磨料組成對(duì)鋼管拋丸機(jī)處理的影響

在鋼管防腐過(guò)程中，鋼管通過(guò)拋丸清理機(jī)進(jìn)行表面處理，表面處理質(zhì)量是影響防腐層質(zhì)量的關(guān)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(jī)處理中，僅通過(guò)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(shí)更有利于鋼管與涂層的結(jié)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(xué)者認(rèn)為磨料混合比例達(dá)到不變時(shí)，被處理工件表面的錨紋及清潔度將處于穩(wěn)定狀態(tài)。認(rèn)為磨料使用過(guò)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(shí)間達(dá)到平衡后，磨料的粒度分布基本保持不變，磨料的個(gè)數(shù)在增加。鋼丸、鋼砂在使用過(guò)程中，由于磨料不斷的處于破碎，磨圓的過(guò)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。
1實(shí)驗(yàn)部分
1．1磨料性能
鋼管由鋼管廠提供，鋼管材質(zhì)X70及X65，鋼管表面銹蝕等*A、B*。鋼管外壁拋丸清理機(jī)，型號(hào)HQGW14B，拋丸輪直徑500ITlln，拋丸輪轉(zhuǎn)速480r／min，拋射速度60～70m／s。
1_2實(shí)驗(yàn)方法
第一次按4：1的比例將鋼丸、鋼砂加入拋丸機(jī)內(nèi)，磨料循環(huán)使用，每隔一段時(shí)間，從拋丸機(jī)內(nèi)取等質(zhì)量的磨料，分離出圓形鋼丸和棱角鋼砂，稱取二者的質(zhì)量比。每次取樣時(shí)，通過(guò)錨紋測(cè)試儀，灰塵度比照表和除銹等*對(duì)照表檢測(cè)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(shí)間，按損失情況向拋丸機(jī)內(nèi)添加新磨料。拋丸清理機(jī)平均清理速度在8．25m2／Ⅱ1in。
2實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)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(dá)到了43％。產(chǎn)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(shí)，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(shí)，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(dá)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(shì)。磨料清理40h后，粒徑小于19IXm的僅增長(zhǎng)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(duì)鋼管表面拋丸質(zhì)量的影響
鋼管防腐過(guò)程中，涂層與鋼管表面的緊密結(jié)合是鋼管有效防腐蝕的*要條件之一，此時(shí)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(guò)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(jīng)拋丸處理達(dá)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(rùn)濕鋼管表面閉。當(dāng)鋼管表面處理的平均速度8．25m2／min時(shí)，隨著磨料中鋼丸、鋼砂的比例變化，鋼管表面的清理質(zhì)量明顯變化。
2．3磨料組成比例對(duì)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(gè)磨料的沖擊力就大。當(dāng)降低鋼管表面處理速度時(shí)，也可增加鋼管表面的覆蓋率。下面幾組照片圖2到圖6說(shuō)明了磨料比例變化時(shí)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(shí)，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(dá)到100％，部分銹跡未清除。參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS08501—1鋼材表面清潔度標(biāo)準(zhǔn)【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(shí)平均錨紋深度112in，錨紋深度分布范圍在70～134pm之間。當(dāng)與涂層結(jié)合時(shí)，這種錨紋形貌就難以起到“咬合”涂料的機(jī)械作用
2．4磨料組成對(duì)錨紋深度的影響
鋼管經(jīng)磨料清理后，表面會(huì)出現(xiàn)細(xì)微的波峰和波谷，涂料會(huì)深入到波谷的底部，而波峰會(huì)咬住涂層，形成錨或者機(jī)械齒，這就是涂層與鋼管表面錨紋的機(jī)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(duì)錨紋的輪廓形狀并不重視，但對(duì)錨紋深度卻有要求Ⅲ。呈尖角形的錨紋可與涂層間形成機(jī)械作用力，但是太尖銳的錨紋卻是點(diǎn)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(dá)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(shí)，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(guān)系
3結(jié)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(shí)達(dá)到較佳狀態(tài)，此時(shí)即使拋丸清理速度高達(dá)8．25m2／min時(shí)，鋼管清理質(zhì)量保持良好。小粒徑磨料對(duì)鋼管表面處理質(zhì)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(jìn)一步的試驗(yàn)。