工程機械零部件再制造清洗技術研究

韓 杰，楊士敏，蔡頂春

（長安大學 道路施工技術與裝備教育部重點實驗室，陜西 西安 710064）

1 問題的提出

隨著國家對節能減排戰略的不斷強化，再制造工程作為綠色節能技術的重要方面日益受到人們的重視。工程機械產品量大面廣，發展工程機械產品的再制造對節能減排有著重大意義。工程機械產品的再制造是指以裝備全壽命周期理論為指導，以實現廢舊裝備性能提升為目標，對廢舊裝備進行修復、改造的一系列技術措施或工程活動的總稱［1］，其流程如圖1所示。其中，再制造工藝技術中的清洗技術是保證再制造產品質量、提高再制造環境效益的重要內容。

圖1 機械產品再制造流程

2 老舊工程機械的特點

工程機械零部件由于磨損和老化，故障率高，維修費用大，很難通過簡單的維修恢復其使用性能。另外，由于產品的更新換代，很多舊機型已停產，市面上很難買到零配件。為滿足現今工程建設的需要，需通過再制造工程恢復老舊工程機械原有的使用性能，最大程度地發揮其作用。

再制造工程可分為恢復性再制造和升級性再制造。通過對老舊工程機械的拆解，其零部件可以分為報廢件（如攤鋪機熨平板、緊固件及液壓膠管等）、可再制造件（如軸類和軸承座類、輪胎等）以及經拆解、清洗、檢驗后無任何缺陷的可用件。

3 老舊工程機械零部件清洗過程

工程機械再制造零部件的清洗主要包括拆解前的清洗和拆解后的清洗。前者主要是去除零部件外部沉積的大量油污、灰塵、泥沙等污染物；后者主要是去除零部件上油污、銹蝕、水垢、積炭、油漆等污染物。拆解前的清洗一般采用自來水或高壓水沖洗，并用刮刀、刷子配合進行。拆解后的清洗主要采用化學和物理的方法。再制造的清洗過程不同于維修前的清洗，維修前的清洗僅僅是對要維修的部分進行局部清洗以便于維修，而再制造的清洗是對整個廢舊產品零部件進行清洗，使得再制造零件滿足新品的使用要求。所以，再制造的清洗過程在整個再制造過程中占有重要地位，零部件的清洗質量將直接影響再制造產品的質量。

4 再制造清洗技術

4.1 物理清洗技術

常用的物理清洗方法有高壓水射流清洗技術、干冰清洗技術、超聲波清洗技術和激光清洗技術等。

4.1.1 高壓水射流清洗技術

工程機械零部件上的垢層，就其力學性能而言，可以分為脆性物體、塑性物體及黏彈性流體。水射流清洗技術是采用120 MPa以內的高壓水射流進行清洗，其機理是利用從不同形狀噴嘴噴射出來的具有很大穿透能力的高壓水射流來清除零部件表面的污垢［2］。該方法能有效地清通堵死的管、缸、槽、罐等，對設備本體無損傷，避免了機械清理、疏通所造成的損傷。清洗介質為水，不需要添加清洗劑，無污染，且清洗效率高，操作簡便。

4.1.2 干冰清洗技術

用干冰清洗技術可以將工程機械零部件上對溫度敏感的污染物（如積碳）在短時間內去除。其清洗機理是利用干冰超低溫、絕緣、易升華等特性，使干冰顆粒以壓縮空氣為載體作用于污物表面，使處理物表面的污垢在極短的時間內凍到脆化及爆裂，形成一種微型“爆炸”，從而把污物帶離物體表面［3］。

干冰冷噴射清洗對于帶有橡膠、聚氨酯及聚乙烯等殘留物的去除效果特別好，不僅清洗效率高，同時也避免了化學清洗所帶來的二次污染問題。

4.1.3 超聲波清洗技術

超聲波清洗是在有機溶劑除油或酸洗的清洗過程中引入超聲波。當超聲波的高頻（20kHz～50kHz）機械振動傳給清洗液介質以后，液體介質在這種高波的振動下將會產生近真空的“空腔泡”，對污染物產生“空化作用”，空化效應產生的沖擊力及強烈振動的氣泡可滲透到被清洗零件的表面和污垢之間，其超聲振動加速了清洗液的乳化和增溶作用，從而剝離污垢薄膜。

超聲波清洗技術清洗速度快、效率高，對帶有深孔、細縫等形狀和結構復雜的工件尤為適用，可有效去除油脂、氧化皮、積碳、油泥等。

4.1.4 激光清洗技術

激光清洗是一種較新的清洗方法，它是指采用高能激光束照射工件表面，使表面的污物、銹斑或涂層發生瞬間蒸發或剝離，從而達到潔凈化的工藝過程［4］。它具有簡單方便、無二次污染、適用范圍廣等優點，尤其在除銹、除漆、除泥污等方面顯示出其優越性。激光清洗的實質就是激光與污染層相互作用。激光清洗有以下4種方法：①激光干洗法，即用脈沖激光直接輻射去污；②激光＋液膜法，即首先沉積一層液膜于零件表面，然后用激光輻射，使液膜急劇受熱，產生爆炸性汽化，爆炸性沖擊波使基體表面的污染物松散，并隨沖擊波飛離零件表面；③激光＋惰性氣體法，即在激光的同時，用惰性氣體吹掃零部件，避免了表面再次被污染和氧化；④運用激光使污物松散后，再用非腐蝕性化學方法清洗。

4.2 化學清洗技術

化學清洗是采用一種或幾種化學藥劑（或其水溶液）清除設備內側或外側表面污垢的方法。其本質是化學清洗劑從與之相接觸的污垢表面開始進行溶解，同時清洗劑向污垢內部滲透，減小污垢自身各顆粒間的結合力以及污垢與基體設備間的結合力，使污垢溶解或使污垢松散脫落而除去的過程。

清洗液是化學清洗的關鍵，其主要成分包括水、溶劑、表面活性劑、增潔劑和添加劑。長期以來，汽油、煤油、丙酮等有機溶劑充當著清洗液的主要成分。但隨著人們環境保護意識的增強，這些溶劑已逐漸被更為環保的水基清洗劑代替。

4.2.1 水基清洗技術［5］

水基清洗技術常應用于需去除極性污染的場合，其清洗效果主要來自于增潔劑和表面活性劑兩個部分。表面活性劑作為在零件表面上的活性成分，只會在污垢和零件材料之間生效，從而去除污垢并使污垢分散到清洗介質中。增潔劑是一種無機鹽，會增加水的pH 值，易于去除固體顆粒，以合成的方式增強表面活性劑的清洗效果。

4.2.2 綠色化學清洗技術

綠色化學清洗就是綠色化學和化學清洗概念的結合，即在減少或消除有害物的使用且避免有害物質產生的條件下，盡可能使用最少的化學藥劑去除物體表面積垢，而使其恢復原表面狀態的過程［6］。

綠色化學清洗技術要求在清洗過程中盡量使用對環境影響較小的清洗劑，同時在清洗完成后對廢棄的清洗液也要進行無害處理，實現清洗過程的合格排放。

4.3 各種清洗技術的對比分析

各種清洗技術對比見表1。

表1 各種清洗技術對比表

5 總結

（1）工程機械再制造過程中零部件清洗是極其重要環節，直接影響再制造的成本和零部件再制造后的使用性能。

（2）工程機械再制造清洗過程主要是通過物理和化學的清洗技術，清除零部件表面的積碳、油泥、氧化皮等污物。

（3）工程機械再制造清洗技術主要有高壓水射流清洗技術、干冰清洗技術、超聲波清洗技術、激光清洗技術、水基清洗技術和綠色化學清洗技術等。

［1］ 徐濱士.綠色再制造工程及其在我國的應用前景／／工程科技與發展戰略咨詢報告集［G］.北京：中國工程院，2002：125－130.

［2］ 曹昊翔，張正學.水射流清洗技術應用現狀及其前景［G］／／長沙礦山研究院建院50周年院慶論文集.長沙：長沙礦山研究院，2006：78－79.

［3］ 史金海，趙慶良.路安.干冰冷噴射清洗技術及其應用［J］.哈爾濱商業大學學報（自然科學版），2005（5）：588－591.

［4］ 林喬，石敏球，張欣，等.激光清洗及其應用進展［J］.廣州化工，2010（6）：23－25.

［5］ 易舉，孫卓，Rainer Straub.水基清洗技術——航空航天零件工業綠色清洗技術介紹（二）［J］.國防制造技術，2009（6）：65－67.

［6］ 焦慶祝，楊婷，劉明婧，等.論綠色化學清洗［J］.清洗世界，2007（9）：22－26.