذ المنفوخ at أي نقطة هو تباين عشوائي، لذلك يجب أخذ عدد من القراءات. هدف التقييم هو إجراء أقصى قدر من التحديدات من القمة إلى الوادي. تختلف القياسات الفردية لسطح السطح المعدني الذي تم تنظيفه بالسفع الكاشطة اختلافًا كبيرًا من منطقة إلى أخرى على سطح معين. تعتمد كيفية تجميع هذه القياسات على المعلمة المطلوبة للوظيفة والتي يمكن أن تكون متوسط ارتفاع القمة إلى الوادي، أو الحد الأقصى لها، أو حتى شيء آخر. من خلال استخدام نهج تحليل "متوسط الحد الأقصى للقمم"، يعطي ميكرومتر العمق قياسات موثوقة للسطح ترتبط ارتباطًا وثيقًا بنتائج شريط النسخ المتماثل ونتائج اختبار خشونة القلم.
PosiTector SPG Advanced تتميز الموديلات بوضع SmartBatch™ للامتثال لمختلف المعايير وطرق الاختبار. بشكل افتراضي، يولد SmartBatch™ نتائج قريبة من تلك التي تم الحصول عليها باستخدام طرق شريط النسخ المتماثل وقلم السحب عن طريق حساب متوسط أقصى عمق للملف الشخصي تلقائيًا لجميع البقع داخل منطقة الاختبار وعرض "متوسط القمم القصوى".
ديفيد بيميش (1955-2019) ، الرئيس السابق لشركة DeFelsko Corporation ، وهي شركة مقرها نيويورك لتصنيع أدوات اختبار الطلاء المحمولة التي تباع في جميع أنحاء العالم. حصل على شهادة في الهندسة المدنية وأكثر من 25 عاما من الخبرة في تصميم وتصنيع وتسويق أدوات الاختبار هذه في مجموعة متنوعة من الصناعات الدولية بما في ذلك الطلاء الصناعي وفحص الجودة والتصنيع. أجرى ندوات تدريبية وكان عضوا نشطا في العديد من المنظمات بما في ذلك NACE و SSPC و ASTM و ISO.
