高壓水射流噴砂除鱗后鈦板的條紋樣表面問題

張 曦

（湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412000）

鈦及鈦合金表面除鱗在目前有化學(xué)處理和物理處理兩種方法?；瘜W(xué)處理一般以堿洗為主。堿洗原理是將鈦的氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苡谒岬钠佀徕c，其作用是去除氧化皮或者使其破碎（疏松）。但化學(xué)處理的缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜、生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高、環(huán)境污染嚴(yán)重，特別是化學(xué)處理后的污水處理難度大，投入資金多。物理處理大體可分為拋丸處理、干噴砂和高壓水噴砂等幾種方法。前兩種方法在工作中噪音大，有粉塵，對(duì)操作人員和環(huán)境造成很大損害，勞動(dòng)生產(chǎn)效率低。而高壓水噴砂工藝處理浮銹、氧化皮等雜質(zhì)效果明顯，而且自動(dòng)化程度高，無污染，砂子和水就地取材，可循環(huán)使用，成本低廉。因此，西部鈦業(yè)股份有限公司板帶廠引進(jìn)了一條高壓水射流噴砂生產(chǎn)線。在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)鈦板材除鱗后出現(xiàn)類似于條紋形狀的黑白相間的表面，也就是俗稱的“條紋樣”表面。這類表面雖不影響板材使用，但是表面色差不一致嚴(yán)重影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量，造成諸多不應(yīng)有的消耗，而且對(duì)后續(xù)酸洗的進(jìn)一步處理影響嚴(yán)重。因此，解決并預(yù)防此類表面問題的發(fā)生很有必要。

1 “條紋樣”表面形成原因

1.1 高壓水射流噴砂除鱗原理簡述

由高壓泵產(chǎn)生的高壓水射流在噴射到金屬表面之前,與磨料混合在一起,打擊到金屬表面, 高速射流本身具有較高的剛性,在與金屬碰撞時(shí),產(chǎn)生極高的沖擊動(dòng)壓和渦流,從微觀上看,相對(duì)于射面上雖為圓柱模型,而內(nèi)部實(shí)際上存在剛性高和剛性低的部分,剛性高的部分產(chǎn)生的沖擊動(dòng)壓使傳播時(shí)間減少,增大了沖擊強(qiáng)度,宏觀上看起快速楔劈作用,而低剛度部分相對(duì)于高剛度部分形成了柔性空間,起吸屑、排屑作用,因此在高速砂水的沖擊、磨削下,金屬表面的污垢和鱗皮被迅速清除干凈。

1.2 原因分析

“條紋樣”表面的形成主要是由于高壓水射流噴砂除鱗不均勻造成的。板材表面白色為已噴砂后，出現(xiàn)的板材金屬色；黑色是由于板材表面沒有被高壓水射流噴砂或者噴砂不徹底而呈現(xiàn)的氧化層顏色。

通過生產(chǎn)實(shí)際中高壓水射流噴砂工藝流程的分析研究發(fā)現(xiàn)，造成該現(xiàn)象的原因主要有兩種。

（1）機(jī)械加工方面原因。本生產(chǎn)線采用的是后混式高壓水噴砂，其噴頭體由紅寶石水噴頭、混合噴嘴、壓帽和砂水管等組成。紅寶石噴頭中間為入砂管口，兩邊各兩個(gè)紅寶石噴嘴。

圖1 噴嘴工作示意圖

這兩組紅寶石噴嘴不在同一直線分布，并且都向入砂管口傾斜相同角度。這種形式的噴頭工作時(shí)如下圖所示,高壓水經(jīng)過紅寶石噴嘴形成高速的純水射流噴入噴頭混合腔后射出,其高速水流帶動(dòng)混合腔內(nèi)流體在腔內(nèi)形成負(fù)壓;磨料顆粒在負(fù)壓和砂漿泵的作用下,進(jìn)入混合腔和高速水射流混合。磨料顆粒被高速水流攜帶并加速,形成混合磨料水射流經(jīng)混合噴嘴高速射出作用于板面。

噴嘴混合腔磨料采用從水射流中間進(jìn)入的方式,高壓水射流將中間的磨料包圍起來,在混合腔內(nèi)使水和磨料達(dá)到充分混合,并獲得足夠的能量,大大提高高壓水噴射的效率。由于這種噴頭屬于非標(biāo)設(shè)備，在制造精度上沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，特別是紅寶石噴嘴傾斜角度的制造誤差影響最大。若其中一個(gè)噴嘴角度有誤差，必然反映在除鱗板面上就有相應(yīng)區(qū)域內(nèi)是沒有作業(yè)區(qū)，也就出現(xiàn)了“條紋樣”表面問題。

（2）噴頭的紅寶石噴嘴堵塞。紅寶石噴嘴的直徑只有0.8mm，只要直徑大于0.8mm的雜質(zhì)都有可能對(duì)它造成堵塞。一旦噴嘴堵塞，該噴嘴相對(duì)應(yīng)的除鱗工作面就會(huì)出現(xiàn)空白區(qū)域，因而造成“條紋樣”表面問題。通過長期的生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，原因有下面兩點(diǎn)。

①密封圈損壞。在噴頭中，進(jìn)砂管和高壓水腔依靠的是橡膠密封圈進(jìn)行密封。該密封圈位于進(jìn)砂管管口，長期受到砂料的磨削作用，一旦損壞就會(huì)密封不嚴(yán)。由于高壓水射流噴砂工作時(shí)，進(jìn)砂管和進(jìn)水管不是同時(shí)進(jìn)入混合腔。若先進(jìn)高壓水后，再進(jìn)砂，由于砂管內(nèi)壓力低，則高壓水通過損壞的密封圈進(jìn)入砂管，再通過砂管進(jìn)入分砂器，最后再進(jìn)入其他的噴頭，將會(huì)堵塞一片噴嘴。若先進(jìn)砂，然后再進(jìn)高壓水，則可能砂子通過損壞的密封圈進(jìn)入高壓水腔，通過高壓水腔的作用進(jìn)入紅寶石噴嘴，堵塞相應(yīng)的噴嘴。②水質(zhì)問題。高壓水射流噴砂除鱗生產(chǎn)線所用磨料和水是循環(huán)使用的。高壓水射流把鈦板表面的氧化皮及銹蝕等沖刷下來，經(jīng)旋流器分級(jí)后，篩選出粒度適合的磨料進(jìn)入自動(dòng)加砂設(shè)備，而污水經(jīng)過一級(jí)二級(jí)三級(jí)沉淀池進(jìn)行沉淀后，經(jīng)過高壓過濾網(wǎng)過濾，進(jìn)入高壓水系統(tǒng)。由于高壓過濾網(wǎng)只能通過小于0.8mm的砂水，大于0.8mm 的雜質(zhì)將會(huì)附著在過濾網(wǎng)上，堵塞過濾網(wǎng)眼。一旦高壓過濾網(wǎng)清洗不及時(shí)，由于水流的作用，就會(huì)沖破已經(jīng)堵塞的過濾網(wǎng)，大量雜質(zhì)進(jìn)入高壓水系統(tǒng)，進(jìn)而堵塞紅寶石噴嘴。

2 預(yù)防及解決措施

①由于該生產(chǎn)線采用循環(huán)水處理系統(tǒng)后，噴嘴堵塞十分嚴(yán)重，而且高壓過濾網(wǎng)2、3天就需要清理，大大增加了檢修難度。為此，改用單水處理系統(tǒng)后，噴嘴堵塞情況得到了很大改善。高壓過濾網(wǎng)也由2、3天清理一次，減少到1個(gè)月清理一次。②勤于檢修設(shè)備。對(duì)于易損件密封圈要及時(shí)更換，對(duì)于高壓過濾網(wǎng)要及時(shí)清理。③在工藝方面，對(duì)已產(chǎn)生的“條紋樣”表面問題采用“錯(cuò)位加噴法”，及將鈦板在垂直進(jìn)料方向錯(cuò)開一定的距離再用高壓水射流噴砂除磷。④在設(shè)備方面，建議再增加噴嘴數(shù)量，增大噴射面的重疊部分。

3 結(jié)論

通過采取上述措施，板材的“條紋樣”問題得到了較大的改善，產(chǎn)品合格率得到大幅度提高。高壓水射流噴砂除磷生產(chǎn)線應(yīng)用在鈦板材上還是國內(nèi)首次，因此，無論是工藝還是設(shè)備的成熟都需要進(jìn)行進(jìn)一步的探索和磨合。