磨料组成对钢管抛丸机处理的影响



在钢管防腐过程中,钢管通过抛丸清理机进行表面处理,表面处理质量是影响防腐层质量的关键工序。由于钢管表面的锈蚀层属于致密的氧化层,在抛丸机处理中,仅通过单一磨料比如钢丸或者钢砂是很难清理的,必须采用混合磨料。大颗粒的磨料易于击碎致密的氧化皮,但大颗粒的磨料的弹痕较深,易使钢管表面形成毛刺,表现出粗糙度较大。较小的棱角钢砂可以起到微刮削的作用,使钢管表面锚纹形状各异,提高清理效率的同时更有利于钢管与涂层的结合。
钢丸和钢砂合适的配比可使钢管表面的获得100%的除锈覆盖率和满足涂层要求的锚纹深度及锚纹形状,诸多学者认为磨料混合比例达到不变时,被处理工件表面的锚纹及清洁度将处于稳定状态。认为磨料使用过程中,弹丸的磨损使其直径不断减小,但由于不断在添加弹丸,磨料使用一段时间达到平衡后,磨料的粒度分布基本保持不变,磨料的个数在增加。钢丸、钢砂在使用过程中,由于磨料不断的处于破碎,磨圆的过程中,钢丸、钢砂的粒径逐渐在变小,钢丸与钢砂的比例一直处于变化中。
1实验部分
1.1磨料性能
钢管由钢管厂提供,钢管材质X70及X65,钢管表面锈蚀等*A、B*。钢管外壁抛丸清理机,型号HQGW14B,抛丸轮直径500ITlln,抛丸轮转速480r/min,抛射速度60~70m/s。
1_2实验方法
第一次按4:1的比例将钢丸、钢砂加入抛丸机内,磨料循环使用,每隔一段时间,从抛丸机内取等质量的磨料,分离出圆形钢丸和棱角钢砂,称取二者的质量比。每次取样时,通过锚纹测试仪,灰尘度比照表和除锈等*对照表检测钢管表面的锚纹深度,灰尘度*别和钢管表面除锈等*。
磨料损耗除破碎外,主要为外溢流失,每隔一段时间,按损失情况向抛丸机内添加新磨料。抛丸清理机平均清理速度在8.25m2/Ⅱ1in。
2实验结果与讨论
2.1磨料的比例变化规律
钢丸与钢砂各自在磨料中所占的比例如图1所示,随着清理时间的增加,钢丸所占比例先下降,后略有上升,较后下降。磨料清理40h后,钢丸的比例下降至0.36。钢砂所占比例先缓慢上升,然后略有下降,较后上升,磨料清理40h后达到了43%。产生这一变化规律的主要原因是由于磨料在清理钢管表面时,受到了抛丸轮叶片出口处的压力,被压裂或切削;在冲击钢管表面时,因吸收冲击能量而破裂或被钢管表面锈尘的微切削,磨料的粒径和形状发生变化,钢丸破裂成钢砂,钢砂磨去棱角形成钢丸。磨料清理23h后,清理面积达到11385m2,才有部分磨料粒径降低至19m,此后粒径低于19ITI的磨料比例呈上升趋势。磨料清理40h后,粒径小于19IXm的仅增长为20%左右(见图1)。
图1钢丸与钢砂比例的变化情况
2_2磨料比例对钢管表面抛丸质量的影响
钢管防腐过程中,涂层与钢管表面的紧密结合是钢管有效防腐蚀的*要条件之一,此时要求涂层界面与钢管界面距离尽可能小,低于5A;涂层与钢管表面的接触面积则越大越好。通过抛丸处理的方法除去钢管表面的锈迹和灰尘,使钢管表面布满高低不平弹痕,从而形成有波峰波谷的粗糙表面,即形成锚纹。钢管表面除锈等*、灰尘度*别、锚纹深度经抛丸处理达到规定的要求,使钢管表面与涂层界面的接触面积增大,充分接触,涂层更容易润湿钢管表面闭。当钢管表面处理的平均速度8.25m2/min时,随着磨料中钢丸、钢砂的比例变化,钢管表面的清理质量明显变化。
2.3磨料组成比例对除锈等*和锚纹的影响
抛丸清理磨料中的小粒径磨料占的比重多,钢管表面的覆盖率就高,但单粒磨料的冲击力小,小粒径的磨料所占比重少,钢管表面的覆盖率就低,但单个磨料的冲击力就大。当降低钢管表面处理速度时,也可增加钢管表面的覆盖率。下面几组照片图2到图6说明了磨料比例变化时的钢管表面形貌的变化。图2为磨料中钢丸占0.9,钢砂占0.1时,钢管表面清理后的形貌图,可以看到非常明显的圆形弹痕,钢管表面覆盖率没有达到100%,部分锈迹未清除。参照国际标准IS08501—1钢材表面清洁度标准【3】,除锈等*仅可归为Sal*。图中也可以观察到弹痕形状呈波浪形,此时平均锚纹深度112in,锚纹深度分布范围在70~134pm之间。当与涂层结合时,这种锚纹形貌就难以起到“咬合”涂料的机械作用
2.4磨料组成对锚纹深度的影响
钢管经磨料清理后,表面会出现细微的波峰和波谷,涂料会深入到波谷的底部,而波峰会咬住涂层,形成锚或者机械齿,这就是涂层与钢管表面锚纹的机械作用。锚纹一方面是指锚纹的深度,一方面是指锚纹的轮廓形状,有尖角形和弧形等。钢管表面处理中,对锚纹的轮廓形状并不重视,但对锚纹深度却有要求Ⅲ。呈尖角形的锚纹可与涂层间形成机械作用力,但是太尖锐的锚纹却是点蚀的诱因

这也是选用混合磨料处理钢管表面的原因。大、小粒径和不同形状磨料的混合使用,使钢管表面的锚纹深度与形貌均能达到涂层的要求。依据本文前面磨料比例与钢管形貌的分析,可以看到粒径小于19m以下的磨料的增加使得锚纹深度逐渐下降(如图7所示),但比例增加至60%时,锚纹深度却略有提高。图2中,锚纹深度下降至90m左右,需要粒径小于19m的磨料的比例增加至20%以上。
图2 锚纹深度与小粒径磨料所占比例的关系
3结论
除锈等*、锚纹深度、灰尘度*别在比例钢丸0.1,钢砂0.3,800目以下0.6时达到较佳状态,此时即使抛丸清理速度高达8.25m2/min时,钢管清理质量保持良好。小粒径磨料对钢管表面处理质量的影响较大。如何添加钢丸。钢砂保持这一比例不再变化,需要进一步的试验。