INSTYTUT MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH Politechnika Śląska w Gliwicach INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Instrukcja przeznaczona jest dla studentów następujących kierunków: 1. Energetyka - sem. 3 MKiE 2. Inżynieria Bezpieczeństwa sem. 2 NoM 3. Mechanika i Budowa Maszyn - sem. 4 MKiE
Wprowadzenie. Materiały regeneracyjne zalicza się do grupy tzw. materiałów o specjalnych zastosowaniach, wśród których można wyszczególnić jeszcze: materiały powłokowe, materiały konserwacyjne, kleje i silikony, materiały lutownicze i spawalnicze. Materiały regeneracyjne służą do wykonywania różnego rodzaju napraw i konserwacji elementów maszyn i urządzeń, często bez konieczności wyłączania ich z eksploatacji. Stosowanie tych materiałów pozwala na poprawę własności eksploatacyjnych elementów poprzez ich zabezpieczenie przed skutkami korozji oraz erozji, zwiększenie odporności na działanie kawitacji czy substancji chemicznie aktywnych. Materiały takie, zgodnie z przepisami światowymi, nie mogą zawierać oraz powodować wydzielania żadnych substancji szkodliwych. Ogólnie technologia oparta na stosowaniu materiałów specjalnych polega na: klejeniu pękniętych miejsc i szczelin, wypełnianiu ubytków materiałowych, nanoszeniu powłok ochronnych. Rys. Błąd! W dokumencie nie ma tekstu o podanym stylu.-1. Naprawa pęknięcia korpusu zaworu przy pomocy pasty regeneracyjnej Do tego typu zabiegów stosuje się dwie różne odmiany materiałów, różniące się przede wszystkim gęstością i lepkością. W przypadku dwóch pierwszych typów napraw stosuje się tzw. pasty, - 2 -
będące mieszaniną tzw. bazy oraz utwardzacza. Nazwa pasta bierze się z dużej lepkości tego materiału, gdzie do jego nanoszenia potrzebne jest twarde narzędzie typu szpachelka, packa itp. Rys. Błąd! W dokumencie nie ma tekstu o podanym stylu.-2. Nanoszenie materiałów regeneracyjnych (płynu i pasty) na elementy Powłoki ochronne wykonuje się z wykorzystaniem tzw. płynów, które mają konsystencję gęstej farby. Płyn daje się rozprowadzać na powierzchni elementu przy pomocy pędzla, z krótkim, twardym włosiem. Materiały regeneracyjne w zależności od składu chemicznego można podzielić na następujące grupy: 1. metaliczne zimne metale Są to dwuskładnikowe związki epoksydowe zawierające: wypełnienie stanowiące w 80% proszek metaliczny oraz w 20% żywicę epoksydową i utwardzacz. Jako proszków metalicznych używa się proszków stali zwykłych, nierdzewnych, tytanu, mosiądzu, brązu, czy aluminium. Po utwardzeniu materiały te wykazują odporność na działanie warunków atmosferycznych i aktywnych chemicznie czynników, a poza tym są obrabialne mechanicznie. Rys. Błąd! W dokumencie nie ma tekstu o podanym stylu.-3 Naprawy wykonywane z użyciem past metalicznych Pasty metaliczne w wielu przypadkach zastępują tradycyjne spawanie oraz napawanie elementów wykonanych z różnych metali (stąd stosowanie różnych proszków metalicznych jako wypełniaczy). Usuwanie uszkodzeń przy pomocy tych materiałów jest szczególnie korzystne w przypadkach trudności technologicznych zastosowania napraw tradycyjnych, w przypadkach zagrożenia pożarowego, obecności par i gazów łatwopalnych. Jakość i skuteczność wykonywania tego typu napraw jest porównywalna z metodami tradycyjnymi, natomiast odporność regenerowanych miejsc na ścieranie i korozję oraz odporność chemiczna jest znacznie wyższa. - 3 -
Rys. Błąd! W dokumencie nie ma tekstu o podanym stylu.-4 Regeneracja wału pompy (zgrubne nanoszenie materiału regeneracyjnego i jego późniejsza obróbka mechaniczna) Elementy podlegające regeneracji poddaje się czyszczeniu, najczęściej przez piaskowanie, a następnie miejsca, gdzie wystąpiły ubytki materiału, wypełnia się pastą metaliczną. Powierzchnie, które chcemy chronić przed działaniem środowiska zewnętrznego (wilgoci, erozji, korozji, kawitacji, itp.) pokrywane są płynami metalicznymi, tworzącymi powłokę oddzielającą materiał elementu od tego środowiska. Powłoki ochronne wykonuje się również na elementach nowych w celu przedłużenia ich trwałości. 2. ceramiczne Pasty i płyny ceramiczne różnią się od materiałów metalicznych jedynie wypełnieniem, którym w tym przypadku jest proszek ceramiczny. Najważniejszą, wyróżniająca je cechą jest szczególnie duża odporność na ścieranie. Dlatego często bywają stosowane w przypadku napraw elementów narażonych na ten rodzaj zużycia. Bywają również stosowane na wykonanie powłok ochronnych na elementy nowe, które pracują w warunkach intensywnej erozji (wirniki pomp do transportu hydraulicznego, łopatki wentylatorów pracujących w warunkach zapylenia itp.). Rys. Błąd! W dokumencie nie ma tekstu o podanym stylu.-5 Wykonywanie powłok ceramicznych na elementach podlegających erozji 3. uretanowe (gumopodobne) Pasty i płyny gumopodobne (różniące się tylko gęstością) są materiałami dwuskładnikowymi produkowanymi na bazie uretanu. Po zmieszaniu składników ze sobą w odpowiedniej proporcji powstaje elastyczne tworzywo o różnej twardości podobne do gumy, zestalające się w temperaturze pokojowej. Materiały te posiadają bardzo dobrą odporność na ścieranie oraz wytrzymałość na rozciąganie przy zachowaniu dużej elastyczności. Odznaczają się odpornością na działanie substancji chemicznych oraz korozję. - 4 -
Rys. Błąd! W dokumencie nie ma tekstu o podanym stylu.-6 Regeneracja rolki podajnika taśmowego przy pomocy materiału uretanowego Są materiałami dźwiękochłonnymi oraz dobrymi izolatorami elektrycznymi. Łączą się w sposób trwały z gumą, metalami, drewnem, betonem i tworzywami sztucznymi. Ich podstawowe zastosowanie to: - naprawa i regeneracja transporterów taśmowych - pokrywanie powierzchni zbiorników na aktywne chemicznie media - wypełnianie szczelin dylatacyjnych - ograniczenie emisji hałasu. Cel wykonania ćwiczenia. Zapoznanie się z różnymi rodzajami materiałów regeneracyjnych i ich zastosowaniami oraz metodami badawczymi powłok regeneracyjnych. Urządzenia do badań powłok 1. aparat ze spadającym ciężarkiem (młot opadowy) Stanowisko do badań przeznaczone jest do badania nagłego odkształcenia (odporności na uderzenie) powłok lakierniczych, za pomocą spadającego ciężarka. Pozwala określić minimalną energię uderzenia wskazującą na wytrzymałość powłok ochronnych. Opis stanowiska, zasada działania na podstawie PN-EN ISO 6272-1:2011 Zasada pomiaru na stanowisku z opadającym ciężarkiem (rys. 7) polega na swobodnym opadaniu ciężarka o masie 1 (2 kg lub innej) na powierzchnię badanej próbki z naniesioną warstwą ochronną. Badania przeprowadza się poprzez zrzucanie ciężarka na powierzchnię badanego materiału z określonej wysokości. Wysokość początkowa ciężarka jest w kolejnych próbach zwiększana (co 25 mm) aż do czasu pojawienia się pierwszych oznak zniszczenia powierzchni badanej (pęknięć, odpryśnięć). Każda kolejna próba powinna być przeprowadzona w nowym punkcie badanej próbki w odległości umożliwiającej wykluczenie wpływu poprzedniego uderzenia na wynik, tj. co najmniej 40 mm jeden od drugiego oraz 20 mm od krawędzi próbki. W celu wykonania próby należy: zamontować w urządzeniu ciężarek o określonej masie, umieścić próbkę materiału na matrycy, unieruchomić próbkę na matrycy za pomocą tulei dociskowej, ustalić pozycję 0 ciężarka (ciężarek dotyka powierzchni badanej), unieść ciężarek na wysokość początkową (z dokładnością +/- 1 mm), opuścić ciężarek na powierzchnię badanej powłoki, wyjąć próbkę z urządzenia, dokonać oględzin powierzchni w okolicy miejsca uderzenia, obliczamy energię uderzenia. - 5 -
Rys. 7. Aparat ze spadającym ciężarkiem - stanowisko do badań powłok ochronnych. 1- prowadnica rurowa; 2 swobodnie opadający ciężarek; 3 - tuleja dociskowa; 4 - badana próbka materiału; 5 matryca; 6 obudowa, stojak; 7- ramię tulei dociskowej Oględziny powierzchni badanej. Jeżeli na powierzchni wystąpiły objawy zniszczenia należy powtórzyć badanie przyjmując mniejszą wysokość opadania ciężarka. Jeżeli nie wystąpiły objawy zniszczenia wysokość opadania zwiększamy. Czynności wymienione powyżej powtarzamy aż do uzyskania minimalnej energii uderzenia powodującej zniszczenie powłoki ochronnej. 2. Maszyna wytrzymałościowa do prób rozciągania Stanowisko do badań materiałów na zrywanie wyposażone jest w maszynę wytrzymałościową SUN/10-P włoskiej firmy GALDABINI. Na maszynie tej można przeprowadzać standardowe próby wytrzymałości materiałów, w tym również do badań wytrzymałości powłok ochronnych, czy regeneracyjnych. Urządzenie to posiada ramę 2-kolumnową i umożliwia obciążać próbki maksymalną siłą równą 100 kn. Urządzenie zapewnia pomiar siły i wydłużenia podczas trwania badania. Podczas badania wykorzystujemy wiedzę zdobytą na badaniu: Statyczna próba rozciągania tworzyw metalicznych. - 6 -
Próbka do badań. Powłoka ceramiczna Powłoka uretanowa Rys. 8 Próbka do badań Przebieg ćwiczenia. Przebieg ćwiczenia: W ramach zajęć laboratoryjnych zostaną przebadane dwa materiały regeneracyjne o różnych właściwościach i różnych zastosowaniach. Badanie będzie miało na celu określenie podstawowych cech obu materiałów, do których należą: ocena elastyczności materiału, porównanie przylegania powłoki materiału regeneracyjnego do różnych powierzchni, porównanie zachowania się badanych materiałów pod obciążeniem, porównanie odporności badanych materiałów na uderzenie. Do badań przyjęto następujące materiały regeneracyjne w postaci płynów: ceramiczny, uretanowy. Oba omawiane materiały naniesione zostały na przeciwległe powierzchnie metalowych płytek (stalową oraz aluminiową), które zostaną poddane: obciążeniu młotem opadowym (po każdym uderzeniu należy dokładnie obejrzeć miejsce uderzenia po obu stronach badanego materiału oba badane materiały regeneracyjne. Próbki badamy zarówno po stronie materiału ceramicznego, jak i uretanowego), rozciąganiu na maszynie wytrzymałościowej (podczas rozciągania płytek należy obserwować zachowanie się obydwu materiałów regeneracyjnych oraz rejestrować wartości wydłużeń próbek, przy których obserwuje się uszkodzenia powłok. Należy zaobserwować sposób i przebieg uszkadzania powłok oraz ich odklejania się od materiału próbki). Sprawozdanie powinno zawierać: 1. krótką charakterystykę materiałów regeneracyjnych, 2. krótki opis zastosowanych metod badawczych, 3. opis urządzeń wykorzystanych do badania powłok, 4. cechy geometryczne próbek do badań (rysunki z wymiarami), 5. opis przebiegu ćwiczenia, 6. tablica pomiarów i otrzymanych wyników, wykres rozciągania 7. wnioski. - 7 -