Hydrostrumieniowa obróbka powierzchni - naukowcy kontra tradycjonaliści

2007-02-16

Technologia wysokociśnieniowej strugi wodnej rozwijana jest na świecie od niespełna 40 lat. "Choć specjaliści z zakresu metalurgii doceniają zalety czyszczenia powierzchni wysokociśnieniową strugą wodno-ścierną, to jednak wciąż trudno przekonać do niej wielu praktyków, zwolenników tradycyjnej metody jaką jest piaskowanie" - uważa dr hab. Przemysław Borkowski z Wydziału Mechanicznego Politechniki Koszalińskiej, laureat nagrody indywidualnej PAN za badania dotyczące obróbki powierzchni tą techniką.

TECHNOLOGIA ZNANA W POLSCE OD NIEDAWNA
"W naszym kraju jej historia jest znacznie krótsza – dopiero ostatnie 5 lat wskazuje na ożywienie naszego rynku w tej dziedzinie. Dlatego też prawdziwym wyzwaniem wciąż jest uświadamianie rodzimego businessu o istnieniu, zaletach i możliwościach adoptowania nowych technologii" - tłumaczy profesor Politechniki Koszalińskiej, który jest dyrektorem Centrum Niekonwencjonalnych Technologii Hydrostrumieniowych tej uczelni.

Tymczasem, jak podkreśla, do niewątpliwych zalet tej metody należą m.in. brak zapylenia i iskrzenia, selektywne i precyzyjne prowadzenie prac oraz skrócenie ich czasu. "W Polsce jest tylko około stu obrabiarek służących różnego rodzaju zastosowaniom takiej strugi przy kilkunastu tysiącach obrabiarek konwencjonalnych" - mówi.

NIEZASTĄPIONA ALTERNATYWA
"Musimy więc uświadomić, że tego typu techniki istnieją i stanowią alternatywę dla metod konwencjonalnych, a w uzasadnionych przypadkach jak obróbka całej gamy materiałów niemetalowych, kruchych (typu kamień czy ceramika), kompozytów czy trudnoobrabialnych stopów tytanowych, są wręcz niezastąpione" - dodaje.

METODA DOCENIONA PRZEZ AKADEMIĘ NAUK
"Dominującym obszarem moich zainteresowań naukowo-badawczych jest obróbka wysokociśnieniową strugą wodną o różnych strukturach, wytwarzanych pod wpływem bardzo zróżnicowanych domieszek, często wielofazowych" - tłumaczy laureat nagrody PAN.

Wydział Nauk Technicznych PAN docenił jego prace z zakresu obróbki powierzchni wysokociśnieniową strugą wodno-ścierną, z lat 2002-2005, w tym monografie książkowe: "Teoretyczne i doświadczalne podstawy hydrostrumieniowej obróbki powierzchni" oraz "Obróbka powierzchni wysokociśnieniową strugą wodno-ścierną".

"Cykl około 40 prac składających się na zagadnienie obróbki powierzchni wysokociśnieniową strugą wodno-ścierną obejmuje całokształt istotnych zagadnień teoretycznych i eksperymentalnych tworzących podstawy najnowszych technologii światowych wykorzystujących energię wysokociśnieniowej strugi wodnej i unoszonych przez nią domieszek" - tłumaczy.

Ciekawostką jest, że w 1979 roku za prace z zakresu inżynierii materiałowej nagroda została przyznana jego ojcu - prof. Józefowi Borkowskiemu, który zaadaptował z rynku amerykańskiego na polski technikę wysokociśnieniowej strugi wodnej.

JAK CZYŚCI SIĘ POWIERZCHNIE?
Wysokociśnieniowa struga wodna służąca czyszczeniu powierzchni wytwarzana jest w pompie pod wysokim ciśnieniem, w zależności od potrzeb od kilkuset do kilku tysięcy barów. "Taki strumień wody, nasycony cząstkami stałymi ziaren ściernych ma bardzo dużą energię, którą można wykorzystywać nie tylko do czyszczenia powierzchni, ale także do ich cięcia" - tłumaczy naukowiec.

Przemysław Borkowski prowadzi badania dotyczące m.in. zagadnień obróbki powierzchni wodą czystą, obróbki powierzchni wysokociśnieniową strugą wodną domieszkowaną ziarnami ściernymi, suchym lodem czyli dwutlenkiem węgla w fazie stałej oraz tzw. techniką hybrydową, która łączy techniki wysokociśnieniowej strugi wodnej z domieszką ziaren ściernych i cząstek suchego lodu.

OBSZARY ZASTOSOWAŃ
Technikę można stosować praktycznie w każdej gałęzi przemysłu. "Struga znajduje zastosowanie np. w przemyśle stoczniowym, gdzie służy do czyszczenia rozległych powierzchni burt statków, zastępując znakomicie piaskowanie" - tłumaczy. Może także służyć do czyszczenia powierzchni malarskich, skorodowanych wnętrz rurociągów, do regeneracji konstrukcji budowlanych typu jezdnie, mosty czy wysokie kominy, do czyszczenia pomników i fasad budynków, itp. a w szczególnych zastosowaniach nawet elementów elektroniki.

OCHRONA ZDROWIA I URZADZEŃ, SKRÓCENIE CZASU PRACY
Tradycyjne piaskowanie niesie za sobą ujemny, niepożądany efekt dużego zapylenia i potencjalnie związaną z tym możliwość uszkodzenia urządzeń, które znajdują się w pobliżu. Powstałe w takim procesie drobiny piasku kwarcowego w postaci pyłu mogą także okazać się niebezpieczne dla zdrowia - jego przewlekłe wdychanie może powodować tzw. pylicę krzemową. Tymczasem, jak tłumaczy Borkowski w przypadku wysokociśnieniowej strugi wodnej zapylenie takie nie występuje, ponieważ kryształy piasku lub innego materiału ściernego są osłonięte przez tzw. płaszcz wodny.

Niewątpliwą zaletą przemawiającą za tą metodą jest również wyraźne skrócenie czasu pracy. Oczyszczenie metra kwadratowego powierzchni, w zależności od jej stanu zanieczyszczenia oraz wyboru metody tradycyjnego piaskowania bądź mechanicznej, może trwać nawet do godziny, natomiast przy wykorzystaniu wysokociśnieniowej strugi wodnej ten sam efekt oczyszczenia można uzyskać nawet po kilku minut.

Struga wodna pozwala także - poprzez umiejętne sterowanie procesem - na kontrolowanie „zdzierania” materiału. "Głębokość odsłaniania powierzchni uzależniona jest od wielu czynników, m.in. od czasu w jakim struga będzie kierowana na powierzchnię oraz ciśnienia medium wodno-ściernego. Podobnie jest z obszarem oddziaływania – ponieważ struga stanowi narzędzie elastyczne, może być z powodzeniem używana do obróbki powierzchni o skomplikowanych i rozwiniętych kształtach" - tłumaczy Borkowski.

INNE ZALETY NOWEJ TECHNOLOGII
Urządzenie wytwarzające wysokociśnieniową strugę wodną jest w pełni mobilne. Jego sercem jest wysokociśnieniowa pompa wodna wraz z silnikiem i stosownym osprzętem. Całość jest wielkości typowego kontenera, po umieszczeniu na podwoziu zapewnia więc możliwość dojazdu wszędzie tam, gdzie wystąpi konieczność pracy. Istota procesu polega na wytworzeniu w pompie strumienia o odpowiednim wysokim ciśnieniu, który następnie doprowadzany jest specjalnymi wężami do głowicy, gdzie następuje ostateczne uformowanie wynikowej strugi i skąd jest ona kierowana bezpośrednio na powierzchnię obrabianą. "Dzięki takiej mobilności zastosowanych rozwiązań konstrukcyjnych sprzętu, można doprowadzić wysokociśnieniową strugę wodną jako narzędzie na odległość nawet kilkuset metrów od miejsca jej wytworzenia" - tłumaczy profesor.

NIEKONWENCJONALNE TECHNIKI W CENTRUM UWAGI NAUKOWCÓW
Prace prowadzone są przy współpracy naukowców z Centrum Niekonwencjonalnych Technik Hydrostrumieniowych, które zostało powołane w 2005 roku jako wyodrębniona pozawydziałowa jednostka Politechniki Koszalińskiej. To, jak mówi Borkowski, jedyna w Polsce placówka naukowa, która zajmuje się badaniami podstawowymi i rozwojowymi, których celem jest wykorzystanie strugi wodnej jako wszechstronnego narzędzia erozyjnego.

"Zasadniczym przeznaczeniem Centrum Niekonwencjonalnych Technologii Hydrostrumieniowych jest integracja środowisk naukowych i gospodarczych poprzez tworzenie sieci grup naukowo-badawczych i wspieranie interdyscyplinarnych działań na rzecz rozwoju technologii hydrostrumieniowych, co stwarza merytoryczne zaplecze dla realizowanych przedsięwzięć, głównie w zakresie stosowania wysokociśnieniowej strugi wodnej" - tłumaczy Borkowski.

Centrum prowadzi badania technologiczne i wdrożeniowe dotyczące m.in.
- czyszczenia trudnodostępnych rurociągów wysokociśnieniową strugą wodną o różnorodnej strukturze i składzie,
- czyszczenia pionowych rurociągów umieszczonych w szybach podziemnych zakładów górniczych, jak rurociągi przeciwpożarowe i rurociągi podsadzkowe,
- zastosowania wysokociśnieniowej techniki hydrostrumieniowej do usuwania materiałów wybuchowych z amunicji wielkokalibrowej,
- zastosowania wysokociśnieniowej strugi wodnej do usuwania niepełnojakościowych materiałów z konstrukcji budowlanych podlegających renowacji,
- zastosowania wysokociśnieniowej techniki hydrostrumieniowej w procesach utylizacji stałych odpadów komunalnych,
- kształtowania obiektów przestrzennych wysokociśnieniową strugą wodno-ścierną sterowaną luminancją obrazu wirtualnego,
- kształtowania wnęk górniczych na podszybiach podziemnych zakładów górniczych przy użyciu wysokociśnieniowej strugi wodnej,
- czyszczenia wielkogabarytowych powierzchni burt statków podlegających renowacji przy użyciu wysokociśnieniowej strugi wodnej i wodno - ściernej,

Przemysław Borkowski urodził się 10 listopada 1969 roku we Wrocławiu. Od 1 czerwca 2005 roku jest dyrektorem Centrum Niekonwencjonalnych Technologii Hydrostrumieniowych Politechniki Koszalińskiej. Wszystkie stopnie naukowe uzyskał z wyróżnieniem.
- tytuł mgr inż. - temat pracy magisterskiej: „Opracowanie hydrodynamicznego sposobu czyszczenia rurociągów metodą wysokociśnieniowej strugi wodnej”, obroniony 15.07.1993 na Wydziale Mechanicznym Politechniki Koszalińskiej,
- doktorat - temat pracy doktorskiej: „Optymalizacja konstrukcji koncentrycznej dyszy wielootworowej z uwagi na użytkowe właściwości wysokociśnieniowego strumienia hydrościernego”, obroniony 23.09.1997 r. na Wydziale Mechanicznym Politechniki Koszalińskiej,
- habilitacja - temat rozprawy habilitacyjnej: „Teoretyczne i doświadczalne podstawy hydrostrumieniowej obróbki powierzchni”, obroniona 07.12.2004 r. na Wydziale Mechanicznym Politechniki Koszalińskiej,
- 1 maja 2005 r. - nominacja na stanowisko profesora nadzwyczajnego w Politechnice.

Opublikował 2 książki i ponad 80 artykułów naukowych (w tym połowa anglojęzycznych) dotyczących obróbki powierzchni wysokociśnieniową strugą wodną o różnych strukturach.

Współuczestniczył we wdrożeniu 47 prac i opracował 2 patenty. Jest współautorem 6 ekspertyz i 2 obszernych raportów z projektów naukowo-badawczych KBN.

Czynnie uczestniczył wygłaszając referaty na ponad 20 konferencjach naukowych, w tym w 10 najważniejszych zagranicznych, a uważaną za najbardziej prestiżową z nich (18th International Conference on Water Jetting), organizowaną od roku 1970 co dwa lata w różnych krajach Świata zorganizował po raz pierwszy w Polsce (13-15.09.2006 w Gdańsku).

Odbył 15 krótkoterminowych staży i wizytacji zagranicznych w renomowanych ośrodkach naukowych i technicznych. Wygłaszał wykłady seminaryjne w trzech uniwersytetach amerykańskich (University of Missouri-Rolla, Minnesota State University, Gannon University) oraz Korea Institute of Surface Engineering. Przemysław Borkowski jest członkiem następujących zagranicznych i międzynarodowych organizacji naukowych: Water Jet Technology Association (USA); The Water Jet Technology Society of Japan; Arbeitskreis Wasserstrahltechnologie, Niemcy; International Society of Water Jet Technology.

Za swoje dokonania naukowo-techniczne otrzymał wiele nagród i wyróżnień:
- indywidualną nagrodę naukową Wydziału IV Nauk Technicznych PAN za prace z zakresu obróbki powierzchni wysokociśnieniową strugą wodno-ścierną (2006),
- amerykański medal Man of the Year za badania i technologiczne zastosowania wysokociśnieniowej strugi wodnej (2005),
- wyróżnienie i tytuł Zachodniopomorski Nobel 2004, przyznane przez Kapitułę Zachodniopomorskiego Klubu Liderów Nauki. w dziedzinie nauk technicznych za „Opracowanie podstaw i opatentowanie nowej metody obróbki trudnodostępnych powierzchni wysokociśnieniową strugą hybrydową: wodno-ścierno-lodową (CO2)”,
- honorowy tytuł Mistrz Techniki 1995 za opracowanie i budowę hydrodynamicznego systemu hydrościernego cięcia i czyszczenia wysokoenergetyczną strugą wody,
- zespołową nagrodę I-go stopnia Naczelnej Organizacji Technicznej „Za wybitne osiągnięcia w dziedzinie techniki” za naukowo-techniczne rozwiązania systemu hydrodynamicznego i hydrościernego cięcia i czyszczenia wysokoenergetyczną strugą wodną i wodno-ścierną. (1995),
- nagrodę Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej (1995),
- nagrodę Marszałka Województwa Zachodniopomorskiego (2005),
- nagrodę Prezydenta Miasta Szczecina (2005),
- nagrodę Prezydenta Miasta Koszalina (2005),
- nagrodę Prezydenta Euroregionu „Pomerania” (2005),
- 7 nagród Rektora Politechniki Kosz. (1998, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006).

Kierowane przez Niego Centrum Niekonwencjonalnych Technologii Hydrostrumieniowych Politechniki Koszalińskiej osiągnęło:
- europejski status Centrum Zaawansowanych Technologii wchodząc do elitarnego Konsorcjum RIMAMI (14 instytucji naukowych i 6 koncernów przemysłowych),
- europejski grant na „Rozbudowę Laboratorium Technicznych Zastosowań Wysokociśnieniowej Strugi Wodnej”, o wartości 4 mln złotych,
- bardzo wysoki poziom finansowania Centrum
- porozumienie o współpracy z University of Missouri – Rolla (USA),
- porozumienie o współpracy z Wojskowym Instytutem Technicznym Uzbrojenia oraz z Wojskową Akademią Techniczną w zakresie badań demilitaryzacyjnych.

Źródło: PAP - Nauka w Polsce, Bogusława Szumiec-Presch
kol