磨料組成對鋼管拋丸機處理的影響

摘要：在鋼管防腐過程中，鋼管通過拋丸清理機進行表面處理，表面處理質量是影響防腐層質量的關鍵工序，在拋丸處理中，僅以單一磨料比如鋼丸或者鋼砂是很難清理的，必須采用混合磨料。通過探討防腐鋼管的拋丸處理中，磨料配比變化情況，小粒徑磨料的增加情況，采用除銹等*、錨紋深度等對不同配比的磨料處理的鋼管表面進行評價；得到了鋼管表面處理的磨料中，鋼丸與鋼砂的比例分別為0．1和0．3，小粒徑的磨料占60％時，鋼管表面處理質量較佳。
關鍵詞：拋丸處理；磨料；鋼管防腐

在鋼管防腐過程中，鋼管通過拋丸清理機進行表面處理，表面處理質量是影響防腐層質量的關鍵工序。由于鋼管表面的銹蝕層屬于致密的氧化層，在拋丸機處理中，僅通過單一磨料比如鋼丸或者鋼砂是很難清理的，必須采用混合磨料。大顆粒的磨料易于擊碎致密的氧化皮，但大顆粒的磨料的彈痕較深，易使鋼管表面形成毛刺，表現(xiàn)出粗糙度較大。較小的棱角鋼砂可以起到微刮削的作用，使鋼管表面錨紋形狀各異，提高清理效率的同時更有利于鋼管與涂層的結合。
鋼丸和鋼砂合適的配比可使鋼管表面的獲得100％的除銹覆蓋率和滿足涂層要求的錨紋深度及錨紋形狀，諸多學者認為磨料混合比例達到不變時，被處理工件表面的錨紋及清潔度將處于穩(wěn)定狀態(tài)。劉如偉【1]等認為磨料使用過程中，彈丸的磨損使其直徑不斷減小，但由于不斷在添加彈丸，磨料使用一段時間達到平衡后，磨料的粒度分布基本保持不變，磨料的個數(shù)在增加。鋼丸、鋼砂在使用過程中，由于磨料不斷的處于破碎，磨圓的過程中，鋼丸、鋼砂的粒徑逐漸在變小，鋼丸與鋼砂的比例一直處于變化中。本文探討了鋼丸與鋼砂在使用過程中的比例變化情況和獲得良好的表面處理效果的合適比例。
1實驗部分
1．1磨料性能
磨料由大亞磨料公司提供，鋼丸S460，鋼砂G18，其參數(shù)如表1。
表1大亞磨料參數(shù)


鋼管由沙市鋼管廠提供，鋼管材質X70及X65，鋼管表面銹蝕等*A、B*。鋼管外壁拋丸清理機為濟南萬通，型號HQGW14B，拋丸輪直徑500ITlln，拋丸輪轉速480r／min，拋射速度60～70m／s。
1_2實驗方法
第一次按4：1的比例將鋼丸、鋼砂加入拋丸機內，磨料循環(huán)使用，每隔一段時間，從拋丸機內取等質量的磨料，分離出圓形鋼丸和棱角鋼砂，稱取二者的質量比。每次取樣時，通過錨紋測試儀，灰塵度比照表和除銹等*對照表檢測鋼管表面的錨紋深度，灰塵度*別和鋼管表面除銹等*。
磨料損耗除破碎外，主要為外溢流失，每隔一段時間，按損失情況向拋丸機內添加新磨料。拋丸清理機平均清理速度在8．25m2／Ⅱ1in。
2實驗結果與討論
2．1磨料的比例變化規(guī)律
鋼丸與鋼砂各自在磨料中所占的比例如圖1所示，隨著清理時間的增加，鋼丸所占比例先下降，后略有上升，較后下降。磨料清理40h后，鋼丸的比例下降至0．36。鋼砂所占比例先緩慢上升，然后略有下降，較后上升，磨料清理40h后達到了43％。產生這一變化規(guī)律的主要原因是由于磨料在清理鋼管表面時，受到了拋丸輪葉片出口處的壓力，被壓裂或切削；在沖擊鋼管表面時，因吸收沖擊能量而破裂或被鋼管表面銹塵的微切削，磨料的粒徑和形狀發(fā)生變化，鋼丸破裂成鋼砂，鋼砂磨去棱角形成鋼丸。磨料清理23h后，清理面積達到11385m2，才有部分磨料粒徑降低至19m，此后粒徑低于19ITI的磨料比例呈上升趨勢。磨料清理40h后，粒徑小于19IXm的僅增長為20％左右(見圖1)。
圖1鋼丸與鋼砂比例的變化情況
2_2磨料比例對鋼管表面拋丸質量的影響
鋼管防腐過程中，涂層與鋼管表面的緊密結合是鋼管有效防腐蝕的*要條件之一，此時要求涂層界面與鋼管界面距離盡可能小，低于5A；涂層與鋼管表面的接觸面積則越大越好。通過拋丸處理的方法除去鋼管表面的銹跡和灰塵，使鋼管表面布滿高低不平彈痕，從而形成有波峰波谷的粗糙表面，即形成錨紋。鋼管表面除銹等*、灰塵度*別、錨紋深度經拋丸處理達到規(guī)定的要求，使鋼管表面與涂層界面的接觸面積增大，充分接觸，涂層更容易潤濕鋼管表面閉。當鋼管表面處理的平均速度8．25m2／min時，隨著磨料中鋼丸、鋼砂的比例變化，鋼管表面的清理質量明顯變化。
2．3磨料組成比例對除銹等*和錨紋的影響
拋丸清理磨料中的小粒徑磨料占的比重多，鋼管表面的覆蓋率就高，但單粒磨料的沖擊力小，小粒徑的磨料所占比重少，鋼管表面的覆蓋率就低，但單個磨料的沖擊力就大。當降低鋼管表面處理速度時，也可增加鋼管表面的覆蓋率。下面幾組照片圖2到圖6說明了磨料比例變化時的鋼管表面形貌的變化。圖2為磨料中鋼丸占0．9，鋼砂占0．1時，鋼管表面清理后的形貌圖，可以看到非常明顯的圓形彈痕，鋼管表面覆蓋率沒有達到100％，部分銹跡未清除。參照國際標準IS08501—1鋼材表面清潔度標準【3】，除銹等*僅可歸為Sal*。圖中也可以觀察到彈痕形狀呈波浪形，此時平均錨紋深度112in，錨紋深度分布范圍在70～134pm之間。當與涂層結合時，這種錨紋形貌就難以起到“咬合”涂料的機械作用
2．4磨料組成對錨紋深度的影響
鋼管經磨料清理后，表面會出現(xiàn)細微的波峰和波谷，涂料會深入到波谷的底部，而波峰會咬住涂層，形成錨或者機械齒，這就是涂層與鋼管表面錨紋的機械作用。錨紋一方面是指錨紋的深度，一方面是指錨紋的輪廓形狀，有尖角形和弧形等。鋼管表面處理中，對錨紋的輪廓形狀并不重視，但對錨紋深度卻有要求Ⅲ。呈尖角形的錨紋可與涂層間形成機械作用力，但是太尖銳的錨紋卻是點蝕的誘因

這也是選用混合磨料處理鋼管表面的原因。大、小粒徑和不同形狀磨料的混合使用，使鋼管表面的錨紋深度與形貌均能達到涂層的要求。依據(jù)本文前面磨料比例與鋼管形貌的分析，可以看到粒徑小于19m以下的磨料的增加使得錨紋深度逐漸下降(如圖7所示)，但比例增加至60％時，錨紋深度卻略有提高。圖2中，錨紋深度下降至90m左右，需要粒徑小于19m的磨料的比例增加至20％以上。
圖2 錨紋深度與小粒徑磨料所占比例的關系
3結論
除銹等*、錨紋深度、灰塵度*別在比例鋼丸0．1，鋼砂0．3，800目以下0．6時達到較佳狀態(tài)，此時即使拋丸清理速度高達8．25m2／min時，鋼管清理質量保持良好。小粒徑磨料對鋼管表面處理質量的影響較大。如何添加鋼丸。鋼砂保持這一比例不再變化，需要進一步的試驗。
參考文獻
[1]劉如偉，費振義．鑄件拋丸清理磨料的若干問題辨析，鑄造．[J]1996，23—16．
[2]沈國良，影響鋼結構涂裝噴丸清理效率的因素，電鍍與涂飾，[J]2008，9(27)，60-62．
[3】ISO8501—1，涂敷油漆和有關產品之前鋼質基材的預處理一表面清潔度的目測評價．