Тема 2.3 Очистка. Способы очистки

В результате прокатки, выполнения горячей штамповки и др. высокотемпературных операций на поверхности заготовок или готового изделия образуется окалина. За время транспортирования и хранения на металле могут появиться ржавчина и загрязнения.

Цель очистки - удаление с поверхности металла загрязнений.

Обязательной очистке подлежат:

а) кромки свариваемых элементов;

б) участки металла, соприкасающиеся с флюсом;

в) поверхности контакта соединяемых элементов (внахлестку);

г) поверхности отдельных деталей и аппаратов в целом, подлежащие окраске, эмалированию и т.п.

Ржавчина - продукт коррозии железа, образуемый под действием кислорода в присутствии воды, является основным видом загрязнения металлической поверхности.

2.3.1 Способы очистки

Используют химические, физические и механические способы очистки поверхности металла от загрязнений.

Выбор метода обработки зависит от вида и степени загрязненности поверхности; целей подготовки поверхности (под сварку, пайку, окраску, эмалирование и т. п.); габаритных размеров, массы изделия и типа производства.

Химические методы обработки поверхности включают обезжиривание, травление, применение модификаторов ржавчины.

Обезжириванием называют процесс растворения жира и масел с помощью химически активных веществ. Осуществляется промывкой деталей в щелочных растворах, органических растворителях, водных моющих средствах. Обезжиривание мелких деталей производят в ваннах или во вращающихся барабанах, в которые залит растворитель. Крупные изделия обезжиривают путем заливки растворителя во внутреннюю полость герметически закрытого аппарата. Внешнюю поверхность крупногабаритных аппаратов обезжиривают путем протирки растворителем или его распылением. После обезжиривания должна быть произведена тщательная промывка водой и сушка.

Травление выполняется обычно растворами серной или соляной кислот в отдельности или в сочетании. Наибольшая скорость травления достигается в 25%-ной серной и 20%-ной соляной кислоте. Скорость травления увеличивается также с повышением температуры растворов. Кислота проникает под слой окалины или ржавчины и образует, наряду с окислами, свободный водород, который механически отрывает разрыхленные слои окислов. Для предотвращения наводороживания поверхности металла в травильные ванны добавляют специальные присадки - замедлители, которые адсорбируются на поверхности изделий и затрудняют переход частичек металла в раствор.

Химические способы очистки весьма трудоемкие, дорогостоящие технологические операции, с неблагоприятными условиями труда, поэтому они мало распространены на аппаратостроительных предприятиях.

Физические методы обработки поверхностей отличаются большой энергоемкостью, трудоемкостью. Из физических методов наиболее широкое применение в аппаратостроении находят термические способы очистки. Поверхность нагревается до температуры 150С. Отделение окалины происходит вследствие различия коэффициентов линейного расширения стали и окислов металла. При нагреве происходит обезвоживание ржавчины, в результате окалина растрескивается и легко отслаивается вместе с ржавчиной. Остатки окислов удаляют металлическими щетками.

Механические способы очистки. Для обработки поверхности широко используют вращающиеся металлические щетки (см.рис.2.3.1), у которых в качестве рабочих элементов используют металлическую проволоку диаметром 0,2...0,8 мм, соединенную в пучки и размещенную между фланцами. Режимы обработки этими щетками: скорость обработки 15...45 м/с, скорость подачи от 0,5...30 м/мин и более.

Рис. 2.3.1 – Дисковые щетки

Для повышения энергии удара проволочных элементов на линии атаки разработаны вращающиеся щетки с отражателями (см.рис.2.3.2), в которых проволочные элементы во время холостого пробега дополнительно аккумулируют энергию за счет их упругого изгиба при контактировании с отражателем.

Рис. 2.3.2 – Щетка с отражателем

Для увеличения энергии удара проволочек на линии атаки разработаны секционные щетки (см. рис.2.3.3), где рабочие проволочные элементы расположены по окружности секционно.

Рис. 2.3.3 – Секционная щетка

Для обработки больших поверхностей используют валковые (цилиндрические) щетки длиной 50...1500 мм и наружным диаметром 50...1000 мм.

Для выполнения тяжелых работ по очистке поверхности от ржавчины и т.п. чаще используют торцевые (чашечные) щетки, которые имеют большую прочность и позволяют вести обработку на больших скоростях 30...40 м/с.

Одним из направлений использования проволочек в качестве рабочих элементов является обработка ленточными щетками. Ленточные щетки (см.рис.2.3.4) состоят из несущего основания, которое может быть выполнено в виде эластичной ленты, цепи и т. п. К основанию щетки прикрепляют колодки с набором проволочных элементов.

Рис. 2.3.4 – Ленточная щетка

Для зачистки кромок свариваемых элементов, снятия усилий сварного шва широко используются абразивные круги и иглофрезы (см.рис.2.3.5).

Рис. 2.3.5 - Иглофреза

Очистку производят также ручными щетками, скребками, различными обдирочными и шлифовальными инструментами.

Большинство способов механической обработки устраняют или локализуют на поверхности металла концентраторы напряжений в виде рисок, царапин, что значительно повышает механическую прочность, надежно защищает от коррозионного растрескивания. Однако на поверхности металла в отдельных случаях остается слой пыли, некоторые способы сопровождаются шумом, вибрацией изделий и трудно поддаются механизации.

Галтовка. При этом виде обработки детали в течение нескольких часов, беспорядочно перемещаясь во вращающемся барабане, трутся друг о друга, очищая при этом свои поверхности от окислов и загрязнений. Вместе с деталями загружают известняк, гравий, песок, небольшие количества слабых растворов кислот, щелочей.

Галтовка применяется для очистки внутренних поверхностей баллонов и других сосудов малого диаметра. В этом случае внутрь обрабатываемого изделия вводят каменную мелочь, гранитные осколки, окись алюминия и т.п., которые ударами и трением очищают ее от окалины, окислов и загрязнений.

Ударно-дутьевые способы очистки

Пескоструйная очистка состоит в обработке поверхностей струей сжатого воздуха, в которой находятся частички кварцевого или металлического песка. Величина давления составляет 0,18-0,22 МПа, скорость струи при истечении из сопла распыливающего аппарата достигает 350 м/с. Поверхность изделий после обработки песком приобретает равномерную шероховатость и становится матовой; она легко корродирует и загрязняется, поэтому следует максимально сократить промежуток времени до нанесения антикоррозионного покрытия.

Крупным недостатком пескоструйной очистки является образование большого количества пыли. Этот недостаток в некоторой степени устраняется гидропескоструйной очисткой, где очистку производят пульпой - смесью песка и воды.

Дробеструйная очистка. Вместо кварцевого или металлического песка применяют мелкую чугунную или стальную дробь, имеющую размеры от 0,5 до 2 мм.

Дробеструйные установки по своему устройству не отличаются от пескоструйных; давление воздуха составляет 0,5-0,6 МПа, расход дроби по весу в 30-35 раз меньше песка.

Дробеметная очистка. Вместо пневматических распылительных устройств применяют дробеметные установки, в которых струя абразивного материала создается под действием центробежной силы, возникающей при вращении турбинки.

Пескоструйный, дробеструйный и дробеметный способы очистки, являющиеся разновидностью ударно-дутьевой очистки поверхности стали, представляют собой процессы, при которых измельченные абразивы или металлы, обладающие большей твердостью, чем очищаемая сталь, при помощи воздуха, центробежных устройств подводят к поверхности металла. Ударяясь об очищаемую поверхность, измельченные частицы, обладающие большой кинетической энергией, расходуют ее на удаление, находящихся на поверхности, загрязнений, образование выбоин, вмятин и деформацию поверхностного слоя очищаемого металла, приводящую к появлению в нем остаточных напряжений сжатия и упрочнения (наклепу). Ударно-дутьевые методы очистки развиваются в направлении разработок конструкций, работающих без пребывания в них людей (например, камера дробеструйная КДС-90 ПП, позволяющая подготовить днища под покраску методом дробеструйной очистки диаметром до 3400 мм в закрытой камере без присутствия человека - используется в ОАО "Салаватнефтемаш").

Контрольные вопросы

1  Основные виды загрязнений в черных металлах?

2  Какова цель очистки?

3  Какие поверхности подлежат обязательной очистке?

4  Способы очистки. От чего зависит выбор метода очистки?

5  Как производится химическая очистка поверхности металла? Недостатки химических методов очистки.

6  Описать термический способ очистки поверхности.

7  Обработка поверхности металлическими щетками. Типы щеток.

8  Ударно-дутьевые способы очистки.

Лекции № 6-7