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(guó)工程院組織專家對(duì)能源、交通、建筑、機(jī)械、化工、基礎(chǔ)設(shè)施、水利、軍事設(shè)施與裝備等重點(diǎn)工業(yè)部門進(jìn)行腐蝕情況調(diào)查后得出的數(shù)據(jù)表明，我國(guó)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(guó)民經(jīng)濟(jì)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(yùn)用表面工程技術(shù)對(duì)材料表面進(jìn)行防腐處理，在基材與介質(zhì)之間形成一個(gè)保護(hù)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(duì)管材表面進(jìn)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(duì)金屬材料的腐蝕，延長(zhǎng)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(jī)械法等。酸洗法對(duì)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(jī)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(dòng)除銹可行性分析

1.技術(shù)原理

新型管道內(nèi)壁振動(dòng)除銹機(jī)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(shí)，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(qiáng)度時(shí)，具有對(duì)其表面產(chǎn)生破壞的能力，振動(dòng)除銹機(jī)械通過機(jī)械振動(dòng)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(duì)管道可以產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此產(chǎn)生慣性振動(dòng)能量沖擊管道內(nèi)表面，達(dá)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(jī)械的橫向振動(dòng)工作臺(tái)上安裝定位，橫向振動(dòng)氣缸工作時(shí)，帶動(dòng)橫向振動(dòng)工作臺(tái)產(chǎn)生橫向振動(dòng)，產(chǎn)生橫向振動(dòng)加速度，管道內(nèi)的砂粒產(chǎn)生橫向沖擊動(dòng)能；縱向振動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過偏心輪帶動(dòng)偏心質(zhì)量塊產(chǎn)生縱向振動(dòng)，帶動(dòng)振動(dòng)機(jī)械縱向工作臺(tái)產(chǎn)生縱向振動(dòng)加速度，管道內(nèi)的砂粒也隨工作臺(tái)產(chǎn)生縱向振動(dòng)，通過綜合振動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能沖擊管道內(nèi)表面的氧化層及鐵銹，達(dá)到管道內(nèi)表面防腐預(yù)處理的工藝要求，為保證振動(dòng)處理效果，振動(dòng)處理的管件在隨同工作臺(tái)振動(dòng)的同時(shí)，通過輔助電機(jī)及齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)，自身在專用夾具內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

二、振動(dòng)除銹工藝試驗(yàn)

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

2.振動(dòng)除銹工藝試驗(yàn)條件

振動(dòng)試驗(yàn)機(jī)：偏心-彈簧式機(jī)械振動(dòng)臺(tái)，振幅：0-5mm，頻率：20-80Hz，加速度：0-15g， 試件：長(zhǎng)度L=100mm，內(nèi)徑d=18mm 外徑=19mm，試驗(yàn)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(yàn)要求。

3.試驗(yàn)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(jìn)行試驗(yàn)，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。將試驗(yàn)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(duì)工藝效果的影響規(guī)律。我們分別進(jìn)行垂直振動(dòng)、水平振動(dòng)、綜合振動(dòng)除銹試驗(yàn)。

三、振動(dòng)除銹效果試驗(yàn)分析

建立振動(dòng)除銹工藝參數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)影響振動(dòng)除銹效果工藝參數(shù)進(jìn)行不同振動(dòng)方向的振動(dòng)除銹效果試驗(yàn)，并進(jìn)行除銹效果的宏觀及金相對(duì)比檢查.通過分析試驗(yàn)效果初步得到不同工藝參數(shù)對(duì)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(qiáng)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(duì)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(qiáng)，針對(duì)試驗(yàn)中鋼管的尺寸而言，粒子直徑d>1.1一1.5 mm，基本無(wú)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(dòng)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(dòng)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(shí)間

一般來(lái)說(shuō)，加工時(shí)間越長(zhǎng)，除銹效果越明顯。

6.振動(dòng)方向

垂直振動(dòng)，利用磨粒對(duì)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(dòng)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(dòng)；成振動(dòng)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(yǔ)：

工業(yè)上對(duì)管道內(nèi)表面防腐前期處理工藝主要有：酸洗處理、機(jī)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(fèi)水資源、機(jī)械、噴砂處理對(duì)細(xì)長(zhǎng)管道效果不理想等技術(shù)難題，研究一種利用機(jī)械振動(dòng)加工原理實(shí)現(xiàn)對(duì)小口徑管道內(nèi)表面的氧化層和鐵銹進(jìn)行清除處理的振動(dòng)除銹機(jī)械，工藝性能達(dá)到對(duì)管道內(nèi)表面進(jìn)行防腐處理時(shí)的技術(shù)要求。利用偏心彈簧式機(jī)械振動(dòng)臺(tái)及自制的試驗(yàn)工裝，分別對(duì)內(nèi)徑18 mm的鋼管內(nèi)表面進(jìn)行垂直、水平、綜合方向振動(dòng)除銹工藝試驗(yàn)，并分析了主要工藝參數(shù)（振幅、振動(dòng)頻率、加工時(shí)間、粒子尺寸、裝填量等）對(duì)除銹效果的影響，試驗(yàn)證明試驗(yàn)設(shè)備及工裝滿足工藝參數(shù)的調(diào)解要求，機(jī)械振動(dòng)除銹工藝可以實(shí)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(dòng)除銹工藝試驗(yàn)有待于進(jìn)一步研究完善。完成的振動(dòng)除銹數(shù)學(xué)模型及試驗(yàn)分析為今后進(jìn)一步開展深入的工藝研究提供了技術(shù)支持。