СПОСОБ АБРАЗИВНО-СТРУЙНОЙ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛОВ
METHOD OF ABRASIVE-JET CLEANING OF METAL SURFACES

Изобретение относится к абразивно-струйной очистке поверхностей металлов от различных покрытий, отложений, окалины, ржавчины, в частности крупногабаритных металлических конструкций.
7
Известен способ обработки поверхности полуфабрикатов, включающий операцию очистки поверхности от окалины, шлака, окисных пленок и загрязнений струйно-абразивной обработкой путем воздействия на обрабатываемую поверхность водовоздушной смесью, включающей мелкодисперсные частицы, в качестве мелкодисперсных частиц используют возвратные и невозвратные отходы плавильного производства, химический состав которых соответствует химическому составу обрабатываемых полуфабрикатов, при этом в водовоздушную смесь включают мелкодисперсные частицы размером не более 0,20 мм с их объемной концентрацией в водовоздушной смеси, равной 0,01-35,0%, воздействие осуществляют при давлении смеси, равном 0,15-0,55 МПа, а после очистки осуществляют мойку и сушку полуфабрикатов (патент РФ на изобретение № 2174461, MПK B24C 1/00, 2001 г.).
Недостатком данного способа является использование для обработки поверхности водовоздушной смеси, т.к. использование воды способствует увеличению коррозионных свойств металла.
Известен способ обработки поверхности изделий, включающий операцию очистки поверхности от окалины или окисной пленки, при котором используют метод струйно-абразивной обработки поверхности водовоздушной смесью, наполненной мелкодисперсными частицами. В качестве абразивных частиц используются: глина, мел, бытовые пасты типа «Чистоль» и др. (а.с. SU 1740142 А1, кл. В24С 1/00, 1992).
Недостатком этого способа является низкое качество поверхности и внешнего вида изделий, что снижает технологичность изделий при последующей их обработке.
6
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ абразивно-воздушной обработки поверхности, включающий первоначальное расширение сжатого воздуха и разгон его до сверхзвуковой скорости, одновременную подачу в ускоренный поток воздуха под давлением рабочего вещества и создание абразивно-воздушной смеси, подача ее в сопло для ускорения и выброса на обрабатываемую поверхность, сжатый воздух расширяют до уровня ниже атмосферного, рабочее вещество подают плотным слоем с низкой скоростью поступательного движения, а ускорение смеси производят до фиксированного значения полного давления выше атмосферного уровня, при этом расход рабочего вещества регулируют давлением его подачи (патент РФ на изобретение № 2137593, МПК В24С 1/00, 1999 г.).
Недостатком данного способа является то, что при абразивно-воздушной обработке металлических поверхностей в месте контакта абразивных частиц с поверхностью металла возникают зоны локального разогрева и присутствие в составе абразивно-воздушной смеси большого процента кислорода способствует появлению окислов на поверхности обрабатываемого металла, что снижает эффективность процесса очистки.
Была поставлена задача разработать эффективный способ очистки поверхностей металлов от ржавчин, окалины и старых лакокрасочных покрытий, при использовании которого резко уменьшается образование окислов на поверхности, подвергаемой абразивной очистке.
Поставленная задача решается тем, что в способе абразивно-струйной очистки поверхностей металлов, включающем подачу сжатого воздуха под давлением, образование абразивно-воздушной смеси, подачи ее в сопло для ускорения и выброса на обрабатываемую поверхность, в сжатый воздух добавляют азот для уменьшения концентрации кислорода в газовоздушном потоке и подают в емкость с абразивным материалом, после чего абразивно-воздушную смесь подают в сопло под давлением 10-12 бар на обрабатываемую поверхность.
Уменьшение концентрации кислорода в зоне реакции снижает окислительную способность газовоздушной струи, используемой для транспортировки абразива. Снижение концентрации кислорода достигается разбавлением газотранспортного потока азотом, а также созданием азотной атмосферы в помещении, где происходит очистка металлических поверхностей. В результате снижения концентрации кислорода в реакционноспособной высокотемпературной зоне уменьшается образование окислов на поверхности металла, подвергаемого абразивной очистке, а также подача абразивно-воздушной смеси в сопло под давлением 10-12 бар на обрабатываемую поверхность повышает эффективность очистки поверхности.
Для реализации предлагаемого способа очистки поверхностей металлов используются: герметичная емкость с абразивным материалом, сжатый воздух из централизованной системы производства или из автономного компрессора и баллон с газообразным азотом.
В качестве абразивного материала используется материал, изготавливаемый из гранулированных шлаков медеплавильного производства. Гранулы имеют острую, угловатую форму, черные с металлическим блеском, твердость 6-6.5 Mohs, размер гранул от 0,3 до 3,0 мм. Достигаемая степень очистки SA-3, SA-2, SA-2,5.
На выбор метода обработки поверхностей металлов влияют материал очищаемой конструкции, толщина материала, размеры, условия проведения работ по очистке, а также характер удаляемых посторонних включений.
Для очистки поверхности металлов от ржавчины, окалины и старых лакокрасочных покрытий в емкость, с находящимся в ней абразивным материалом, подается сжатый воздух под давлением 7-12 бар, насыщенный азотом, захваченный потоком газовоздушной смеси абразив через сопло под давлением 10-12 бар подается на обрабатываемую поверхность находящейся в камере детали. В камере дополнительно создается насыщенная азотом атмосфера. Отработанный абразив засасывается в образовавшийся вакуум емкости с абразивом. Таким образом создается циркуляция абразива, одновременно засасывая частички окалины, окислов и т.д. После очистки поверхность обдувают чистой воздушной струей сжатого воздуха.
Для очистки от ржавчины, окалины и старых лакокрасочных покрытий малогабаритных деталей и при их невысокой программе применяются камеры ручной струйной очистки. В этих камерах абразивно-струйная очистка поверхностей металлов производится в замкнутом пространстве, где в зоне обработки находятся только руки оператора. В таких камерах при осуществлении процесса очистки, кроме подачи азота в воздушную струю, производится насыщение азотом атмосферы в самой камере, что также способствует лучшей очистке поверхности металла.
К несомненным плюсам данного вида оборудования относятся отсутствие необходимости создания специальных площадок или помещений, а также отсутствие необходимости спецодежды для оператора.
Уменьшение концентрации кислорода в зоне очистки снижает окислительную способность газовоздушной струи, используемой для транспортировки абразива, что позволяет обеспечить высокое качество очистки поверхностей металлов, технический результат достигнут.
Данный метод очистки можно использовать (и, кстати, это самый экономичный способ, заявитель планировал именно это применение) в промышленных цехах, камерах изолированного типа с системами рециркуляции воздуха (для более экономичного использования азота), можно использовать системы автоматической подачи азота. При достижении концентрации в воздушной среде более 50% азота приостанавливают подачу в воздушно-абразивную смесь азота. Воздушно-азотная смесь из дробеструйной камеры после фильтрации и рециркуляции поступает обратно в воздухозаборники компрессорных станций.
Содержание азота в воздушно-абразивной смеси составляет 20-30%.
Детали в основной своей массе выполнены из различных сплавов черных металлов, широко применяемых в промышленном строительстве, например сталь 3 или 20.
В качестве эксперимента очищались опоры и связи трубопроводных эстакад в объеме примерно 4000 т, материалы: Ст.3, Ст.20.
Результат эксперимента, по сравнению с другими металлоконструкциями, очищенными обычным способом, показал полное отсутствие коррозии даже в труднодоступных местах.
Предлагаемый способ обработки дешев, универсален, эффективен для обработки поверхностей металлов.
Способ абразивно-струйной очистки поверхностей металлов может быть осуществлен на стандартном оборудовании с использованием известных материалов.