Машиностроение и механика

  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Бластинг: технологии и случаи применения, абразивные материалы

Article Index
Бластинг: технологии и случаи применения, абразивные материалы
Подготовка поверхности
Дробеструйное упрочнение
Технические условия по подготовке поверхности
Степени очистки
АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Наиболее распространённые струйные абразивы
Риски, связанные с абразивными материалами
All Pages

ТЕХНОЛОГИЯ И СЛУЧАИ ПРИМЕНЕНИЯ


Технология

При абразивоструйной обработке абразивные частицы ускоряются из абразивоструйного аппарата при помощи энергии сжатого воздуха. Для того чтобы посредством абра­зивных частиц и сжатого воздуха обеспечить эффективную очистку, требуется профессиональное мастерство, высокок­лассное оборудование и контроль качества. Каждый элемент влияет на результат работы всей системы.

Даже несоответствие одного элемента ограничивает работу системы в целом.

Данная книга подчеркивает необходимость поддержания давления и объема подаваемого воздуха на всей установке.

Система абразивоструйной очистки состоит из трех ос­новных компонентов: компрессор, струйный аппарат и абра­зив (смотрите Приложение 1: «Составляющие рабочего мес­та абразивоструйщика»).

Компрессор должен создавать достаточное давление и объем воздуха для того, чтобы переместить абразив из аб­разивоструйного аппарата на обрабатываемую поверхность. Абразивный порошок засыпается в абразивоструйный аппа­рат и посредством дозирующего клапана подается в воздуш­ный поток, на пути которого не должно быть препятствий. Желаемый результат обработки поверхности достигается посредством регулирования силы сжатого воздуха, воздей­ствующей на абразив. Очистка напрямую зависит от того, насколько эффективно воздух движется из компрессора на очищаемую поверхность. Помеха хотя бы в одном элементе вызывает снижение продуктивности целой системы.

Подрядчики часто не рассматривают абразивоструйный аппарат как возможный источник ограничения подачи воз­духа и потока абразива. Воздух под высоким давлением не может проходить через фитинги малого диаметра в таком же объеме, как при фитингах большого диаметра.

Роль абразивоструйного аппарата состоит в том, чтобы рав­номерно дозировать абразив в воздушный поток. Иногда под­рядчики монтируют фитинги, ограничивающие поток воздуха и дозирующие клапаны, которые сокращают воздушный поток наполовину, а в итоге не могут понять, почему производитель­ность снизилась. Данной проблемы можно избежать, выбрав струйный аппарат с трубками, фитингами и клапанами боль­шого диаметра и подсоединив его к шлангу для подачи сжатого воздуха и соплу также большего диаметра.

Другой очень важный элемент в системе абразивоструй­ной очистки - это абразив. В конечном итоге, очистка поверх­ности зависит именно от используемого абразива. Выбирайте абразив соответствующей формы, размера, твердости, плот­ности и состава. Подрядчики, выбирающие неподходящий аб­разив, рискуют получить перерасход средств, нарушение окра­сочного слоя и дорогостоящую повторную обработку.

При обработке поверхности следует тщательно подбирать абразивный материал и размер его частиц для того, чтобы обеспечить наилучший результат по скорости очистки и эко­номической эффективности работ.

Самый лучший воздушный компрессор и абразивоструй­ный аппарат не смогут компенсировать неправильный вы­бор абразива (смотрите раздел «Абразивные материалы», где описаны рекомендации по выбору абразива).

Известная поговорка гласит: «Где тонко, там и рвется», - и ее можно применить к выбору абразивоструйного оборудо­вания. Качество и производительность ключевых элементов влияет на эффективность системы в целом.

Большинство элементов системы абразивоструйной очист­ки имеют цилиндрическую форму. Даже небольшое измене­ние диаметра данных элементов влечёт за собой уменьшение объема воздуха, проходящего сквозь них, в геометрической прогрессии.

Даже при выборе компрессора и абразивоструйного ап­парата необходимой мощности и соответствующего абрази­ва, требуется мастерство и профессионализм оператора для того, чтобы система работала максимально продуктивно.

Применение

Абразивоструйная очистка делится на три составляющих: подготовка поверхности, очистка и отделка поверхности, а так же дробеструйное упрочнение.


Подготовка поверхности

 

При очистке ненужные материалы удаляются, и поверх­ность становится подготовленной для нанесения покрытий.

При помощи абразивоструйной очистки с металлических конструкций удаляют старую краску, ржавчину и другие за­грязнения. Кроме того, при струйной очистке удаляется вто­ричная окалина, которая образуется на новой стали.

Угловатые частицы абразива придают шероховатость по­верхности и создают профиль, или насечку. Большинство производителей красок указывают, каким должен быть про­филь, чтобы обеспечить эффективное нанесение их продук­ции. Более подробно профиль поверхности будет обсуждать­ся далее.

Подрядчики очищают кирпичную кладку перед нанесени­ем шпатлевки или краски. Абразивоструйная очистка наруж­ной штукатурки и кирпича позволяет удалять старую краску, плесень, копоть, красящие вещества и даже граффити, остав­ляя при этом идеальную поверхность для нанесения покры­тия.

Подрядчики очищают преднапряженные железобетон­ные панели, монолитные бетонные стены, колонны и другие конструкции из бетона для того, чтобы удалить остаточный цемент, следы строительной опалубки, выцветшие участки и обнажить бетон.

Кроме обработки стали и каменной кладки, при помощи абразивоструйной очистки можно снять верхние слои крас­ки с деревянных домов и лодок. Со стекловолокна с помо­щью данной очистки обычно удаляют верхний слой гелевого покрытия для того, чтобы сделать видимыми пузырьки воз­духа. При абразивоструйной очистке алюминия, титана, маг­ния и других металлов удаляют коррозию и, в зависимости от выбранного абразива и давления, наносят профиль.

Новые, более мягкие виды абразива (включая пластик и пшеничный крахмал), а также специальное абразивоструй-ное оборудование с низким давлением используются для сухого способа удаления покрытий с современных компо­зиционных материалов. Это позволяет компаниям очищать самолеты, вертолеты, автомобили, грузовики и лодки без использования абразивоструйной обработки, которая может нарушить структуру поверхности. Кроме того, переход на су­хой способ очистки верхних слоев исключает возможность воздействия на рабочих токсических химических веществ, используемых при очистке, и исключает расходы, связанные с утилизацией опасных отходов.

Перечень возможностей абразивоструйной очистки кажется бесконечным. Каждый день сотни компаний при­

бегают к помощи абразивоструйной очистки для того, что­бы решить проблемы долговременной очистки и подготов­ки поверхности. Поскольку в промышленности регулярно изобретаются новые материалы и возникает потребность в обработке новых поверхностей, производителям абразивос­труйной техники и материалов приходится непрерывно со­вершенствовать свои технологии и оборудование.

Очистка поверхности и отделочная обработка

Очистка поверхности и отделочная обработка значитель­но отличаются от процесса подготовки поверхности. Отли­чие заключается в том, что ожидаемый результат состоит в совершенствовании внешнего вида продукции и его полез­ности, а не просто в его подготовке к нанесению покрытий или к сборке. Очистка поверхности включает в себя удаление загрязняющих веществ и окалины. Отделочная обработка поверхности включает удаление заусенцев с отлитых изде­лий, а также совершенствование внешнего вида продукции.

Абразивоструйная очистка с использованием стеклянных или керамических шариков в качестве абразивного материала позволяет создавать матовую поверхность и рельеф на мяг­ких металлах.

На многих литейных предприятиях абразивоструйная очистка используется для удаления заусенцев с отлитых изделий с целью улучшения их функциональности и эстетического вида.

В большинстве случаев при абразивоструйной очистке выявляются микротрещины и дефекты в металлах. Это осо­бенно важно для предприятий, занимающихся ремонтом и модернизацией шасси самолетов.

Мягкие материалы, такие, как резина и пластик, обычно изготавливаются с помощью специальных форм, после кото­рых на них остаются неровности. Абразивоструйная очистка легко удаляет такие неровности, в результате чего получает­ся гладкая однородная поверхность.

Абразивоструйная очистка широко применяется в отрас­лях промышленности, использующих повышенную темпе­ратуру для закалки металлов. Высокие температуры могут обесцвечивать изделия. Абразивоструйная обработка позво­ляет удалять выцветшие участки и окалину с изделий, под­вергшихся воздействию высоких температур.

Кроме того, абразивоструйная очистка может улучшить внешний вид продукции благодаря удалению различных пя­тен, отложений, коррозии и следов инструмента. При этом некоторые абразивные материалы позволяют делать вне­шний вид поверхности более однородным.

При высокой температуре образуется нагар и отложения отработанного масла на многих автомобильных деталях. Электродвигатели часто засоряются перегретыми изоляци­онными материалами и расплавленными слоями статора. В большинстве случаев сохранение исходных размеров данных деталей является критичным. Абразивоструйная обработка с помощью пластиковых абразивных материалов, стеклянных шариков или натурального абразива удаляет загрязняющие вещества и обеспечивает желаемый результат.


Дробеструйное упрочнение

 

 

При изготовлении металлического изделия, для прида­ния ему определённой формы, производители должны со­вершать множество действий, а именно: отливать, резать, сгибать, штамповать, прокатывать или сваривать металлы. Иногда все эти процессы вызывают на металлах остаточ­ное напряжение, которое, если от него вовремя не изба­виться, может стать причиной поломки изделий.

Дробеструйное упрочнение увеличивает прочность и дол­говечность деталей посредством их обработки абразивными материалами, имеющими сферическую форму и разогнанны­ми до высокой скорости. К ним относятся: стальная дробь, керамическая дробь, стеклянные шарики и др.

Дробеструйное упрочнение создает эффект, похожий на удар по поверхности молотком. Отличием данного процес­са является только то, что при упрочнении образуются бо­лее маленькие углубления и удары являются одинаковы­ми по интенсивности. Данная «бомбардировка» частицами абразива создает равномерно спрессованную поверхность, распределяя напряжение по всей площади поверхности и, тем самым, уменьшая вероятность ломкости металлов.

Дробеструйное упрочнение - это точная наука, тре­бующая строгого соблюдения технических условий по твёрдости абразивного материала, продолжительности очистки, углу наклона сопла и необходимому давлению. Чрезмерное или недостаточное упрочнение детали может быть причиной преждевременного разрушения.

Упрочнение широко используется в автомобильной и авиационной промышленностях. Производители шестер­ней используют упрочнение для удаления заусенцев и острых граней и для того, чтобы зубья шестерней были бо­лее крепкими. Производители пружин используют упроч­нение для снятия напряжения.

При дробеструйном упрочнении литых и штампованных металлических изделий очищается поверхность, выявляют­ся дефекты и улучшается внешний вид. Упрочнение дета­лей с резьбой позволяет удалить заусенцы, острые грани и одновременно увеличить удерживающую способность резьбы. Упрочнение часто используется с безвоздушным оборудованием для удаления вторичной окалины с новой стали.


Технические условия по подготовке поверхности

Производители лакокрасочных материалов давно поняли важность подготовки поверхности для успешного исполь­зования их покрытий. Несоответствующая очистка стальной поверхности может стать причиной преждевременного разру­шения покрытия. Именно поэтому производители лакокрасоч­ной продукции детально излагают требования по подготовке поверхности перед нанесением их продукции. Кроме того, при отказе выполнять данные требования гарантия на качество покрытия может быть аннулирована.

 

Требования к подготовке стальной поверхности включают в себя два важных параметра: профиль поверхности и степень очистки.

Профиль поверхности

Производители лакокрасоч­ных материалов и профессио­нальные организации испыты­вают лакокрасочные покрытия, применяя их при различных профилях поверхности и условиях окружающей среды. В ре­зультате исследований обнаружено что для гарантированной адгезии и абсолютной защиты субстрата перед нанесением покрытия требуется обеспечить соответствующий профиль. Насечка обеспечивает прочное однородное сцепление между поверхностью и покрытием.

Частицы абразивного материала образуют на стальной по­верхности крошечные пики и углубления. Глубина профиля зависит от размера, типа и твердости абразива, давления воздуха, расстояния и угла наклона сопла к очищаемой поверхности.

Когда профиль превышает допустимый уровень, то пики проявляются над поверхностью покрытия, приводя к его разрушению.

При увеличении слоя лакокрасочного покрытия для вы­равнивания глубокого профиля увеличивается себесто­имость выполняемой работы. Более детальное описание профилей, образованных при использовании различных аб­разивов, изложено в разделе «Абразивные материалы».

Профиль выражается в милах, микронах и миллиметрах.

1 мил =1/1 ООО дюйма.

25 микрон = 1 мил.

25,4 миллиметра = 1 дюйм.

39 мил = 1 миллиметр.

В Соединенных Штатах Америки обозначение в милах используют как единицу измерения толщины покрытия и про­филя поверхности. Обычно в спецификации указана средняя вы­сота профиля. Например, средний профиль в 2 мила (50 микрон) может включать в себя профили от 1 мила (25 микрон) до 3 мил (75 микрон). Данная классификация профилей вполне прием­лема, т. к. нет практического метода производства абразивных частиц одинакового размера.

Отклонения в давлении воздуха, расстоянии до поверхнос­ти или в угле наклона сопла также влияют на глубину профиля. Уменьшенное давление воздуха или увеличенное расстояние со­пла от обрабатываемой поверхности является причиной небольшого размера профиля. При большом угле отклонения сопла будет лишь поверхностная обработка субстрата без отчетливых пиков и углублений. Для абразивоструйной обработки стали угол наклона сопла к поверхности должен быть 80-90 градусов.

Для определения глубины профиля поверхности исполь­зуйте специальные измерительные приборы для того, чтобы документально подтвердить соответствие данного профиля заданному. Тщательный контроль глубины профиля поверх­ности поможет избежать дорогостоящей вторичной обработки.


Степени очистки


Требования к качеству подготовки металлической по­верхности перед операциями окрашивания, нанесения металлизационных покрытий устанавливает ГОСТ 9.402-80 «Покрытия лакокрасочные. Подготовка металлических по­верхностей перед окрашиванием». В ГОСТе выделяются че­тыре степени очистки поверхности черных металлов от ока­лины и продуктов коррозии:

1 - при осмотре с 6-кратным увеличением окалина и ржав­чина не обнаруживаются;

2 - при осмотре невооруженным глазом не обнаруживаются окалина, ржавчина, пригар, остатки формовочной смеси и дру­гие неметаллические слои;

3 - не более чем на 5% поверхности имеются пятна и полосы плотно сцепленной окалины и литейная корка, видимые невоо­руженным глазом. На любом из участков поверхности изделия окалиной занято не более 10% площади пластины 25x25мм;

4 - с поверхности удалены ржавчина и отслаивающаяся окалина.

Этим степеням подготовки поверхности в основном соот­ветствуют степени Sa3, Sa 2 ½, Sa 2, Sa1, устанавливаемые международным стандартом ISO 8501-1: 1988: «Подготовка стальной основы перед нанесением красок и подобных пок­рытий. Визуальная оценка чистоты поверхности. Степени коррозии и степени подготовки непокрытой стальной осно­вы после полного удаления прежних покрытий».

Организация SSPC («Исследователи защитных покры­тий») (США) установила пять степеней очистки при абра­зивоструйной обработке, классифицирующихся от полного удаления всех загрязняющих веществ до удаления только остаточных материалов с обрабатываемой поверхности. К данным пяти степеням очистки относятся: очистка до «бело­го металла», очистка до «почти белого металла», коммерчес­кая очистка, промышленная очистка, поверхностная очистка. Данные стандарты могут быть пересмотрены и исправлены. Но, несмотря на все это, они используются, как основные принципы. Для более подробного описания каждого из них можно обратиться к «Визуальным стандартам очистки стали с помощью абразивоструйной обработки».

Очистка до «белого металла» - это очистка, видимая без увеличения. Очищенная поверхность до «белого металла» представляет собой поверхность, с которой удалены все ви­димые загрязнения, а именно: ржавчина, вторичная окали­на, краска и посторонние включения. Обычно данная степень очистки требуется при нанесении сложных покрытий (цин-косодержащие краски) на поверхности, подвергающиеся агрессивному воздействию коррозионной среды - химичес­кие установки, морские буровые установки и мосты над во­дой с повышенным содержанием соли.

Очистка до «почти белого металла» - это очистка, види­мая без увеличения. Это поверхность, свободная от всех ти­пов видимых загрязнений (ржавчины, вторичной окалины, краски и посторонних веществ). Данный вид очистки похож на очистку до «белого металла». Единственное отличие за­ключается в том, что на очищаемой поверхности допустимо не более 5% загрязнений. Данный вид очистки применяется при использовании высокоэффективных покрытий на сталь­ной поверхности, подвергающейся воздействию жесткой среды и интенсивному использованию.

Коммерческая очистка - это очистка, видимая без увели­чения. Поверхность очищается от видимых нефтепродуктов, смазочных материалов, пыли, окалины, грязи, вторичной окалины, продуктов коррозии и посторонних веществ. При данной очистке на поверхности может остаться не более 33% загрязненных участков, полос, обесцвечивания поверхности от пятен ржавчины, вторичной окалины и старых покрытий. Для большинства применений используются стандартные покрытия.

Промышленная очистка - это очистка, видимая без увели­чения. Поверхность освобождается от всех видимых нефтепро­дуктов, смазочных материалов, пыли и грязи. Однако допуска­ется до 10% плотно прилипшей вторичной окалины, ржавчины и остатков покрытия, если они равномерно распределены. Ос­тавшаяся часть поверхности может содержать следы загряз­нений, полосы и обесцвечивания, вызванные пятнами ржав­чины, вторичной окалины или старого покрытия.

Поверхностная очистка - видимая без увеличения. По­верхность, обработанная таким образом, может содержать плотно прилипшие остатки вторичной окалины, ржавчины или старого покрытия. Нет необходимости обнажать пятна металла, если субстрат состоит из неповрежденного покры­тия. Данный метод приемлем для поверхностей, не под­верженных воздействию суровых условий окружающей среды или там, где не ожидается длительный срок службы покрытия.

Там, где требуется коммерческая или поверхностная очис­тка, следует убедиться в том, что новое покрытие совместимо со старым. Несовместимые покрытия могут вызвать окалину или отслаивание.

Организация SSPC предлагает серию фотографий, кото­рые иллюстрируют четыре существующих состояния сталь­ной поверхности и степени очистки каждой. К существую­щим состояниям относятся: вторичная окалина, вторичная окалина и ржавчина, полная коррозия и коррозия с образо­ванием углублений.

Национальная ассоциация инженеров-коррозионистов (NACE) предлагает набор герметизированных металличес­ких купонов, которые служат в качестве образцов степеней очистки.

Печатное издание Шведского Института Стандартов (SIS) наглядных компараторов широко используется в Европе. Данные о степенях очистки и стандарты профессио­нальных организаций показаны в следующей таблице:

Степень очистки

Стандарт SSPC

Стандарт NACE

Стандарт SIS (ISO 8501)

очистка до «белого металла»

SSPC-SP 5

NACE No.l

SA-3

очистка до «почти белого металла»

SSPC-SP 10

NACE No.2

SA-2 Vi

коммерческая очистка

SSPC-SP 6

NACE No.3

SA-2

промышленная очистка

SSPC-SP 14

NACE No.8

SA-1-1/2

поверхностная очистка

SSPC-SP 7

NACE No.4

SA-1

Термины «белый металл» или «почти белый металл» иног­да создают путаницу между подрядчиками и инспекторами. Очищенная стальная поверхность - всегда серого цвета, а не белого. При очистке абразивом, имеющим светлую окраску, у поверхности может появиться белый оттенок. Абразив чер­ного цвета обычно создает темный оттенок поверхности.

Неопытный инспектор может ошибочно забраковать ра­боту, так как поверхность не «белая». До проведения очистки обязательно проинформируйте ревизора, каким абразивом вы планируете очищать, и спросите его, будет ли это влиять на оценку степени очистки поверхности.

В дополнение к обучению технике безопасности операто­ры абразивоструйного оборудования должны быть проин­структированы по стандартам подготовки поверхности. При­чем, не только для того, чтобы успешно пройти контроль, а, прежде всего, для того, чтобы гарантировать, что покрытие будет нанесено на качественно подготовленную поверхность. Используйте дополнительную информацию, предоставлен­ную организациями, указанными в разделе «Справочные ма­териалы» в конце данной книги.


АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Абразивные материалы приводятся в движение благодаря компрессору, хранятся и дозируются посредством струйного аппарата, перемещаются по рукаву и разгоняются с помощью сопла. Все элементы важны, но именно абразивы являются ос­новным инструментом при выполнении работ.

Выбор соответствующего абразива крайне важен для по­лучения желаемой отделки в течение выделенного времени и в рамках бюджета. В случае использования неподходяще­го абразивного материала можно получить некачественную отделку, что помешает выполнению всех работ и приведёт к необходимости дорогостоящей повторной обработки.

Во многих случаях причиной некачественно нанесённого покрытия является использование неподходящего абразив­ного материала. Самое лучшее оборудование не сможет ком­пенсировать применение абразива, который не предназначен для выполнения данного вида работ.

Используйте высококачественные абразивные материа­лы, предназначенные для струйной обработки. Материалы, добытые с берегов рек или каменоломен (если они не были соответствующим образом промыты, просеяны и фракцио­нированы), приведут к неприемлемому результату (смотри­те Приложение 2 с «Таблицей сравнения абразивных мате­риалов».

Свойства абразивных материалов


Существует три вида абразивных материалов: природ­ного происхождения, производственного и из побочных продуктов.

К природным абразивам относятся минеральные, такие как песок, кремень, гранат, цирконий и другие минералы.

Произведённые абразивы изготавливаются специально для струйной обработки. Среди них: колотая дробь и дробь литая, пластик, пшеничный крахмал, стеклянные шарики, оксид алюминия, карбид кремния и другие.

Абразивоструйные материалы на основе побочных про­дуктов являются результатом производственных процессов. Среди них - шлак, получаемый при выплавке металла или при производстве электроэнергии, а также материалы из продукции сельского хозяйства, используемой в пищевой индустрии.

В прошлом при проведении струйной очистки на откры­том воздухе стремились использовать дешёвые абразивные материалы, такие, как песок. Однако нельзя использовать абразивы, которые содержат более одного процента свобод­ного кварца. Кварцевая пыль может привести к серьёзным заболеваниям органов дыхания и летальному исходу. По возможности, следует применять рекуперируемый абразив. Рекуперируемые абразивные материалы, как правило, со­держат меньше свободного кварца и не образуют большого количества пыли.

Для снижения затрат на абразивные материалы следует выбирать прочный, подходящий для многократного исполь­зования, абразивный материал. Сегодня такие средства, как абразивоструйные аппараты с замкнутым циклом, вакуумное оборудование для сбора материала и портативные средства ограничения распространения материала помогают обеспе­чить эффективную регенерацию.

Размер

Размер гранул абразивоструйного материала имеет огромное значение для достижения равномерного рельефа и обеспечения желаемой текстуры поверхности. Производи­тели абразивных материалов используют несколько совер­шенно различающихся систем для описания размера своей продукции.

Дробь и другие сферические материалы измеряются в тысячных долях дюйма, и размер выражается целыми чис­лами. Некоторые производители для описания размера про­дукции используют числа, которые могут и не относиться к номеру сита (меша).

Обычно остроугольные абразивы и стеклянные шарики измеряются в соответствии с системой мер, относящейся к ситу, и выражаются в «номере сита» или «микронах». Под номером сита (мешем) понимается количество отверстий на дюйм в сите; в микронах выражается размер просеиваемых частиц. Поэтому, чем больше номер сита, тем меньше грану­лы и, чем больше микрон, тем больше гранулы.

Например, через отверстия в сите номер 20 проходят час­тицы размером 850 микрон и менее, а через сито номер 40 проходят частицы размером 425 микрон. Поэтому большая часть гранул в абразивном материале с номером сита 20/40 будет иметь размер между 850 и 425 микрон, и лишь неболь­шая часть - немного больше или меньше. Никакая из сис­тем рассеивания абразивных материалов не будет абсолютно точной, но производители, следящие за качеством продук­ции, обеспечивают 95% гранул в заявленных пределах.

Соответствие заявленному размеру приобретает перво­степенную значимость, когда производитель покрытия тре­бует заданный профиль. Гранулы превышающего размера врезаются слишком глубоко, и над поверхностью остаются высокие пики. Это приводит к появлению ржавчины. В слу­чае нанесения более толстого слоя краски, чтобы закрыть высокие пики, происходит потеря времени и средств.

Гранулы меньше заданного размера и пыль снижают про­изводительность, не очищают поверхность и не дают поверх­ности требуемую насечку.

Для получения желаемой обработки нужно выбирать соответствующую фракцию гранул. Крупные гранулы используются для удаления нескольких слоев краски, силь­ной коррозии или остатков цементного раствора и оставля­ют глубокий профиль. С помощью гранул среднего размера удаляются поверхностная ржавчина, неплотная краска или тонкий слой прокатной окалины. Небольшие гранулы об­разуют неглубокий профиль и идеальны для струйной об­работки тонких металлических изделий, дерева, пластика и других чувствительных поверхностей.

Крупные гранулы не всегда чистят быстрее, чем малень­кие. Хотя они и врезаются в поверхность глубже, при очис­тке абразивными материалами крупной фракции о квадрат­ный сантиметр площади ударяется меньше частиц, и поэтому некоторые зоны поверхности будут не обработаны. Перед началом работы необходимо провести тестирование абра­зивов разной фракции на небольших участках поверхности. После этого измеряется профиль для определения того, ка­кой из них больше соответствует техническому заданию.

При использовании рекуперируемых материалов рабочий объём необходимо регулярно пополнять для обеспечения соот­ветствующей обработки и оптимальной производительности. Новый абразивный материал наносит однородный рельеф, но с каждым рабочим и регенерационным циклом частицы стано­вятся меньше. Если оставить данный процесс без контроля, то уменьшение размера частиц приведёт к уменьшению глу­бины профиля и замедлению скорости очистки.

Для того чтобы этого не произошло, оператор должен проводить мониторинг качества обработки поверхности и периодически добавлять рассчитанное количество нового абразивного материала. Размер гранул полученной рабочей смеси будет средним между размерами нового и использо­ванного абразива. Никогда не пытайтесь повторно использо­вать одноразовые абразивные материалы. Такие материалы разбиваются в пыль после первого цикла.

Для гарантии равномерной обработки поверхности необхо­димо следить за рабочей смесью. Это имеет ключевое значе­ние при дробеструйной обработке в автомобиле- и авиастро­ении и при подготовке поверхности для сложных покрытий.

Форма

Разная форма абразивных материалов приводит к разному профилю поверхности. Частицы остроугольных аб­разивов имеют неправильную форму, с гранями и острыми краями, что позволяет удалять покрытия и оставлять чёткие пики и углубления. При работе с округлыми частицами обра­зуются ямки. Некоторые округлые материалы продолговаты по своей форме и оставляют удлинённые вмятины.

Виды остроугольных абразивных материалов сильно отли­чаются друг от друга: некоторые имеют более угловатую форму, чем другие. Например, песок бывает круглый, продолговатый и угловатый. Морской и речной песок - более округлый или продолговатый, ввиду эрозионного воздействия воды. Песок из карьеров - угловатый и обладает режущим действием.

Остроугольные абразивы лучше подходят для удаления толстых слоев краски и коррозии. Округлые материалы более эффективны для удаления прокатной окалины и лёгких загряз­нений. Они используются для дробеструйного упрочнения с целью снятия напряжения поверхности. При упрочнении об­разуется одинаково спрессованная поверхность, что усилива­ет пружины и другие металлы, подверженные напряжению.

Плотность

Плотность - это отношение массы к объёму. Например, песок весит около 1,5 кг/л, колотая дробь - около 3,8 кг/л, скорлупа грецких орехов - всего 0,7 кг/л.

Плотность абразивного материала менее важна, чем другие его характеристики, кроме случаев, когда плот­ность материалов, сходных по другим параметрам, силь­но отличается. Чем более плотный материал, тем больше энергии каждая частица передаёт поверхности. Разни­ца плотности песка и шлака существенна и составляет 2,0 кг/л, разница между шлаком и колотой дробью доста­точно значима - 2,4 кг/л. При прочих равных условиях бо­лее плотные частицы делают более глубокий профиль, что не всегда может быть желательно. Более плотные частицы эффективнее удаляют стойкие или твёрдые покрытия.

Твёрдость

Воздействие абразивного материала на обрабатывае­мую поверхность определяется его твёрдостью. Если аб­разив твёрже субстрата, то он оставит профиль на повер­хности. Если он мягче поверхности, но твёрже покрытия, то он удаляет покрытие. Если он мягче покрытия, то он очищает грязь с поверхности без удаления покрытия.

Твёрдость абразивного материала измеряется по шкале Мооса (за исключением стальных абразивов). По данной шкале степень твёрдости определяется значениями от 1 до 10. При этом 1 означает, что материал мягкий как тальк, а 10 - твёрдый, как алмаз. Наиболее распространенные аб­разивные материалы варьируются по твёрдости - от мяг­ких натуральных материалов до сверхтвёрдого карбида кремния.

Стальная крошка и дробь измеряются в Роквеллах по шкале С (и обозначаются Rc). Как правило, стальные аб­разивы и дробь варьируются от мягких, со значением 35 Rc, до твёрдых — 65 Rc.

Твёрдые абразивы эффективнее в сложных случаях - при удалении ржавчины и прокатной окалины, а мягкие

абразивы больше подходят для очистки или снятия пок­рытий.

Ломкость

Под ломкостью понимается хрупкость абразивных ма­териалов, или их способность крошиться на мелкие части при ударе о поверхность. Чем больше ломкость абразива, тем меньшее количество раз он может быть использован повторно и тем больше он производит пыли.

Ввиду присутствия кварца в составе песка, он облада­ет большой ломкостью и никогда не допускает повторного использования. При первом использовании более 70% пес­ка превращается в пыль. Песок, который содержит кварц в свободном виде, образует опасные для здоровья кварцевые частицы. Люди, не защищенные от кварцевой пыли, могут быть подвержены очень болезненному, зачастую приводя­щему к летальному исходу заболеванию - силикозу.

Большая часть изготавливаемых или являющихся по­бочным продуктом абразивов может быть повторно ис­пользована ограниченное число раз. Это же касается и некоторых природных абразивов, таких как гранатовая крошка и кремень. Шлак от никелевого и медного произ­водств разбивается на годные к повторному использова­нию более мелкие частицы. Стальная крошка очень устой­чива и может пройти 200 и более циклов.

Возможность рекуперации зависит от многих перемен­ных, включая давлениевоздуха.твёрдостьповерхностииэф-фективность оборудования. Степень ломкости, указанная в «Таблице сравнения абразивных материалов» в Приложе-нии2,приведенатолькодляцелей сравнения. Более точную информацию о возможности повторного использования необходимо запросить у поставщика абразивных материа­лов.


Наиболее распространённые струйные абразивы


Песок широко используется благодаря своей доступности, эффективности и низкой стоимости. Основным недостатком песка является его пылеобразование.

Всего лишь после первого цикла большая часть песка превращается в пыль. При струйной обработке кварцевым песком образуется мелкая кристаллическая кварцевая пыль, которая присутствует в воздухе на протяжении долгого вре­мени и, как было доказано, представляет серьёзную угрозу для здоровья при её вдыхании.

Запрещается проводить обработку песком или любым другим абрази­вом, который содержит более 1% кварца в свободном виде.

Администрация по безопасности и гигиене труда (OSHA) требует выполнения федеральных правил, в со­ответствии с которыми ограничивается воздействие квар­ца в кристаллической форме на работников (OSHA 2206, General Industry Standards Part 1910, Subpart Z, Paragraph 1910.1000).

Администрация OSHA требует, чтобы все операторы струйных аппаратов и другие лица вблизи места проведе­ния работ были одеты в исправные, одобренные NIOSH респираторы с подачей воздуха во время и после проведе­ния работ по струйной очистке, пока окружающий воздух не будет протестирован и очищен от взвешенных частиц.

В различных частях России имеются залежи минераль­ного песка (ставролит, оливин и т. д.), циркония и подоб­ных материалов. Они, как правило, изготавливаются с более мелкой фракцией. Благодаря высокой плотности, около 2 кг/л, и прочности, они идеально подходят для очистки новой и слегка ржавой поверхности (соответствует степени загрязнения В по стандарту ISO 8501-3). Большая часть видов минерального песка содержит кварц в свобод­ном виде, то есть кварц, который высвобождается из час­тиц песка во время струйной обработки. Если содержание кварца в свободном виде превышает 1%, абразив не следу­ет использовать для струйной очистки.

Гранатовая крошка и кремень являются очень твёрды­ми и острыми материалами, которые хорошо подходят для удаления твёрдых поверхностных материалов и оставляют глубокий профиль. Оба материала могут быть возвращены в систему, просеяны и использованы заново. Гранат содер­жит лишь незначительное количество кварца в свободном виде, однако кремень обладает очень высоким содержани­ем кварца в свободном виде - 90% и более, поэтому никог­да не должен использоваться для струйной обработки. У граната насыпная плотность составляет 2,1 кг/л.

Абразивные материалы на основе побочных продук­тов, такие как шлак и некоторые натуральные материалы, получаются в результате процесса, не имеющего отноше­ния к обработке поверхности, но доказали свою высокую эффективность при применении в качестве материала для струйной очистки.

Шлаки получают из двух основных источников - при плавке металла (шлак никеля и меди) и работе котельных на электростанциях (шлак угля). Шлаки стали больше использоваться ввиду своих исключительных чистящих характеристик, доступности, низкому содержанию кварца (менее 1%), широкому диапазону фракций и относительно низкой стоимости.

Твёрдые угловатые частицы шлаков развивают большую скорость и обладают повышенной разрезающей способ­ностью, благодаря чему их можно применять для широкого спектра задач. В некоторых случаях даже требуется умень­шение давления в сопле, чтобы предотвратить застревание частиц в стали.

Абразивы из шлаков характеризует относительно высо­кая ломкость, что приводит к образованию пыли и ограни­чивает возможность их повторного использования. Перед проведением работ шлак нужно проверять на присутствие загрязнителей.

Купрошлак - это продукт, получаемый из гранулиро­ванных шлаков медеплавильного производства. В различ­ных отраслях промышленности купрошлак знают под различными наименованиями. Это — минеральная дробь, шлифзерно, купершлак. Купрошлак — наиболее распростра­ненный вид абразива на сегодняшний момент. Существует аналогичный абразив, изготавливаемый из гранулирован­ных шлаков никелевого производства — никелынлак, его отличает более высокая твердость, а в остальном он схож с купрошлаком.

Основное преимущество купрошлака в сравнении с другими абразивными материалами — отношение цены к качеству очищаемой поверхности. Гранулы купрошлака имеют высокую твердость (6,5 по шкале Мооса) и острую угловатую форму, что позволяет достичь степени очистки Sa 3 (чистый металл без включений ржавчины и старых покрытий). Купрошлак хорошо профилирует поверхность (насечка 20—140 мкм), что благоприятно сказывается на адгезии. Купрошлак предназначен для удаления старых покрытий, окалины и ржавчины с металлических, кирпич­ных, бетонных, каменных поверхностей перед нанесени­ем защитного покрытия, для удаления старых покрытий,

разрушенных и размороженных участков при ремонте, а также перед окраской.

Работа с купрошлаком не наносит вреда ни здоровью людей, ни состоянию окружающей среды. Данный абразив не запрещен к использованию экологическими и санитар­ными органами даже на территории населенных пунктов. Абразив не содержит кварц в чистой форме, что предохра­няет от силикоза, профессионального заболевания абра-зивоструйщиков.

Фракционный состав гранул купрошлака колеблется в пределах 0,1—3,5 мм.

Купрошлак имеет высокую удельную массу. Так как удельная плотность частиц купрошлака выше по сравне­нию с большинством абразивных материалов, то и кине­тическая энергия удара частиц о поверхность больше. Ре­куперация абразива может достигать пяти раз, но при этом размер частиц будет уменьшаться, а количество примесей будет увеличиваться, что приводит к снижению качества чистки. Более мелкая фракция купрошлака подойдет для очистки мягких металлов, таких, как алюминий. Купро­шлак наиболее востребован при агрессивных видах очис­тки, для профилирования и удаления глубокой коррозии, для повседневной очистки.

Обработка поверхностей купрошлаком может осущест­вляться как привычным абразивоструйным методом, так и гидроабразивным (подача воды в абразивную струю через специальное сопло), или пламенно-абразивным методом.

Существует несколько видов натуральных абразивных материалов. Скорлупа грецкого ореха и сердцевина куку­рузного початка - одни из самых популярных материалов. Натуральные абразивы лёгкие (0,6кг/л) и мягкие (значение 3 по шкале Мооса). При использовании со специальным оборудованием и при внимательном отношении к методике, с помощью натуральных материалов, можно удалять краску с дерева, пластика, тонкостенных металлов и других твёрдых поверхностей. Эти материалы использу­ются для очистки электромоторов без повреждения стато­ра и изоляции проводов.

Среди изготавливаемых абразивов можно отметить стальную крошку и дробь, оксид алюминия, карбид крем­ния, пластик, стеклянные шарики и другие.

Существует три основных вида металлических абра­зивов: из стали, ковкого железа и отбелённого чугуна. Из каждого из них делают дробь и крошку. Стальной абразив используется намного чаще, чем другие, потому что он выдерживает 200 и более циклов. Абразив из отбелённого чугуна рекуперируется от 50 до 100 раз, а ковкое железо немного больше.

Твёрдость металлического абразива измеряется по шка­ле «С» Роквелла (Rc), и чем больше значение, тем твёрже. Твёрдость стали варьируется от 35 Rc до 65 Rc; ковкого железа - от 28 Rc до 40 Rc; отбелённого чугуна - от 57 до 68 Rc.

Отбелённый чугун и ковкое железо стоят меньше, чем сталь, и используются, когда много абразивного материа­ла утрачивается в процессе загрузки и разгрузки изделий. Кроме того, железо является более ломким и разбивает­ся на угловатые частицы, благодаря чему его воздействие становится более интенсивным, чем стали.

Стальные частицы деформируются при ударе и пригод­ны до тех пор, пока частицы не станут слишком маленьки­ми для использования. Чтобы обеспечить необходимый профиль, требуется периодически добавлять новый абразив.

Фракции металлического абразива стандартизирова­ны в соответствии с техническим условиями «Общества инженеров-автомобилистов» (SAE). Фракции крошки обозначаются от G-10 (2,0/1,7 мм) до G-120 (0,125/0,075 мм), при этом фракция G-10 наиболее крупная. Фракции дроби варьируются от S-70 (0,125/0,180 мм) до S-780 (1,7/2,0 мм), при этом S-780 наиболее крупная фракция.

Карбид кремния является самым твёрдым, острым и наиболее дорогим абразивным материалом на рынке. Его значение твёрдости по шкале Мооса составляет 8,5. Он используется при удалении нагара с закалённых изделий после термообработки, когда требуется глубокое режущее действие.

Оксид алюминия уступает по остроте только карбиду кремния. Он часто применяется для работы с очень слож­ными покрытиями. Поскольку это дорогостоящий мате­риал, его используют в закрытых струйных камерах, обес­печивающих возможность рециркуляции. Ввиду высокой плотности (1,8 кг/литр) и твёрдости (8 единиц по шкале Мооса) оксид алюминия является наиболее агрессивным из всех распространённых абразивных материалов.

В аэрокосмической и авиастроительной отраслях для очистки и снятия заусенцев с титана, магнезия и других сложных металлов используется оксид алюминия без ка­ких-либо примесей, чтобы предотвратить загрязнение железосодержащими материалами. Стандартный абразив на основе оксида алюминия используется для обработки алюминия, латуни, чугунных и стальных отливок с целью быстрого удаления заусенцев и одновременно очистки поверхности. Чтобы обеспечить глубокую очистку и полу­чить матовую отделку поверхности, с оксидом алюминия смешивают другие абразивы.

Гранулы оксида алюминия бывает мелкие и очень круп­ные. Его можно использовать повторно несколько раз, в зависимости от того, на каком струйном оборудовании проводятся работы - основанном на давлении, или ра­ботающем по принципу всасывания. Износ компонентов оборудования, которые соприкасаются с разогнанным до высокой скорости оксидом алюминия, происходит быст­рее. Для продления срока службы оборудования при ра­боте с оксидом алюминия необходимо использовать сопла из карбида бора и обшить корпус аппарата резиновым эк­раном.

Стеклянные шарики позволяют удалять большую часть загрязнителей, не влияя при этом на допустимое отклонение размеров поверхности. Они используются для полировки и иногда для упрочнения поверхности, чтобы снять её напря­жение.

Стеклянные шарики изготавливаются из натриевого стекла без примесей свинца и кварца. Их сферическая фор­ма идеально подходит для работ по упрочнению. Твердость составляет 5,5 по шкале Мооса. Однако ввиду высокой лом­кости необходимо использовать низкое давление в сопле, что продлит срок службы материала. При излишне высоком давлении произойдёт преждевременное разрушение стек­лянных шариков, а увеличения производительности не бу­дет. Давление воздуха для стеклянных шариков в струйных системах, работающих по принципу всасывания, обычно на­страивается от 4 до 5,5 бар, а в системах под давлением - от 2,8 до 4,1 бар.

Фракции стеклянных шариков варьируются от номера сита 12/14 (1,68/1,41 мм) до 170/325 (0,088/0,044 мм) (MIL SPEC-G-9954A: размеры от 1 до 13). Равномерная отделка поверхности достигается за счёт обновления рабочей смеси.

В автомобилестроении, авиастроении и литейной про­мышленности использование стеклянных шариков позво­ляет сохранить размеры обрабатываемых частей. Благодаря высокой чистоте стеклянных шариков, предотвращается за­грязнение нержавеющей стали, алюминия и других мягких металлов. Они особенно эффективны при удалении заусен­цев, облоя, окалины от термообработки, стирания следов от инструмента и придания эстетического вида любым метал­лам. Упрочнение посредством стеклянных шариков снижает возможность возникновения трещин и снимает напряжение поверхности изделий, которые подвержены высокой эксплу­атационной нагрузке.

Пластиковые материалы хорошо подходят для удаления краски и ржавчины без повреждения поверхности. Остроу­гольный и эластичный материал эффективен при удалении загрязнений с тонкостенных изделий и некоторых высокотех­нологичных композитных материалов без их повреждения. Пластиковые материалы выступают в качестве альтернати­вы химической обработке, зачистке шлифовальной шкуркой и другой ручной обработке, что позволяет применять их там, где раньше не могли и подумать о струйной очистке абразив­ными материалами.

Пластиковые абразивные материалы изготавливаются из разных типов смол. Твёрдость материала зависит от типа смолы и составляет от 3 до 4 по шкале Мооса. Фракцион­ный состав варьируется от номера сита 12/16 (1,7/1,18 мм) до 40/60 (0,425/0,250 мм).

Очистка струйным оборудованием тонкостенного метал­ла от краски должна осуществляться при низком давле­нии, от 1,4 до 2,8 бар. В струйных системах, работающих по принципу всасывания, давление воздуха может быть выше. При низком давлении материал служит дольше, до Ю—12 циклов.

Для работы с пластиковым материалом требуется специаль­ное оборудование. Ввиду низкой плотности пластика, 0,9 кг/ л> и остроугольной формы он обладает очень крутым углом откоса. В струйных аппаратах и резервуарах наклон конуса должен быть не менее 60 градусов. Коническое дно аппара­та требуется покрыть эпоксидной смолой, чтобы обеспечить скольжение материала и, что не менее важно, предотвратить появление коррозии в стальном резервуаре аппарата, пос­кольку ржавчина может загрязнить материал. Сжатый воз­дух должен быть максимально сухим, потому что влага сни­жает сыпучесть абразива.

Среди возможных случаев применения пластикового аб­разива - снятие краски с тонкостенных металлов, стекло­волокна, некоторых композитных материалов и даже дере­вянных изделий. Пластик широко используется для очистки грузовиков, автобусов, автомобилей, самолётов и лодок, а также в электронной промышленности для обработки печат­ных плат. Пластик идеально подходит для очистки литейных форм.

Пенистый абразивный материал - это пористый матери­ал из водосодержащих полиуретановых частиц с открытыми порами, который может включать абразивные частицы. С помощью мягкого пенистого материала можно удалять сажу с обоев и счищать масло или жирные пятна с двигателей или гидравлических систем.

Пористый материал, включающий абразивные частицы, расплющивается при ударе, и абразивная частица выходит наружу. При отскоке от поверхности пена захватывает часть удаляемого материала, что снижает запылённость. Такие бо­лее агрессивные пенистые материалы могут использоваться для удаления покрытий с бетона, стали.

Ввиду того, что пенистые материалы часто использу­ются в слегка влажном состоянии, требуется специальное оборудование для выброса, возврата и обновления частиц. Также необходимо оборудование для выпаривания и кон­центрации жидких отходов.


Риски, связанные с абразивными материалами


Пыль всегда опасна для дыхания, даже когда струйный материал не является токсичным!

Пыль всегда опасна для дыхания. Даже когда струйный материал не является токсичным, пыль от удаляемых пок­рытий может быть токсичной. В зоне проведения работ неви­димые частицы пыли присутствуют в воздухе и взлетают при порыве ветра и движении. Поэтому весь персонал в зоне проведения работ должен всегда носить одобренные NIOSH респираторы с подачей воздуха, несмотря на то, ведутся ли работы по струйной очистке, или нет.

Никогда не проводите струйную обработку материалом, который содержит более 1 % кварца в свободном виде!

Самым опасным из известных респираторных заболева­ний, связанных с абразивоструйной очисткой, является си­ликоз. Болезнь развивается вследствие хронического вдыха­ния мелких кварцевых частиц, которые остаются в лёгких. Эти частицы нельзя убрать с помощью откашливания. Они накапливаются, и образуются шрамы, которые препятствуют получению лёгкими достаточного количества кислорода. По­ражённому болезнью человеку становится трудно дышать, и он легко поддаётся инфекции или туберкулёзу. В тяжёлых случаях заболевание приводит к смерти.

При струйной обработке самым распространённым источ­ником кварца в свободном виде является кристаллический кварцевый песок. Другие минералы и некоторые абразивы из побочных продуктов содержат кварц в свободном виде. Некоторые абразивы содержат такие токсичные материа­лы, как мышьяк, цианид и тяжёлые металлы. Вдыхание этих токсинов приведёт к смертельному заболеванию.

Для определения угрозы здоровью необходимо обратить­ся к подготавливаемой производителем «Спецификации по безопасности материалов». Категорически не рекомендует­ся использование любого абразива, содержащего кварц или другой токсичный материал.