СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ИЗДЕЛИЯ ОТ КРАСКИ
METHOD AND DEVICE FOR CLEANING OF METAL ITEM SURFACE FROM PAINT

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам и устройствам для очистки поверхности металлических изделий от лакокрасочных и других диэлектрических покрытий, и может быть использовано, например, в работах по восстановлению технологического оборудования, используемого для покраски изделий.
В современном машиностроении одной из операций изготовления изделия является его покраска. В условиях производства покраску изделия обычно выполняют распылением краски. При этом одно или группу изделий перед покраской размещают на металлической раме, окрашивают и сушат. После нескольких циклов покраски и сушки металлическая рама покрывается слоем засохшей краски и становится непригодной для использования. Для повторного использования металлическую раму периодически очищают от слоя засохшей краски.
Известен способ очистки поверхности металлических изделий, например труб, от краски и других покрытий, реализованный в устройстве для очистки поверхностей трубы [1, а.с. №1313537]. Это устройство снабжено нагревательным элементом в виде отрезка трубы, размещенного соосно на очищаемой трубе и соединенного с помощью электроконтакта с одного конца с трубой. Другой конец нагревательного элемента и труба подключены к источнику переменного тока. Очистка поверхности трубы в этом устройстве достигается за счет того, что электрический ток, протекая по внутренней поверхности трубы нагревательного элемента и наружной поверхности очищаемой трубы, нагревает поверхность трубы до высокой температуры, вызывая из-за различия в коэффициентах линейного расширения металла и покрытия растрескивание и отслаивание покрытия от очищаемой поверхности.
Недостатком устройства для очистки поверхностей трубы по [а.с. №1313537] является невысокая производительность очистки. Этот недостаток обусловлен необходимостью выполнения перед очисткой очередного участка поверхности трубы подготовительных операций по разъединению и соединению 3-х электрических соединений: двух для подключения источника питания и одного для соединения нагревательного элемента с трубой. Причем, электрические соединения должны быть высокого качества, чтобы обеспечить нагрев и очистку металлической поверхности, а электрические соединения при этом не нагревались. На выполнение этих подготовительных операций уходит большая часть времени процесса очистки.
Известен способ очистки металлических изделий от гетерогенных загрязнений, например - слоя краски, по [2, а.с. №1313537], в котором влияние качества электрического соединения источника питания с очищаемой металлической поверхностью на процесс очистки ослаблено. В этом способе на очищаемой поверхности со стороны слоя краски размещают два электрода и подают на них импульсы высокого напряжения, при этом расстояние между электродами устанавливают больше суммы толщин слоя краски в местах установки электродов. При подаче на электроды высоковольтных импульсов происходит электрический пробой слоя краски между электродами и изделием. Дальнейший разряд проходит по поверхности раздела изделия и краски, при этом расширяющаяся плазма разряда отрывает краску от очищаемой поверхности.
Способ по [а.с. №1313537] взят в качестве прототипа.
Недостатком способа очистки по [а.с. №1313537] является невысокая производительность очистки, зависящая от времени перемещения и установки электродов на очищаемой поверхности. Другим недостатком способа очистки по [а.с. №1313537] является снижение качества обработки очищаемой поверхности за счет появления на ней участков оплавления (или прожига на тонкостенном изделии) в местах электрического пробоя слоя краски. Этот недостаток затрудняет применение способа по [а.с. №1313537] для очистки изделий многоразового использования. Кроме того, недостатком способа очистки по [а.с. №1313537] является невысокое качество очистки, обусловленное преимущественным нагревом очищаемой поверхности по линии разрядного тока, соединяющей места установки электродов. Недостатком способа очистки по [а.с. №1313537] является также необходимость выполнения особых мер электробезопасности по защите обслуживающего персонала от поражения высоковольтными импульсами.
Целями изобретения являются повышение производительности, качества и электробезопасности очистки поверхности металлического изделия от краски.
Поставленные цели в предлагаемом способе очистки поверхности металлического изделия от краски, заключающемся в том, что электрическими токами нагревают поверхность металлического изделия под краской, достигаются тем, что размещают вблизи очищаемой поверхности металлического изделия со стороны слоя краски индуктор и кратковременным индукционным нагревом доводят температуру очищаемой поверхности металлического изделия до температуры выделения газов из краски на поверхности раздела металл-краска, с последующим резким удалением образовавшимися газами слоя краски с очищаемой поверхности металлического изделия, при этом длительность кратковременного индукционного нагрева устанавливают меньше длительности прогрева всего слоя краски до температуры плавления, а мощность генератора, питающего индуктор, форму и размеры индуктора выбирают по условию поддержания газодинамического процесса резкого удаления газами слоя краски с очищаемой поверхности металлического изделия. Кроме того, кратковременный индукционный нагрев очищаемой поверхности металлического изделия осуществляют высокочастотным магнитным полем.
Устройство для реализации предлагаемого способа содержит соединенные последовательно генератор переменного тока, выполненный в виде генератора высокочастотного тока, коммутационное устройство, устройство согласования нагрузок и индуктор, размещенный со стороны слоя краски вблизи очищаемой поверхности металлического изделия.
На фиг.1 схематично показано устройство для реализации предлагаемого способа очистки поверхности металлического изделия от краски.
На фиг.2-5 упрощенно показаны варианты индукторов.
Цифрами на фиг.1 обозначены: 1 - генератор высокочастотного тока, 2 - коммутационное устройство, 3 - устройство согласования нагрузок, 4 -индуктор, 5 - очищаемое металлическое изделие, 6 - слой краски, подлежащий удалению.
Показанный на фиг.1 индуктор, в частном случае реализации предлагаемого способа очистки, выполнен из охлаждаемой проточной водой медной трубки, свернутой в плоскую спираль, изогнутой углом, либо по дуге, U-образно, либо иным образом, повторяющим профиль очищаемой поверхности (форма индуктора материалами настоящей заявки не защищается). При этом в одних вариантах индуктор выполнен стационарным, укрепленным на какой-либо станине (на чертеже не показана), а очищаемое изделие приближаемым к нему. В других частных случаях индуктор выполнен переносным (подвижным), приближаемым к очищаемому изделию, в том числе снабженным для перемещения, например, рукояткой 7 (фиг.2) из диэлектрика (элементы крепления и переноса индуктора материалами настоящей заявки не защищаются).
Работа устройства происходит следующим образом. Работающий генератор 1 высокочастотного тока, с помощью коммутационного устройства 2, подключают через устройство согласования нагрузок 3 к индуктору 4, размещенному со стороны слоя краски вблизи поверхности металлического изделия 5. Магнитное поле тока, текущего по индуктору 4, воздействуя на поверхность металлического изделия 5, возбуждает в нем вихревые токи, реализующие индукционный нагрев поверхности металлического изделия. За счет теплопередачи от нагретой поверхности металлического изделия 5 нагревается и начинает выделять газы внутренняя поверхность слоя краски 6. Образующиеся в процессе кратковременного нагрева газы, расширяясь, создают избыточное давление на границе металл-краска, приводящее к резкому (взрывному) отслаиванию и удалению с очищаемой поверхности слоя краски 6. Эффективность и качество очистки металлической поверхности повышаются при использовании мощных высокочастотных полей, возбуждаемых с использованием мощных генераторов за сравнительно короткий интервал времени. При этом мощность поля (мощность использованного генератора) и длительность нагрева находятся в заранее определяемом соотношении: чем выше мощность, тем короче импульсный нагрев очищаемого изделия. Причем мощность генератора и длительность нагрева выбирают исходя из соблюдения требования - быстрый нагрев металлической поверхности и соприкасающейся с ней внутренней поверхности удаляемого слоя краски до температуры газовыделения из краски осуществляют за время, при котором внешний слой краски сохраняет консистенцию (вязкость) необходимую и достаточную для удержания под слоем краски образующихся в процессе нагрева газов. Таким образом, скорость нарастания температуры обрабатываемой поверхности выбирают такой, при которой обеспечивается перепад температур внешней и внутренней поверхностей удаляемого слоя краски не меньше разности температур плавления и газовыделения краски. При достаточной удельной мощности индукционного нагрева, (мощности генератора, приходящейся с учетом КПД на единицу площади нагреваемой поверхности) процесс отслаивания и удаления краски с металлической поверхности протекает по типу ударного воздействия. Поэтому, в зависимости от условий очистки (мощность генератора, размеры и форма индуктора, толщина слоя и механические свойства краски), генератор подключают к индуктору на короткий промежуток времени, обеспечивая импульсный нагрев очищаемой поверхности, причем длительность импульсного индукционного нагрева не должна превышать длительности прогрева всего слоя краски до температуры плавления.
Предлагаемый способ и устройство его реализующее по сравнению с прототипом, при одинаковых размерах рабочей зоны (разнос электродов у прототипа, размеры индуктора в предлагаемом способе), обеспечивают более равномерный нагрев большей, чем у прототипа поверхности, поскольку у прототипа преимущественно нагревается сравнительно узкая область поверхности по линии разрядного тока, соединяющей места установки электродов, в то время как в предлагаемом способе нагрев происходит как под индуктором, так и в сравнительно широкой, прилегающей к нему зоне, подвергаемой воздействию индукционного поля. Значит, у заявленного способа площадь нагрева металлической поверхности больше, чем у прототипа, и очистка всей поверхности от краски производится за меньшее, чем у прототипа, число циклов нагрева. А меньшее число циклов обеспечивает более высокую, по сравнению с прототипом, производительность предлагаемого способа очистки металлической поверхности.
В предлагаемом способе и устройстве его реализующем также отсутствуют недостатки прототипа, связанные с высоковольтным разрядом - это наплавка поверхности, либо ее прожиг, в местах электрического пробоя. В предлагаемом способе, в отличие от прототипа, нет точечных разрядов, очищаемая поверхность равномерно нагревается магнитным полем, поэтому наплавка поверхности, либо ее прожиг, в предлагаемом способе отсутствуют, обрабатываемая поверхность сохраняет первоначальный вид, что расширяет функциональные возможности применения заявляемого способа.
В предлагаемом способе и устройстве его реализующем отсутствует также и еще один недостаток прототипа - это необходимость выполнения особых мер электробезопасности обслуживающего персонала от поражения высоковольтными импульсами. В предлагаемом способе нет электрических потенциалов, необходимых для осуществления разрядов, а рабочие напряжения на индукторе не являются высоковольтными, что существенно упрощает выполнение мер электробезопасности обслуживающего персонала.
Таким образом, предлагаемый способ очистки поверхности металлического изделия от краски и устройство его реализующее обладают более высокой, по сравнению с прототипом, производительностью, лучшим качеством очистки, более широкими функциональными возможностями и лучшей электробезопасностью обслуживающего персонала.
Предлагаемый способ и устройство его реализующее опробованы при очистке от краски элементов технологического оборудования для покраски изделий. Очищалась технологическая многогранная конструкция для крепления деталей при их покраске, выполненная в виде параллепипеда из стальных стержней диаметром 10 мм, толщина слоя краски менялась по длине стержня тора 150 мм, расстояние от очищаемой поверхности стержня до рабочей поверхности проводника индуктора 10 мм, рабочая частота генератора - 60 кГц, мощность генератора - 20 кВт. В процессе очистки, при кратковременном (на 2-3 секунды) подключении работающего генератора к индуктору, слой краски резко (взрывоподобно) сбрасывался с очищаемого участка стержня при хорошем качестве очистки.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1489862, МКИ В08В 7/04, 1989.
2. Авторское свидетельство СССР №1313537, МКИ В08В 7/04, 1987, (прототип).