金屬管材是應(yīng)用極為廣泛的材料，由于其內(nèi)部輸送的介質(zhì)多種多樣，極易受到腐蝕，中國工程院組織專家對能源、交通、建筑、機械、化工、基礎(chǔ)設(shè)施、水利、軍事設(shè)施與裝備等重點工業(yè)部門進行腐蝕情況調(diào)查后得出的數(shù)據(jù)表明，我國每年因腐蝕造成的損失，包括直接損失和間接損失為5—6千億元，并且隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，鋼鐵的消耗量逐年遞增，腐蝕造成的損失也越發(fā)嚴(yán)重。為減少因鋼管內(nèi)壁腐蝕造成的損失，工業(yè)上運用表面工程技術(shù)對材料表面進行防腐處理，在基材與介質(zhì)之間形成一個保護層，隔絕基材與介質(zhì)的接觸，提高耐腐蝕性能。采用表面工程技術(shù)防腐之前，要對管材表面進行預(yù)處理，將表面的銹斑、氧化皮等清除干凈，以便復(fù)合層與金屬表面較好地粘合在一起，從而杜絕腐蝕性物質(zhì)對金屬材料的腐蝕，延長材料的使用壽命心。目前主要的除銹方法有酸洗法、噴砂法、機械法等。酸洗法對環(huán)境污染嚴(yán)重，而且質(zhì)量不穩(wěn)定；噴砂法除銹效果較好，適用于工件外表面和大口徑管道內(nèi)表面；機械法受工件尺寸的限制，只適用于大口徑管道的內(nèi)壁。由于上述的常用方法都不適用于小口徑管道內(nèi)壁，為此研究一種除銹方法，主要適用于小口徑管道內(nèi)壁的除銹是非常必要的。

一、小口徑鋼管內(nèi)壁振動除銹可行性分析

1.技術(shù)原理

新型管道內(nèi)壁振動除銹機械的技術(shù)原理是：根據(jù)牛頓第三定律，加速度作用在物質(zhì)上時，物質(zhì)將產(chǎn)生慣性力，具有一定的沖擊能量，當(dāng)沖擊能量超過其它物體表面的沖擊強度時，具有對其表面產(chǎn)生破壞的能力，振動除銹機械通過機械振動產(chǎn)生按一定規(guī)律變化的加速度，由于裝填在管道內(nèi)的高硬度砂礫相對管道可以產(chǎn)生相對運動，因此產(chǎn)生慣性振動能量沖擊管道內(nèi)表面，達到清除銹斑的目的。

2.技術(shù)方案分析

處理的小口徑管道內(nèi)裝填高硬度砂礫，利用專用夾具管件在機械的橫向振動工作臺上安裝定位，橫向振動氣缸工作時，帶動橫向振動工作臺產(chǎn)生橫向振動，產(chǎn)生橫向振動加速度，管道內(nèi)的砂粒產(chǎn)生橫向沖擊動能；縱向振動電機轉(zhuǎn)動，通過偏心輪帶動偏心質(zhì)量塊產(chǎn)生縱向振動，帶動振動機械縱向工作臺產(chǎn)生縱向振動加速度，管道內(nèi)的砂粒也隨工作臺產(chǎn)生縱向振動，通過綜合振動產(chǎn)生的動能沖擊管道內(nèi)表面的氧化層及鐵銹，達到管道內(nèi)表面防腐預(yù)處理的工藝要求，為保證振動處理效果，振動處理的管件在隨同工作臺振動的同時，通過輔助電機及齒輪傳動驅(qū)動，自身在專用夾具內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動。

二、振動除銹工藝試驗

1.試驗?zāi)康模簷z驗振動除銹工藝技術(shù)原理正確性；分析不同工藝參數(shù)對除銹效果的影響。

2.振動除銹工藝試驗條件

振動試驗機：偏心-彈簧式機械振動臺，振幅：0-5mm，頻率：20-80Hz，加速度：0-15g， 試件：長度L=100mm，內(nèi)徑d=18mm 外徑=19mm，試驗粒子材料：石英、鐵砂，直徑尺寸 d<0.9mm， d<1.1mm， d<1.5mm，工裝改造：自制的工裝，可以滿足試驗要求。

3.試驗內(nèi)容

選取不同硬度、直徑的粒子，通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)進行試驗，記錄試驗數(shù)據(jù)。將試驗處理后的鋼管做成切片，在顯微鏡下觀察，定性比較鋼管內(nèi)表面除銹處理的效果，分析各種參數(shù)對工藝效果的影響規(guī)律。我們分別進行垂直振動、水平振動、綜合振動除銹試驗。

三、振動除銹效果試驗分析

建立振動除銹工藝參數(shù)試驗數(shù)據(jù)，對影響振動除銹效果工藝參數(shù)進行不同振動方向的振動除銹效果試驗，并進行除銹效果的宏觀及金相對比檢查.通過分析試驗效果初步得到不同工藝參數(shù)對除銹效果的影響規(guī)律。

1.磨粒硬度

鐵銹組織比較松散，但金屬表面的氧化層與基材結(jié)合強度高，粒子硬度越高，清除鐵銹及氧化層的效果越好。

2.粒子材料

不同材料的粒子，在相同尺寸下，質(zhì)量大，對管道內(nèi)壁產(chǎn)生的沖擊力大，除銹效果好。

3.磨粒尺寸

相同材質(zhì)的粒子，尺寸大，粒子與銹斑的接觸面積增大，影響沖擊壓強，針對試驗中鋼管的尺寸而言，粒子直徑d>1.1一1.5 mm，基本無除銹效果；d>0.9—1.1 mm，除銹較明顯，d<0.9 mm，粒子質(zhì)量很小，動能小，除銹效果差。

4.振幅與頻率

加速度、振幅、頻率之間有如下關(guān)系，振幅越大，加速度越大，粒子動能大，除銹效果越好；頻率

增加，加速度變大，但振幅減小，除銹效果下降，頻率太低，加工效率低。

5.時間

一般來說，加工時間越長，除銹效果越明顯。

6.振動方向

垂直振動，利用磨粒對表面的撞擊能量清除銹斑及氧化皮，表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，細(xì)化表層晶粒，可以提高耐腐蝕能力；水平振動利用摩擦力清除銹斑及氧化皮，表面產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，效果不如垂直振動；成振動可以提高除銹及氧化皮的效果，并且在表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，

結(jié)束語：

工業(yè)上對管道內(nèi)表面防腐前期處理工藝主要有：酸洗處理、機械清洗、噴砂處理等方法，為了克服管道內(nèi)壁防腐前處理工藝酸洗處理工序過程中產(chǎn)生的廢液、浪費水資源、機械、噴砂處理對細(xì)長管道效果不理想等技術(shù)難題，研究一種利用機械振動加工原理實現(xiàn)對小口徑管道內(nèi)表面的氧化層和鐵銹進行清除處理的振動除銹機械，工藝性能達到對管道內(nèi)表面進行防腐處理時的技術(shù)要求。利用偏心彈簧式機械振動臺及自制的試驗工裝，分別對內(nèi)徑18 mm的鋼管內(nèi)表面進行垂直、水平、綜合方向振動除銹工藝試驗，并分析了主要工藝參數(shù)（振幅、振動頻率、加工時間、粒子尺寸、裝填量等）對除銹效果的影響，試驗證明試驗設(shè)備及工裝滿足工藝參數(shù)的調(diào)解要求，機械振動除銹工藝可以實現(xiàn)小口徑鋼管內(nèi)壁除銹及氧化層的要求。由于設(shè)備能力的局限性，振動除銹工藝試驗有待于進一步研究完善。完成的振動除銹數(shù)學(xué)模型及試驗分析為今后進一步開展深入的工藝研究提供了技術(shù)支持。