鋼管外表面在線清理設備實效分析

楊大勇，李 真，宋桐亮

（中國石油渤海石油裝備制造有限公司天津石油專用管分公司，天津 300280）

0 引言

在油套管加工工藝流程中，通常第一道工序既需對毛坯鋼管外表面進行銹蝕及氧化皮清理，這主要是由于無縫鋼管在軋制過程中，經過一系列熱處理工藝，鋼管表面金屬發生氧化反應，不可避免會產生紅褐色金屬氧化層，并且由于毛坯鋼管大多數需要長途交通轉運和長時間料場堆放，隨著時間的推移，外表面會形成不同程度的氧化皮與銹蝕。直縫焊管同樣有外表面銹蝕問題的存在。

毛坯鋼管外表面銹蝕與噴漆工序密切相關，可以說毛坯鋼管外表面清理效果直接影響油套管成品外觀噴漆質量和存放時間。本文針對目前鋼管加工行業使用的鋼管外表面清理設備的實際效果進行分析對比，闡明在線拋丸方式不同于傳統拋丸設備的結構，以及拋丸清理方式優于目前應用廣泛的鋼絲刷壓緊除銹裝置的原因。

1 鋼絲刷除銹裝置概述

鋼絲刷除銹方式目前行業應用較為廣泛，且該類設備的結構形式近年來也進行了多項優化設計，上海寶鋼、江蘇常寶、安徽天大、滄州達力普等企業的油套管生產線均采取這種鋼管表面處理方式。

1.1 工藝流程

鋼管除銹裝置用于清除原料鋼管外表面的氧化皮、異物及銹斑等影響鋼管表面質量的雜物。鋼管除銹吹水裝置設置在鋼管輸送輥道上，鋼管沿輸送輥道進入鋼管除銹吹水裝置，先對鋼管進行噴淋處理，然后通過旋轉的鋼刷進行表面除銹、除銹斑等處理，最后進行鋼管的吹水處理。該設備主要由外表面除銹裝置、供排水循環裝置、氣動系統、電氣控制系統等部分組成。

1.2 主要設備機構

（1）預淋濕機構固定在機架上，當鋼管到達除銹機工位時，預淋濕啟動，對鋼管表面進行預淋濕，為鋼刷除銹做準備。

（2）鋼刷旋轉機構由減速電機經齒輪傳動實現鋼刷旋轉，減速電機由變頻器控制，能實現速度無級調速。

（3）鋼刷壓緊機構由拉簧、彈簧片、調節桿組成，當鋼管到達工位時，此機構能將鋼刷彈性壓緊在鋼管表面。

（4）沖洗裝置采用環形結構，利用水將鋼刷除銹后的雜質沖洗干凈。

（5）風環裝置安裝在沖洗裝置之后。通過壓縮空氣將鋼管表面的水漬吹干，保持鋼管表面干燥。設置來料傳感器，有料時開啟風環裝置，無料時處于關閉狀態。在風環后設置熱風吹干裝置，由熱風機提供熱風源供給風環對鋼管表面進行風干，主要設備包括熱風機及風環。

（6）廢水收集裝置能將預淋濕及沖洗后的廢水經導流槽進入廢水處理沉淀池（3 級過濾），經沉淀后由供水泵通過管道作為除銹機沖洗水再次循環利用，并保持車間地面干凈整潔。

1.3 設備優缺點分析

該設備優點在于結構簡單，加工速率高，符合在線生產要求，以目前管加工行業速率最快的比利時高力耐五軸數控螺紋加工機床為例，對英寸鋼管的加工節拍可達約110 支/h。該類鋼管表面處理設備的最高加工速率一般約140 支/h，與機床加工節拍相匹配。

其缺點在于：雖然可在一定程度上去除鋼管表面的浮銹和氧化皮，但無法徹底清除毛坯鋼管原有氧化層；鋼刷壓緊機構的耐久性較差，而且對于需要不斷更換加工規格的生產線，壓緊機構的調節較為費時，當人工調節不當或鋼刷存在磨損時會產生螺旋狀銹蝕清理盲區，影響鋼管外觀質量。

2 拋丸除銹裝置概述

拋丸機最早用于去除鑄造、鍛造件等粘砂和氧化皮等，主要是利用高速旋轉的葉輪把丸砂拋擲出去高速撞零件表面，達到表面處理的要求。丸砂速度一般在50～l00 個/s。

傳統的拋丸處理工藝雖然對工件表面處理效果非常好，但處理速率低，一般處理速度在4～7 m/min，而油套管產品的長度一般在11 m 左右。也就是說，傳統拋丸設備一分鐘內無法完成一根鋼管的外表面清理，所以目前鋼管加工行業很少使用拋丸設備進行外表面清理，該方法主要用于管徑較大的鋼管或管坯表面清理、銹蝕較為嚴重的鋼管的離線清理，以及對加工效率要求不高的特殊螺紋鋼管的外表面清理等。目前國內還沒有將拋丸設備在線應用于大批量、高節拍的油套管加工中的實例。

輥道式鋼管外壁拋丸清理機（符合在線要求）由拋丸清理室、高效拋丸器、提升機、丸砂分離器、輸送輥道、供丸系統、電氣、除塵系統等組成，可以同時對兩根鋼管進行一次性通過清理（滿足速率要求）（圖1）。鋼管經拋丸后可去除外壁金屬表面的銹蝕及氧化皮，獲得一定粗糙度的光亮表面，達到鋼管外壁防腐前的要求，從而提高底漆的附著力。

圖1 工藝流程

3 結構創新

與傳統拋丸設備相比，該設備的創新點主要是，在保證拋丸效果的前提下提升拋丸處理速度。

（1）更改了拋丸器的結構設計。拋丸器是本設備的核心部件，設備采用4 臺上拋式拋丸器同時工作，保證每支鋼管表面被鋼丸拋射兩次，消除處理盲區。本拋丸器區別于傳統拋丸器形式具有結構簡單，維修方便，占用空間小，其葉片不需要用螺釘、銷子、彈簧卡式等任何夾具固定，而是將葉片從葉輪中心插入葉輪槽內，當葉輪高速旋轉時依靠葉片產生的離心力及葉片上的凸臺固定。因為這種用離心力來固定的方法導致更換葉片時需先取出定向套和分丸輪，所以可同時檢查定向套和分丸輪的磨損情況。拋丸器的主軸座安裝在罩殼上，而罩殼上固定主軸座及定向套的孔是一次性加工的，這使得定向套與分丸輪之間的間隙均勻一致，不但可以減少分丸輪對彈丸的磨損和擠裂定向套的現象，同時也大大提高了拋丸效率。

（2）更改輸送V 形輥道的設計（采用雙管同時輸送）。為保證拋丸設備對鋼管表面的處理效果，輸送輥道的速度不能超過15 m/min，遂采用雙管共同處理的拋丸機進給方式，所以輥道的設計上要充分保證雙管同時清理的效果。上料機構可根據不同鋼管規格同時取兩根毛坯料，通過雙V 形輥輪的間距設計來確保落料過程中將鋼管準確地送到兩個V 形槽內。

4 實效對比分析

（2）處理效果。通過現場除銹效果的對比可以看出，拋丸工藝相較目前采用的輥刷鋼管表面清理工藝在鋼管外觀質量方面有著明顯的優勢，后者無法徹底清除鋼管軋制過程中形成的紅褐色氧化層，而拋丸工藝可以清理出鋼管的金屬原色。

從數據上進行分析，根據國家標準GB 8923—1988《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》該種處理方式的拋丸除銹等級可達Sa2.0 級——鋼材的表面無可見的油垢物，氧化皮、鐵銹等附著物基本清除，其殘留物應是牢固附著的。鋼材表面均勻布置拋丸形成的拋射凹痕，抗滑系數要達到0.35～0.45。另外，經拋丸清理后的鋼管表面被動地形成了一定的粗糙度，可達到Ra12.5，這對于后期噴涂工藝的油漆粘附力和平流性均有提升。而鋼刷輥輪的方式缺乏數字標準依據，也不具備拋丸工藝對后期作業的支持。

5 結論和建議

（1）通過合理的設備形式改造，拋丸除銹設備可以符合當前鋼管加工行業高節拍的在線加工節奏。

（2）從外觀效果看，拋丸工藝對鋼管外表面的清理效果要優于目前廣泛應用的鋼絲輥刷除銹方式。

（3）在后期保養和維護方面，拋丸設備需要定期維修更換分丸輪、定向套及拋丸室，存在一定的劣勢。

（4）采用拋丸設備對鋼管外表面進行除銹時，建議在增設內孔吹掃工位，來清除內孔殘余的鋼丸。