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磨料组成对钢管抛丸清理处理有哪些影响

作者:亚美体育 发布时间:2015-07-31点击:
    摘要: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,在抛丸处理中,仅以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。通过探讨防腐钢管的抛丸处理中,磨料配比变化情况,小粒径磨料的增加情况,采用除锈等级、描纹深度等对不同配比的磨料处理的钢管表面进行评价;得到了钢管表面处理的磨料中,钢丸与钢砂的比例分别为0.1和0.3,小拉径的磨料占60%时,钢管表面处理质量最佳。
       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。刘如伟等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。本文探讨了钢丸与钢砂在使用过程中的比例变化情况和获得良好的表面处理效果的合适比例。
 
1、实验部分:
1.1、磨料性能:
    磨料由大亚磨料公司提供,钢丸S460,钢砂G18,其参数如表1。
表1大亚磨料参数
表1大亚磨料参数
    钢管由沙市钢管厂提供,钢管材质X70及X65,钢管表面锈蚀等级A, B级。
    钢管外壁抛丸清理机为华盛泰,型号HQGW14B,抛丸轮直径500mm,抛丸轮转速480r/min,抛射速度60一70 m/s.
 
1.2、实验方法:
    第一次按4: 1的比例将钢丸、钢砂加人亚美体育内,磨料循环使用,每隔一段时间,从亚美体育内取等质量的磨料,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级对照表检测钢管表面的锚纹深度,灰尘度级别和钢管表面除锈等级。
    磨料损耗除破碎外,主要为外溢流失,每隔一段时间,按损失情况向亚美体育内添加新磨料。抛丸清理机平均清理速度在8.25 ㎡/min。
 
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,最后下降。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,最后上升,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23 h后,清理面积达到11385时,才有部分磨料粒径降低到9um,此后粒径低于19um的磨料比例呈上升趋势。磨料清理40h后,粒径小于19协。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
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首要条件之一,此时要求涂层界面与钢管界面距离尽可能小,低于5 A;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。钢管表面除锈等级、灰尘度级别、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。当钢管表面处理的平均速度8.25㎡/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级和锚纹的影响:
    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,除锈等级仅可归为Sal级。图中也可以观察到弹痕形状呈波浪形,此时平均锚纹深度112 um,锚纹深度分布范围在70~134um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。
图2钢丸:钢砂:800目(磨料粒径,9um) 以下为0.9 : 0.1 : 0时钢管表面形貌图
图2钢丸:钢砂:800目(磨料粒径,9um)以下为0.9 : 0.1 : 0时钢管表面形貌图
    当钢丸所占比例为0.8 ,钢砂所占比例增加至0.2时,钢管表面清理后的形貌如图3所示。弹痕仍然很明显,钢管表面的覆盖率仍没有达到100%,但是大部分氧化皮,锈迹被全部清除,整体颜色呈现暗灰色。此时除锈等级达到Sat级。弹痕形貌仍然呈波浪形,锚纹深度将较大,平均为119um,分布范围在44~122um之问。此时钢管表面处理效果仍不能达到与涂层紧密结合的要求。
图3钢丸:钢砂:800目以下为0.8 : 0.2 : 0时 钢管表面的清理形貌
图3钢丸:钢砂:800目以下为0.8 : 0.2 : 0时 钢管表面的清理形貌
    当钢丸所占比例降低至0.4,钢砂比例增加至0.4,粒径小于19um的磨料增加至20%左右时,钢管表面清理后形貌如图4所示。图中没有圆形弹痕,钢管表面覆盖率达到了100%,但是表面仍然存在小面积的微锈尘覆盖区域,虽然呈灰色,但是没有完全露出金属的本色。此时除锈等级Sa2.5级,平均锚纹深度为90um,分布范围在42~98um之间。
    图5显示了钢丸比例下降至0.1时,钢管表面清理后的形貌,钢管露出了金属本色,除锈等级达到了Sa2.5级,即近白色金属等级,此时的锚纹深度分布在55~110 um之间。小粒径磨料的增加使锚纹深度略有增加。从图2至图5的组图可以看出,随比例的变化,表面凹坑直径减小,覆盖率逐渐增加,除锈等级逐渐提高,锚纹深度趋向稳定。
图4钢丸0.4,钢砂0.4,  800目以下20.67%时, 钢管表面的清理形貌
 
图4钢丸0.4,钢砂0.4,  800目以下20.67%时,钢管表面的清理形貌
图5钢管表面清理形貌(钢丸0.1, 钢砂0.3,  800目以下59.65%
 
图5钢管表面清理形貌(钢丸0.1,钢砂0.3,  800目以下59.65%
图6钢管表面除锈等级Sa 2.5

图6钢管表面除锈等级Sa 2.5
图6为钢管整体形貌,磨料中粒径低于19um的比例占60%左右,钢管表面除锈等级显著提高达到近白色金属级。钢丸、钢砂在使用一段时间后的最佳比例为0.1:0.3,粒径小于19um磨料比例达到60%。
 
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,涂料会深人到波谷的底部,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m。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口。
图7锚纹深度与小粒径磨料所占比例的关系
 
图7锚纹深度与小粒径磨料所占比例的关系
 
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19um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7中,锚纹深度下降至90um左右,需要粒径小于19wm的磨料的比例增加至20%以上。
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3、结论:
    除锈等级、锚纹深度、灰尘度级别在比例钢丸0.1,钢砂0.3 , 800目以下0.6时达到最佳状态,此时即使抛丸清理速度高达8.25㎡/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。
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