金屬管線機械除鱗工藝進展淺析

安 超

（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇 蘇州 215000）

1 概述

機械除鱗法由于環境友好，獲得越來越多金屬制品生產廠家的關注，并呈現出取代酸洗除鱗的趨勢[1]，目前機械除鱗法在金屬管線表面除鱗技術中占據79%的比重，因此對其技術分析具有重要的現實意義。

本文主要以專利為依托，對該領域專利申請數據進行統計分析。分析得出，該領域最早的相關申請出現在1966年，之后截止到20 世紀80 年代均為平穩增長階段，進入21 世紀后為迅猛發展階段。日本、德國、美國、歐洲各國以及前蘇聯的專利申請量在上個世紀占了較大比重，中國雖然在該領域起步較晚，但近年來的發展十分迅猛，截至目前中國專利申請總量已占全球申請總量的51%。

機械除鱗法技術分支較多，占據前三的分別是反復彎曲法、鋼絲刷除鱗法、噴砂法，以下對這些重要分支分別進行發展脈絡梳理。

2 反復彎曲法

機械除鱗技術中應用最多的是反復彎曲除鱗法，其主要是通過多個剝殼輪對線材進行反復彎曲，以實現除鱗的目的。

反復彎曲法歷史悠久，在專利領域最先出現的時間是1973年，專利申請DE2328109A 將線材彎曲到彈性極限后用滾輪進行打磨，取出殘留氧化皮，達到除鱗的目的。隨后1979 年專利申請FR7926620A中，將一次性彎曲發展為反復彎曲，其通過5 個剝殼輪對線材進行反復彎曲后，進一步結合模具刀對殘留氧化皮進行打磨，并將除去的氧化皮進行收集，該方法達到了較好的除鱗效果；同年11月，專利申請SU2837213A 對剝殼輪的滾輪布置進行了詳細研究，線材先穿過多個剝殼輪構成的水平輥，然后經過豎直布置的滾輪，最后在經過一組剝殼輪構成的水平輥，對線材進行全方位除鱗。隨后1994年，專利申請JP15002394A 對彎曲輥的轉速進行研究，并首次采用對線材進行扭曲的方法，將線材以便扭曲以便經過多個剝殼輪進行反復彎曲。2001 年專利申請JP2001033006A 首次采用反復彎曲法與噴砂相結合，線材經剝殼輪反復彎曲后進入噴砂室，進行氧化皮的去除。

進入21 世紀，中國的專利申請如同雨后春筍一般的發展起來。2002 年專利申請CN02137851A，如圖1 所示，工件進入一組剝殼輪后進行氧化鐵皮的疏松剝殼，然后采用鋼絲刷對氧化鐵皮進行刷除。2011 年專利申請CN201110247032A 首次采用反復彎曲后采用鋼絲刷處理，并隨后進行電解的方法除鱗，實現鋼絞線生產過程的無酸洗拉拔和在線電解輪滑，節省能源消耗和人員配置，提高了生產效率。2012 年專利申請CN201310012758A 提供一種對鋼筋外表面全方位除氧化皮，多個平面布置的剝殼輪實現了較好的除鱗效果。2015 年專利申請CN201520072492，采用剝殼輪對盤條進行反復彎曲破壞氧化皮層，然后通過吹氣噴嘴對盤條高壓吹氣吹掉氧化皮，校直后再次通過吹氣噴嘴清理細小氧化皮等雜質，對盤條進行徹底清潔。

反復彎曲法經歷了從單獨彎曲到反復彎曲，再到結合其他除鱗手段，并改進剝殼輪結構以提高除鱗效果的發展過程，加工方法及效果均較為穩定。

3 鋼絲刷除鱗法

該方法通過在刷輪上設置鋼絲，線材穿過轉動的刷輪實現氧化鐵皮的清潔。鋼絲刷最早的結構見于1981 年專利申請SU3259047A，其通過可動夾持線束的夾具去除氧化皮，但是由于線材不能完全接觸線刷，導致除鱗效果欠佳。1999 年專利申請DE29918411U 解決了上述問題，其采用一對傾斜布置的鋼絲刷輪，線材表面與鋼絲刷輪進行了徹底的接觸，除鱗效果較好。2003 年專利申請CA2516692A中，首次出現在刷除氧化層時，保留一層未完全氧化的氧化鐵層，以防止線材除鱗后被氧化，并在鋼絲刷清理后采用噴嘴對鋼絲刷進行清洗。2005 年專利申請RU2005105980A 對鋼絲刷的布置角度進行了詳細的研究，多個不同角度布置的鋼絲刷對線材進行了全方位除鱗，該國專利申請RU2006137073A 采用電控鋼絲刷的移動，提高了除鱗效率。中國于 2009 年申請的專利CN200920228664U，對刷輪提出了一種新的布置方案，其采用V 字形設置的刷輪，帶動刷輪高速旋轉去除線材表面的氧化鐵皮。2015 年專利申請CN201510113087A 對鋼絲刷的結構進行了詳細的研究，保證刷輪與盤條表面全方位、無死角接觸，極大提高氧化層的清除效果。

對鋼絲刷除鱗法的發展過程進行分析可知，該方法出現較早，之后發展過程主要圍繞鋼絲刷的結構以及布置結構進行，以期提高線材與鋼絲刷表面接觸面積以及提高除鱗效率，這種方法緊隨反復彎曲除鱗法，成為機械除鱗中應用較多的一種方法，也具有舉足輕重的地位。

4 噴砂除鱗法

噴砂法是機械除鱗法中應用較多的一種除鱗方法，其包括離線式整卷除鱗和在線單根除鱗。一般來說，噴砂是通過使具有從大約1mm 到大約40mm 的直徑的線材或棒材縱向穿過噴砂機來實現。在噴砂機中，金屬丸粒借助于設有徑向葉片的轉子向線材或棒材的表面投射，它們從中心軸線向地供應并靠離心力沿徑向以很高的速度投射丸粒。通常，一臺噴砂機設有彼此按120°排列的三個轉子，或者彼此按90°排列的四個轉子，以致所述線材或棒材的表面暴露于丸粒射束。轉子安裝成其旋轉軸線正交于線材或棒材的縱軸線，最好是相對于棒材的前進方向交錯。噴砂法最早出現在1968 年日本申請的專利JP659468A，其經歷了在單獨的噴砂除鱗的技術內容的基礎上，研究通過采用高壓空氣或者高壓水輔助進行噴砂處理，以及研究噴射的速度，以提高線材除鱗的效率，高壓水除鱗在實際工業應用中也較為廣泛。隨后在發現較高的壓力會對線材表面造成加工變質問題后，又開始對噴射的壓力以及噴射方式進行進一步的調整，在保證較好的除鱗效果的同時兼顧線材質量。

5 結論

機械除鱗法是目前金屬管線除鱗領域主要的加工方法，今后發展方向主要是在現有除鱗技術基礎上，進行細節的優化研究，例如刷輪角度、除鱗水壓、噴嘴位置布置等精細除鱗，此外，還出現了從源頭解決除鱗問題的研究，例如，針對線材除鱗前的運輸過程中，氧化鱗皮不能脫落，防止運輸過程中基體金屬暴露生成鐵銹，同時又要滿足除鱗過程中比較容易剝落的要求，研究人員針對氧化鐵皮的成分以及性能進行了針對性研究，通過控制鱗皮的組成、控制基體金屬與鱗皮接觸界面的粗糙度、控制鱗皮的厚度等方式，實現了提高除鱗效率、質量，以及節約能量的技術效果。