Aşındırıcılı su jeti ile doğal taş kesmede alternatif aşındırıcıların performanslarının deneysel incelenmesi
Experimental investigation of the performance of alternative abrasives in natural stone cutting with abrasive waterjet
Yazar: SERKAN KAYA
Danışman: PROF. DR. GÖKHAN AYDIN
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Aşındırıcılar = Abrasives ; Doğal taşlar = Natural stones ; Kayaç kesme = Rock cutting ; Su jeti = Water jet

Özet:
Bu çalışmada, aşındırıcılı su jeti (ASJ) ile doğal taşların kesilmesinde garnete alternatif olarak kullanılabilecek aşındırıcıların (beyaz ve kahve alüminyum oksit, cam küre, zımpara tozu, olivin, çelik bilye ve plastik granül) kesme performansları araştırılmıştır. Aşındırıcıların kesme performansları; kesme genişliği/derinliği, malzeme uzaklaştırma oranı, kerf açısı, yüzey pürüzlülüğü ve sapma açısı temelinde değerlendirilmiştir. Doğal taşların/aşındırıcıların çeşitli özellikleri belirlenmiş ve bu özellikler aşındırıcıların kesme performansıyla ilişkilendirilmiştir. Ayrıca, regresyon analizleri ile kesme performans ölçütlerinin tahminine yönelik istatistiki modeller geliştirilmiştir. Çalışma sonucunda, çelik bilye ve alüminyum oksitlerin; kesme derinliği, malzeme uzaklaştırma oranı ve kerf açısı yönünden en iyi performansı gösterdiği tespit edilmiştir. Ek olarak, plastik granülün zayıf kesme performansı (sapma açısı hariç) gösterdiği saptanmıştır. Diğer taraftan, yüzey pürüzlülüğünün aşındırıcı özelliklerinden ziyade kayaç özellikleriyle ilişkili olduğu belirlenmiştir. Kesme performansını etkileyen en önemli malzeme özelliklerinin yoğunluk (aşındırıcı için) ve Böhme aşınma kaybı (doğal taşlar için) olduğu tespit edilmiştir. Bunun yanı sıra, geliştirilen modeller ile performans çıktılarının etkin bir şekilde tahmin edilebileceği sonucuna ulaşılmıştır. Sonuç olarak, kesim sonrasında arzu edilen özellikler temelinde (yüksek kesme derinliği, düşük yüzey pürüzlülüğü vb.) çalışmada irdelenen aşındırıcılardan (plastik granül haricindekilerin) garnete alternatifler olarak değerlendirilebileceği söylenebilir.

Abstract:
In this study, the cutting performances of abrasives (garnet, white and brown fused alumina, glass beads, emery powder, olivine, steel shot and plastic granule) that can be used as alternatives to garnet in abrasive water jet (AWJ) cutting of natural stones were examined. Cutting performances of the abrasives were evaluated based on the cutting width/depth, material removal rate, kerf angle, surface roughness and declination angle. Various properties of the natural stones/abrasives were determined and correlated with the cutting performance of abrasives. Moreover, statistical models were developed for the estimation of cutting performance outputs with regression analysis. As a result of the study, it is revealed that the steel shot and aluminum oxides show the best performance in terms of the cutting depth, material removal rate and kerf angle. Additionally, it is also determined that the plastic granule shows poor cutting performance (excluding declination angle). On the other hand, it is concluded that the surface roughness is related to rock properties rather than abrasive properties. The most important material properties affecting the cutting performance were determined as density (for abrasive) and Böhme wear loss (for natural stones). Besides, it is concluded that the performance outputs can be predicted effectively with the proposed models. As a result, based on the desired parameters (high cutting depth, low surface roughness, etc.), it can be said that the abrasives (excluding plastic granule) examined in the study can be considered as alternatives to garnet.