В чем измеряется шероховатость поверхности металла


Шероховатость поверхности

Одним из самых важных параметров при обработке деталей является шероховатость поверхности. Именно чистота обработки имеет определяющее значение для надежности и долговечности детали и при ее несоответствии проектным значениям, мы получим преждевременный выход детали или целого узла из строя и его дорогостоящий ремонт. Например, если не придать значения этому фактору при изготовлении деталей двигателя, результатом будет быстрый выход всего агрегата из строя.

Что такое шероховатость поверхности

Совокупность микроскопических неровностей, образующих рельеф поверхности, рассматриваемые в пределах участка, длина которого равна базовой длине - называют шероховатостью поверхности. Далее рассмотрим в чём измеряется шероховатость поверхности.

Как обозначается шероховатость поверхности

На рисунке ниже показаны основные способы схематического обозначения, а так же обозначения шероховатости на чертежах

Описание того, как правильно располагать на чертежах обозначения, подробно описано в ГОСТ стандартах и специальной технической литературе, поэтому не будем останавливаться на этом. Рассмотрим основные параметры, по которым оценивается шероховатость поверхности.

В чем измеряется шероховатость поверхности

Шероховатость поверхности измеряется в микрометрах (1 мкм = 0,001 мм) и оценивается обычно по двум параметрам Rz и Ra.

Rz - это высота неровностей профиля по 10 точкам в то время как Ra - это среднее арифметическое отклонение профиля.

Примерное соответствие этих параметров друг другу с привязкой к классу чистоты шероховатости поверхности смотрите в таблице приведенной ниже:

Класс чистоты поверхности Среднеарифметическое отклонения
профиля Ra, мкм
Высота неровностей Rz, мкм Базовая длина l, мм
не более
1 80 320 8
2 40 160 8
3 20 80 8
4 10 40 2,5
5 5 20 2,5
6 2,5 10 0,8
7 1,25 6,3 0,8
8 0,63 3,2 0,8
9 0,32 1,6 0,25
10 0,16 0,8 0,25
11 0,08 0,4 0,25
12 0,04 0,2 0,25
13 0,02 0,1 0,08
14 0,01 0,05 0,08

Средства измерения шероховатости поверхности

Шероховатость поверхности можно измерить двумя способами:

  • Визуальный метод сравнения поверхности с эталоном (сравнение на ощупь)
  • Прибором для измерения шероховатости

Для экспресс оценки в машиностроительной, ремонтной и приборостроительной отраслях промышленности, где допускаются отклонения от проектной величины, как правило, используют визуальный метод сравнения. В качестве эталонов используют образцы шероховатости, полученные различными способами обработки и имеющие заранее известное значение шероховатости.

Для более точного измерения шероховатости поверхности, в местах где требуется строгое соответствие проектным величинам, применяют специальные приборы: профилометры или профилографы. С помощью профилографа получают так называемую профилограмму, которая требует дополнительной расшифровки, в то время как профилометр сразу показывает точное значение неровности по заданным параметрам. Существуют как портативные профилометры применяемые в "полевых" условиях, так и стационарные приборы, которые используются в метрологических лабораториях для непосредственной калибровки эталонов шероховатости, а так же в учебных целях.

Исходя из выше сказанного можно сделать вывод, что контроль поверхности важно проводить в тех случаях, когда необходимо износостойкость, антикоррозийную стойкость и исключить возможность появления поверхностных трещин от усталости металла. Иногда низкий уровень шероховатости нужно получить не только для технических характеристик детали, но и для ее эстетического вида.

Зачем нужна таблица шероховатости поверхности?

Таблица чистоты поверхности металла - это справочный материал, который мы в Metal Cutting иногда используем для внутренних целей в рамках нашего процесса обеспечения качества. (Вы можете узнать больше о наших мерах по обеспечению качества на странице «Обязательства по качеству» нашего веб-сайта.)

Обычно в этих таблицах приводятся рекомендации по измерению стандартной шероховатости поверхности, например:

  • Используемые различные параметры
  • Типичная шероховатость в соответствии с различными методами обработки
  • Преобразование таких единиц, как микродюймы (мкдюймы) в микроны (или микрометры, мкм)

Что такое стандартная шероховатость поверхности?

Обработка поверхности обычно описывается как мера текстуры поверхности.Он характеризуется укладкой (или направлением) рисунка поверхности, его шероховатостью и волнистостью. Стандартная обработка поверхности включает характеристики, которые часто используются по отношению к чистовой обработке, достигаемой с использованием различных производственных методов.

Что именно вы найдете, если поищете в Интернете «таблицу чистоты поверхности» и как она соотносится со стандартной обработкой поверхности металлических деталей? Давайте посмотрим поближе.

Ra и другие единицы отделки поверхности

Один тип диаграммы чистоты поверхности металла может описывать параметры чистоты поверхности - то есть различные единицы измерения и арифметические вычисления, используемые для описания чистоты поверхности.Диаграмма чистоты поверхности, такая как эта, может включать следующие параметры:

  • Наиболее часто используемый параметр - Средняя шероховатость (Ra) . Это расчет средней длины между всеми пиками и впадинами (или средней высоты) от средней линии поверхности. Поскольку он нейтрализует любые значительно удаленные точки, Ра нечувствителен к случайным всплескам и царапинам.
  • Среднеквадратичная шероховатость (RMS) аналогична Ra, но обычно считается приблизительной и, следовательно, менее точной, чем Ra.Среднеквадратичное значение вычисляется с использованием алгоритма, который находит квадратный корень из среднего квадратов значений. По сути, RMS превращает профиль поверхности в синусоидальную волну и измеряет среднее отклонение кривой от средней линии.
  • Максимальная глубина шероховатости (Rmax) измеряет расстояние по вертикали от наивысшего пика до самой низкой впадины в пределах длины выборки и выбирает наибольшее из измеренных значений. Как высокочувствительный метод оценки качества поверхности, Rmax уязвим для заусенцев или царапин, которые приводят к более высоким показаниям, что указывает на более шероховатую поверхность по отношению к всей поверхности.
  • Средняя шероховатость (Rz) рассчитывается путем усреднения высоты пяти самых высоких пиков и глубин пяти самых низких впадин. Поскольку он учитывает только крайние значения, Rz дает значения, которые имеют тенденцию быть высокими и могут не точно отражать среднюю чистоту поверхности.

В Metal Cutting мы обычно проверяем Ra, и это то, о чем просят большинство наших клиентов. Хотя Ra и RMS иногда используются как взаимозаменяемые, потому что приблизительный коэффициент преобразования составляет RMS = Ra x 1.11 , мы рекомендуем клиентам использовать Ra. Он считается более точным и широко применяется в отрасли.

Диаграммы шероховатости поверхности

Другой тип диаграммы чистоты поверхности металла может показывать средний диапазон значений шероховатости поверхности , который может быть достигнут с использованием различных типов производственных процессов. Это полезно знать, потому что качество обработки поверхности может сильно различаться в зависимости от процесса обработки, используемого для ее производства.

Выбор между различными методами резки является важным шагом, если наличие определенной поверхности на готовых металлических деталях имеет решающее значение для успеха вашего приложения.Кроме того, для достижения определенной чистоты поверхности может потребоваться использование более одного процесса.

Каждый процесс резки металла имеет свои особенности (то, что машинисты называют «следами»). Они могут варьироваться в определенной степени и с некоторыми ограничениями, опять же в зависимости от процесса.

Например, если есть пол о том, насколько гладкой может быть обработанная поверхность, вы можете использовать полировку для получения очень гладкой поверхности. Или вы можете использовать шлифовку, чтобы создать острую кромку или блестящую поверхность.

Вы можете найти диаграммы шероховатости поверхности, в которых сравнивается стандартная обработка поверхности для различных методов резки металла, таких как абразивная резка, электроэрозионная обработка или шлифование поверхности, а также фрезерование, токарная обработка, притирка или полировка. Обратите внимание, что при измерении шероховатости поверхности : чем меньше число, тем более гладкая или менее шероховатая поверхность.

Пересчет единиц шероховатости поверхности

Другой тип диаграммы шероховатости поверхности металла может показывать преобразование между разными единицами измерения для определенных степеней шероховатости поверхности.Например, показанная здесь диаграмма обеспечивает преобразование между Ra и RMS как в стандартной, так и в метрической системе измерения (то есть в микродюймах и микронах / микрометрах):

Обратите внимание, что преобразование шероховатости поверхности является приблизительным. Это потому, что Ra и RMS измеряют разные вещи и могут быть преобразованы только с профилем синусоидальной волны - или когда пики и впадины совершенно одинаковы по всей поверхности, что редко бывает в реальных условиях.

Тот, кто ищет в Интернете диаграмму, показывающую стандартную отделку поверхности, может на самом деле искать картинку, которая показывает, как должна выглядеть конкретная поверхность - скажем, с шероховатостью 63 мкм Ra.

Здесь в игру вступает еще один удобный справочный инструмент: компараторы шероховатости поверхности , также называемые пластинами компаратора шероховатости .

Компараторы чистоты поверхности - это инструменты контроля, которые предлагают альтернативу механическому испытанию каждой детали и получению фактического измерения ее Ra. Механические испытания обычно включают использование одного из двух методов:

  • Профилометр шероховатости контактной поверхности, который перемещает зонд по поверхности детали для ее считывания и который может поцарапать или иным образом изменить поверхность детали
  • Бесконтактный неразрушающий инструмент, использующий интерферометрию или другой оптический 3D метрология для измерения, не касаясь поверхности детали

Однако вместо этих механических инструментов вы можете посмотреть на пластину компаратора, которая показывает, что Ra составляет 63 мкдюйма (или 32 мкдюйма, 16 мкдюйма, 8 мкдюйма и т. д.) выглядит по сравнению с проверяемой деталью.

Использование компараторов чистоты поверхности - это быстрый и простой способ определить, соответствует ли деталь техническим характеристикам, просто взглянув на нее, а не физически измерив профиль поверхности.

Различные типы компараторов

Так же, как существуют разные диапазоны средней чистоты поверхности для разных процессов резки металла, существуют также разные пластины сравнения для разных процессов.

Это потому, что, например, деталь, вырезанная EDM, будет иметь вид крошечных «ямок» на поверхности торцевого среза, в то время как абразивный метод создаст очень тонкие, слегка дугообразные линии на поверхности торцевого среза.Даже одно и то же значение Ra может сильно отличаться в зависимости от используемого процесса резки.

Поэтому важно убедиться, что вы смотрите на пластину компаратора для правильного процесса.

Ограничения компараторов

Кроме того, когда вы переходите к гораздо более низким (более гладким) требованиям к чистоте поверхности, таким как Ra 2 или 1 мкдюйм, пластины компаратора не помогут. Это потому, что, если они не находятся под большим увеличением, разница между Ra 2 мкдюйм и 1 мкдюймом (или ниже) не будет очевидна.

Если ваше конкретное приложение имеет критический диапазон - например, каждая часть должна иметь Ra от 10 мкдюймов до 25 мкдюймов Ra - тогда пластины компаратора также могут быть не лучшим вариантом. В этих случаях может потребоваться механическое испытание деталей, чтобы убедиться, что качество их поверхности находится в пределах указанного диапазона.

Стандарты точной обработки поверхности

Здесь, в Metal Cutting, мы чаще всего имеем дело с обработкой поверхности - это торцевание небольших прецизионных металлических деталей и поверхности тела по диаметру труб и стержней.

Важно помнить, что если где-то на детали есть изъян, вмятина или царапина, это не может быть включено в общее измерение чистоты поверхности детали. Однако мы прилагаем все усилия, чтобы свести к минимуму эти типы дефектов отделки поверхности, и в той степени, в которой качество поверхности имеет решающее значение для продукта, мы можем при необходимости проверить наличие любых дефектов.

Типичные результаты торцевых распилов

Наш метод абразивной резки позволяет получить концевую резку с Ra 32 или 63 мкм или лучше, в зависимости от используемого круга.(Помните, что чем меньше число, тем более гладкая поверхность - поэтому «или лучше» означает «или ниже»). Мы говорим консервативно и начинаем с высокого значения Ra, потому что разные типы металлов играют решающую роль в том, чего можно достичь.

В случае притертой детали поверхность концевого среза, которую мы достигаем, обычно составляет Ra 16 мкдюймов или лучше. И наши лучшие результаты - это когда мы механически полируем детали, чтобы добиться гладкости концевого среза Ra 1 мкдюйм или даже более гладкой.

Типичные результаты для поверхностей тела

Если требования клиента отличаются от поверхности исходного материала, «как нарисовано», Metal Cutting может измельчить материал для достижения желаемых результатов для поверхностей диаметра детали (или тела детали).Обычно мы достигаем 8–16 мкдюймов Ra путем измельчения, но при определенных обстоятельствах возможно получение Ra от 2 до 4 мкдюймов.

Дополнительное преимущество, которое мы получаем при удалении заусенцев, заключается в том, что оно может создавать еще более гладкую поверхность с Ra 8 мкдюймов или лучше. После этого мы можем использовать методы механической полировки, чтобы снизить шероховатость поверхности корпуса до Ra менее 1 мкдюйма.

Если требуется более шероховатая поверхность, мы можем использовать пескоструйную очистку или шлифование, чтобы намеренно получить очень шероховатую поверхность, возможно, более 100 мкдюймов Ra.

(Подробнее о том, как мы выполняем требования к шероховатости поверхности малых металлических деталей Ra.)

Как вы можете видеть из различных таблиц чистоты поверхности металлов, существуют различные варианты отделки поверхности и разные способы оценки шероховатости поверхности.

К счастью, с выбором процессов резки металла и различных методов отделки, которые можно использовать, нужный партнер может изготовить металлические детали, которые будут соответствовать вашим требованиям к чистоте поверхности, а также другим вашим критическим требованиям к размерам.

Чтобы узнать больше, посмотрите наш видеоролик «Как избежать проблем с отделкой поверхности в последнюю минуту».

.

Портал для измерения шероховатости поверхности | Olympus

Шероховатость поверхности указывает на состояние обработанной поверхности.

Состояние поверхности определяется внешним видом и тактильными ощущениями и часто описывается такими выражениями, как гладкая и блестящая, матовая и текстурированная, матово-серебристая или зеркальная. Различия во внешнем виде и текстуре обусловлены неровностями на поверхности объекта.

Неровности вызывают шероховатость на поверхности.Шероховатость поверхности - это числовая шкала блеска (или текстуры) поверхности, которая не зависит от визуального или тактильного ощущения. Шероховатость поверхности играет важную роль в определении характеристик поверхности.

Неровности лица на компонентах и ​​материалах либо созданы намеренно, либо вызваны различными факторами, включая вибрацию режущих инструментов, прикус используемой кромки или физические свойства материала. Неровности имеют различные размеры и формы и перекрываются многочисленными слоями; вогнутости / выпуклости влияют на качество и функциональность поверхности объекта.

Следовательно, неравномерность влияет на характеристики конечного продукта. В случае сборных компонентов поверхностная характеристика влияет на характеристики конечного продукта, включая трение, долговечность, рабочий шум, потребление энергии и герметичность. Особенности поверхности также влияют на качество продукта, например способность бумажных изделий удерживать чернила / пигмент или лак.

.Профиль поверхности

- Сравнение методов измерения | Ресурсы

Профиль поверхности - сравнение методов измерения
Дэвид Бимиш, DeFelsko Corporation

Аннотация: Характеристики покрытия зависят от высоты профиля на стальной поверхности. Для измерения этого профиля поверхности доступны три типа устройств: точная копия ленты, глубинные микрометры с заостренными зондами и щупы для измерения шероховатости. В этой статье представлены результаты недавнего анализа измерений, проведенных с помощью устройств трех типов на стали, подвергнутой пескоструйной очистке с использованием различных взрывоопасных сред, и предложен новый метод измерения глубины в микрометре, называемый средним из максимальных пиков.

ВВЕДЕНИЕ

Стальные поверхности часто подвергаются абразивной очистке перед нанесением защитных покрытий. Этот процесс удаляет предыдущие покрытия и делает поверхность шероховатой для улучшения адгезии покрытия. Результирующий профиль поверхности или рисунок якоря состоит из сложного рисунка пиков и впадин, которые необходимо точно оценить, чтобы обеспечить соответствие техническим условиям работы или контракта.

Специалисты по защитным покрытиям могут использовать несколько методов тестирования для определения профиля поверхности.Доступно мало информации, чтобы помочь им выбрать инструмент или сравнить результаты различных методов.

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Стальная поверхность после пескоструйной очистки состоит из случайных неровностей с пиками и впадинами, которые сложно охарактеризовать. Инструменты, которые могут измерять этот профиль с высокой степенью точности, такие как сканирующие электронные микроскопы, подходят только для лабораторного использования. Желательны полевые методы. Часто указываются диапазоны профиля поверхности, и рекомендуемый профиль поверхности различается для различных типов покрытий.

Определение профиля поверхности зависит от его определения. ISO 1 8503-1 2 определяет его как высоту основных пиков относительно основных впадин. ASTM 3 D7127 4 описывает это как положительные и отрицательные вертикальные отклонения, измеренные от средней линии, приблизительно в центре оцениваемого профиля. ASTM D4417-11 5 в настоящее время вообще не определяет профиль, но описывает 3 различных метода измерения (компараторы A-профиля, микрометры глубины B и лента реплики C).

Рис.1 Методы измерения профиля поверхности ASTM

В отрасли нет эталонов профиля со значениями, отслеживаемыми Национальным институтом метрологии. Если бы они это сделали, инструменты можно было бы проверять на соответствие этим стандартам, можно было бы публиковать заявления о точности, и у пользователей были бы средства сопоставления своих результатов. Стандарты могут определять отношение значений, полученных с реплики ленты, к значениям, полученным с микрометров глубины, и так далее.

Не имея физических стандартов, промышленность выбрала метод судейства.NACE 6 , ASTM и ISO описывают высоту профиля поверхности как расстояние, измеренное от вершины наивысшего пика до низа самой нижней впадины в поле зрения оптического микроскопа. Микроскоп фокусируется на самом высоком пике в поле зрения. Расстояние, которое проходит линза, чтобы сфокусироваться на самой нижней впадине в пределах того же поля зрения, представляет собой единичное измерение высоты профиля. Среднее арифметическое 20 таких измерений дает среднюю максимальную высоту от пика до впадины.Другими словами, среднее из максимальных пиков.

Рис.2 Компьютерное изображение поверхности стали, очищенной струйной очисткой (слева). Обработанная поверхность (справа).

Метод микроскопа непрактичен в полевых условиях, поэтому крупные организации поддерживают ряд альтернативных методов, которые практичны и регулярно используются инспекторами.

ISO производит компараторы профиля поверхности для стали, подвергнутой пескоструйной или абразивной очистке. 7 основаны на методе фокусирующего микроскопа.Используя визуальные или тактильные средства, пользователь сравнивает стальную поверхность с профилем каждого сегмента компаратора, чтобы применить соответствующую градацию «мелкий», «средний» или «крупный». Приложение B к ISO 8503-5 показывает, что существует хорошая корреляция между этими компараторами и измерениями с помощью дублирующих лент и щупов. Не существует метода ISO для измерения глубинных микрометров, и не следует использовать глубинные микрометры для измерения на компараторах профиля из-за недостаточной плоскостности компараторов.

NACE RP0287 также показывает 8 реплики ленты и результаты измерений с фокусирующего микроскопа согласуются в пределах их доверительной вероятности (два стандартных отклонения) в 11 из 14 случаев.

REPLICA TAPE

Репликационная лента проста, относительно недорогая и хорошо коррелирует с результатами фокусирующего микроскопа. Неудивительно, что он стал, возможно, самым популярным полевым методом измерения профиля поверхности.

Лента-копия состоит из слоя сжимаемого пенопласта, прикрепленного к несжимаемой полиэфирной основе с очень однородной толщиной (2 мил +0,2 мил 9 ). При нажатии на шероховатую стальную поверхность пена схлопывается и образует отпечаток на поверхности.Поместив сжатую ленту между упорами микрометрического толщиномера и вычтя вклад несжимаемой подложки, 2 мил, можно измерить профиль поверхности.

Рис.3 Реплика ленты

Согласно ISO 8503-5 «Этот метод измеряет« средний максимальный профиль от пика до впадины », потому наковальни микрометрического калибра слегка сглаживают профиль реплики, так что показание соответствует среднему максимальному значению, хотя это не то же самое, что среднее математическое.Итак, снова у нас есть метод, который по сути измеряет среднее значение максимальных пиков.

В последние годы стали популярными два других метода измерения профиля: прибор для измерения шероховатости щупа (Stylus - ASTM D7127) и глубиномер (ASTM D4417, метод B). Электронные версии этих инструментов имеют то преимущество, что они снижают влияние оператора, а также собирают и анализируют данные измерений в цифровом виде.

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ СТИЛЮСА

Портативное устройство для измерения шероховатости поверхности щупа работает, протягивая щуп с постоянной скоростью по поверхности.Инструмент записывает расстояние, которое проходит игла вверх и вниз, когда она проходит по поверхности. Он измеряет Rt в соответствии с ISO 4287 10 , где Rt - это расстояние по вертикали между самым высоким пиком и самой низкой впадиной в пределах любой заданной оценочной длины 0,5 дюйма. Сделаны пять из этих кривых, и значения Rt усреднены, чтобы снова получить среднее значение максимальных пиков.

Рис.4 Инструменты для измерения шероховатости иглы (показанные инструменты аналогичны тем, которые использовались в данном исследовании)

МИКРОМЕТРЫ ГЛУБИНЫ ПОВЕРХНОСТНОГО ПРОФИЛЯ

Глубиномер имеет плоское основание, которое опирается на поверхность, и подпружиненный зонд, который опускается во впадины профиля поверхности.Плоское основание опирается на самые высокие пики, поэтому каждое измерение представляет собой расстояние между самыми высокими локальными пиками и конкретной впадиной, в которую выступил острие.

Рис. 5 Глубинные микрометры (показанные инструменты аналогичны тем, которые использовались в этом исследовании)

В настоящее время ASTM D4417 требует, чтобы пользователь усреднял все измерения глубинных микрометров независимо от того, насколько низкими могут быть некоторые показания. Неудивительно, что окончательные результаты расчетов обычно меньше, чем результаты, полученные с помощью лент и стилуса.Данное исследование подтвердило это предположение (рис. 12). Иногда один из инструментов регистрировал значения на уровне результатов ленты или выше, но это было исключением.

В прошлом году комитет ASTM D01.46 завершил 11 лабораторных циклических оценок точности и систематической погрешности для этого метода, попросив участников измерить пять испытательных панелей из стали, подвергнутой струйной очистке, с помощью дубликата ленты и трех щупов. Они выбрали щупы с адекватным вертикальным диапазоном, чтобы их можно было использовать для измерения сравнительно шероховатых поверхностей, представляющих интерес для индустрии покрытий и футеровок.Даже в этом случае профиль на некоторых панелях превышал пределы измерения некоторых выбранных инструментов.

Предварительные результаты подтвердили тесную взаимосвязь между репликой ленты и методами шероховатости щупа, как и заключил ISO. Когда результаты будут опубликованы в следующем году, профессионалы отрасли получат доступ к надежным данным корреляции.

Остается только метод глубинного микрометра без сравнительного исследования. Чтобы обеспечить корреляцию между всеми тремя типами устройств, в этой статье предлагается анализировать измерения глубинными микрометрами с использованием метода, который дает результаты, аналогичные результатам с лентой и иглой, и соответствует их целям измерения, метод, называемый «средним из максимальных пиков».

Чтобы получить это значение, профиль измеряется в достаточном количестве точек для характеристики поверхности, обычно в пяти. В каждом месте снимается десять показаний и фиксируется максимальное значение. Среднее значение (среднее) для всех местоположений сообщается как профиль поверхности.

Толчком к этому исследованию послужило прошлогоднее предварительное тестирование панелей ASTM с помощью одного глубинного микрометра. Как показано на рисунке 6, когда использовался метод анализа среднего максимума пиков, результаты глубинных микрометров точно совпадали с результатами ленты и щупа.

Рис. 6 Предварительные результаты на 5 панелях ASTM

РЕЗЮМЕ ИСПЫТАНИЯ

Для подтверждения этих результатов из KTA Labs 11 были получены двадцать панелей, подвергнутых пескоструйной очистке с использованием обычных типов сред, и пять стандартных микрометров глубины. Пять человек провели по 50 измерений на каждой панели с каждым прибором в контролируемой офисной среде, получив в общей сложности 5000 показаний.

На каждой панели было снято минимум 3 реплики измерения ленты и усреднено.Когда результаты попадали во внешние области диапазона ленты, дополнительные измерения были получены с лентой следующего уровня и усреднены в соответствии с инструкциями производителя. Для сравнения измерения шероховатости иглы были получены с помощью трех обычных полевых приборов. Наконец, показания основного металла (BMR) для каждой панели были получены с помощью измерителей толщины магнитного покрытия Типа 1 и Типа 2.

Рис. 7 Места измерения панели для каждого метода

ПРИБОРЫ DFT

Зонды DFT измеряют расстояние от наконечника зонда до магнитной плоскости в стали.На гладкой стали магнитная плоскость совпадает с поверхностью стали. На необработанной стали магнитная плоскость находится где-то между наивысшим пиком и самой нижней впадиной профиля, это положение может отличаться в зависимости от типа прибора. Поэтому шероховатость обычно приводит к тому, что инструменты DFT показывают высокое или положительное значение.

SSPC-PA 2 и другие стандарты требуют применения поправочного коэффициента для компенсации этого эффекта шероховатости. Обычно пластиковую прокладку кладут на оголенный профиль и измеряют с помощью прибора DFT.Калибр настраивают так, чтобы результат соответствовал толщине регулировочной шайбы. Прокладка имитирует скопление краски на выступах, а регулировка гарантирует, что измерения толщины краски будут производиться от среднего уровня выступов профиля, а не от магнитной плоскости.

Для количественной оценки влияния профиля на измерители DFT были проведены измерения на всех панелях с помощью приборов типа 1 (механический отрыв) и типа 2 (электронные) после первой проверки нуля на гладкой плоской стали.Для каждой панели был записан средний результат пяти измерений.

На инструмент Типа 1 профиль меньше всего повлиял, и максимальное значение измерения на самой шероховатой поверхности составляло 0,3 мил. Прибор типа 2 измерял между минимальным значением 0 на поверхности, подвергнутой пескоструйной обработке стеклянными шариками, и максимальной величиной 1,2 мил на поверхности, подвергнутой дробеструйной обработке S390. В целом, инструмент DFT дал результаты толщины, которые находились в диапазоне от 1 до 26% от высоты профиля поверхности, измеренной с помощью реплики ленты, в среднем 13% по всем панелям.

Рис. 8 Сравнение результатов измерения ТСП с результатами на реплике ленты

ОБЩИЕ НАБЛЮДЕНИЯ - ИЗМЕРЕНИЕ ПРОФИЛЯ ПОВЕРХНОСТИ

Некоторая шероховатость поверхности превышает измерительные возможности методов ленты и щупа. Хорошая практика предполагает, что коммерческие сорта ленты позволяют измерять средний профиль от пика до впадины от 0,5 до 5,0 мил. Все глубинные микрометры, использованные в исследовании, имели расширенные диапазоны, подходящие для измерения стальных поверхностей после струйной очистки, и не превышали максимальные значения ни на одной из панелей.

Несколько панелей имели области, где все типы инструментов производили высокие значения профиля. Эти расхождения могли быть вызваны непостоянным характером ручного взрыва. Можно предположить, что на более крупных поверхностях будут аналогичные неровности.

Невозможно было протестировать каждое устройство в одном и том же месте на каждой панели (рис.7). Реплика ленты исследовала относительно большую площадь, что потребовало меньшего количества измерений для адекватной характеристики поверхности. Методы щупа и глубинного микрометра имеют зонды с тонкими наконечниками, которые отбирают гораздо меньшую площадь поверхности и, следовательно, требуют большего количества измерений для адекватного определения характеристик поверхности.Руководства ISO, ASTM, NACE и SSPC учитывают это.

Все методы требовали первоначальной настройки и проверки точности перед началом тестирования.

  • Метод реплики ленты требует проверки микрометрической точности по известной толщине, такой как пластиковая прокладка, и ее циферблат отодвинут на 2 мил, чтобы учесть несжимаемый пластиковый слой. Во время испытания пришлось внести незначительные корректировки, чтобы компенсировать микрометрический дрейф.
  • Измерители шероховатости Stylus требовали наибольшей настройки.Была введена надлежащая длина оценки, были установлены такие отчетные параметры, как Rpc (количество пиков) и Rt (максимальная высота от пика до впадины на длине оценки), и инструмент необходимо было аккуратно разместить на очищенной стальной поверхности.
  • Глубинные микрометры проверяли на нуле на стеклянной пластине и на прокладке известной толщины до и после каждой серии из 50 измерений. На протяжении всего теста ни один прибор не отклонялся от нуля.

Круги наблюдались на некоторых панелях после тестирования с репликой ленты.Считается, что они были результатом того, что микроскопические частицы вдавились в пену и уносились, когда пена отслаивалась. Царапины наблюдались на некоторых панелях после тестирования с помощью стилусов. Считается, что стальная поверхность была слегка изменена, поскольку игла с алмазным наконечником была проведена по выступам (рис.9).

Рис.9 Увеличенное изображение стали, подвергнутой пескоструйной обработке гранатом, с царапиной

Увеличенное изображение

Во время испытаний становится ясно, что результаты измерения профиля отдельной поверхности менее воспроизводимы и имеют больше вариаций, чем пользователи ожидают от других форм промышленных измерений например, определение толщины сухой пленки (DFT), температуры или блеска.Хотя можно ожидать, что два измерения DFT будут очень близкими, два измерения профиля поверхности могут значительно отличаться. Такова природа обработанной поверхности.

Например, на панели, подвергнутой пескоструйной очистке смесью крупного и мелкого ставролитового песка, размеры реплики ленты находились в диапазоне от 1,8 до 2,9 мил, щупа - от 1,8 до 2,8 мил, а глубина микрометра - от 0 до 5,6 мил. Тем не менее, все три метода дали окончательный результат «среднего максимальных пиков» примерно 2.5 мил.

Однако так же часто эти три метода давали не столь близкие результаты. Иногда результаты с использованием ленты и стилуса различаются на 30%. На 2 панелях, обработанных дробью S280 и оксидом алюминия # 100 меш, реплика ленты показала 2,7 мил на обеих, в то время как метод щупа показал в среднем меньше 2,2 мил на обеих. Напротив, на кварцевом песке BX-40 реплика ленты показывала 1,5 мил, в то время как метод щупа показал в среднем более 1,9 мил. Средние значения, полученные от трех щупов, были выше, чем значения на репликах ленты для всех 4 панелей, подвергнутых пескоструйной очистке, и ниже для всех панелей, подвергнутых пескоструйной и оксидной очистке.На рисунке 12 представлена ​​сводка результатов сравнения реплики ленты и щупа.

НАБЛЮДЕНИЯ - ИЗМЕРЕНИЕ ГЛУБИННЫМ МИКРОМЕТРОМ

При выполнении измерений профиля поверхности глубинными микрометрами наблюдались следующие моменты:

  1. Рыхлый загрязнитель поверхности: На нескольких панелях были получены измерения с высокими выбросами, которые не использовались в окончательном анализе. Участники сообщили, что инструменты «качнулись» на поверхности. Это предупредило их о проблеме поверхностных загрязнителей, поэтому они избегали этих участков.
  2. Варианты показаний: На панелях, подвергнутых пескоструйной очистке, было меньше отклонений в измерениях по сравнению с панелями, обработанными стеклянными шариками. Из 250 измерений, выполненных одним прибором на панели размером 4 x 6 дюймов x 1/8 дюйма, обработанной гранатом, результаты находились в диапазоне от 0,2 до 1,9 мил. Когда были усреднены только самые высокие показания, результат 1,2 мил был близок к результатам ленты и щупа.

    Иногда регистрировались низкие показания, близкие к нулю. Вероятно, они были вызваны тем, что большой пик подтолкнул наконечник зонда вверх около плоскости ножки прибора.Усреднение только максимальных значений предотвращает влияние этих низких значений на конечный результат.

    Также представляет интерес максимальное значение 1,9 мил в приведенном выше примере. Казалось бы, это указывает на единственную глубокую впадину, в которую опускается наконечник зонда, на большой пик в профиле, который поднимает основание глубинного микрометра, или на волнистость поверхности. В любом случае, это был только один результат из многих, которые были усреднены для получения значимого измерения профиля.

  3. Количество измерений для анализа: Когда было снято только 3 показания в каждом месте на панелях, результаты не коррелировали с результатами на магнитной ленте, что свидетельствует о недостаточном количестве показаний.Когда использовалось 5 отсчетов на одно место, окончательные результаты были ближе к результатам на магнитной ленте. Увеличение числа считываний до 10 для каждого местоположения (согласно ASTM) удалило очевидную случайность в результатах и ​​обеспечило лучшую корреляцию с методами ленты и щупа. Дополнительные измерения мало повлияли на улучшение результатов.

    Уменьшение количества мест с 5 до 3 мало повлияло на общие результаты. Это говорит о том, что минимум 10 показаний в каждом из 3 мест в достаточной степени характеризует поверхность профиля после взрыва.

  4. Разница в результатах для глубинных микрометров: Глубинные микрометры, использованные в этом исследовании, имели наконечники зондов, обработанные под углом 30 ° и 60 °. Их пружинное давление составляло от 70 до 125 г. Инструменты с датчиком 30 ° часто дают более низкие результаты, чем инструменты с датчиком 60 °. Инструменты со слабыми зондами обычно дают более низкие результаты, чем инструменты с сильными зондами. Это говорит о том, что угол наконечника зонда и сила на конце зонда влияют на результаты измерения (рис.10).

    Были исследованы фотографии наконечников зондов с высоким разрешением. Все наконечники правильно измеряли 30 или 60 °, как рекламируется, но их радиусы значительно различались. Некоторые были правильно округлены. У других были плоские или точеные концы (рис. 11).

Рис.10 Результаты всех глубинных микрометров
Рис.11 Фотографии низкого и высокого разрешения различных наконечников глубинных микрометров
  1. Методы анализа: Когда 50 показаний каждого глубинного микрометра усредняются в соответствии с ASTM D4417 , результирующие измерения высоты профиля почти всегда были ниже, чем у ленты и щупа.Когда усреднялись только максимальные значения для каждого местоположения, результаты лучше коррелировали как с лентой, так и с пером (рис. 12).
Рис. 12 Сравнение методов измерения Результаты всех приборов одного типа объединены

ВЫВОДЫ И ВЫВОДЫ

Результаты этого исследования подтверждают тесную взаимосвязь между измерениями ленты и щупа, как впервые было продемонстрировано прошлогодним раундом ASTM Робин-тестирование. Результаты также выявили интересную информацию о третьем типе измерительного устройства, микрометрах глубины профиля поверхности, которые достигли результатов, сравнимых с результатами, полученными при использовании ленты и щупа, когда использовался метод анализа «среднее от максимальных пиков» (рис.12).

Поверхность подвергнутой струйной очистке стали в любой точке является случайным отклонением, поэтому необходимо снять ряд показаний. Цель оценки состоит в том, чтобы определить максимальное значение от пика до впадины. Индивидуальные измерения поверхности металлической поверхности, очищенной абразивно-струйной очисткой, значительно различаются от области к области на данной поверхности. Как эти измерения объединяются, зависит от параметра, необходимого для работы, который может быть средней высотой от пика до впадины, ее максимумом или даже чем-то еще.Используя метод анализа «среднего из максимальных пиков», глубинный микрометр дает надежные измерения профиля поверхности, которые близко коррелируют с результатами теста шероховатости на реплике ленты и щупа.

ЦИТАТЫ

  1. Международная организация по стандартизации (ISO), 1 rue de Varembé, Case postale 56, CH-1211, Geneva 20, Switzerland
  2. Подготовка стальной основы перед нанесением красок и сопутствующих материалов - Характеристики шероховатости поверхности стальных поверхностей, очищенных струйной очисткой - Часть 1: Спецификации и определения для компараторов профиля поверхности ISO для оценки поверхностей, очищенных абразивно-струйной очисткой
  3. ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428
  4. ASTM D7127 «Стандартный метод испытаний для Измерение шероховатости поверхности металлических поверхностей, очищенных абразивно-струйной очисткой, с использованием портативного электронного щупа »(Вест Коншохокен, Пенсильвания: ASTM)
  5. ASTM D4417« Стандартные методы испытаний для полевого измерения профиля поверхности стали, очищенной струйной очисткой »(Вест Коншохокен, Пенсильвания: ASTM)
  6. Из стандарта NACE RP0287-2002, «Полевые измерения профиля поверхности абразива Bla. st-очищенные стальные поверхности с помощью реплики ленты ».(Хьюстон, Техас: NACE, 2002)
  7. ISO 8503-2 Подготовка стальных поверхностей перед нанесением красок и сопутствующих продуктов - Характеристики шероховатости поверхности стальных поверхностей, очищенных струйной очисткой - Часть 2: Метод оценки профиля поверхности абразивно-струйной очисткой -очищенная сталь - Процедура сравнения
  8. Результаты круговых испытаний T-6G-19 целевой группы NACE. Отчет Технического комитета NACE 6G176 (отозван). «Чистота и формы якорей, доступные при центробежной струйной очистке новой стали» (Хьюстон, Техас: NACE International).(Доступно только в NACE International в качестве исторического документа.)
  9. Эта статистическая сводка была проведена с использованием британских единиц. Для перевода в метрические единицы используйте 1 мил = 25,4 микрона (мкм).
  10. ISO 4287: 1997 Геометрические характеристики изделия (GPS) - Текстура поверхности: Метод профиля - Термины, определения и параметры поверхности
  11. KTA-Tator, Inc. (KTA), 115 Technology Drive, Pittsburgh, PA 15275 USA.

ДЭВИД БИМИШ (1955 - 2019), бывший президент DeFelsko Corporation, нью-йоркского производителя портативных инструментов для испытания покрытий, продаваемых по всему миру.У него была степень в области гражданского строительства и более 25 лет опыта в разработке, производстве и маркетинге этих испытательных приборов в различных международных отраслях, включая промышленную окраску, контроль качества и производство. Он проводил обучающие семинары и был активным членом различных организаций, включая NACE, SSPC, ASTM и ISO.

.

Терминология шероховатости поверхности (площади) | Что такое шероховатость? | Введение в шероховатость

Алгоритм водораздела используется для разделения областей, которые используются при вычислении параметров объекта.
Вода наливается на поверхность ландшафта, течет по форме поверхности и достигает ямы. Продолжая лить воду, водные поверхности воды, заполняющей разные ямы, соприкасаются друг с другом.Набор этих точек соприкосновения представляет собой линию хребта, разделяющую долину. Тот же подход можно применить к области холма, инвертируя процесс по вертикали.

Пики и ямы просто должны быть выше или ниже других точек в их соответствующих окрестностях. По этой причине поверхность с мелкой шероховатостью может иметь огромное количество выступов и ямок. Применение алгоритма водораздела к таким поверхностям может привести к тщательной сегментации на мелкие области пиков и впадин.
Чтобы подавить эту чрезмерную сегментацию, используется метод отсечения Вольфа для удаления областей ниже определенного порога высоты / глубины.
Порог указывается в процентах от максимальной высоты (Sz) поверхности. Значение по умолчанию - 5%.

Область, которая соприкасается с границей области определения на высота материала c называется «открытой областью», а область, которая не находится, называется «закрытой областью». Высота c указывается в соотношении материала площади, значение по умолчанию - 50%.

Угловой спектр (график) Угловой спектр представляет собой график для определения направления укладки (или рисунка поверхности; линии роста волос в случае металла), составляющего поверхность.
Функция автокорреляции Функция автокорреляции используется для оценки периодичности шероховатости поверхности в направлении плоскости.
Линия курса Кривая, разделяющая соседние холмы
Дол Область вокруг ямы, так что все максимальные нисходящие пути заканчиваются в яме
Область определения Область определения - это часть области оценки, которая используется для определения параметра.
Оценка Область оценки - это часть поверхности с ограниченным масштабом, которая подлежит оценке.
F-оператор F-оператор удаляет форму с основной поверхности. Этот фильтр эквивалентен коррекции наклона, подавляя номинальную характеристику текстуры поверхности.
Высота Высота представляет собой расстояние между опорной поверхностью и каждой точки на шкале ограниченной поверхности. Точка ниже базовой плоскости имеет отрицательное значение.
Холм Область вокруг пика, так что все максимальные восходящие пути заканчиваются на пике
L-фильтр L-фильтр - это фильтр, удаляющий с поверхности самые крупные элементы накипи (фильтр верхних частот). Этот фильтр используется для удаления неровностей и других боковых компонентов с поверхности и, таким образом, позволяет извлекать только компоненты шероховатости.L-фильтр эквивалентен значению отсечки λc в JIS B 0633-2001.
Высота локального пика Перепад высот между пиком и ближайшей к нему седловой точкой, соединенной линией гребня
Высота местного приямка Перепад высот ямы и ближайшей к ней седловой точки, соединенной линией курса
пик Точка на поверхности, которая выше всех других точек в окрестности этой точки
Яма Точка на поверхности ниже всех других точек в окрестности этой точки
Первичная поверхность Первичная поверхность - это поверхность, полученная после S-фильтрации реальной поверхности.
Реальная поверхность

Реальная поверхность - это поверхность по данным измерений в направлении плоскости XY. Обычно обрабатываются данные о высоте.

Базовая поверхность

Базовая поверхность - это основа для поверхности с ограниченным масштабом и представляет собой плоскость на средней высоте оценки. площадь в соответствии с функцией текстуры поверхности ISO 25178.

Хребет Кривая, разделяющая соседние долины
S-фильтр S-фильтр - фильтр, удаляющий с поверхности мельчайшие элементы накипи (фильтр нижних частот). Этот фильтр эквивалентен значению отсечки λs в JIS B 0601-2001. В случае измерения шероховатости поверхности контактным способом устраняется шум от кромок.
S-F поверхность Поверхностный фильтр - это поверхность, полученная после применения F-оператора к первичной поверхности.
S-L поверхность Поверхность S-L - это поверхность, полученная после применения L-фильтра к поверхности S-F.
Седло Точка пересечения линий гребня и курсов
Поверхность с ограниченным масштабом

Поверхность с ограниченным масштабом означает поверхность S-F или поверхность S-L. Это эквивалент профиля шероховатости или профиля волнистости в профильном методе.

Поверхностный фильтр Поверхностный фильтр - это оператор фильтрации, применяемый к поверхности.
.

Смотрите также