（机械设计及理论专业论文）小孔径金属管道内壁振动除锈工艺试验.pdf

摘要 摘要 金属管道在现代工业和国民经济中仍然发挥着重要的作用，金属管道腐蚀给国民生 产带来的危害巨大。对管道内壁表面涂层可以提高管道的耐腐蚀性能，在涂层之前必须 通过预处理工序将金属表面的锈斑、氧化皮等清除干净。小孔径金属管道内壁除锈一直 是表面处理技术上的难题，传统的除锈方法主要有喷砂法、酸洗法、机械法等，存在作 业量大、成本高、生产环境恶劣、深处锈斑难以除掉、除锈质量不稳定、除锈不彻底、 效率低等问题。针对这些问题，本文提出一种创新的除锈工艺，主要利用预放置在管道 内的振动粒子产生的能量，冲击金属管道内壁的锈斑，从而达到消除管道内壁锈斑的目 的。 课题研究完成的主要工作：1 ) 结合金属腐蚀机理以及现代表面工程技术中的涂层 技术，分析小孔径金属管道内壁表面振动除锈的工艺原理及机构运动原理方案；2 ) 基 于振动理论建立单磨粒冲击管道内壁的数学模型及分析；3 ) 结合课题试验要求，利用 工程设计软件c a d 和p r o e 设计工装并改造了振动试验台，使之能够实现垂直、水平方 向上的振动，满足试验要求；4 ) 通过小孔径( 内径小于l o o m m ) 管道内壁垂直和水平等各 项振动试验及分析工作，分析合理的工艺参数( 频率、振幅、磨粒大小，振动时间、装 填量等) ，以满足现代企业对管道内表面前处理效果的要求。 技术创新特点 1 技术特点：1 ) 主要适用于直径 - a n g 时，粒子从静止开始水平滑动。 则粒子水平振动冲击管道的冲击力可以表示为 e = 一m q + a n g = m b t 0 2 2s i n r 力2 t + o n g ( 3 1 2 ) 当振动台水平振动力与摩擦力方向一致时，并且b o o ：2s i n c o ：，达最大时，水平冲击力 达到最大。 粒子水平振动冲击管道的冲击力f 与粒子质量m ，水平振幅b ，水平振动圆频率有关。 3 1 3 振动粒子综合冲击管道数学模型 考虑到垂直与水平综合振动，如图3 3 ： l y f j 硼 x i f - i 图3 3 振动粒子综合冲击管道数学模型 f i g u r e 3 2m a t h e m a t i c a lm o d e lo f v i b r a t i o n a lp a r t i c l ei m p a c tp i p e l i n ei n t e g r a t e d l y 则粒子垂直和水平综合振动冲击管道的冲击力f 为垂直冲击力f 和水平冲击力c 的 矢量和。大小可以表示为 旧= i e + 弓i = 历( 彳2 缈1 4 一9 2 一a o l 2c o s 缈：) 缈 经过整理得到 2 4 + m b o ) 2 s i n ( 0 2 t + 船i l 第三章振动粒子冲击管道数学模型及分析 i f i = 聊 i i ( 彳2 q 4 9 2 一彳q 2c o s 仍) 缈 十吐2 s m 缈腾i i i ( 3 1 4 ) 由上式可以看出，粒子垂直和水平综合振动冲击管道的冲击力f 与粒子质量m ，垂 直a 和水平振幅b ，垂直水平振动圆频率有关。 3 2 影响因素及规律分析 由上述表达式不难看出，振动除锈质量的影响因素有材料参数和工况参数两类，材 料参数包括：单个振动粒子的质量、磨粒硬度、粒子材料；工况参数应包括：振动的圆 频率、振幅、管道内壁的摩擦系数，以及振动的时间等。从振动工艺优化的角度出发， 在这些影响参数间能找到最佳的组合使振动除锈效率和管道内壁表面质量得到同时提 高。我们着重分析这些主要参数对于振动除锈效率的影响规律。 振动除锈粒子材质的影响主要体现在单个振动粒子的表面强度。管道内壁表面的铁 锈组织比较松散，但表面的氧化层较难去除。如果粒子表面强度达不到要求，即达不到 管道内壁表面氧化层的表面强度，则会出现在激烈的振动碰撞中，粒子自身破碎的情况。 一旦这中情况发生，不但达不到应有的除锈效果，而且还会浪费人力，物力资源。理论 上讲，粒子硬度越高，除锈效果越好。另外粒子材料的影响：不同材料的粒子，在相同 尺寸下，质量大，对管道内壁产生的冲击力大，但对相同材质的粒子，质量大，则体积 大，粒子与锈斑的接触面积增大，可能影响冲击压强，影响除锈效果。 由上述表达式，振动的圆频率和振幅对粒子冲击管道的冲击力f 影响很大，振动圆 频率和振幅与粒子冲击管道的冲击力f 几乎成正比关系，也就是说，圆频率越大，粒子 冲击管道的冲击力f 越大，振幅越大，粒子冲击管道的冲击力f 也越大。粒子冲击管道 的冲击力f 越大，就可以有效的祛除锈斑，打掉氧化皮。管道内壁的摩擦系数也对粒子 冲击管道的冲击力f 有影响，主要影响水平振动和综合振动时振动粒子对管道的冲击。 振动时间的影响：理论上讲，振动时间越长，振动粒子与管道内壁表面的锈斑越能 充分接触，消除锈斑的几率就越大，残留锈斑就越少，除锈效果应该越好。 综上所述，影响振动除锈的参数很多，一些参数可以从数学模型或已有的经验得 出其影响规律，但要优化最佳组合参数还需要通过进行大量的试验来获取。 2 5 大连交通大学丁学硕士学位论文 本章小结 本章节建立了振动粒子垂直、水平、综合冲击管道内壁表面的数学模型，推导出粒 子冲击管道内壁的计算公式，并根据这些公式，从理论上分析了各种参数对于除锈效果 的影响。 2 6 第四章振动试验台改装设计 第四章振动试验台改装设计 41 振动试验台改装设计 小孔径金属管道内壁表面振动除锈工艺试验要求振动粒子在金属管道内能进行垂 直和水平方向上的冲击。而目前国内企业生产的振动试验台只能实现点方向( 主要足垂 直方向的振动运动。要实现垂直水平振动，单一方向的振动不满足试验要求，需要队振 动试验台进行工装改造，设计改装水平工作振动试验台，满足工件水平方向振动的工艺 要求。 4 11 振动试验台 偏心弹簧式机械振动台( 型号；z s3 0 j ) 如图41 所示 在小孔径管道内壁表面振动除锈试验中为主振动机构，能提供垂直方向上的机械振 动。振动试验台性能参数：频率范围：2 0 8 0h z ；振幅范围：( o 土5 ) m m 。 如果需要进行水平振动试验，还需要对工作台进行工装改造。 图41 偏心弹簧式机械振动台 f i g u r e 41e c c e n t r i c s p r i n g - m e c h a n i c a l v i b r a t i o ns t a n d 试验台简图如4 2 所示，其振动机理如下： 通过十字滑块联轴器3 ，主电机2 旋转带动轴4 旋转，轴4 套有带偏心轮，偏心轮 的旋转使质量块产生周期性的往复振动，质量块7 与试验工作台5 相连，从而使试验工 大连交通大学工学硕上学位论文 作台5 周期性往复振动。板簧6 将质量块7 与机架1 相连，通过手轮调节板簧的长度改 变板簧的刚度，以此来实现振动试验台的振幅。频率的调节主要由旋转调节按钮，改变 图4 2 振动试验台简图 f i g u r e4 2s k e t c h o f v i b r a t i o n l e s ts t a n d 机絮2 电机3 联轴器4 套凸轮的轴5 振动试验台6 板黄7 质量块 4 12 试验台工装改造 由于振动试验台仅能提供垂直的振动，要实现水平振动以及综合振动，满足试验要 求，必须对该振动试验台进行工装改造。 利用p r o e 三维造型及装配，设计如图4 3 示 圈4 , 3 改装后振动试验台：维散粜图 f i g u r e 4 33 de f f e c to f v i b r a t i o n k ns t a n d m o d i f i e d 将p r o e 零件图转换为c a d 图形送到工厂进行加工，最后在振动试验台上进行装 配，实体例如4 4 示 骈= _ ；r 一一i | 一一 ， 暖 第四章振动试验台改装设计 8 9 1 2 b 543 图4 4水平振动试验台实体装配 f i g u r e4 4 a s s e m b l y o f t h e v i b r a t i o n t e s ts t a n de n t i t y 1 上板2 支架3 固定滑块4 气缸夹5 光杠6 垫扳7 气缸8 夹具9 钢管 】t o pp l a t e2s t e n t3f i x e ds l i d e r4c y l i n d e rf o l d e r5s l i d e r6p a d7c y l i n d e r8f i x t u r e9p i p e 工作台设计： 上板如图45 所示：主要功能是装载工件，上板上连接钢管和夹具，下连接光杠夹， 使之可以顺藿滑道水平振动。 气缸夹如图4 6 所示：主要功能是夹住自动往复气缸。 固定滑块如图47 所示：通过螺栓和上板连为一体，带动工作台在光杠上来回做反复 运动。 垫板如图48 所示：主要功能是垫高气缸。 固定滑块如图4 9 所示：通过螺栓和上板连为一体，带动工作台在光杠上来回做反复 运动。 电机架4 1 0 所示：连接固定电机。 大连交通大学工学硕十学位论文 l j u 山 p_- j。 7 tt 亘 篙l f 、 十平 7 t n n 1 t 日nt 旷 p 户土n1 l 只n 1 一 旷 c 4 - t 口 气5 士n 亿 c 争+ 皇夕粥圳弋i 旷 a _ ( 3 q 圭口1 + j 上 2 圭0 1 丫丫 i 争 一- 由-t 图4 5 上板 f i g u r e4 5t o pp l a t e 图4 6 气缸夹 f i g u r e4 6c y l i n d e rf o l d e r 3 0 第四章振动试验台改装设计 图4 7 固定滑块 f i g u r e4 7f i x e ds l i d e r 图4 8 垫板 f i g u r e4 8p m 图4 9 光杠 f i g u r e4 9s l i d e r 3 l 大连交通大学丁学硕十学位论文 图4 1 0 电机架 f i g u r e4 10m o t o rs t e n t 改装后的水平试验台c a d 装配图如图4 1 l ： f d ：i ：二：蚶蚓l l 图4 1 1 改装后的试验台 f i g u r e4 1it e s ts t a n dm o d i f i e d 匿 l i r a 一 嘲 经过工装调试试验，所设计的零件及实现的功能均能达到试验要求。 3 2 第四章振动试验台改装设计 4 2 改装后的试验台实验设备 4 2 1 试验气泵 z b 0 1 1 8 型空气压缩机，如图4 1 2 所示 该空气压缩机主要提供稳定的压缩空气。 图4 1 2z b - 0 i g 型空气压缩机 f i g u r e4 1 2z b 4 ) 1 8 t y p ea i rc o m p r e s s o r s 该空气压缩机各项参数如表41 所示 表41 z b a ji 8 型空气压缩机各项参数 t a b l e 4 1p a r a m e t e r s o f z b 一0 i 8 - t y p ea i rc o m p r e s s o r s 功率容积流量 01 卅3 r n i n 储气罐容积 电压工作压力试验压力 频率 5 0 h z 设讨压力 设计温度 8 0 0 c 电流 75 a 整机重量2 5 k g 绝缘等级 b 额定转速 2 8 0 0 r m i n 42 2 自动往复气缸 z d g 3 8 2 0 0 型自动往复气缸，如图41 3 所示 自动往复气缸在定压力的压缩空气的作用下能实现输出端的水平往复运动。自动 往复运动工作原理： 大连变通大学上学硕士学位论文 通过两只二位三通机控阀控制二位五通双气控换向阀实现气缸换向，采用图41 4 原 图41 3 z d g 3 $ 2 0 0 型自动往复气缸 理，当气源通气后，气缸活塞杆缩同，当触动行程阀后，二位五通双气控换向阀左侧信 号改变，使二位五通职气控换向阀换向，从而使气缸换向活塞杆伸出向前运动，直至触 及右端行程阀，如此反复，使气缸产生自动往复运动。 幽41 4 气缸往复运动工作原理 f i g u r e 41 4p r i n c i p l eo f c y l i n d e rr e c i p r o c a t i n g m o v e m e n t 自动 丰复气缸结构特点： 该自动往复气缸性能如表42 所示 第四章振动试验台改装设计 表4 2z d g 3 8 2 0 0 型自动往复气缸性能参数表 t a b l e4 2p a r a m e t e r so f z i ) 3 3 8 。2 0 0a u t o m a t i cr e c l p m e a t i n gc y l i n d e r 缸径工作压力介质温度 理论作用( 0 4 m p a 压力最商频率行程范围 时) n 推力压力 3 8 r a m之5 。0 8 0 0 c4 7 0 2 4 0 次m i n 3 2 0 0 4 23 节流阀 c s 1 0 0 2 s 单向节流阀如图41 5 所示 该单向节流阈与空气压缩机相连主要控制宅气压缩机提供的压缩空气的流量。 幽4 1 6a r 2 f 1 9 0 调压阀 f i g u r e41 6a r 2 0 0 0p r e s s u r er e g u l a t i n gv a l v e 其性能如表43 所示 图415c s 一1 0 0 2 s 单向节流闽 f i g u r e 41 5 c s 1 0 0 2 so n w a y t h r o t t l e 表4 3c s 1 0 0 2 s 单向节流阀性能参数袁 t a b l e 4 3d a r a r i l e l e no f c s 一1 0 0 2 so n e _ w a y t h m t t l e 型号u 轻p t 材质最高使用压力b a r重量 c s - 1 0 0 2 s 铁 4 24 调压阀 调压阀与空气压缩机相连可调节空气压缩机输出压缩空气的压力，水平振动过程中通过 调整输出压力实现改变在振幅的目的。选定a r 2 0 0 0 调压阀( 如图41 6 所示) 。其性能 如表4 4 所示。 表44a i l 2 0 0 0 调压阀性能参数衷 t a b l e4 4p a e t e bo f a r 2 0 0 0 p r e s s u r er e g u l a t i n g v a l v e 大连交通大学工学硕十学位论文 m p al m i n a r 2 0 0 0 1 4 ” 压缩空气 o 0 5 一o 8 56 5 0 1 0 “o o c 4 3 试验台振动机理 水平方向振动：工作台由气泵控制，气泵接通电源，内部产生较高的气压，当气压 值达到每次试验的要求时，打开气缸阀门，气压通过连接气缸和工作台的气管( 气管上 接有控制压力的压力表) 输入到工作台的振动气缸，振动气缸由于压力的作用便来回做 反复运动，由于气缸和上板是一体的，从而上板也做水平振动，带动了试验台，进而钢 管也实现了水平振动。通过节流阀控制水平振动频率，调压阀控制水平振幅。 垂直方向振动：下部的辅助电机由电源控制，每次试验将电机调到需要的转数，使 电机带动上部的工作台下端的t 型槽，t 型槽上下运动推动工作台产生垂直振动，进而 使钢管产生与工作台相同的上下振动。通过改变电机转速改变垂直振动频率，改变板簧 长度改变垂直振幅。 水平与垂直综合方向振动：同时开启气泵和电机，可以实现试验台的上下振动和左 右振动的合振。 本章小结 本章完成了对只能进行垂直振动的试验工作台的工装改造，介绍了进行试验的各种 试验设备，使之能够完成垂直和水平振动，以满足试验要求。 第五章小孔径金属管道内壁振动除锈工艺试验及分析 第五章小f l 径金属管道内壁振动除锈工艺试验及分析 5 1 振动试验准备工作 试验前的准备工作主要是提供锈蚀的小孔径金属管道。外购4 根长3 m ，内径为 1 8 r a m 的细长钢管。利用车床将其切割，得到长为1 0 0 m m 的钢管1 2 0 根将这t b 切割 后的钢管放置在潮湿环境下2 0 天使其内壁腐蚀，从而得到锈斑。如图5 - 1 所示 注意：将钢管先切割，然后放入潮湿环境，避免钢管深处不能被腐蚀；所有钢 管经切割和腐蚀后，得到的试件状态基率一样减小试验结果误差 弋 图5 1 试验试作 f i g u r e51t e s ts p e c i m e n 由于该试样管道在潮湿的空气中放置，其内壁表面对大气中的水分有吸附作用，在 管道内壁表面形成了一层很薄的水膜，水膜选到一定厚度就形成了电化学腐蚀所必须的 层电解质溶液。水的电离度虽小，但仍可电离成h + 和o h 一，并且这种电离过程随着 温度升高、水中溶解了二氧化碳、二氧化硫等因素而加剧。 h ，0 一( 可逆符号) h + + o h c 0 2 + h 2 0 = = h 2 c q h + + 爿哦 凼此，铁和铁中的杂质就好象浸泡在含有h + 、o h 一和h c 0 3 等离子的溶液中一样， 形成了腐蚀电池，这样钢管内壁表面就发生了大气腐蚀。从腐蚀状态和特征分析，锈蚀 是在金属表面的某一处或某几处进行的。这是由于电化学腐蚀在腐蚀电池的阳极区域进 行，而不是在整个管道内壁表面均匀地同时发生的，结果锈蚀产物不是均匀地遮盖所有 金属表面。实际卜电化学反应是在金属表面随机分布的，并且能够不断地继续进行下去， 1 1 j黟 人连交通大学j 学硕士学位论文 苴至全块金属被完全腐蚀掉( 由于时间较短，只腐蚀一部分而已) 。i f 是由于电化学腐 蚀产物锈，只生成与阴、阳极区域的中间，因此锈迹常常是斑斑点点，而不是全面 均匀的。由图片可以看出锈蚀呈黄褐色，部分区域呈现暗黑色，黄褐色的成分是f e ：q ， 暗黑色的成分是f e o 、凡，。 和f e s ，该管道内壁锈蚀主要以r ：d 3 为主。 5 2 小孔径金属管道内壁振动除锈工艺试验操作 试验目的：解决实际中存在的钢管内壁除锈的问题。利用振动原理而设计的试验台 进行试验，并检验振动除锈的效果。振动除锈试验采取水平方向振动和水平与垂直综合 方向振动。 工艺试验参数主要包括：颗粒材料、颗粘大小、振动频率、扳幅、装填量，振动时 间。 颗粒主要选择铁砂和石英砂，大颗粒1 5 m m 和小颗粒09 r a m ，装填量选择1 2 和 l 3 管道容积，振动频率主要在4 0 h z 5 0 h z 之间，振幅主要在3 m m - - 4 m m ，振动时间 是3 0 m i n 至6 0 m i n 。 具体操作如图5 2 ，5 3 嘲5 2 试验操作 f i g u r e5 2t r i a lo p e r a t i o n 第五章小孔径金属管道内壁振动除锈1 - 艺试验及分析 圈5 3 试验操作 f i g u r e5 3t r i a lo p e r a t i o n 正交试验设计( o r t h o g o n a le x p e r i m e n t a ld e s i g n ) 是研究多因素多水平的一种设计方法， 它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具 备了“均匀分散，齐整可比”的特点，正交试验设计是分式析因设计的主要方法。是r 种 高效率、快速、经济的实验设计方法。正交实验设计在很多领域的研究中已经得到广泛 应用。根据工艺参数的组合，本文编排正交试验数据表如下 正交试验数据表1 t e s t d a t a t a b 】e1 粒子直径 do9 i f l m 装填量i 2l 2 粒子材料及硬石英砂铁砂石英砂铁砂 度( 硬度5 ( i t b 3 0 0( 硬度5 ( h b 30 0 左右)左右)左右)左右) 时间3 0 ( m lr 1 ) 6 0 频率 404 ( hz ) 5 0 垂直振 幅 ( m ) 大连交通大学工学硕士学位论文 正交试验数据表2 t e s t d a t a t a b l e 2 粒子直径 d0 9 m md1 5 m i l l 装填量1 3l 3 粒子材料及硬石英砂铁砂石英砂铁砂 度( 硬度5 ( h b 3o o( 硬度5 ( h b 3 0 0 左右)左右)左右)左右) 时间3 0-_t ( min ) 6 0 t 频率 4 o4 ( h z ) 5 0 - 垂直振 3 幅 4_ ( i l l m ) 正交试验数据表3 t e s td a t at a b l e3 粒子直径 do 9 m md1 5 m i l l 装填量 l 21 2 粒子材料及硬度石英砂铁砂石英砂铁砂 ( 硬度5 ( h b 30 0( 硬度5 ( h b 30 0 左右)左右)左右)左右) 压强 5-4 ( o 1m p )6t4 流量3 0 ( 1 min )4t- 时间 3o_ ( min )6 0 第五章小孔径金属管道内擘振动除锈t 艺试验及分析 正交试验数据表4 t e s td a t at a b l e4 粒子直径 do 9 m md1 5 m m 装填量 1 3 1 3 粒子材料及硬度石英砂铁砂石英砂铁砂 ( 硬度5 ( h b 30 0( 硬度5( h b 3 0 0 左右)左右) 左右)左右) 压强 5- ( o 1m p ) 6 0 t 流量 3_ ( 1 m in ) 4-0 时间 3 0 ( min )6 04- 正交试验数据表 t e s t d a t a t a b l e5 粒子直径 d0 9 m md1 5 m m 装填量 1 2l 2 粒子材料及硬度 石英砂铁砂 石英砂铁砂 ( 硬度5 ( h b 3 0 0( 硬度5( h b 3 0 0 左右)左右) 左右) 左右) 压强 5- ( o 1m p ) 60 流量 3、， ( 1 min )4 t _ 时间 3 0 ( min ) 6 0 频率 40 ( h z ) 50 4 l 大连交通大学t 学硕士学位论文 垂直振幅 3 ( m m )_0 4 正交试验数据表6 t e s t d a t a t a b l e 6 粒子直径 do 9 m m d1 5 m m 装填量1 31 3 粒子材料及硬度石英砂铁砂石英砂铁砂 ( 硬度5( h b 3 0 0( 硬度 ( h b 3 0 0 左右)左右)5 左右)左右) 压强 5_t0 ( 0 1m p )60 流量3 ( 1 min )4 时间 3 0 00 ( min ) 6 0 频率 4o ( h z )t 5 0 垂直振幅 3 ( m m ) 4 5 3 振动除锈效果图片总体比较分析 为了更直观的了解小孔径管道内壁振动除锈的除锈效果，我们给出典型的振动效果 分析。至于更细致的振动效果分析，将在后面的章节有详细叙述。 4 2 第五章小i l 径盘属管造内壁振动除锈工艺试验及分析 5 31 振动除锈效果宏观比较分析 宏观比较 a 振动前 b 振动后 a b e f o r ev i b r a t i o n ha f t e r v i b r a t i o n 图5 4 振动试验前后宏观效果比较 f i ) m 陀5 4 m a c mc o l n p a r i s o no f b e f o r ea n da f t e r t h ev i b r a t i o n l e s t 剖开宏观检查分析 a 振动试验前试件b 振动试验后试件 as p e c i m e nb e f o r e v i b r a t i o n l e nbs p e c i m e n a l e r v i b r a t i o n k m 图5 5 振动试验前后的效果比较 f i g u r e5 5 c o m p a r i s o no f b e f o r e a n da f t e r t h ev i b r a t i o n l e s t 图54 与图55 中a 与b 的对比，可以明显的看出打磨过的内表面的锈斑基本除掉， 白色部分有被粒子撞击的行迹，且锈斑大大减少，说明此工艺有明显的除锈效果。从振 动后的图片可以看到沙砾没打到的地方和打过的地方的对比。 5 3 2 振动效果宏观表面形貌比较分析 振动| j 后宏观表面形貌图的比较 飘童 大连交通大学1 学硕t 学位论文 黼 瓣鬣瓣瓣 图5 6 振动前后宏观表面形貌图比较 f i g u r e5 6 m e t a l l o g r a p h i c f i gc o m p a r i s o n o fb e f o r ea n da f t e r t h ev i b r a t i o n t e s t 振动前( 图56 a ) 宏观表面形貌图片可以看到明显的凸凹部分，好像山丘一样，这 些凸凹不平的部分就表面的铁锈。振动后( 图5 , 6 b ) 宏观表面形貌图片就相对平整光滑， 可以看出表面的的铁锈基本被打磨掉，表面只留下比较细小的纹路，基本已经显露出金 属基体的特质。 5 4 振动除锈效果具体图片比较与分析 下面我们具体比较垂直振动，水平振动以及垂直水平综合振动前后管道内壁宏观表 面形貌图。 5 41 石英砂与铁砂振动除锈效果比较分析 石英砂振动除锈效果分析 振动前的金属管道内壁坑坑洼洼，凸凹不平( 图57 a ) ，经过石英砂振动试验后， 管道内壁表面的凸凹不平并没有改善( 固5 7 b ) ，和处理前并投有太大差别。原因分析 石英砂表面硬度较低，所以在冲击金属管道内壁时，会出现砂粒晶体的破碎，一旦石英 砂晶体破碎成粉末状，那么在冲击管道内壁时除锈效果自然不理想。我们将振动后的石 英砂粒取出，发现石英砂粒已经变成白色的粉束，证实了这一点。切开振动后的金属管 道，发现其内壁附着有白色颗粒。铁质疏松，附着上去的小颗粒不可能起到冲击管道的 作用。 第五章小 l 径金属管道内壁振动除锈工艺试验及分析 a 振动前1 0 0b 振动后1 0 0 ab e f o r cv i b r a t i o n t e s t 1 0 0ba n 盯v i b r a t i o n t e s t 1 0 0 图57 石英砂振动除锈效果比较 f i g u r e5 7 c o m p a r i s o n o f q u a r t zs a n dv i b r a t i o n a ld e r o s t i n g 铁砂振动除锈效果分析 a 振动前1 0 0b 振动后1 0 0 ab e f o r e “b m t i o n t e s t 】0 0ba r e r v i b r a t i o n t e m 1 0 0 图5 8 铁砂振动除锈效果比较 f i g u r e5 8 c o m p a r i s o no f i r o no r e v i b r a t i o n a ld e r u s t i n g 由圉5 8 明显可以看出，振动前的坑坑洼洼、凸凹不平，在经过铁砂处理过后，内 壁表面光华平整，晶粒致密，效果明显好与石英砂处理过的金属管道内表面。原因：铁 砂磨粒表面硬度高，在冲击金属管道内表面时不会因为表面强度问题而产生晶体的破 碎，可以实现反复的冲击。我们将振动后的铁砂粒取出，并未发现铁砂粒已经变成粉末， 这说明试验中运用铁砂是比较理想的选择。阻后我们在试验中都采用了铁砂作为冲击粒 子。 当兰圣堡查兰! ：兰堡圭兰堡兰三 542 垂直振动除锈效果比较分析 m 幸直振动前3 0b 垂直振动币3 0 a b e f o r e t h e v e r t i c a lv i b r a t i o n x3 0 b a t i e r t h ev e r l i c a lv i b r a t i o n x3 0 图5 9 垂直振动除锈效果宏观表面形貌图比较 f i g u r e5 9m e t a l l o g r a p h i cf i gc o m p a r i s o no f v e r t i c a lv i b r a t i o nd e r u s t i n g 振动前束被冲击打磨过的( 图5 9 a ) 宏观表面形貌图片有明显的凸凹不平和沟壑， 那些凸起足铁锈。经过垂直振动冲击后( 图59 b ) 宏观表面形貌图片内壁较为平整，体 积较大的晶粒已经被冲击掉了，留下的是比较细密的纹路。沟壑处的并未彻底除净，主 要是固为管道内的铁砂只进行了在管道内壁上垂直方向反复冲击，铁砂粒子人于小沟壑 的间隙，深处冲击不到。还有斜坡处效果也不是很理想。 5 421 垂直振动效果详细比较与分析 1 垂直振幅4 m m ，1 2 装填量，粒子铁砂d 15 m m ，振动时问3 0 r a i n ，不同振动频率( 4 0 h z 与5 0 h z ) 除锈效果比较分析： 其它条件致，频率4 0 h z ( 图51 0 a ) 与频率5 0 h z ( 图51 0 b ) 的宏观表面形貌图相比， 管道内壁表面虽然能看出有冲击的痕迹，但相比之下，频率5 0 h z 的宏观表面形貌图冲 击处珲的效果更好一些，沟壑虽然都没有除净，但b 图管道的表面更加细密。分析原因 为垂卣振动的频率加大后，管道内的铁砂冲击管道内壁的频率也会变大。根据第三章建 立的粒子冲击数学模型38 式，粒子冲击管道的冲击力f 近似与阿频率。成正比关系， 故而5 0 h z 振动除锈效果更好。 第五章小孔径金属管道内壁握动除锈工艺试验厦分折 垂直振幅4 m m x3 0b 垂直振幅3 r a m x 3 0 v e r t i c a la m p l i t u d e o f 4 m m x 3 0bv e r t i c a la m p l i t u d e o f 3 m m 3 0 图51 1 不同振幅振动除锈效果比较 f i g u r e 51 1c o m p a r i s o n o f d i f f e r e n ta m p l i t u d e v i b r a t i o n 其条件一致，垂直振幅4 m m ( 图511 a ) 与垂直振幅3 m m ( 1 訇511 b ) 的宏观表面形貌图 相比，管道内壁表面虽然能看出有冲击的痕迹，但相比之f ，振幅2 r n m 的宏观表面形 貌图冲击处理的效果更好一些，沟壑虽然都没有除净，但a 图管道的表面更加细密。分 析原因为垂直振动的振幅加大后，管道内的铁砂冲击管道内壁的幅度也会变大。根据第 大连交通大学工学硕士学位论文 三章建立的粒子冲击数学模型38 式，粒子冲击管道的冲击力f 近似与垂直振幅a 成正 比关系，放而4 m m 振动除锈效果更好。 3 频率4 0 h z ，垂直振幅4 n u n ，1 2 装填量，振动时间3 0 m i n ，不同粒子大小( 铁砂d 15 m m 与d o 9 m m ) 振动除锈效果比较分析： ad i5 r a m 3 0bd 09 m m 3 0 ad i5 r a m 3 0bd o9 m m 3 0 阿51 2 不同耗了大小振动效果比较 f i g u r e51 2 c o m p a r i s o no f d i f f e r e n tp a r t i c l es i z e v i b r a t i o n 其它条件一致粒子铁砂d t5 m m ( 图51 2 a ) 与粒子铁砂d o9 m m ( 1 型51 2 o ) 的宏观表面 形貌图相比，管道内壁表面能看出有冲击的痕迹但相比之下粒子09 m m 的宏观表 面形貌