Теоретические исследования адгезии полимерного компаунд-протектора на поверхности абразивного зерна для гидроабразивного резания в водной среде

Технологию гидроабразивного резания применяют для выполнения подводно-технических работ под водой в рамках решения специальных задач. Однако износ струеформирующего сопла снижает эффективность резания и требует замены в тяжелых условиях. К настоящему времени проведено много исследований износа сопла гидроабразивной установки, и разработаны методы продления срока его службы. Предложено использовать при гидроабразивной резке абразивные зерна, покрытые полимерной защитной пленкой (компаунд-протектором), что способствует значительному увеличению срока службы деталей устройств установки для гидроабразивной резки. Однако такие защитные пленки имеют существенный недостаток: находясь в водной среде продолжительное время, защитная оболочка абразивного зерна набухает из-за диффундирующей в нее воды. Проведено исследование адгезии полимерного компаунд-протектора на поверхности абразивного зерна для гидроабразивного резания в водной среде с привлечением теории о нелокальных межчастичных взаимодействиях в сплошной среде. Это позволило оценить возможность разрушения покрытия в процессе ввода в поток жидкости и реализовать в полной мере потенциал по использованию мобильных гидроабразивных установок в подводных условиях.
EDN: RZNIFT, https://elibrary/rznift

Литература

[1] Maslin E. Subsea waterjet cutting goes ultra-deep and ultra-high pressure. Offshore Engineer, 2013, vol. 38, pp. 82–84.

[2] Илюхина А.А., Колпаков В.И., Вельтищев В.В. Обоснование конструктивных параметров составного струеформирующего сопла для мобильных установок подводной гидроабразивной резки. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2021, № 4, с. 30–39, doi: https://doi.org/10.18698/0536-1044-2021-4-30-39

[3] Syazwani H., Mebrahitom G., Azmir A. A review on nozzle wear in abrasive water jet machining application. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2016, vol. 114, art. 012020, doi: https://doi.org/10.1088/1757-899X/114/1/012020

[4] Pan H., Chen X., Chen L. et al. Surface topography analysis of BK7 with different roughness nozzles using an abrasive. Materials, 2024, vol. 17, no. 17, art. 4494, doi: https://doi.org/10.3390/ma17184494

[5] Kovacevic R. A new sensing system to monitor abrasive waterjet nozzle wear. J. Mater. Process. Technol., 1991, vol. 28, no. 1-2, pp. 117–125, doi: https://doi.org/10.1016/0924-0136(91)90211-V

[6] Anand U., Katz J. Prevention of nozzle wear in abrasive water suspension jets (AWSJ) using porous lubricated nozzles. J. Tribol., 2003, vol. 125, no. 1, pp. 168–180, doi: https://doi.org/10.1115/1.1491977

[7] Qiang Z., Wu M., Miao X. et al. CFD research on particle movement and nozzle wear in the abrasive water jet cutting head. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2018, vol. 95, no. 7–8, pp. 4091–4100, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-017-1504-6

[8] Verma S., Mishra S.K., Moulick S.K. CFD analysis of nozzle in abrasive water suspension jet machining. Int. J. Adv. Engg. Res. Studies, 2015, no. 2, pp. 236–241.

[9] Mostofa M.G., Kil K.Y., Hwan A.J. Computational fluid analysis of abrasive waterjet cutting head. J. Mech. Sci. Technol., 2010, vol. 24, no. 1, pp. 249–252, doi: https://doi.org/10.1007/s12206-009-1142-5

[10] Zou X., Fu L., Wu L. et al. Research on multiphase flow and nozzle wear in a high-pressure abrasive water jet cutting head. Machines, 2023, vol. 11, no. 6, art. 614, doi: https://doi.org/10.3390/machines11060614

[11] Chen X., Deng S., Guan J. et al. Experiment and simulation research on abrasive water jet nozzle wear behavior and anti-wear structural improvement. J. Braz. Soc. Mech. Sci. Eng., 2017, vol. 39, no. 6, pp. 2023–2033, doi: https://doi.org/10.1007/s40430-017-0707-y

[12] Golovin K., Pushkarev A., Kovaleva A. Determination of the wear limit value, the optimal operating time, and the consumption of jet-forming elements made of different materials when implementing water jet technologies. Transp. Res. Proc., 2021, vol. 57, pp. 210–219, doi: https://doi.org/10.1016/j.trpro.2021.09.044

[13] Perec A., Pude F., Grigoryev A. et al. A study of wear on focusing tubes exposed to corundum-based abrasives in the waterjet cutting process. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2019, vol. 104, no. 5, pp. 2415–2427, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-019-03971-0

[14] Barsukov G.V., Kozhus O.G., Shorkin V.S. et al. Obtaining the dependences of the contact of the composite abrasive material with the nozzle walls, which reduces the wear of the focusing tube of the waterjet installation. Mater. Sci. Forum, 2021, vol. 1031, pp. 160–165, doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1031.160

[15] Barsukov G.V., Kozhus O.G., Danilchenko S.G. et al. Analysis of the properties of the fluidized bed during the formation of the abrasive-polymer compound for waterjet cutting. Key Eng. Mater., 2022, vol. 910, pp. 144–149, doi: https://doi.org/10.4028/p-gedbzi

[16] Barsukov G.V., Kozhus O.G., Frolenkova L.Yu. et al. Development of abrasive grain coating technology protective polymer casing for water-abrasive cutting. Mater. Res. Proc., 2022, vol. 21, pp. 169–175, doi: https://doi.org/10.21741/9781644901755-30

[17] Фроленкова Л.Ю., Шоркин В.С. Метод вычисления поверхностной энергии и энергии адгезии упругих тел. Вестник ПНИПУ. Механика, 2013, № 1, с. 235–259, doi: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2013.1.235-259

[18] Гуткин М.Ю., Овидько И.А. Дефектные структуры на внутренних границах раздела в нанокристаллических и поликристаллических пленках. Механика и физика материалов, 2009, т. 8, № 2, с. 108–148.

[19] Ovid’ko I.A., Sheinerman A.G. Dislocation dipoles in nanoscale films with compositional inhomogeneities. Philos. Mag. A, 2002, vol. 82, no. 16, pp. 3119–3127, doi: https://doi.org/10.1080/01418610208239636