管道內表面振動除鏽工藝及其裝置的製作方法

2023-10-07 11:24:44 3

專利名稱：管道內表面振動除鏽工藝及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種清潔管道內表面的專門方法和設備，尤其涉及一種管道內表面振動除鏽工藝及其裝置。
背景技術：
工業及民用液體及氣體主要應用金屬管道輸送，由於液體及氣體的腐蝕性對管道內壁產生腐蝕，易造成洩漏汙染危害，同時對輸送的液體產生汙染。因此輸送管道內表面必須進行防腐處理。防腐處理的效果與管道內表面的前處理工序質量密切相關。前處理工序要求清除管道內表面上的鏽斑、油汙、氧化層等。目前，工業上對管道內表面防腐前處理工藝主要有①酸洗處理(在線清洗或拆解清洗)利用酸與氧化層、鐵鏽產生化學反應原理處理、用清水衝洗，成本高，除鏽質量不穩定，生產環境惡劣，對操作人員健康危害大，同時除鏽後不能形成塗覆防腐保護層所需的表面粗糙度，從而影響了塗覆質量，產生的廢液對環境汙染嚴重，酸洗廢液造成工業設備和環境汙染，浪費水資源；②機械清洗利用金屬長軸帶動砂輪產生的切削力處理氧化層和鐵鏽，主要適用於大口徑管道內表面，對細長管件處理效果受長軸的剛度影響，效果不理想；③噴砂處理利用高壓氣體攜帶的高硬度磨料粒衝擊管道內表面上的氧化層和鐵鏽，產生粉塵汙染，對細長管件處理效果不理想。

發明內容
鑑於現有技術所存在的上述問題及不足，本發明旨在提供一種利用振動加工工藝原理實現對管道，尤其是小口徑長管道內表面的氧化層和鐵鏽進行清除處理的裝置，在有效避免環境汙染及水源浪費的同時，其除鏽效果達到了對管道內表面進行防腐前處理的技術要求。
本發明的技術解決方案是這樣實現的一種管道內表面振動除鏽裝置，包括機架、直流變速電機、輔助電機、傳動軸、橫向工作檯、縱向工作檯，其特徵在於還包括橫向振動氣缸、振動彈簧、偏心輪和專用夾具；所述的偏心輪位於縱向工作檯下並與縱向工作檯線接觸，縱向工作檯兩側各聯接一段振動彈簧，彈簧的另一側分別接在機架上，所述的直流變速電機通過傳動軸將運動傳遞給偏心輪，隨著偏心輪的轉動，縱向工作檯產生垂直方向振動；氣缸工作時，帶動橫向工作檯產生水平方向振動；輔助減速電機通過齒輪傳遞旋轉運動給專用夾具和用緊固螺釘固定於夾具內的工件，工件和夾具共同繞其共同軸線作迴轉運動；專用夾具由固裝於橫向工作檯上的迴轉軸承支撐定位。在工作狀態下，裝在專用夾具內的管件在隨著橫、縱工作檯作垂直方向和水平方向的複合振動的同時，繞其自身軸線作旋轉運動。
所述的氣缸為自激振動氣缸，其壓力可調。
這樣即可分別通過調節直流調速電機的轉速和自激振動氣缸的壓力來實現垂直方向和水平方向振動的頻率的調節。
所述的振動彈簧的長度是可調的，由此可通過改變彈簧的長度來改變管件及其內部磨料粒子振動的振幅。
一種採用上述振動除鏽裝置進行管道內表面振動除鏽的工藝方法，其特徵在於它包括下述步驟a、在待加工管件的管道內添加高硬度磨料粒子；b、選擇尺寸相當的專用夾具，將上述管件安裝於所述的管道內表面振動除鏽裝置的工作檯上；c、接通電源，調節直流變速電機的轉速、橫向振動氣缸的壓力以及振動彈簧的長度分別取得設定值；d、啟動開關，直流變速電機、輔助電機和橫向振動氣缸同時工作，管件繞其自身軸線作迴轉運動的同時，隨著工作檯作複合振動，管件內部的磨粒產生慣性衝擊力衝擊管道內表面，清除管道內表面的鏽斑及氧化層；e、取下上述管件，清除管道內的磨料粒子，對管道內表面進行宏觀檢測和微觀金相檢測；f、重複上述a、b、c、d、e的操作，直至檢測合格後即完成了此次振動除鏽工藝。
所述的複合振動的振幅為1-8mm，頻率為20-48Hz。振幅的大小通過調節振動彈簧的長度來實現，頻率的高低通過調節直流變速電機的轉速和橫向振動氣缸的壓力來共同實現。
與現有技術相比，本發明的有益效果和優點是顯而易見的採用本裝置對管道內表面進行處理，其除鏽效果達到了管道內表面防腐預處理的工藝要求；同時它避免了在鋼管表面處理過程中酸洗預處理所產生的酸鹼廢液對環境的汙染，減少了噴砂處理所產生的粉塵汙染，而且節省水資源，因而具有良好的社會效益。這種振動除鏽裝置可廣泛適用於各種管件內表面的除鏽處理，尤其適用於小口徑長管道內表面的除鏽處理。


本發明有3張附圖，即圖1是本發明的結構示意簡圖；圖2是處理前鋼管內表面鏽斑放大50倍的金相照片；圖3是振動除鏽試驗後的鋼管內表面放大50倍的金相照片；圖中，1、機架 2、直流變速電機 3、傳動軸 4、橫向振動氣缸 5、橫向振動工作檯 6、輔助電機 7、專用夾具 8、縱向振動工作檯 9、振動彈簧 10、偏心輪 11、待加工管件(內部裝填有磨料粒子)。
具體實施例方式
通過計算分析並在本發明所述的振動除鏽裝置上進行試驗，綜合分析粒子質量、振幅、頻率、振動時間等參數對除鏽效果的影響，具體實施如下外購兩根長3m，內徑為18mm的細長鋼管。用車床將其切割，得到長為100mm的鋼管60根，將這些切割後的鋼管置於潮溼環境下讓其內壁腐蝕，從而得到鏽斑。
注意①將鋼管先切割，然後放入潮溼環境，避免鋼管深處不能被腐蝕；②所有鋼管經切割和腐蝕後，得到的試件狀態基本一樣，減小試驗結果誤差。
選取不同直徑的粒子，通過調節工藝參數(振動臺頻率、振幅、加工時間、粒子裝填量等)進行試驗，記錄試驗數據如下表所示。將試驗處理後的鋼管做宏觀對比分析後，再做成切片，在顯微鏡下觀察，比較鋼管處理後的效果，分析各種參數對工藝效果的影響規律。

以粒子直徑D＝0.9～1.1mm、HB300的鐵砂為磨料，裝填量為1/2，在振幅為3mm，頻率為38Hz的工藝條件下，將上述管件安裝于振動工作檯，振動30分鐘，取下後分別作宏觀對比與微觀金相檢測。宏觀對比表明，經上述處理後的管件內表面的鏽斑不見了，顯示出光澤亮度；處理後的微觀金相檢測的金相照片如圖3所示，與處理前的金相照片圖2相比較，說明本工藝的除鏽效果明顯。
通過對試驗數據進行分析可知，各參數對工藝效果的影響如下磨粒硬度鐵鏽組織比較鬆散，但金屬表面的氧化層較難去除，粒子硬度越高，越能徹底去除鏽層。
粒子材料不同材料的粒子，在相同尺寸下，質量大，對管道內壁產生的衝擊力大，除鏽效果好，但對相同材質的粒子，質量大，則體積大，粒子與鏽斑的接觸面積增大，反而影響衝擊壓強。
磨粒尺寸粒子直徑d＝1.1～1.5mm，基本無除鏽效果；d＝0.9～1.1mm，除鏽較明顯，但還存在一定厚度的鏽斑；d＜0.9mm，能進一步去除鏽斑。若d過小，粒子質量很低，動能小，無除鏽效果。
振幅加速度、振幅、頻率之間有如下關係α＝0.004Af2。振幅越大，加速度越大，粒子動能大，除鏽效果越好。
頻率頻率增加，加速度變大，但影響振幅。頻率太低，加工效率低。
時間一般來說，加工時間越長，除鏽效果越明顯。
權利要求
1.一種管道內表面振動除鏽裝置，包括機架(1)、直流變速電機(2)、傳動軸(3)、橫向工作檯(5)、縱向工作檯(8)，其特徵在於還包括橫向振動氣缸(4)、輔助電機(6)、振動彈簧(9)、偏心輪(10)和專用夾具(7)；所述的偏心輪(10)位於縱向工作檯(8)下並與縱向工作檯(8)線接觸，縱向工作檯兩側各聯接一段振動彈簧(9)，彈簧的另一側分別接在機架(1)上，所述的直流變速電機(2)通過傳動軸(3)將運動傳遞給偏心輪(10)，隨著偏心輪(10)的轉動，縱向工作檯(8)產生垂直方向振動；氣缸(4)工作時，帶動橫向工作檯(5)產生水平方向振動；輔助減速電機(6)通過齒輪傳遞旋轉運動給專用夾具(7)和用緊固螺釘固定於夾具(7)上的工件(11)，工件(11)和夾具(7)共同繞其共同軸線作迴轉運動；專用夾具(7)由固裝於橫向工作檯(5)上的迴轉軸承支撐定位。
2.根據權利要求1所述的管道內表面振動除鏽裝置，其特徵在於所述的橫向振動氣缸(5)為自激振動氣缸。
3.一種採用權利要求1所述裝置進行管道內表面振動除鏽的工藝方法，其特徵在於它包括下述步驟a、在待加工管件的管道內添加高硬度磨料粒子；b、選擇尺寸相當的專用夾具，將上述管件安裝於所述的管道內表面振動除鏽裝置的工作檯上；c、接通電源，調節直流變速電機的轉速、橫向振動氣缸的壓力以及振動彈簧的長度分別取得設定值；d、啟動開關，直流變速電機、輔助電機和橫向振動氣缸同時工作，管件繞其自身軸線作迴轉運動的同時，隨著工作檯作複合振動，管件內部的磨粒產生慣性衝擊力衝擊管道內表面，清除管道內表面的鏽斑及氧化層；e、取下上述管件，清除管道內的磨料粒子，對管道內表面進行宏觀檢測和微觀金相檢測；f、重複上述a、b、c、d、e的操作，直至檢測合格後即完成了此次振動除鏽工藝。
4.根據權利要求3所述的管道內表面振動除鏽的工藝方法，其特徵在於所述的複合振動的振幅為1-8mm，頻率為20-48Hz。
全文摘要
本發明涉及一種管道內表面振動除鏽工藝及其裝置。所述裝置包括機架、直流變速電機、橫向工作檯、縱向工作檯，其特徵在於還包括橫向振動氣缸、輔助電機、振動彈簧、偏心輪和專用夾具。將待處理管件內填裝高硬度磨料粒子後，用專用夾具將其定位於上述工作檯上；接通電源，調節直流變速電機轉速、振動氣缸壓力以及振動彈簧長度分別控制振動頻率、振幅取得設定值；啟動開關，管件繞其自身軸線轉動並隨工作檯做複合振動，管件內的磨粒產生慣性衝擊力衝擊管道內表面，從而達到振動除鏽的目的。其除鏽效果符合管道內表面防腐前處理的工藝要求，具有良好的社會效益和經濟效益，廣泛適用於各種管件，尤其是小口徑長管道內表面的除鏽處理。
文檔編號B24C5/00GK1883825SQ200610047158
公開日2006年12月27日 申請日期2006年7月4日 優先權日2006年7月4日
發明者丁志敏, 葛宰林 申請人:大連交通大學