Las superficies de acero se limpian con frecuencia mediante impacto abrasivo antes de la aplicación de recubrimientos protectores. El perfil superficie resultante, a veces denominado «patrón de anclaje», está compuesto por un complejo entramado de picos y valles que debe evaluarse con precisión para garantizar el cumplimiento de las especificaciones del trabajo o del contrato. Los parámetros medidos incluyen la altura del perfil, el número de picos, la densidad de picos y el aumento del área superficie (rugosidad).
En el sector de la « recubrimientos protectores », el « cinta réplica » se utiliza ampliamente para cuantificar el perfil de « superficie ». Sin embargo, al igual que ocurre con la mayoría de los demás métodos de « medición » sobre el terreno, la cinta solo determina la altura máxima del perfil. Se pueden obtener otras medidas de la textura de « superficie », no menos significativas, utilizando microscopios electrónicos o confocales, o perfilómetros láser interferométricos; pero estos instrumentos, de gran tamaño, complejos y costosos, no son adecuados para su uso sobre el terreno.
La cinta de réplica proporciona una copia inversa de una superficie de acero limpiada con chorro de arena. Este documento reexamina la cinta de réplica como fuente de otros parámetros del perfil de la superficie requeridos por los profesionales de los revestimientos. Explica cómo es posible obtener nueva y valiosa información de la cinta de réplica utilizando dispositivos de campo sencillos y de bajo costo.
Palabras clave: superficie ; perfil; réplica; cinta; rugosidad; adherencia ; rugosidad
Una superficie de acero superficie tras el granallado presenta irregularidades aleatorias con picos y valles que no resultan fáciles de caracterizar (fig. 1). Las características de la superficie granallada superficie permiten predecir la adherencia de la pintura. Si la rugosidad entre picos y valles es insuficiente, la pintura no se adherirá. Si la rugosidad entre picos y valles es excesiva, los picos más altos pueden sobresalir a través de la pintura y convertirse en focos de corrosión.
Los profesionales del sector de los recubrimientos tienen a su disposición diversos métodos de medición , entre los que se incluyen los microscopios de enfoque, superficie los comparadores, los micrómetros de profundidad y palpador los medidores de rugosidad. Cada uno de ellos proporciona una parte de la información. Es conveniente obtener los parámetros necesarios a partir de una única fuente práctica. Este artículo analiza cinta réplica como posible fuente.
cinta réplica Es un método conocido desde hace tiempo para caracterizar un superficie. Es sencillo, relativamente económico y muestra una buena correlación con los resultados obtenidos mediante otros métodos. Resulta especialmente útil para realizar mediciones en superficies curvas que son difíciles de medir directamente con instrumentos de « palpador », escáneres láser interferométricos o dispositivos ópticos de medición de la distancia focal. Por lo tanto, no es de extrañar que se haya convertido en el método de campo más popular para medir el perfil de « superficie ». Su funcionamiento se describe en varias normas internacionales, entre las que se incluyen la ASTMD44171, la ISO8503-52, la NACERP02873 y la AS 3894.54.
cinta réplica Consta de una capa de espuma compresible fijada a un soporte de poliéster incompresible sustrato de gran uniformidad espesor (50 µm +2 µm). Al presionarla contra un acero rugoso superficie, la espuma forma una impronta, o réplica inversa, del superficie. La espuma puede colapsarse hasta aproximadamente el 25 % de su volumen previo al colapso espesor. Por lo tanto, a medida que los picos más altos del original superficie empujan hacia arriba contra el soporte de poliéster, la espuma totalmente comprimida se desplaza lateralmente. Del mismo modo, los valles más profundos del original crean los picos más altos en la réplica.
Al colocar la cinta comprimida (réplica) entre los yunques de un micrómetro de resorte y restar la contribución del poliéster incompresible sustrato (50 µm), se obtiene una medida del perfil de rugosidad medio máximo de pico a valle superficie (Fig. 2)
cinta réplica Está disponible en varios espesores para facilitar el e medición o de perfiles en distintos rangos. El rango principal para medición con cinta réplica es de 20 a 115 µm, cubierto por dos tipos de cinta, como se indica a continuación:
La cinta de réplica se ha utilizado para medir el perfil de rugosidad del acero granallado con abrasivo desde finales de los años sesenta. En comparación con otros métodos, tiene las ventajas de la robustez, un costo inicial relativamente bajo, una buena repetibilidad y la posibilidad de conservar una réplica física de la superficie evaluada. El método es ampliamente utilizado y comprendido.
Una ventaja adicional, a veces subestimada, es el hecho de que, a diferencia de las técnicas de sonda de punto, el método de réplica toma muestras de un área bidimensional contigua lo suficientemente grande como para obtener estadísticas robustas. Por ejemplo, un único escaneo con un medidor electrónico de rugosidad superficie muestrea una línea a lo largo de una superficie tratada con chorro abrasivo superficie de 12,5 mm de largo y 10 µm de ancho, lo que supone un área total de 0,12 mm². Una única réplica de espuma plástica muestrea aproximadamente 31 mm², un área 250 veces mayor.
Sin embargo, junto a estas ventajas, existen también algunas desventajas. La más destacada es el hecho de que este método de réplica y la determinación de la « espesor » asociada son procedimientos analógicos, y que cada grado o « espesor » de cinta solo ofrece precisión en un rango limitado de altura del perfil. Para abarcar el rango de perfiles de mayor interés para los profesionales del sector de los recubrimientos y revestimientos (aproximadamente de 20 a 115 µm), se requieren dos grados de cinta: «Coarse» y «X-Coarse».
An unfortunate characteristic of replica tape is that measurements are most accurate near the middle of each grade's range and least accurate at the outer ends of each grade's range (Fig.3). That is why two other grades, Coarse Minus (<20 µm) and X-Coarse Plus (>115 µm), are used to check and, if necessary, adjust measurements at the lower and upper ends of the primary range.
La razón de la pérdida de linealidad at en el extremo del rango de cada grado de cinta tiene que ver con la forma en que la cinta se comprime en esas espesor regiones. Cada espesor, o grado, de cinta pierde precisión a medida que los picos que debe reproducir se acercan a la espesor máxima de la espuma de reproducción. Durante medición el uso de un micrómetro, los picos se comprimen ligeramente, lo que equivale a una especie de promediado de la altura de los picos. Esto limita exactitud at el extremo superior del rango de un grado. Lo que limita exactitud at el extremo inferior de su rango es el hecho de que, al igual que una esponja de cocina bien escurrida, la espuma replicada alcanza un estado de compresión total y tal vez se relaja un poco (fig. 4). El resultado, ya sea at en los extremos superior o inferior, es que la respuesta de la espuma replicada a la compresión no guarda una relación lineal con el grado de compresión.
El extremo superior del rango del grado «Coarse» y el extremo inferior del rango del grado «X-Coarse» comparten una zona de «solapamiento» de 38 a 64 μm (fig. 3 y 5). Las instrucciones actuales de Testex describen un procedimiento relativamente complicado y que requiere mucho tiempo (una media de un lectura con el grado «Coarse» y un lectura con el grado «X-Coarse») que se utiliza para combinar los subrangos «Coarse» y «X-Coarse» con el fin de obtener lecturas razonablemente precisas en el rango más amplio de 20 a 115 μm. Este método es un término medio entre la « exactitud » y la facilidad de uso.
Por otra parte, las deficiencias derivadas de la no linealidad y del rango limitado de estos dos subrangos de cinta pueden compensarse mediante un procesador que utilice «tablas de consulta». Esta opción no es viable en el caso de un micrómetro de resorte sencillo (fig. 6). Los instrumentos electrónicos que utilizan procesadores potentes pueden ofrecer a los usuarios la opción de visualizar, bien la relación directa tradicional lectura de la réplica espesor (H), bien aplicar ellos mismos un valor de ajuste y mostrar una relación linealizada medición de la altura del perfil superficie (HL).
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El procesador del instrumento, cuando se cambia al modo "linealizado" HL, guía al usuario a través de las lecturas necesarias (normalmente requiere la inserción de una única réplica de grado "Grueso" o "X-Grueso") y devuelve una medición ajustada para la respuesta no lineal de la espuma. Este ajuste de la linealidad suele ser pequeño (del orden de una desviación de estándar ), pero las principales ventajas del acondicionamiento de la señal del dispositivo son la reducción de la incertidumbre de la medición, la reducción de la carga de trabajo del inspector y de la probabilidad de error, y la reducción del número de réplicas que necesitan los inspectores para garantizar la precisión. Además, dado que cada grado de cinta funciona realmente en un rango mayor que el especificado en la etiqueta, con factores de ajuste adecuados el grado X-grueso puede utilizarse para medir el perfil en el rango nominal grueso y viceversa.
Por muy interesante que sea esta información mejorada sobre la altura del perfil, la réplica contiene aún más datos de caracterización de la « superficie » en su área de 31mm²superficie . Se dispone de nuevos datos significativos gracias a la imagen digital.
Una propiedad de la cinta relacionada con su capacidad para reproducir superficies es el aumento de su transmisión óptica en las zonas donde se comprime. La transmisión de la luz es proporcional al grado de compresión. Una fotografía de un trozo de « cinta réplica » retroiluminado revela zonas claras de mayor compresión (picos) y zonas oscuras de menor compresión (valles) (fig. 7a).
Aplicando este principio de transparencia, el recuento de picos puede determinarse simplemente contando los puntos brillantes en la imagen digital obtenida sensor. Estas mediciones de brillo (cada una de un tamaño comparable al de las 5 micras sonda de un dispositivo de perfilado palpador medición ) se corresponden con mediciones de espesor , que, a su vez, reflejan el perfil del original superficie. Un instrumento con un procesador que ejecute un algoritmo adecuado puede identificar picos y determinar la densidad de picos por unidad de superficie, es decir, cuántos picos hay por centímetro cuadrado, o Pd, tal y como se define en la norma ASME B46.15.
A diferencia de los perfilómetros palpador , los contadores de picos cinta réplica , al igual que los delicados y costosos perfilómetros ópticos interferométricos de laboratorio, calculan las densidades reales de picos en dos dimensiones. Los perfilómetros palpador miden únicamente una línea sobre una superficie rugosa superficie y la mayoría de las características que registran como «picos» son, en realidad, «ombros de picos», en los que el palpador ha trazado el contorno por el lateral del pico en lugar de por la parte superior del mismo.
Otra ventaja de estas imágenes es que se utilizan más datos para obtener cada medición (1 000 000 de puntos para un único cinta réplica medición frente a 5 000 puntos para un único escaneo de 2,5 cm palpador ). Además, todo ello se lleva a cabo con un instrumento de campo resistente que utiliza hardware económico para obtener superficie datos de caracterización similares a los que se obtienen con instrumentos de laboratorio.
Una vez que se ha aplicado la relación grosor/transparencia a la interpretación de la imagen de intensidad, pueden extraerse otros parámetros de caracterización de la superficie mediante un software de renderización 3D. El resultado son mapas tridimensionales de la superficie del acero granallado a un costo muy inferior al de los dispositivos de perfilado interferométrico (Fig. 7b).
Aunque la altura máxima y el número de picos son factores que influyen en el adherencia a largo plazo de los recubrimientos, ambos contribuyen a un parámetro subyacente más fundamental: el área desarrollada superficie ⁶, o Sdr.
A partir de imágenes 3D es posible medir el aumento de la superficie resultante de una operación de granallado. El Sdr es un parámetro de campo en 3D que ofrece una correlación funcional con la técnica de aplicación, proporcionando a los profesionales de los revestimientos un valor de rugosidad, es decir, la superficie adicional creada por el granallado en forma de aumento porcentual (área real / área x-y)7.
Un aparato portátil, sencillo y de bajo costo, que utiliza sensores de espesor y de imagen, puede caracterizar la réplica de la cinta y generar imágenes y estadísticas de la superficie original. Estos parámetros incluyen:
H– La media de las distancias máximas entre pico y valle obtenidas al medir el espesor del cinta réplica con un micrómetro o un espesor sensor .
HL: una altura de pico a valle más precisa medición ajustada en función de la no linealidad de la cinta, sin necesidad de promediar dos o más réplicas. Este método tiene la ventaja adicional de permitir ampliar el rango de cada grado de cinta réplica.
Pd:densidad máxima superficial según la norma ASME B46.1. Este valor se suele citar como indicador de la capacidad de unión mecánica disponible para la fijación recubrimientos protectores.
Sdr: relación de área interfacial desarrollada, expresada como el porcentaje de área superficie adicional aportada por la textura en comparación con un plano ideal del tamaño de la región medición . Imágenes: representaciones en 2D y 3D de cinta réplica superficie con fines de documentación.
1ASTMD4417 "estándar Test Methods for Field Measurement of Surface Profile of Blast Cleaned Steel" (ASTM internacional, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428)
2ISO8503-5 «Preparación de sustratos de acero antes de la aplicación de pinturas y productos afines — superficie Características de rugosidad de los sustratos de acero limpios mediante chorro — Parte 5: cinta réplica Método para la determinación del perfil superficie » (Organización Internacional de Normalización (ISO), 1 rue de Varembé, Case postale 56, CH-1211, Ginebra 20, Suiza)
3NACE estándar RP0287-2002, "Field Measurement of Surface Profile of Abrasive Blast-Cleaned Steel Surfaces Using a Replica Tape". (National Association of Corrosion Engineers (NACE), 1440 South Creek Dr., Houston, TX USA 77084-4906)
4Australian estándar AS 3894.5-2002, "Site testing of protective coatings, Method 5: Determination of surface profile". (estándars Australia, GPO Box 476, Sydney NSW 2001 Australia)
5ASMEB46.1-2009 «superficie textura (superficie : rugosidad, ondulación y orientación)» (Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos, Three Park Avenue, Nueva York, NY 10016-5990, EE. UU.)
6ISO25178-2 «Especificaciones geométricas de productos (GPS) — Textura de « superficie »: Superficial — Parte 2: Términos, definiciones y parámetros de textura de « superficie »» (Organización Internacional de Normalización (ISO), 1 rue de Varembé, Apartado de correos 56, CH-1211, Ginebra 20, Suiza)
7C.A. Brown y S. Siegmann, "Fundamental scales of adhesion and area-scale fractal analysis", internacional Journal of Machine Tools and Manufacture, 41 (2001) 1927-1933
YoEl autor desea agradecer la ayuda de Leon Vandervalk de DeFelsko y Bob Stachnik de Testex
DAVID BEAMISH(1955 – 2019), expresidente de DeFelsko Corporation, una empresa con sede en Nueva York dedicada a la fabricación de instrumentos portátiles de ensayo recubrimiento que se comercializan en todo el mundo. Era licenciado en Ingeniería Civil y contaba con más de 25 años de experiencia en el diseño, la fabricación y la comercialización de estos instrumentos de ensayo en diversos sectores internacionales, entre ellos la pintura industrial, el control de calidad y la fabricación. Impartió seminarios de formación y fue miembro activo de diversas organizaciones, entre ellas NACE, SSPC, ASTM e ISO.
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