Механические способы очистки металлических поверхностей

Международные стандарты ИСО 8501, 8502, 8503 устанавливают методы оценки состояния поверхности стальных конструкций, стандарт ИСО 8504 дает руководство по методам очистки стальных поверхностей с указанием возможностей каждого метода в достижении определенных уровней чистоты поверхности.

Классификация исходных и очищенных поверхностей

Стальные поверхности, подлежащие очистке, классифицируют по степеням окисления по стандарту ИСО 8501-1 и ГОСТ 9.402-2004: Существует большое количество различных состояний металлических поверхностей, требующих очистки перед окраской. Прежде всего, это касается ремонта уже окрашенных объектов. Возраст объекта и его расположение, качество первоначальной поверхности, свойства старого лакокрасочного Пк и количество дефектов, тип предыдущих и будущих агрессивных условий и предполагаемое но-вое лакокрасочное Пк — все влияет на предстоящую подготовку поверхности.

При выборе метода подготовки поверхности следует учитывать требуемую степень очистки и шероховатость поверхности, соответствующие наносимой системе лакокрасочного Пк. С целью снижения стоимости работ следует выбирать степень подготовки поверхности в соответствии с целью и типом ЛКМ или систему Пк в соответствии со степенью очистки, которая может быть достигнута.

Абразивная струйная очистка является наиболее эффективным методом механической подготовки поверхности и характеризуется следующими свойствами: Подготовка поверхности по ИСО 12944-4 может быть первичной и вторичной: Первичная подготовка проводится с целью удаления прокатной окалины, ржавчины, различных загрязнителей и уже имеющихся Пк с поверхности стали перед нанесением грунтовочного слоя. После первичной подготовки вся поверхность представляет собой оголенную сталь.

Окалина является ненадежной подложкой, так как она имеет отличающийся от стали коэффициент расширения, в связи с чем при смене температур хрупкий слой окалины может отслаиваться, что ведет к разрушению Пк.

Вторичная подготовка проводится с целью локального удаления ржавчины и инородного материала с поверхности стали, покрытой грунтовкой, перед нанесением антикоррозионной лакокрасочной системы.

Под подготовкой поверхности под окраску подразумевается не только очистка, но и различные операции, выполняемые для повышения защитных и физико-механических свойств Пк. Подготовка поверхности — это одна из основных предпосылок успешной защиты.

На выбор метода обработки под окраску влияют материал очищаемой конструкции, толщина материала, размеры, условия проведения работ по очистке, а также характер удаляемых посторонних включений.

Международный стандарт ИСО 8501-1 устанавливает стандартные степени механической первичной подготовки поверхности.

Стандарты ИСО указывают семь степеней очистки при первичной подготовке поверхности. Каждый метод подготовки обозначается буквами. Очистка абразиво-струйным методом обозначается буквами «Sa», очистка ручным и механизированным инструментом обозначается буквами «St». Следующее за буквами число указывает степень очистки.

Стандарты ИСО указывают шесть степеней подготовки поверхности при вторичной подготовке.

Опыт эксплуатации окрашенных конструкций свидетельствует о том, что при ремонтных работах не всегда нужно полностью удалять все предыдущие покрытия. Это в особенности относится к тем случаям, когда техническое обслуживание производится регулярно. В случаях, когда производится локальное удаление покрытия, необходимо соблюдать следующие условия:

Степени ухудшения состояния окрашенных поверхностей, подлежащих очистке, должны оцениваться в соответствии с ИСО 4628:1982. «Красочные и лаковые покрытия. Оценка состояния красочных покрытий. Определение интенсивности, количества и размера дефектов общих типов». По возможности необходимо иметь дополнительную информацию о типе прежнего покрытия, количестве нанесенных слоев, толщине покрытия, его адгезии, а также название фирмы-изготовителя конструкции.

После локальной подготовки поверхности остающиеся части существующих покрытий должны быть свободны от загрязняющих веществ; при необходимости им следует придать шероховатость для обеспечения удовлетворительной адгезии. Адгезия оставшегося красочного покрытия должна быть проверена испытанием поперечного надреза в соответствии с ИСО 2409.

Способы очистки

Очистка ручным инструментом

Ручная очистка: метод подготовки металлических поверхностей с помощью ручных инструментов, без применения энергопитания.

Ручную очистку поверхности проводят с использованием обрубочных молотков для скалывания ржавчины и других загрязнений, ручных проволочных щеток, шпателей, скребков, абразивных шкурок, наждака. Молотки для скалывания применяются для удаления толстого рыхлого слоя ржавчины, чтобы сделать более экономичной абразивную струйную очистку. Обработка молотками часто проводится в сочетании с зачисткой щетками. Обработка такими молотками непригодна для общей подготовки поверхности перед нанесением покрытий. Для удаления рыхлого слоя ржавчины возможно также применение скребков.

Очистка ручным инструментом иногда применяется на начальном этапе для предварительной очистки, с целью снятия относительно легко удаляемых загрязнений перед использованием механизированных инструментов.

Очистка механизированным инструментом

Это метод подготовки металлических поверхностей с применением механизированных ручных инструментов, но без использования струйно-абразивной очистки. Механизированную очистку проводят с использованием вращающихся проволочных щеток, машин для зачистки абразивными шкурками, дисков для зачистки абразивными шкурками, абразивных точильных камней, зачистных молотков с электро- или пневмоприводом, игольчатых пистолетов, шлифовальных кругов и других различных шлифовальных приспособлений. Зачистка проволочными щетками применима для подготовки сварных швов, но не пригодна для удаления прокатной окалины. Недостаток — очищаемая поверхность не полностью очищается от продуктов коррозии и может становиться отполированной и загрязненной маслом.

Участки поверхности, недоступные для подобных инструментов, должны подготавливаться вручную. При очистке механизированным инструментом необходимо не допускать чрезмерной шероховатости поверхности, острых выступов и кромок, которые часто не перекрываются слоем лакокрасочного покрытия задан-ной толщины. При использовании проволочных вращающихся щеток необходимо не допускать полировки остаточной окалины до слишком гладкого состояния, что может приводить к ухудшению адгезии покрытия. Применение пневматических молотков должно быть ограничено сварными швами, углами, неровными кромками и т.д., поскольку удары острой грани могут создать неприемлемый профиль плоских поверхностей.

Перед очисткой ручным и механическим инструментом необходимо удалить скалыванием все толстые слои ржавчины. Видимые масло, смазка и грязь также должны быть удалены.

Очистка механизированным инструментом эффективнее и производительнее очистки ручным инструментом, но по эффективности уступает абразивной струйной очистке.

Очистка ручным и механизированным инструментом представляет собой метод подготовки поверхности, обеспечивающий худшую степень ее чистоты по сравнению с достигаемой при абразиво-струйной обработке. Для достижения качества подготовки, аналогичного абразиво-струйному методу необходимо применение более чем одного типа механизированного инструмента, что делает такую подготовку поверхности более сложной и дорогостоящей. Более того, при этом невозможно удалить масло, смазки и активирующие коррозию вещества, например хлориды и сульфаты.

Однако в некоторых случаях очистке механизированным инструментом отдают предпочтение перед абразиво-струйной очисткой, например, когда необходимо избежать образования пыли или скопления отработанного абразива.

При окончательной подготовке поверхности перед окраской удаляются все заусенцы, острые края или срезы, образовавшиеся во время операций очистки. Остающаяся краска не должна меть блеска и края всей остающейся краски сводятся на нулевую толщину (под углом). Поверхность просушивается, если это необходимо, и с помощью щеток, пылесосов или продувки струей сухого, чистого воздуха удаляются все остаточные продукты очистки и пыль.

Абразивоструйнная очистка

Сухая абразивоструйная очистка

Сухая абразивоструйная очистка или так называемый бластинг заключается в ударе абразивного потока с высокой кинетической энергией о подготавливаемую поверхность. Подача абразива осуществляется при помощи центробежной силы, сжатого воздуха или эжекции. В воздушно-абразивный поток допускается добавлять небольшое количество воды для устранения пыли.

Центробежная абразивная струйная очистка осуществляется на неподвижных установках или в передвижных устройствах, в которых абразив подается на вращающиеся колеса или лопасти разбрасывающие абразив равномерно и с большой скоростью по очищаемой поверхности.

Абразивная струйная очистка сжатым воздухом

Абразивная струйная очистка сжатым воздухом осуществляется при подаче абразива в поток воздуха и направлении образующейся воздушно-абразивной смеси с высокой скоростью из сопла на очищаемую поверхность. Абразив может быть впрыснут в воздушный поток из емкости, находящейся под давлением, или увлечен этим воздушным потоком в процессе всасывания из емкости, не находящейся под давлением. Этим способом очищают поверхности с помощью дробеструйных аппаратов.

Абразивная струйная очистка с вакуумом или всасывающей головкой

Этот метод аналогичен абразивной струйной очистке сжатым воздухом с той разницей, что сопло заключено внутри всасывающей головки, которая герметично закреплена на стальной очищаемой поверхности и служит для сбора отработанного абразива и загрязнений. В качестве альтернативного варианта воздушно-абразивный поток может быть подан на металлическую поверхность при использовании пониженного давления во всасывающей головке, т.е за счет эжекции. Этот метод имеет название вакуум-бластинг.

Абразивная струйная очистка с впрыскиванием влаги

Этот метод аналогичен абразивной струйной очистке сжатым воздухом с той разницей, что в воздушно-абразивный поток добавляют незначительное количество жидкости (обычно чистую пресную воду), что создает метод струйной очистки, при котором не образуется пыли в диапазоне размера взвешенных частиц менее 50 мкм. Расход воды составляет 15-25 л/ч.

Влажная абразивная струйная очистка со сжатым воздухом

Этот метод аналогичен абразивной струйной очистке сжатым воздухом и отличается тем, что в поток добавляют жидкость (обычно чистую, пресную воду). При этом очистка поверхности производится потоком воды, воздуха, абразива. При влажной абразивной очистке используют смесь абразива с водой в соотношении от 1:2 до 1:6.

Суспензионная струйная очистка

Суспензионная струйная очистка заключается в подаче дисперсии мелких абразивных частиц в воде или другой жидкости на очищаемую поверхность.

Струйная очистка жидкостью под давлением

Абразив (или смесь абразивов) вводят в поток жидкости (обычно чистой пресной воды), и этот поток направляют через сопло на очищаемую поверхность.

Поток представляет собой, главным образом жидкость, находящуюся под давлением, а количество добавленных абразивов, как правило, меньше, чем в случае влажной абразивной струйной очистки сжатым воздухом.

Около 40 лет назад началось использование очистительных свойств водяной струи высокого давления (до 100 МПа).

Этот метод основан на воздействии кинетической энергии высоконапорной водяной струи на обрабатываемую поверхность. При этом струя воды позволяет удалять с поверхности загрязнения и отложения любой физической природы и химического состава: ржавчину, консервационные смазки, лакокрасочные покрытия, битум, смолы, нагар, окалину и т.д. Введение в струю абразива позволяет легко удалять поверхностные слои металла.

Давление воды зависит от типа удаляемых загрязнений, таких как водорастворимые вещества, рыхлая ржавчина и красочные покрытия со слабым сцеплением. Если в процессе очистки использовались поверхностно-активные вещества, необходимо ополаскивание чистой, пресной водой.

Обычно используются следующие методы водной струйной очистки: Гидроструйная очистка при высоком давлении имеет еще название «гидро-джеттинг».

Гидроджеттинг под сверхвысоким давлением (более 170 МПа) применяется для полного удаление всех Пк и ржавчины. Результат сравним с сухим бластингом, но на поверхности после сушки наблюдаются проблески ржавчины.

Гидроджеттинг под высоким давлением. (70 −170 МПа) позволяет удалить большинство красок и продуктов коррозии. Магнетиты (черные окислы) и прочно держащиеся Пк могут остаться, хотя они с некоторыми трудностями также поддаются удалению.

Гидроочистка под средним давлением (35-70 МПа) позволяет удалить непрочно держащиеся краску, ржавчину, загрязнения. Но черный железный оксид (магнетит) останется. Однородная поверхность не может быть получена.

Гидроочистка под низким давлением (до 35 МПа) позволяет удалить соли, загрязнения, шелушащуюся краску. В основном это промывка поверхности.

Гидроочистка под низким давлением с применением абразива. 0,6-0,8 МПа. Скорость очистки — 10-16 м²/час в зависимости от удаляемого материала. Позволяет уменьшить расход абразива, пылеобразование, избежать образования искр. Результат сравним с сухим бластингом, нона поверхности после сушки наблюда-ются проблески ржавчины.

В настоящее время данные технологии активно используются там, где необходимо быстро, качественно и безопасно выполнить работы по очистке и подготовке поверхности. Такое оборудование многофункционально и позволяет выполнять широкий спектр работ в различных отраслях промышленности. В процессе подготовки поверхности перед окраской могут выполняться следующие виды работ: Агрегаты высокого и сверхвысокого давления представляют собой высоко-эффективное, экологически чистое и энергосберегающее оборудование на базе водоструйных технологий высокого давления.

Чистка металлической поверхности высоким и сверхвысоким давлением водяной струи не вызывает нарушений в структуре металла.

Воздействие водяной струи высокого или сверх высокого давления на поверхность можно подразделить на:

Частные случаи использования струйной очистки

Струйная очистка со сметанием

Заключается в очистке или придании шероховатости органическим и металлическим покрытиям или в удалении поверхностного слоя (или слабо сцепленного слоя) таким образом, чтобы покрытие с сильным сцеплением, находящееся под первым, не оказалось бы пробитым абразивными частицами и не было бы сорвано с оголением подложки (см. таблицу 3). С этой целью оптимизируют различные параметры струйной очистки, например, твердость абразива, угол атаки, расстояние от сопла до подложки, давление воздуха и размер частиц абразива. Как правило, для струйной очистки со сметанием используют воздух низкого давления и мелкий абразивный порошок в форме «звездочек». Применяемый абразив: малая и средняя фракция (0,2-0,5/0,2-1,5мм). Такая очистка представляет собой легкий бластинг и имеет еще другое название: «свипинг». Легкий свипинг применяется с целью придания шероховатости неповрежденному Пк. Сильный свипинг, выполняется с целью удаления слоев непрочно держащегося покрытия.

Точечная струйная очистка

Представляет собой обычную форму струйной очистки сжатым воздухом или впрыскиванием влаги, когда очистке подвергаются только отдельные точки (например, пятна ржавчины или сварки) на поверхности. В зависимости от интенсивности точечной струйной очистки достигается степень подготовки поверхности, эквивалентная P Sa 2 или P Sa 2½ (см. табл 3).

Очистка пламенем

Включает очистку от ржавчины термическими методами с использованием горелок и использованием ацетилена или пропана с кислородом. Она удаляет практически всю прокатную окалину, но не полностью всю ржавчину. Поэтому этот метод не может быть применим при высоких требованиях к покрытиям. После очистки пламенем поверхность обрабатывают при помощи механизированных щеток и перед окрашиванием дополнительно очищают от пыли. Газопламенную очистку применяют при толщине металла не менее 6 мм.

Очистка сухим льдом (криогенный бластинг)

Криогенный бластинг (обработка гранулами сухого льда) — это эффективный способ очистки поверхностей от загрязнений с помощью высокоскоростной струи гранул сухого льда основывается на трех основных принципах. Данная технология уменьшает влажность процесса и снижает риск роста бактерий и образования ржавчины. Очистка сухим льдом является экологически полноценным технологическим процессом и не наносит вреда окружающей среде.

Тройной эффект воздействия (кинетический, термический, динамический) потока сухого льда обеспечивает высокоэффективную очистку поверхности даже мягких материалов без их повреждения.

При очистке сухим льдом достигается эффективная очистка поверхности от:
• масложировых загрязнений;
• лакокрасочных покрытий;
• нагаров;
• полимерных покрытий;
• других загрязнений.

Достоинства метода очистки гранулами сухого льда:
• сухой метод (очистка без использования воды или иных жидкостей);
• очищаемая поверхность не повреждается;
• не требуется утилизации отходов (после очистки сухой лед испаряется, превращаясь в углекислый газ);
• низкие трудозатраты;
• неабразивный метод (отсутствие абразивного эффекта позволяет эффективно чистить даже легко повреждаемые материалы);
• безопасность для персонала и окружающей среды;
• нет необходимости в отключении электропитания.

Оборудование для очистки поверхностей

Дробеструйное оборудование

Одним из наиболее распространенных и эффективных способов механической очистки металлических поверхностей от различных загрязнений является струйно-абразивный метод. Этим способом очищают поверхности с помощью дробеструйных аппаратов.

Дробеструйный аппарат — это устройство создающее высокоскоростной поток абразивного материала. Стационарно включенный в цикл оборота абразивного материала дробеструйный аппарат является основным узлом установки дробеструйной очистки.

Аппараты оснащают воздушными фильтрами-влагоотделителями для предотвращения попадания в бак конденсата и масел от компрессоров. Это предотвращает перебои в работе вызванные выгрузкой из бака отсыревшего абразива. Для питания установок используется сжатый воздух, очищенный от влаги и масла, давлением 0,5-1,0 МПа и расходом воздуха 1,5-10 м³/мин на один рабочий пост в зависимости от диаметра струйного сопла.

Безпылевые дробеструйные установки

Установки безпылевой струйно-абразивной обработки имеют замкнутый оборот абразива.

В зоне обработки происходит отсос пыли и частиц абразива специальной насадкой, в которой расположено сопло. Пыль и частицы старой краски накапливаются в специальной емкости для дальнейшей утилизации. Для работы в углах, на кромках и прочих сложных элементах применяется ряд специализированных насадок. Абразив используется повторно.

Качество абразива при этом сохраняется и его расход значительно снижается. При этом становится рентабельным использование твердых абразивов типа карбида бора, что значительно увеличивает производительность по сравнению с применением кварцевого или речного песка. В зоне обработки происходит отсос пыли и частиц абразива специальной насадкой, в которой расположено сопло.

Можно проводить струйно-абразивные работы в любом месте без негативного влияния на окружающую среду загрязнениями и пылью. Установки различаются способом создания струи: напорным и эжекционном. В первом случае абразив выдавливается из котла высоким давлением воздуха и ускоряется в струйном сопле до сверхзвуковых скоростей. Во втором случае абразив засасывается в струйный пистолет и далее в струйное сопло, низким давлением, создаваемым в нем потоком воздуха.

Вернуться в список