plik Adobe PDF / Get full paper - Adobe PDF file

KOMISJA BUDOWY MASZYN PAN – ODDZIAŁ W POZNANIU
Vol. 27 nr 2
Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji
2007
PRZEMYSŁAW BORKOWSKI ∗ , GRZEGORZ CHOMKA ∗ ∗
EFEKTYWNOŚĆ USUWANIA POWŁOK LAKIERNICZYCH
WYSOKOCIŚNIENIOWĄ STRUGĄ WODNO-LODOWĄ
W artykule zaproponowano obróbkę opartą na specjalnej odmianie wysokociśnieniowej strugi
wodnej domieszkowanej cząstkami suchego lodu CO2. Zaprezentowano wyniki najnowszych badań
własnych nad przydatnością wysokociśnieniowej strugi wodno-lodowej do usuwania powłok lakierniczych z materiałów stosowanych w konstrukcjach lotniczych.
Słowa kluczowe: usuwanie powłok lakierniczych, wysokociśnieniowa struga wodno-lodowa
1. WPROWADZENIE
Wysokociśnieniowa struga wodno-ścierna z powodzeniem jest stosowana
w różnych gałęziach przemysłu do cięcia materiałów i obróbki powierzchniowej
oraz usuwania warstw i powłok. Są takie dziedziny, jak przemysł spożywczy,
chirurgia lub czyszczenie delikatnych powierzchni technicznych, gdzie ze zrozumiałych względów tego rodzaju strugi także mogą być stosowane. Aby jednak
zachować w miarę dużą efektywność obróbki, coraz częściej stosuje się strugę
wodno-lodową, która na ogół jest narzędziem przyjaznym dla środowiska. Drobiny lodowe miotane w takiej strudze z dużą prędkością na powierzchnię obrabianą
powinny mieć właściwości erozyjne zapewniające dużą efektywność czyszczenia i
brak kłopotliwych pozostałości poobróbkowych. Niejednokrotnie także stosuje się
granulki suchego lodu CO2 rozpędzane powietrzem [9, 10, 15], dzięki czemu taka
struga po delikatnym czyszczeniu np. układów elektronicznych [12] przechodzi
w fazę gazową i ulatnia się. Tego rodzaju strugi gazowo-lodowe znajdują zastosowania nie tylko w elektronice, ale także w technologiach próżniowych, w kształtowaniu i kondycjonowaniu powierzchni, optyce, medycynie czy mechanice precyzyjnej. Znane są także wyniki zaawansowanych prac badawczych nad zastosowaniem wysokociśnieniowej techniki hydrostrumieniowej do czyszczenia
∗ Dr hab.
∗∗ Dr inż.
inż.
Centrum Niekonwencjonalnych Technologii Hydrostrumieniowych Politechniki Koszalińskiej.
54
P. Borkowski, G. Chomka
powierzchni szybów petrochemicznych [13], wewnętrznej powierzchni zbiorników i rur [17], a także form odlewniczych [16] czy wypłukiwania materiałów
wybuchowych z amunicji wielkokalibrowej [7, 8].
Od kilkunastu lat szczególną wagę przywiązuje się do badań nad zastosowaniem strugi cząstek lodowych do delikatnego usuwania lakierniczych pokryć
z kadłubów samolotów. Chodzi tu zwłaszcza o szybko zużywające się zewnętrzne powierzchnie natarcia skrzydeł i tych części kadłuba, których powłoki pod
wpływem deszczu i innych zjawisk atmosferycznych podlegają intensywnej
erozji [10, 11]. Struga cząstek suchego lodu CO2 może służyć do usuwania różnych powłok z powierzchni samolotu oraz szczeliw i lepiszczy [9, 14], bez
większej obawy zmniejszenia wytrzymałości zmęczeniowej poszycia samolotu.
Do takiej obróbki może być również zastosowana struga wodno-lodowa, gdyż
odznacza się ona korzystną elastycznością. Jednak mimo licznych badań, w tym
również prac własnych [1÷7], nad taką strugą technologia ta wciąż nie została
dopuszczona do tego rodzaju operacji obróbkowych.
Niniejszy artykuł ma przybliżyć wyniki najnowszych badań własnych nad przydatnością wysokociśnieniowej strugi wodno-lodowej do usuwania powłok lakierniczych z materiałów stosowanych w konstrukcjach lotniczych.
2. WARUNKI BADAŃ
W doborze materiałów stanowiących podłoże do naniesienia powłok lakierniczych kierowano się głównie ich stosowaniem w konstrukcjach lotniczych.
Z tego względu używano blach ze stopu aluminium z domieszkami magnezu
i manganu (gatunku PA2), z nierdzewnej stali chromo-niklowej (gatunku
X5CrNi18-10) oraz z polimetakrylanu metylu PMMA. Próbki do badań odtłuszczano i pokrywano najpierw dwiema warstwami farby podkładowej (podkład
ftalowy do metalu), a następnie nawierzchniowymi powłokami lakierniczymi ze
specjalnej emalii ftalowej karbomidowej.
Prace badawcze prowadzono na prototypowym stanowisku zbudowanym z
wykorzystaniem stacjonarnego hydromonitora z trójnurnikową pompą wodną
służącą do wytwarzania wysokociśnieniowej strugi wodnej. Jako peryferyjne
urządzenie technologiczne stosowano wysokociśnieniowy pistolet, na którego
lufie osadzano koncentryczny tryskacz [4] z rurową kierownicą o zmiennej długości oraz odpowiednią dyszą wielootworową. Stosowano przy tym koncentryczne dysze mające zróżnicowaną liczbę (4, 6 lub 8) i średnicę (1, 1,2 lub
1,5 mm) otworów wodnych.
Ostateczne formowanie strugi wodno-lodowej następowało właśnie
w tryskaczu, który był zasilany wodą pod wysokim ciśnieniem i granulatem
suchego lodu CO2. Granulki tego lodu, wytwarzane według niemieckiej technologii [15], mają temperaturę około 195 K (–78oC) i twardość zbliżoną do gipsu
Efektywność usuwania powłok lakierniczych wysokociśnieniową strugą wodno-lodową
55
(2÷3 w skali Mohsa). W badaniach tych stosowano zróżnicowane ciśnienie wody – od 20 do 50 MPa, a wydatek suchego lodu zmieniano w zakresie
104÷208 kg/h.
3. BADANIA PRZYDATNOŚCI TRYSKACZA
O właściwościach wysokociśnieniowej strugi wodnej wytwarzanej w tryskaczu decydują głównie koncentryczna dysza wielootworowa i kierownica. Istotna
rola tych elementów narzuca konieczność badania ich przydatności w pierwszej
kolejności. Do badań użyto dziewięciu dysz koncentrycznych śrubowych o
zróżnicowanej liczbie i średnicy otworów wodnych. Badania wykazały, że niezależnie od rodzaju materiału podłoża, ciśnienia strugi wodnej, a także wydatku
suchego lodu CO2 największą powierzchniową wydajność usuwania powłok
lakierniczych zapewnia dysza czterootworowa o średnicy otworów wodnych
dw = 1,2 mm. Przykładową ilustracją takich wyników może być histogram
przedstawiony na rys. 1. Stwierdzono ponadto, że nadmierne zwiększenie liczby
κ = 90°, t = 30 s)
Fig. 1. Concentric nozzle water holes number
(nw) and it’s diameter (dw) influence on twolayer base paint stripping effectiveness for PA2
alloy (pw = 35 MPa, m& L = 156 kg/h, Lk = 200 mm,
l2 = 250 mm, κ = 90°, t = 30 s)
0,60
0,50
QF [m2/h]
Rys. 1. Wpływ liczby (nw) i średnicy (dw) otworów wodnych dyszy koncentrycznej na wydajność usuwania dwuwarstwowej farby podkładowej ze stopu aluminium PA2 (pw = 35 MPa,
m& L = 156 kg/h, Lk = 200 mm, l2 = 250 mm,
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
4
nw
6
8
1
1,2
1,5
dw [mm]
i średnicy otworów wodnych w dyszach prowadzi do „dławienia się” dyszy
nadmiarem doprowadzonej wody i rozpraszania jej energii, co powoduje spadek
powierzchniowej wydajności usuwania powłok lakierniczych. Analogiczna zależność występuje dla wszystkich rodzajów badanych materiałów podłoża, niezależnie od liczby warstw farby podkładowej i nawierzchniowej.
Badania długości kierownicy tryskacza wykazały, że stosowanie zbyt krótkich kierownic powoduje szybką aerację wytwarzanej strugi wodno-lodowej,
która traci zwartość, ulega intensywnemu rozpadowi, a to prowadzi do zmniejszenia jej energii i erozyjności. Z kolei zwiększanie długości kierownicy tryskacza powoduje zmniejszenie aeracji strugi wodnej i zwiększenie jej siły naporu,
jednak nadmierny wzrost jej długości także nie jest korzystny. Z powyższych
56
P. Borkowski, G. Chomka
względów najkorzystniejsza długość kierownicy tryskacza, zapewniająca maksymalną powierzchniową wydajność obróbki, wynosi 200 mm (rys. 2).
0,9
Q F = -3E-05L k2 + 0,0127L k - 0,5825
0,8
R2 = 0,9986
0,7
0,5
2
QF [m /h]
0,6
Q F = -2E-05L
2
k
+ 0,0088L k - 0,4
R2 = 0,9978
0,4
0,3
0,2
0,1
Q F = -1E-05L
2
k
m L=208 kg/h
m L=156 kg/h
m L=104 kg/h
+ 0,0052L k - 0,2399
2
R = 0,9992
0,0
75
100
125
150
175
Lk [mm]
200
225
250
275
Rys. 2. Wpływ długości kierownicy
tryskacza na wydajność usuwania
dwuwarstwowej farby podkładowej
ze stopu aluminium PA2 (TS =
= 4 × 1,2 mm, l2 = 250 mm, pw =
= 35 MPa, κ = 90°, t = 30 s)
Fig. 2. Jet working length influence on
two-layer base paint stripping effectiveness for PA2 alloy (TS = 4×1,2 mm,
l2 = 250 mm, pw = 35 MPa, κ = 90°,
t = 30 s)
4. OKREŚLENIE DŁUGOŚCI I KĄTA NATRYSKU STRUGI
Długość roboczej części strugi wodno-lodowej oraz kąt jej natrysku decydują
o geometrii prowadzenia tryskacza względem obrabianej powierzchni. Korzystne wartości tych parametrów można określić na podstawie analizy powierzchniowej wydajności usuwania powłok lakierniczych w funkcji roboczej długości
strugi. Odpowiednim tego przykładem mogą być wykresy sporządzone dla próbek ze stopu aluminium PA2 (rys. 3). Na podstawie analizy uzyskanych wyników stwierdzono, że najbardziej korzystna długość strugi roboczej to l2 =
= 250 mm.
Bardzo istotny wzrost efektywności usuwania powłok lakierniczych za pomocą strugi wodno-lodowej uzyskuje się podczas jej natrysku zbliżonego do
prostopadłego. Typową ilustracją powierzchniowej wydajności usuwania powłok lakierniczych strugą wodno-lodową w funkcji kąta natrysku są przykładowe wykresy zamieszczone na rys. 4. Bez względu na rodzaj materiału podłoża
i sposobu wykonania powłoki lakierniczej największą wydajność usuwania takich powłok uzyskuje się, stosując kąt natrysku w granicach od 60° do 120°.
Charakter tych wykresów w zasadzie nie ulega zmianie podczas stosowania
różnego wydatku suchego lodu, ciśnienia strugi wodno-lodowej oraz liczby
warstw powłoki lakierniczej. Ponadto dla zmiennych wartości długości kierownicy tryskacza oraz roboczej długości strugi optymalna wartość kąta natrysku
strugi κ wynosi również 90°.
Efektywność usuwania powłok lakierniczych wysokociśnieniową strugą wodno-lodową
a
57
b
0,28
0,40
0,26
Q F = 1E-08l 23 - 1E-05l 22 + 0,0041l 2 - 0,1912
0,24
R2 = 0,9921
Q F = 2E-08l
R2 = 0,9924
0,35
3
2
- 2E-05l 22 + 0,0062l 2 - 0,304
0,22
0,30
0,20
0,25
QF [m2/h]
QF [m2/h]
0,18
0,16
0,14
0,12
0,10
Q F = 9E-09l 23 - 1E-05l 22 + 0,0037l 2 - 0,1903
R2 = 0,9955
0,20
0,15
0,08
0,10
0,06
0,04
0,02
0,00
100
Q F = 1E-08l
R2 = 0,992
pw =35 MPa
pw =20 MPa
150
200
250
300
350
400
3
2
- 1E-05l 22 + 0,0043l 2 - 0,2637
pw =35 MPa
pw =20 MPa
0,05
0,00
100
450
150
200
250
l2 [mm]
300
350
400
450
l2 [mm]
Rys. 3. Wpływ roboczej długości strugi na wydajność usuwania czterowarstwowej farby ze stopu
aluminium PA2 strugą wodno-lodową o wydatku suchego lodu: a) m& L = 104 kg/h,
b) m& L = 156 kg/h (TS = 4×1,2 mm, Lk = 200 mm, κ = 90°, t = 30 s)
Fig. 3. Jet working length influence on four-layer base paint stripping effectiveness for PA2 base
material using following water-ice jet parameters: a) m& L = 104 kg/h, b) m& L = 156 kg/h (TS =
= 4×1,2 mm, Lk = 200 mm, κ = 90°, t = 30 s)
0,60
pw =35 MPa
pw =20 MPa
0,55
0,50
= 156 kg/h, l2 = 250 mm, t = 30 s)
0,45
0,40
QF [m2/h]
Rys. 4. Wpływ kąta natrysku strugi na
wydajność usuwania dwuwarstwowej
farby ze stopu aluminium PA2 (TS =
= 4×1,2 mm, Lk = 200 mm, m& L =
= 156 kg/h, l2 = 250 mm, t = 30 s)
Fig. 4. Jet spraying angle influence on
two-layer base paint stripping effectiveness for PA2 alloy (TS =
= 4×1,2 mm, Lk = 200 mm, m& L =
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
0
15
30
45
60
75
90
105
120
135
150
165
180
κ [ ο]
5. OKREŚLENIE WYDATKU SUCHEGO LODU
Na podstawie wyników badań stwierdzono, że zawartość granulatu suchego
lodu w wysokociśnieniowej strudze wodno-lodowej jest istotnym parametrem
wpływającym na wydajność usuwania powłok lakierniczych. W początkowym
okresie zwiększanie masowego natężenia przepływu CO2 prowadzi do intensywnego wzrostu powierzchniowej wydajności usuwania powłok lakierniczych, po
czym obserwuje się występowanie maksymalnego, tzw. granicznego, wydatku
58
P. Borkowski, G. Chomka
CO2, który zapewnia największą wydajność obróbki. Dalszy wzrost wydatku suchego lodu prowadzi do powolnego spadku powierzchniowej wydajności usuwania powłok lakierniczych. Typowymi przykładami przebiegu tego zjawiska są
wykresy zamieszczone na rys. 5. Bardzo zbliżony charakter zależności występuje
także przy usuwaniu powłok lakierniczych z polimetakrylanu metylu PMMA.
a
b
0,35
0,25
Q F = -9E-08m
3
L
+ 4E-05m
2
L
- 0,003m
L
+ 0,1004
QF = -9E-08m L3 + 4E-05m L2 - 0,0025m L + 0,0791
R2 = 0,9963
0,30
R2 = 0,9972
0,20
QF [m2 /h]
2
QF [m /h]
0,25
pw=35 MPa
pw=20 MPa
0,15
0,10
p w=35 MPa
p w=20 MPa
0,20
0,15
0,10
0,05
Q F = -1E-07m
R2 = 0,9888
0,00
40
60
80
100
120
3
L
+ 4E-05m
2
L
- 0,0037m
L
0,05
+ 0,1077
QF = -1E-07m L3 + 5E-05m L2 - 0,0042m L + 0,1187
R2 = 0,9884
140
160
180
& [kg/h]
m
[kg/h]
m
L
L
200
220
240
260
280
0,00
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
& L [kg/h]
m
[kg/h]
m
L
Rys. 5. Wpływ wydatku suchego lodu CO2 na wydajność usuwania czterowarstwowych pokryć
lakierniczych: a) ze stali X5CrNi18-10, b) ze stopu aluminium PA2 (TS = 4×1,2 mm, Lk = 200 mm,
l2 = 250 mm, κ = 90°, t = 30 s)
Fig. 5. Dry-ice pellets rate influence on four-layer base paint stripping effectiveness for:
a) X5CrNi18-10 steel, b) PA2 (Examining conditions: TS = 4×1,2 mm, Lk = 200 mm, l2 = 250 mm,
κ = 90°, t = 30 s)
Na podstawie wykonanych badań można sformułować najogólniejszą zasadę,
że największą efektywność usuwania powłok lakierniczych strugą wodno-lodową CO 2 o niższych ciśnieniach (ok. 20 MPa) uzyskuje się przy wydatku
lodu ok. 150 kg/h, natomiast znacznie korzystniejsze efekty uzyskuje się przy
użyciu strugi o większych ciśnieniach (ok. 35 MPa) i wydatku lodu zwiększonym do poziomu co najmniej 200 kg/h. Należy ponadto zwrócić uwagę, że
zmiana grubości usuwanej powłoki lakierniczej powoduje w przybliżeniu proporcjonalne zmiany efektywności takiej obróbki.
6. ODDZIAŁYWANIE CIŚNIENIA STRUGI WODNEJ
Ze wzrostem ciśnienia strugi wodnej zwiększa się jej prędkość, a co za tym
idzie, prędkość cząstek suchego lodu CO2, które są przez nią rozpędzane. Dzięki
większej energii kinetycznej silniejsze jest oddziaływanie mechaniczne (udarowe) cząstek suchego lodu na obrabianą powierzchnię. Intensywniej przebiega
również sublimacja cząstek CO2 w strefie obróbki. Ponadto struga wodna o wyż-
Efektywność usuwania powłok lakierniczych wysokociśnieniową strugą wodno-lodową
59
szym ciśnieniu wywiera większą siłę na usuwaną powłokę lakierniczą. Dlatego
w wierzchnich warstwach lakierniczych szybciej dochodzi do rozklinowywania i
rozrywania powstających tam mikropęknięć. W konsekwencji obróbka strugą
wodno-lodową o wyższym ciśnieniu prowadzi do wzrostu powierzchniowej
wydajności usuwania powłok lakierniczych. Równocześnie należy mieć na uwadze, że struga wodna o wyższym ciśnieniu, mająca większą energię kinetyczną,
rozpędza większą masę suchego lodu do maksymalnej prędkości niż struga o
ciśnieniu niższym.
Okazało się przy tym, że mimo tak uwikłanych relacji występujących pomiędzy wszystkimi parametrami procesu finalna zależność wydajności usuwania
powłok lakierniczych od ciśnienia strugi wodno-lodowej jest właściwie wprost
proporcjonalna. Tego rodzaju zależności występują dla wszystkich rodzajów
badanych tu materiałów podłoża (rys. 6). Przykładowe wartości wskaźnika proporcjonalności wzrostu powierzchniowej wydajności usuwania dwóch warstw
farby podkładowej, określonego przy wydatku suchego lodu m& L = 104 kg/h, dla
różnych materiałów podłoża wynoszą odpowiednio: dla stopu aluminium PA2 –
W = 7,3×10–3 m2/h⋅MPa, dla plexiglassu – W = 8,1×10–3 m2/h⋅MPa, a dla stali
X5CrNi18-10 – W = 5,9×10–3 m2/h⋅MPa.
Z porównania obydwu grup wykresów (rys. 6) wynika, że zwiększenie wydatku granulatu suchego lodu o 50% powoduje wzrost wydajności usuwania
powłok lakierniczych od 170% (dla strugi o ciśnieniu wody 40 MPa) do ponad
240% (dla strugi o ciśnieniu wody 15 MPa). Świadczy to bezspornie o tym, że
zwiększanie wydatku granulatu lodowego (rys. 6b) skutecznie rozprasza energię
strugi wodnej – następuje wyraźne przytłumienie jej przepływu – co szczególnie
jest widoczne przy wyższych ciśnieniach strugi.
Stwierdzono ponadto, że dwukrotne zwiększenie grubości powłoki lakierniczej powoduje trzykrotne zmniejszenie wydajności jej usuwania.
Dla strugi wodno-lodowej o wydatku suchego lodu CO2 m& L = 104 kg/h zwiększenie ciśnienia z pw = 20 MPa do pw = 35 MPa powoduje ok. 50-procentowy
wzrost powierzchniowej wydajności usuwania powłok lakierniczych (rys. 6a).
Przy wydatku suchego lodu m& L = 156 kg/h identyczna zmiana ciśnienia strugi
wodnej prowadzi do mniejszego, bo 25-procentowego przyrostu powierzchniowej
wydajności usuwania powłok lakierniczych (rys. 6b). Występowanie tak niewielkiego wzrostu wydajności obróbki przy wydatku suchego lodu m& L = 156 kg/h jest
spowodowane tym, że dla strugi o ciśnieniu pw = 20 MPa występuje optimum
wydajności obróbki, które dla strugi o ciśnieniu pw = 35 MPa lokalizuje się dopiero przy masowym natężeniu suchego lodu m& L = 208 kg/h. Tak więc aby uzyskać strugę wodno-lodową o największej erozyjności, należy stosować ciśnienie
strugi wodnej pw = 35 MPa i wydatek suchego lodu m& L = 208 kg/h. Przy niższym ciśnieniu strugi wodnej, pw = 20 MPa, optymalny wydatek suchego lodu
60
P. Borkowski, G. Chomka
m& L = 156 kg/h. W przypadku usuwania dwóch warstw farby podkładowej z polimetakrylanu metylu PMMA strugą wodno-lodową o wydatku suchego lodu
CO2 m& L = 156 kg/h wskaźnik proporcjonalności wzrostu powierzchniowej wydajności usuwania powłok lakierniczych wraz ze zwiększaniem ciśnienia strugi
wodnej W = 8,2×10–3 m2/h⋅MPa. Dla próbek o podłożu ze stopu aluminium PA2
W = 6,5×10–3 m2/h⋅MPa, a dla stali X5CrNi18-10 W = 4,8×10–3 m2/h⋅MPa.
a
b
0,7
0,5
1
0,6
0,4
3
0,3
2
QF [m2 /h]
QF [m2/h]
2
0,5
1
3
0,2
0,4
0,3
1 QF = 0,0082p w + 0,3653
1 QF = 0,0081p w + 0,0985
R = 0,9979
2 QF = 0,0073p w + 0,069
0,1
R 2 = 0,9956
2 QF = 0,0065p w + 0,3197
0,2
2
R2= 0,9983
3 QF = 0,0059p w + 0,0405
R 2 = 0,997
3 QF = 0,0048p w + 0,2754
0,1
R 2 = 0,9936
R2= 0,9974
0,0
15
20
25
30
35
40
0,0
15
20
25
30
35
40
pw [MPa]
pw [MPa]
Rys. 6. Wpływ ciśnienia strugi wodno-lodowej: a) m& L = 104 kg/h, b) m& L = 156 kg/h, na wydajność
usuwania dwuwarstwowej farby podkładowej z: 1 – PMMA, 2 – stopu aluminium PA2, 3 – stali
X5CrNi18-10 (warunki badań: TS = 4×1,2 mm, Lk = 200 mm, l2 = 250 mm, κ = 90°, t = 30 s)
Fig. 6. Water-ice jet pressure influence on two-layer base paint stripping effectiveness for: a) m& L =
= 104 kg/h, b) m& L = 156 kg/h and 1 – PMMA, 2 – PA2, 3 –X5CrNi18-10 steel (Examining conditions:
TS = 4×1,2 mm, Lk = 200 mm, l2 = 250 mm, κ = 90°, t = 30 s)
7. WNIOSKI
Badania eksperymentalne umożliwiły określenie wpływu poszczególnych parametrów hydraulicznych i technologicznych procesu usuwania powłok lakierniczych na wydajność obróbki. Dzięki nim udało się ustalić korzystne warunki
decydujące o maksymalizacji powierzchniowej wydajności usuwania powłok
lakierniczych. Co najważniejsze, w przeprowadzonych badaniach [7] nie stwierdzono ujemnego oddziaływania takiej strugi na właściwości i strukturę powierzchni obrabianych materiałów podłoża.
Na podstawie analizy wyników badań sformułowano następujące wnioski
o charakterze ogólnym:
1. Dla przebadanego zakresu wydatku suchego lodu oraz ciśnienia strugi wodno-lodowej maksymalną powierzchniową wydajność usuwania powłok lakierni-
Efektywność usuwania powłok lakierniczych wysokociśnieniową strugą wodno-lodową
61
czych zapewnia stosowanie czterootworowej dyszy koncentrycznej o średnicy
otworów wodnych dw = 1,2 mm.
2. Początkowe zwiększanie długości kierownicy tryskacza do około Lk =
= 175 mm prowadzi do niemal proporcjonalnego wzrostu powierzchniowej wydajności usuwania powłok lakierniczych. Dalszy przyrost długości kierownicy
tryskacza sprawia, że osiąga się maksymalną powierzchniową wydajność obróbki
(dla Lk = 200 mm), po czym zwykle następuje niewielki jej spadek.
3. Zwiększaniu roboczej długości strugi wodno-lodowej odpowiada początkowo wzrost powierzchniowej wydajności usuwania powłok lakierniczych, aż do
wystąpienia jej wartości maksymalnej dla l2 = 250 mm. Dalszemu wzrostowi roboczej długości strugi na ogół towarzyszy stopniowy spadek powierzchniowej
wydajności obróbki.
4. Stosowanie kątów natrysku strugi wodno-lodowej w granicach od 60° do
120° zapewnia maksymalną powierzchniową wydajność usuwania powłok lakierniczych. Potwierdza to jednocześnie, że tego typu powłoki zachowują się jak materiały kruche [4].
5. Wraz ze wzrostem wydatku suchego lodu domieszkowanego do wysokociśnieniowej strugi wody uzyskuje się wzrost powierzchniowej wydajności usuwania powłok lakierniczych. Jednocześnie obserwuje się tzw. maksymalny graniczny
wydatek CO2, jakim należy domieszkować strugę wodną, przy którym osiąga się
największą powierzchniową wydajność usuwania powłok lakierniczych. Dalsze
zwiększanie wydatku suchego lodu zmniejsza skuteczność usuwania powłok lakierniczych.
6. Wzrost ciśnienia strugi wodnej zwiększa jej prędkość, a co za tym idzie,
prędkość cząstek suchego lodu, co powoduje na ogół wprost proporcjonalny przyrost powierzchniowej wydajności usuwania powłok lakierniczych. Uzyskuje się to
zwykle przy zwiększonym wydatku suchego lodu CO2.
Wyniki powyższych badań własnych upoważniają do stwierdzenia, że wysokociśnieniowa struga wodno-lodowa CO2 jest przydatna do usuwania powłok
lakierniczych z różnych materiałów, w tym także stosowanych w konstrukcjach
lotniczych.
LITERATURA
[1] Borkowski J., Borkowski P., Chosen issues of creation and application of high-pressure water-ice
jet, in: 2nd Int. Conf. on Water Jet Machining WJM 2001, Cracow 2001, s. 127–140.
[2] Borkowski J., Borkowski P., Chomka G., Thermodynamical aspects of highpressure water-ice jet
creation, Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2002, vol. 2, no. 1, s. 35–46.
[3] Borkowski P., Basis of highpressure water-ice jet creation and application for surface treatment, in:
Surface Treatment VI, Wessex Institute of Technology, Crete, Greece, 2003, s. 85–95.
[4] Borkowski P., Teoretyczne i doświadczalne podstawy hydrostrumieniowej obróbki powierzchni,
Koszalin, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej 2004.
62
P. Borkowski, G. Chomka
[5] Borkowski P., Borkowski J. i in., The basis of explosives washing-out technology from heavyartillery ammunition, in: 2007 WJTA American Waterjet Conf., Houston, Texas, USA.
[6] Borkowski P., Chomka G., Thermodynamics and kinematics creation of highpressure water-ice jet,
Scientific Book of Mechanical Department, Koszalin, 2002, no. 30 s. 127–138.
[7] Chomka G., Podstawy stosowania wysokociśnieniowej strugi wodno-lodowej do usuwania powłok
lakierniczych, praca doktorska, Politechnika Koszalińska 2006.
[8] Chukov A. N., Mihaylov A. V., Sladkov V. Y., Brenner V. A., Pushkarev A. E., Golovin
K. A., Water and ice technology for removing explosives from unused ammunition, in: 15th
Int. Conf. on Jetting Technology, Ronnesby 2000, s. 77–80.
[9] Groshart E., The new world of finishing. Paint stripping – new techniques, Metal Finishing,
1988, October, s. 33–34.
[10] Ivey R. B., Carbon dioxide pellets blasting paint removal for potential application on Warner
Robins Managed Air Force Aircraft, in: 1st Ann. Int. Workshop on Solvent Substitution,
Phoenix 1990, s. 88–90.
[11] Larson N., Low toxicity paint stripping of aluminum and composite substrates, in: 1st Ann.
Int. Workshop on Solvent Substitution, Phoenix 1990, s. 50–56.
[12] Rex J., A review of recent developments in surface preparation methods, Journ. of Protective Coatingd and Linings, 1990, October, s. 50–58.
[13] Russell J., Waterjet technology challenge to meet new expectation, in: 2001 WJTA American Waterjet Conf., Minneapolis, USA, Paper 50.
[14] Schmitz W. N., CO2 pellets blasting for paint stripping/coatings removal, in: 1st Ann. Int.
Workshop on Solvent Substitution, Phoenix 1990, s. 11–13.
[15] Spur G., Uhlmann E., Elbing F., Dry-ice blasting for cleaning: process, optimization and
application, Wear, 1999, vol. 233–235, s. 402–411.
[16] Tebbe J. J., Advanced high-pressure waterjet cleaning systems for investment casting foundries, in: 2001 WJTA American Waterjet Conf., Minneapolis, USA, Paper 52.
[17] Wolgamott J., House M., Wright D., Advanced waterblast tools pay for themselves, in:
2001 WJTA American Waterjet Conf., Minneapolis, USA, Paper 55.
Praca wpłynęła do Redakcji 23.03.2007
Recenzent: prof. dr hab. inż. Edward Wantuch
EFFECTIVENESS OF LACQUER COATING REMOVING
WITH HIGH-PRESSURE WATER-ICE JET
Summary
Lacquer coating removing with high-pressure water-ice jet is a new problem. It is very important especially in coating removing of the fuselage, while its fatigue strength couldn’t become
reduced during such operation. Proposed treatment method is based on a special kind of highpressure water-dry-ice CO2 jet usage. The new research results of such a kind treatment of aircraft
materials are also presented.
Key words: lacquer coating removing, high-pressure water-ice jet