鋼結(jié)構(gòu)機械噴射處理工藝和設(shè)備研究

摘 要：為了延長建筑鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命，提高其抗腐蝕能力，機械噴射處理工藝和設(shè)備被廣泛應(yīng)用。基于此，探討建筑鋼結(jié)構(gòu)機械噴射處理工藝和設(shè)備的研究進展，介紹機械噴射處理的原理和分類，包括冷噴射、熱噴射、濕噴射等。詳細解析機械噴射處理對建筑鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，包括提高結(jié)構(gòu)的抗腐蝕能力、增加結(jié)構(gòu)的硬度和耐磨性等。探究目前常用的機械噴射處理設(shè)備，如高壓噴射機、噴砂機、噴涂機等，分析當前研究中存在的問題，并對進一步的研究方向進行展望。研究結(jié)果表明，機械噴射處理工藝和設(shè)備在建筑鋼結(jié)構(gòu)中具有重要的應(yīng)用價值，通過機械噴射處理，能有效提高建筑鋼結(jié)構(gòu)的抗腐蝕能力和使用壽命，增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。然而，目前研究中仍存在各種問題，如噴射材料選擇、設(shè)備性能優(yōu)化等。未來的研究需要進一步深入探討這些問題，從而推動建筑鋼結(jié)構(gòu)機械噴射處理工藝和設(shè)備的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；拋丸；噴砂；工藝；設(shè)備

中圖分類號：TG174.4 文獻標識碼：A 文章編號：2096-6903（2024）07-0034-03

0 引言

本文重點研究建筑鋼結(jié)構(gòu)機械噴射處理工藝和設(shè)備，通過研究機械噴射壓力、噴射速度、噴嘴直徑等工藝參數(shù)，有效提高控制噴射處理的效果，增強鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量。在設(shè)備方面，重點介紹機械噴射處理所使用的噴射機和噴嘴，介紹不同類型的噴嘴，包括壓力式噴嘴和風式噴嘴，并分析它們的優(yōu)缺點和適用范圍。研究建筑鋼結(jié)構(gòu)機械噴射處理工藝和設(shè)備是一項具有重要意義的課題，通過深入研究和應(yīng)用機械噴射處理技術(shù)，可有效提高鋼結(jié)構(gòu)表面的質(zhì)量，延長其使用壽命，提高建筑的安全性，也為我國建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供有力支持。

1 機械噴射處理的原理和分類

1.1 基本原理

機械噴射處理是一種常用的表面處理技術(shù)，利用高速噴射流將磨料、顆粒、液體等介質(zhì)射擊到工件表面，有效改變其物理性質(zhì)和表面形貌，這種處理方法廣泛應(yīng)用于金屬加工、材料改性、表面清潔等領(lǐng)域。機械噴射處理基本原理是通過高速噴射流與工件表面的相互作用，產(chǎn)生物理和化學(xué)反應(yīng)。噴射流中顆粒通過加速器加速，形成高速流動的射流，然后以標準角度射擊到工件表面，產(chǎn)生較強的沖擊力。

在機械噴射處理過程中，顆粒、液體與工件表面發(fā)生碰撞，產(chǎn)生強烈的沖擊能量。這種能量能有效移除工件表面的氧化層、銹蝕、污染物、異物等，改變其表面形貌和結(jié)構(gòu)，使工件表面發(fā)生塑性變形和壓實，提高表面硬度和抗疲勞性能。機械噴射處理效果受多種因素的影響，如噴射介質(zhì)性質(zhì)、液體速度和密度、噴射角度、距離等，工作人員根據(jù)不同應(yīng)用需求，選擇不同的噴射介質(zhì)，如砂子、玻璃珠、金剛石等，合理調(diào)整噴射參數(shù)，從而實現(xiàn)不同的處理效果。

機械噴射處理具有許多優(yōu)點，其作為一種非接觸式的表面處理方法，不會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)或熱影響區(qū)，對工件的材料性質(zhì)變化較小。噴射流可在復(fù)雜形狀的工件表面均勻分布，能處理曲線表面。機械噴射處理可實現(xiàn)表面清潔、去除氧化層、提高粗糙度等功能[1]。

2 噴砂除銹處理工藝分析

2.1 噴砂技術(shù)的基本要素

2.1.1 空氣壓力

在噴砂除銹過程中，空氣壓力是一個關(guān)鍵要素，其對除銹效果、工作效率、設(shè)備使用壽命都有重要影響。較高的空氣壓力能產(chǎn)生較強的噴射力，使磨料更容易與被處理物體表面接觸，并切割銹蝕物，從而去除銹蝕層，提高除銹效果。過高的空氣壓力可能導(dǎo)致被處理物體表面受損，甚至造成變形或破壞。因此，在選擇噴砂除銹設(shè)備時，要根據(jù)被處理物體的材質(zhì)和形狀，合理調(diào)整空氣壓力，進而達到最佳除銹效果。

空氣壓力影響著噴砂除銹的工作效率，較高的空氣壓力能提高除銹速度，縮短處理時間，對于大規(guī)模工業(yè)除銹作業(yè)來說尤為重要，可以節(jié)省時間和人力成本。但過高的空氣壓力也會增加設(shè)備能耗，并損壞設(shè)備故障。

在實際操作中，工作人員需要根據(jù)具體情況平衡除銹效果和工作效率，并合理調(diào)整空氣壓力，空氣壓力范圍通常控制在0.55～0.75 MPa，最佳空氣壓力為0.70 MPa。計算公式如式（1）所示。

S=KP （1）

公式中：S表示清理效率；K表示綜合復(fù)數(shù)；P表示空氣壓力。空氣壓力還與噴砂除銹設(shè)備的使用壽命相關(guān)，較高空氣壓力會增加設(shè)備的負荷和磨損程度，縮短設(shè)備的使用壽命。在選擇噴砂除銹設(shè)備時，工作人員要考慮設(shè)備的承受能力和耐久性，并根據(jù)實際情況選擇合適的設(shè)備和空氣壓力。

2.1.2 噴嘴

在噴砂除銹處理技術(shù)中，噴嘴是其中非常重要的要素，在噴砂裝置中起到導(dǎo)流、分散、加速、噴射顆粒物料等作用，直接影響噴砂效果的好壞。噴嘴材質(zhì)要具有耐磨、耐壓、耐腐蝕的特性，才能確保其長期使用[2]。

通常噴嘴采用高硬度的合金材料制成，如碳化硼、鎢鋼等；噴嘴形狀通常為圓錐形或者扇形，以利于保證顆粒物料的均勻噴射。

噴嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計合理，有效減少顆粒物料流失，并保持均勻性。噴嘴尺寸選擇應(yīng)根據(jù)工作場景和要求來確定，噴嘴的直徑和長度影響顆粒物料的噴射速度和沖擊力，如果其和標準值差異過高，都會影響噴砂效果。工作人員在使用過程中，可根據(jù)實際情況進行調(diào)整。口徑和清理效率定量關(guān)系如式（2）所示。

S=k'D2 （2）

公式中：K表示為綜合復(fù)數(shù)；D表示為噴嘴口徑。

此外，要注意控制噴嘴的噴嘴角度和噴嘴距離，噴嘴角度選擇應(yīng)根據(jù)金屬表面形狀和噴砂需要來確定，以保顆粒物料能充分沖擊每個角落。噴嘴距離則需根據(jù)顆粒物料速度和沖擊力進行調(diào)整，從而達到最佳除銹效果（見表1）。

2.1.3 噴砂技術(shù)參數(shù)

噴砂距離一般為200～300 mm，噴砂角度一般為對60°～70°，移動速度一般為4～6 m/min，噴砂和噴底漆最低時間間隔一般為4 h，環(huán)境條件相對濕度低于80%，噴砂房高度2～4 m，溫度需超過15℃[3]。

2.2 噴砂設(shè)備

噴砂除銹處理設(shè)備是一種常見的表面處理設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，其主要包括噴砂機、噴砂系統(tǒng)、專業(yè)噴砂房。

噴砂機是噴砂除銹處理設(shè)備的核心部件，通常由壓縮空氣機、噴砂槍、噴砂罐組成。噴砂機工作原理是利用高速噴射的砂粒沖擊物體表面，去除其表面的污物和氧化層，從而達到除銹和清潔的效果。噴砂機操作簡便，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)噴砂的強度和范圍，適用于不同種類的工件。

噴砂系統(tǒng)是將多個噴砂機組合在一起，形成一個完整的噴砂除銹處理系統(tǒng)，通常是由噴砂機、輸送帶、除塵設(shè)備、控制系統(tǒng)等組成部分。通過噴砂系統(tǒng)，實現(xiàn)對大面積工件的高效噴砂除銹處理。噴砂系統(tǒng)設(shè)計和選擇要綜合考慮工件各方面因素，如大小、形狀、材質(zhì)等因素。

專業(yè)噴砂房是一種特殊的封閉環(huán)境，用于噴砂除銹處理。噴砂房通常由鋼結(jié)構(gòu)和隔音材料構(gòu)成，具有良好的密封性和隔音性能，內(nèi)部設(shè)有噴砂機和輸送帶等設(shè)備，配備除塵系統(tǒng)和通風系統(tǒng)，從而確保有效收集噴砂過程中的粉塵和廢氣，保護操作人員的健康安全。 脈沖-噴射電沉積裝置示意圖如圖1所示。專業(yè)噴砂房通常適用于對大型工件進行噴砂除銹處理，如船舶、橋梁、鋼結(jié)構(gòu)等[4]。

2.3 空壓機和油水分離器

空壓器是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中常用的設(shè)備，能將大氣中的空氣壓縮成高壓氣體，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。然而，由于長期使用和環(huán)境因素的影響，空壓器的金屬表面容易產(chǎn)生銹蝕，不僅影響美觀，還可能導(dǎo)致設(shè)備性能下降，甚至出現(xiàn)嚴重的安全故障。

為了解決上述問題，工作人員需使用噴砂除銹設(shè)備，將高壓噴砂嘴對準空壓機的銹蝕表面，通過噴射高速流動的砂粒將銹蝕層徹底清除，使空壓機恢復(fù)到原始的金屬光澤。油水分離機是一種用于將壓縮空氣中的液態(tài)油和水分離的裝置。在空壓器的運行過程中，由于存在冷卻和潤滑系統(tǒng)，空氣中油和水數(shù)量較多，如果無法有效分離這些油水混合物，將會對設(shè)備的正常運行產(chǎn)生不良影響。通過噴砂除銹處理油水分離器，能徹底清除表面的污垢和銹蝕，保證分離器的正常工作[5]。

噴砂除銹處理空壓機和油水分離器的步驟相似。要提前準備噴砂除銹設(shè)備和砂粒，再將設(shè)備對準待處理表面，開啟噴砂除銹設(shè)備，通過高速噴射的砂粒將表面污垢和銹蝕層徹底清除。在噴砂過程中，操作人員要注意自身的安全，戴上防護眼鏡、口罩和手套，避免砂粒對皮膚、眼睛造成損傷。噴砂除銹結(jié)束后，要清理噴砂設(shè)備和處理區(qū)域的殘留砂粒。噴砂除銹處理空壓器和油水分離器是一項重要的維護工作，能延長設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備性能，且定期進行噴砂除銹處理可預(yù)防設(shè)備發(fā)生安全故障，確保生產(chǎn)過程的安全性。因此，在使用空壓器和油水分離器時，工作人員要重視噴砂除銹的作用，并合理安排維護計劃，保證設(shè)備的良好狀態(tài)。

2.4 噴砂作業(yè)的安全規(guī)范

噴砂除銹是一項常見的表面處理工藝，通過高速噴射磨料與被處理物體表面的碰撞，去除表面的銹蝕、污染和涂層，以達到清潔、光滑和粗糙度適宜的效果。然而，噴砂除銹作業(yè)涉及到各種安全風險，需要遵守以下安全規(guī)范，從而確保作業(yè)人員的生命安全[6]：①穿戴個人防護裝備。進行噴砂除銹作業(yè)時，要穿戴適當?shù)膫€人防護裝備，主要包括耐酸堿手套、防護眼鏡、防塵口罩、安全鞋等。這些裝備能有效保護作業(yè)人員免受磨料、塵埃等因素傷害。②確保通風良好。噴砂除銹作業(yè)會產(chǎn)生大量的粉塵和廢氣，可能對作業(yè)人員的健康造成影響。因此，在作業(yè)現(xiàn)場應(yīng)確保通風良好，及時排除粉塵和廢氣，減少室內(nèi)空氣污染。③避免過度暴露。長時間暴露在噴砂除銹作業(yè)中，可能會對人體的皮膚和呼吸系統(tǒng)造成傷害。因此，應(yīng)盡量減少作業(yè)時間，避免過度暴露。如果需要長時間進行作業(yè)，應(yīng)定期休息，并提供清潔的食品和飲水。④確保設(shè)備安全。噴砂除銹作業(yè)需要使用專用的噴砂機和相關(guān)設(shè)備，這些設(shè)備必須經(jīng)過檢查和維護，確保其正常運行和安全性能。同時，操作人員應(yīng)接受相關(guān)培訓(xùn)，了解設(shè)備的正確使用方法和維護保養(yǎng)知識。⑤防火防爆措施。噴砂除銹作業(yè)中，可能會產(chǎn)生靜電引發(fā)火災(zāi)風險。因此，在作業(yè)現(xiàn)場應(yīng)采取相應(yīng)的防火防爆措施，如增加通風設(shè)備、使用防爆電器和材料等，確保作業(yè)安全[7]。

3 結(jié)束語

本研究旨在探討建筑鋼結(jié)構(gòu)機械噴射處理工藝和設(shè)備的應(yīng)用。通過對相關(guān)文獻的綜合分析，得出以下結(jié)論：①機械噴射處理是一種有效的表面處理方法，能顯著提高鋼結(jié)構(gòu)的抗腐蝕性能。機械噴射處理可有效去除鋼材表面的銹蝕、污染物、老化層，增加鋼材表面的粗糙度，提高涂層的附著力。②噴射材料選擇對機械噴射處理效果有重要影響，常用噴射材料包括砂子、鋁礬土、鋼丸等。根據(jù)具體的鋼結(jié)構(gòu)材料和表面處理要求，選擇適當?shù)膰娚洳牧峡蛇_到最佳的處理效果。③噴射參數(shù)的控制是保證機械噴射處理效果的關(guān)鍵。噴射壓力、噴射距離、噴射角度和噴射速度等參數(shù)的調(diào)整都會影響噴射處理的效果。合理地控制這些參數(shù)可以實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)表面的均勻處理和高質(zhì)量的涂層附著。

建筑鋼結(jié)構(gòu)機械噴射處理工藝和設(shè)備是一種有效的表面處理方法，可以提高鋼結(jié)構(gòu)的抗腐蝕性能和涂層附著力。通過合理地選擇噴射材料和控制噴射參數(shù)，以及選擇適合的機械噴射處理設(shè)備，可以實現(xiàn)高質(zhì)量的鋼結(jié)構(gòu)表面處理，這對于延長鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命具有重要意義。

參考文獻

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