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钢管防腐生产线抛丸机工艺对钢管粗度影响

文章出处:未知 编辑:抛丸机发表时间:2018-12-4 20:48:16 浏览人数:1156,1,0
  摘要:为了研究抛丸工艺对钢管外表面粗糙度的影响, 探究了粗糙度表征值Rz、 RPC以及磨料磨损程度、抛头电流和钢管在抛丸段前进速度等工艺参数对钢管表面粗糙度的影响。试验结果表明, 随着磨料磨损程度的加大, Rz值急剧下降, 而RPC值受其影响较小;抛头电流I对RPC和Rz的影响较为明显;随着钢管在抛丸段前进速度v的逐渐加快, 粗糙度表征值Rz、 RPC都呈现下降趋势, 但二者所受影响程度有一定区别。分别对工艺参数进行不同调整 (当I和v一定时可适当增大磨料工作时间t;当v和t一定时可适当增大I;当t和I一定时可适当增大v) , 可控制Rz值处于合理范围, 同时得到较高的RPC值, 从而得到理想的表面处理结果。

  1、概述:

  大型管道防腐无论是传统的环氧涂层、聚烯烃涂层, 还是近年来较新型的聚氨酯等类型涂层, 其防腐最关键的一个环节就是底层防腐涂料与基材之间附着力的问题。因此, 对于防腐涂料性能及钢管表面处理等的研究一直是该行业关注的要点, 对此国内外的相关报道也屡见不鲜。然而关于实际生产过程中生产工艺对钢管表面处理的影响, 由于受到各种限制, 加上实际生产过程影响因素的复杂性鲜有报道, 所以, 该研究对实际生产有十分重要的参考价值与引导意义[1,2,3,4,5]。

  钢管表面处理结果的相关检测涉及到表面粗糙度、灰层度、清洁度以及盐分测试等, 表面处理方式有多种, 包括化学处理 (例如碱处理、酸处理及铬化处理等) 和物理处理 (抛丸、打磨等) , 其中在大型管道防腐中应用最普遍、也是对防腐性能影响最直接就是抛丸处理, 抛丸处理结果最关注的也是受抛丸工艺影响最大的检测指标 (即表面粗糙度) 的检测[6,7]。一般情况下, 大家把抛丸作用过程中磨料与工件表面碰撞摩擦构成的工件表面不平整程度叫做表面粗糙度。表面粗糙度的测试有多种方法。生产实践中常用的表征值是凹陷的波谷与凸起的波峰之间的垂直距离Rz, 有些标准中也提到用单位长度峰值数量RPC值来表征粗糙度[8,9,10]。

  Rz值不单影响底层涂料与钢管之间的黏附力, 还会使涂层厚度及底层漆漏点率提高, 过高的Rz值会提高底层漆成本, 甚至带来漏点缺陷, 因而不能一味追求Rz值过高。单位长度峰值数量越多, 其涂敷过程中给底层涂料提供越多的“抓手”, 因而实际生产中大家希翼保证足够高的RPC值。

  2、工艺影响因素辨识:

  表面粗糙度是由磨料颗粒以很高的速度接触工件表面时撞击、切削和冲刷的联合作用造成的。因此, 磨料和工件自身的性状及现场工艺参数决定了表面粗糙度的大小和轮廓性状。本研究重点探讨在磨料相同的情况下, 不同工艺参数对钢管外表面粗糙度的影响。

  单位时间内单位面积钢管表面与n个磨料产生有效接触, 则钢管表面单位面积收到的有效机械能为
计算公式
  式中:n———单位时间内单位面积钢管表面与磨料产生有效接触个数;

  m———在正常抛丸过程中每粒磨料的平均质量;

  v———有效碰撞线速度;

  Ek———抛丸机提供的机械能。

  在正常的抛丸过程中, m、v、n随时间的变化情况如下:

  (1) 每粒磨料的平均质量m。在线生产过程中, 由于抛丸时与管体或者抛丸粒子相互之间的撞击摩擦, 随着加料时间的递增, 磨料的磨损程度加大, m逐渐降低。

  (2) 有效碰撞线速度v。生产过程中抛丸机抛头提供抛丸颗粒初始能量, 当抛头控制电流增大时, 磨料初始线速度增大, 有效碰撞线速度v增大。

  (3) 单位时间内单位面积钢管表面与磨料产生有效接触个数n。当抛丸机工艺参数不变时, 钢管通过抛丸机的速度越低, 有效接触几率越大, 单位时间内单位面积钢管表面与磨料产生有效接触个数n增大。

  3、试验思路与方法:

  3.1、探究Rz与RPC之间是否存在逻辑关系:

  在随机的工艺过程中, 对相同钢级及规格的钢管抛丸后的表面进行两种粗糙度表征, 对多组成对数据进行分析, 探讨二者之间是否存在线性或非线性关系, 若存在一定逻辑关系, 可在一定程度上简化对工艺参数影响的探究。

  3.2、研究不同工艺参数对两种表征方式数值的影响程度:

  在其他工艺参数一定、钢管钢级及规格相同的情况下, 分别探究磨料磨损程度、抛头电流I及钢管在抛丸段前进速度v′等工艺参数对两种表征方式数值的影响。

  4、试验结果与讨论:

  4.1、Rz与RPC测试结果及分析:

  试验过程中, 在工艺过程相对稳定的情况下, 每隔4 h随机抽取1根抛丸后的钢管进行测试, 探究二者之间是否存在一定的有助于简化后期研究的逻辑关系, 试验结果如图1所示。

  试验结果表明, 在相同试验条件下, 两种粗糙度表征方式RPC与Rz之间并未出现简单的线形或非线性关系。根据此试验结果, 在后期的工艺过程研究中, 不同的工艺条件下对二者的影响要分别探究, 有助于在保证最佳的Rz范围内调整到较高的RPC值, 提高底层涂料与基材之间接触面, 增强二者间相互的作用力。

  图1 在相同试验条件下, Rz与RPC之间关系

  图1 在相同试验条件下, Rz与RPC之间关系

  4.2、磨料磨损程度对粗糙度的影响:

  磨料磨损程度用距离添加时刻的时间间隔t表示。实际生产中磨料的磨损无法避免, 而磨料磨损情况与很多因素有关, 但在其他工艺条件不变的情况下, 大家可以认为, 在连续生产过程中随着磨料更换后时间的延长, 磨料磨损程度逐渐加深。因而, 在连续生产过程中, 在保证抛丸机抛头电流I及钢管在抛丸段前进速度v′相对稳定的情况下, 加入全新磨料后, 每隔0.5 h (2 h以后每隔1 h) 取抛丸后的钢管进行测试, 测试结果如图2所示。

  图2 磨料磨损程度与Rz、RPC的关系

  图2 磨料磨损程度与Rz、RPC的关系

  试验结果表明, 随着磨料磨损程度的逐渐加深, 抛丸后钢管表面粗糙度Rz、RPC都呈现下降趋势, 但二者受到的影响程度有一定区别。随着磨损程度的加深, Rz值降低较快, 并且在某一磨损程度后, 随着磨料磨损程度继续加深而急速下降;而RPC受磨料磨损程度的影响较小。因此, 磨料的磨损程度直接影响抛丸后钢管表面粗糙度, 过于频繁地更换磨料不利于节约成本, 该试验结果为实际生产过程中磨料的更换频次提供了一定的依据。

  4.3、抛头电流I对粗糙度的影响:

  在连续生产过程中, 在保证磨料磨损程度及钢管在抛丸段前进速度v′相对稳定的情况下, 调整抛头电流I, 稳定后对抛丸后的钢管进行测试, 测试结果如图3所示。

  图3 抛头电流I与Rz、RPC的关系 (I0为抛丸机的额定电流)

  图3 抛头电流I与Rz、RPC的关系 (I0为抛丸机的额定电流)

  试验结果表明, 抛头电流I对RPC、Rz的影响程度都较为明显, 抛丸机控制电流降低, RPC、Rz均随之降低。

  4.4、钢管在抛丸段前进速度v′对粗糙度的影响:

  在连续生产过程中, 在保证磨料磨损程度及抛头电流I相对稳定的情况下, 调整钢管在抛丸段前进速度v′, 稳定后对抛丸后的钢管进行测试, 测试结果如图4所示。

  图4 钢管在抛丸段前进速度v′与Rz、RPC的关系

  图4 钢管在抛丸段前进速度v′与Rz、RPC的关系

  试验结果表明, 随着磨料钢管在抛丸段前进速度v′的逐渐加快, 抛丸后钢管表面粗糙度Rz、RPC都呈现下降趋势, 但二者受到的影响程度有一定区别。v′对RPC的影响程度较为明显, 前进速度v′提高, RPC明显降低;v′对Rz也有一定影响, 但影响程度较RPC低。

  5、结论:

  (1) 试验结果表明, 在相同试验条件下, RPC与Rz之间并未出现简单的线形或非线性关系;在进一步的探究过程中发现, 两种不同方式的粗糙度表征结果对相同影响因素的依赖性也不尽相同。

  (2) 研究过程中发现, Rz的主要影响因素是磨料的磨损程度, 随着磨料磨损程度的增大, Rz值急剧下降;而RPC值更多依赖辊轮的前进速度v′及抛丸机控制电流I, 要想得到较高的RPC值, 在不影响生产节奏的情况下要降低钢管在抛丸段的前进速度v′, 并适当的提高抛丸机抛头的控制电流。

  (3) 想要达到较理想的表面处理效果, 对于粗糙度的控制要分别对不同的工艺参数进行调整, 从而控制Rz处于最佳的范围, 同时得到较高的RPC值。
本文来源青岛华盛泰抛丸机:/jishu/1156.html
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