Инспекция и очистка металлоконструкций

Введение

В настоящее время производство металлоконструкций. изготовление холоднокатаного металлопроката. металлопроката с разнообразными покрытиями, проволоки и прочих металлоизделий требует совершенствования процессов очистки поверхности заготовки. Как правило, заготовкой является металлопрокат. получаемый горячей прокаткой. Основным недостатком такого проката является наличие на его поверхности различных загрязнений, технологических смазок и, прежде всего, окалины (1,2). В сложившихся условиях высокой конкуренции на рынке основным фактором является качество поверхности металла изделия (1, 2]. Следовательно, аффективное удаление окалины с поверхности заготовок и готовых изделий - это технологии, обеспечивающие выпуск качественной продукции (3).
Существует большое количество процессов удаления окалины с поверхности проката, например: химическое и электрохимическое травление в растворах кислот; пластическая деформация, обработка щетками, фрезами, дробью, абразивными кругами, плазменная обработка и прочие. Заметим, что указанные процессы не лишены недостатков. Они не всегда обеспечивают полное удаление окалины либо снижают расходный коэффициент использования металла, либо экологически вредны, либо энергозатратны и др (3-5). Поэтому эти процессы не решают проблему очистки в полном объеме.
Защита металлов от коррозии была всегда важна для металлоемких отраслей промышленности. Связано это со стремлением избежать больших экономических потерь, обусловленных коррозионным разрушением оборудования и металлоконструкций под влиянием внешних факторов, а также с необходимостью предотвращения возможных глобальных экологических катастроф.

В связи с продолжительными сроками эксплуатации металлоконструкций, и ежегодно увеличивающемся числом аварийных отказов, которые связаны с износом и образованием в металлоконструкциях дефектов по мере их эксплуатации, становится недостаточным простого технического освидетельствования данных объектов, ввиду того что технические осмотры имеют длительные интервалы между обследованиями и используют устаревшие локальные методы контроля. Так к примеру, по данным Ростехнадзора физический износ металлургического оборудования составляет более 50%.

Электролитно-плазменная очистка поверхности стальных металлоконструкций
Перспективным процессом удаления окалины и прочих загрязнений с поверхности металлопроката является электролитно-плазменная обработка (ЭПО) (6-10]. Процесс значительно экологичнее химического травления, в связи с тем. что проводится при концентрации химических веществ в электролите в малых количествах. Он менее энергозатратен, так как проходит с меньшими плотностями электрического тока, а применение ингибиторов и поверхностно-активных веществ должно уменьшить травление поверхности обрабатываемого металла (7, 8, 11, 12].
Свойство образования электрической дуги и плазмы между электродами в электролите открыто в начале 20-го века. В настоящее время этот процесс применяют в промышленности для полирования поверхности изделий из низкоуглеродистых легированных сталей, цветных металлов и инструментальных сталей. Заготовку - электрод и стационарный электрод помещают в ванну с раствором электролита и подают высокое. 200 и более вольт, напряжение на электроды. В результате этого на контакте поверхности заготовки и электролита образуется парогазовый слой. В нем происходит образование электрической дуги и затем, за счет ионизации паров электролита, плазмы, являющейся рабочим телом (7]. Наличие высоких температур и давлений в микрообьемах парогазового слоя приводит к нагреву металла, к отслоению с его поверхности загрязнений и. в дальнейшем, стравливанию поверхностного слоя.
В настоящей статье проведены результаты экспериментального исследования процесса ЭПО с целью очистки поверхности стального горячекатаного металлопроката от окалины, сформированной при прокатке.
Обработка металлопроката, имеющего значительные габариты по ширине и длине, требуют соответствующих по размерам ванн для размещения при обработке. Это нерентабельно, так как они должны занимать большие производственные площади. Поэтому приняли решение проводить ЭПО в струе электролита. Это, на наш взгляд, позволит уменьшить размеры установки. упростить управление процессом и улучшить очистку рабочей жидкости от загрязнений при работе.
Эксперименты по ЭПО поверхности образцов горячекатаного листа из углеродистой стали проводили на лабораторной установке.
Гидроструйная очистка поверхности металлоконструкций
Суть метода гидроабразивной обработки металлоконструкций заключается в воздействии на обрабатываемую поверхность струи сжатого воздуха, смешанного с суспензией, состоящей из смеси воды и абразивного порошка определенной концентрации. Рабочее давление воздуха- до 10 бар. Различают установки ннжекционные, а также с принудительной подачей суспензии в смесительную камеру. Способ имеет большие технологические возможности. Гидроабразивные технологии использовались нами для очистки поверхности от старых лакокрасочных покрытий следов коррозии, окалины окисных пленок нефтебитумных и других загрязнений, удаления дефектных слоев, заусенцев, матирования поверхности и т. д. [5, 6]. В отличие от пескоструйной обработки в процессе очистки количество взвешенной пыли незначительно, поэтому можно использовать в качестве абразива шлиф-порошки и микрошлиф-порошки.
Предлагаемая технология отличается универсальностью (возможностью применения в различных отраслях: от аэрокосмической до пищевой промышленности), технологической гибкостью, совместимостью с существующими технологическими процессами, конструкция оборудования не требует применения уникальных элементов.
Метод многофункционален. Несложным изменением технологических параметров процесса достигаются новые эффекты. Так, технология позволяет изменять микрорельеф и производить нагарговку основного материала детали или удалять покрытия без повреждения и наклепа основного материала детали, удалять покрытия послойно и вымывать загрязнения из микротрещин и пор, ликвидируя центры будущей коррозии

. Посредством добавления химических реагентов производят активацию или пассивацию поверхности.
Способ экологичен, пожаро-взрыво безопасен, токсичные выделения отсутствуют. Материал технологической среды можно использовать многократно.
В качестве материала технологической среды применяют дешевые минеральные материалы, в том числе отходы промышленности.
Влияние технологических факторов процесса гидроабразивной обработки на показатели качества обработанной поверхности заготовок из разных материалов, оценка геометрических параметров поверхности, обоснование оптимальных технологических режимов обработки изучались в работах [7, 8, 9]. Нами были проведены экспериментальные работы по удалению одного из самых сложных загрязнений поверхности - окалины на горячекатаных заготовках из углеродистых сталей и определению влияния технологических факторов на процесс струйной обработки поверхности. В качестве образцов использовались листы горячекатаные из стали углеродистой обыкновенного качества Ст 3 ГОСТ 380-2005. Оценивали влияние основных технологических режимов: расхода воздуха и давления воздуха в сопле на производительность струйной обработки поверхности.
В качестве абразивного материала использовался гранатовый концентрат с зернистостью 80-100 мкм, концентрация суспензии (объемная) -20 %, расходнических режимов. С увеличением давления и расхода воздуха производительность растет, вместе с тем для определения оптимальных параметров процесса необходимо оценить также влияние зернистости абразивного материала, концентрации суспензии, скорости взаимного перемещения сопла и заготовки на шероховатость обработанной поверхности.
Для подготовки поверхности металла под покраску с целью удаления следов ржавчины. окалины, старой краски и других загрязнений используются такие методы, как механическая очистка поверхности, струйная обработка водой под высоким давлением. Абразиво-струйная очистка, криогенный бластинг. очистка горячим паром. Все эти способы имеют свои достоинства и недостатки.
К методам обработки предъявляются следующие требования: простота, высокая производительность, возможность обработки сложных конструкций, имеющих изгибы, углубления и сварные соединения, и. что важно, экологичность методики. Механический метод очистки не требует особого оборудования и оснастки, однако имеет такие недостатки, как низкую скорость очистки металла, образование активной поверхности, подверженной коррозии. Это приводит к тому, что при очистке крупных объектов (например, железнодорожные мосты) начальные участки к моменту окончания очистки покрываются ржавчиной. При условии повышенной влажности это происходит в считанные часы.
Абразиво-струйный метод очистки имеет ряд преимуществ перед механической очисткой. Очистка происходит со значительно большей скоростью, и для нее практически нет труднодоступных мест.Введение

в струю воды абразивных добавок способствует повышению производительности процесса гидродинамической чистки и расширению его технологических возможностей. Обработка металла становится возможной при относительно невысоких давлениях — порядка 50... 100 МПа. при этом производительность сохраняется та же. что и в случае обработки чистой водой. Однако гидродинамические параметры струи с абразивом снижаются, т. е. падает ее скорость. увеличивается распыл, уменьшается длина начального участка. Все это обусловливает снижение технологических параметров процесса гидродинамической обработки и увеличение энергоемкости процесса. Необходимо отметить, что. несмотря на способ введения абразивных добавок в струю, наблюдается интенсивное изнашивание абразивных насадок оборудования для гидродинамической чистки, соответственно, изменяется рабочий диаметр струи и возникает необходимость частой замены [11.
В ходе многочисленных испытаний установлены оптимальные режимы для работы с гидроструйной установкой. Время обработки варьируется в зависимости от площади обрабатываемой поверхности, используемого давления, вида используемого сопла, расстояния от сопла до обрабатываемой поверхности, угла обработки между струей и обрабатываемой поверхностью, чистоты обрабатываемой поверхности.
Разработаны рекомендации по практическому применению гидроструйного метода с использованием рабочих жидкостей, обладающих эффектом дилатансии с целью очистки металлических поверхностей и ингибирования коррозионных процессов для конкретного случая в зависимости от степени загрязнения поверхности.
Диагностика металлоконструкций
Капиллярные методы. Эти методы основаны на проникновении специальных жидких веществ в полости дефектов объекта диагностирования, в результате чего на поверхности объекта образуется изображение этих дефектов. Наиболее простой разновидностью капиллярного метода является «керосиновая проба», используемая для определения поверхностных трещин, пор и других дефектов поверхностей элементов металлоконструкций машин.
Визуально-оптические методы основаны на получении информации о состоянии объекта диагностирования при визуальном наблюдении при помощи оптических средств. К числу применяемых при этом оптических средств относятся зеркала, линзы, микроскопы и эндоскопы. Последние обеспечивают возможность обследования внутренних поверхностей не только металлоконструкций, но и цилиндров ДВС (через отверстия для свечей или форсунок) и гидроцилиндров (через штуцера трубопроводов и рукавов).
Ультразвуковой метод является одной из разновидностей акустического неразрушающего контроля, в основе которого лежит регистрация упругих волн, возбуждаемых в объекте диагностирования. В объект диагностирования ультразвуковые колебания вводят при помощи пьезоэлектрических преобразователей в импульсном или непрерывном режимах. Существует несколько разновидностей ультразвукового метода. В применении к диагностированию металлоконструкций строительных машин наиболее подходит импульсный эхо-метод, основанный на измерениях параметров коротких ультразвуковых импульсов, посылаемых с поверхности объекта диагностирования и отражаемых от внутренних дефектов и обратной стенки объекта