Przygotowanie Powierzchni

Rozkład ciśnienia w strumieniu wychodzącym z czterootworowej dyszy tryskaczowej

Struktura strumienia wody pod wysokim ciśnieniem zależy od całkowitego ciśnienia i dystrybucji ścierniwa.
Hybryda wysokociśnieniowego strumienia suchego lodu i wody tworzy powłokę o kształcie rury o znacznie podwyższonym stężeniu wody w jego warstwie zewnętrznej. Przestrzenna dystrybucja ciśnienia (wykres 1) wykazuje preferowane kierunki o największym ciśnieniu dysz wodnych. Liczba takich elementarnych strumieni jest równa liczbie otworów dysz zraszających. Kilkakrotnie niższe ciśnienie panuje między tymi czterema kierunkami w warstwach zewnętrznych strumieni. Jeszcze najniższe ciśnienie występuje w wewnętrznych (wokółosiowych) warstwach hybrydowego strumienia. Najwyższa liczba ziaren ściernych płynie wzdłuż centralnej osi strumienia wody, gdzie panuje najniższe ciśnienie całkowite. Najniższa liczba ziaren występuje w zewnętrznych warstwach strumienia, gdzie panowało najwyższe ciśnienie. Wzrost liczby otworów wody w dyszy tryskaczowej prowadzi do zwiększenia prędkości przepływu cząstek stałych, przy czym rozmiar cząstek lodu jest większy, a ich ilość jest znacznie mniejsza niż cząstek ściernych. Zużycie ziaren piasku wynosi 100 kg/h, a suchego lodu osiągnie 150 kg/h (tj. na 1 ziarno suchego lodu wypada około 70 ziaren ściernych).

Wykres 1. Całkowity rozkład ciśnienia w hybrydowym strumieniu pistoletu wyposażonego w dyszę z czterema otworami. Warunki pracy: pn = 25 MPa, suchy lód, LS = 400 mm [8].

Dystrybucja ścierniwa lub suchego lodu w strumieniu wody decyduje o wydajności i jakości obróbki powierzchni. Wysokie ciśnienie panujące w warstwach zewnętrznych hybrydowego strumienia, pomimo niskiego stężenia cząstek stałych, jest odpowiedzialne za intensywność traktowania materiału powierzchni. Wewnętrzne warstwy strumienia powodują wygładzanie powierzchni przez wielką liczbę małych zadrapań cząstkami stałymi o najniższej energii [8].
Charakterystyczna jest wielka liczba uderzających kropel wody wraz z zwilżonymi ziarnami suchego lodu, co prowadzi do powstawania naprężeń na powierzchni obrabianej. Zmęczeniowy charakter tych naprężeń przyczynia się do pęknięć na powierzchni w różnych kierunkach. Decydujący wpływ na intensywność tego procesu mają ziarna suchego lodu (CO2) posiadające wielką energię, będące narzędziem do punktowego ataku na powierzchnię roboczą. Osad z cząstek rozbitego suchego lodu (CO2) w czasie obróbki powierzchni wnika w warstwę brudu, a następnie w wyniku sublimacji powiększa swoją objętość do 800 razy w sposób wybuchowy, natomiast strefa czyszczenia jest zwilżana przez skropliny CO2 [3].
Woda pod ciśnieniem nie tylko powoduje erozję kawitacyjną powierzchni, ale też wnika w szczeliny, powodując dalsze rozdrabnianie powłoki. Woda prowadzi do złuszczenia powierzchni obrabianej [3].
Obróbka powierzchniowa strumieniem wody z suchym lodem i powietrzem wytwarza wyraźnie falisty charakter erozji. Jest on przedstawiony na fotografii 2. Badania nie potwierdziły natomiast istotnego wpływu skurczu kriogenicznego powłok w wyniku szoku termicznego, który by intensyfikował proces usuwania powłok, jak ma to miejsce przy pneumatycznej obróbce samym suchym lodem [3].
Zużycie wody podczas czyszczenia powierzchni skorodowanych blach stalowych wahało się od 40 do 55 dm3/min, a suchego lodu od 2,3 do 2,8 kg/min, które jest równoważne przepływowi około 1500-2000 ziaren suchego lodu na sekundę. To zapewnia wydajność od 0,35 do 0,45 m2/h. Zużycie lodu podczas pneumatycznej obróbki wynosi od 0,5 do 1,1 kg /min, przy skuteczności obróbki około 10 razy niższej. Najbardziej efektywne jest czyszczenie powłoki lakierniczej z arkusza szkła i stali oraz tworzyw sztucznych, kleju i powłok gumowych [3].