试分析钢结构机械喷射处理工艺与设备
摘 要：本文从喷砂除锈、抛丸除锈两方面分析钢结构机械喷射处理工艺与设备，以推动钢结构表面预处理工艺的健康发展，同时降低其对环境的不良影响。
关键词：钢结构；喷砂除锈；抛丸除锈
中图分类号：TQ63 文献标识码：A
据统计数据表明，钢结构涂层寿命的影响因素呈多样化，其中涂料种类4.9%、膜厚19.1%、表面处理49.5%、其他26.5%，所以钢材表面处理质量势必影响到涂层质量。钢材表面处理以机械喷射处理为主，以提高钢材表面清洁度、调整钢材表面粗糙度、增强钢结构抗腐蚀能力为目的。本文主要围绕喷砂除锈、抛丸除锈两方面来分析钢结构机械喷射处理工艺与设备。
一、钢结构机械喷射处理工艺
喷砂除锈是指压缩空气后磨料被吸（推）入管道内，然后再经气流作用持续加速至喷枪喷出磨料流，如此磨料粒对底材表面起到高速冲击的作用，以达到除锈的目的，进而调整钢材表面的粗糙度。喷丸除锈是指钢质磨料经高速旋转的叶轮以较佳角度、较高速度喷射至工件表面，如此钢质磨料对工件表面起到高速冲击作用，以达到除锈、消除应力、调整钢材表面粗糙度的目的。其中抛丸除锈引领着钢结构表面预处理工艺的发展。
（一）喷砂除锈工艺
喷砂除锈作为钢结构机械喷射处理的主要方法，主要包括空气压力、喷嘴（清除效率）两项基本要素。
空气压力即喷嘴出口的压力，计算公式见式（1）：
（1）
其中，K—综合复数；S—清除效率；单位m2/h； P—空气压力，单位MPa，可见空气压力与清理效率呈正相关。研究表明，喷砂除锈的最佳空气压力取0.70MPa（0.55MPa～0.75MPa），其中过高的空气压力及磨料破碎率、过量的钢材切蚀、空气紊流及喷射距离均对喷砂效率起着负面影响，同时磨料嵌入钢材表面的概率较高亦会影响到涂层质量，此外空气压力过低会导致喷砂效率降低。
喷嘴主要从材质、内孔结构、喷嘴口径三方面影响着喷嘴的清理效率，其中较大的喷嘴口径能够提高清理效率，函数关系式见式（2）：
（2）
其中，D—喷嘴口径，单位mm；k1-综合复数，注意喷嘴的选择应从钢结构的材质及规格、喷砂效率、空压机容量、喷砂质量要求（清洁度、粗糙度）、喷砂作业环境等，此外若喷嘴孔径>14mm，那么必须及时更换，以免对喷砂质量造成不良影响。由此可见，喷砂除锈工艺必须严格遵循既定的技术参数，即喷砂角度60°～70°；喷砂距离200mm～30mm；喷砂与喷底漆时间间隔最小值4h（相对湿度<85%）；移动速度4m/min～6m/min；喷砂房高度2m～4m；环境相对湿度<80%。
（二）抛丸除锈工艺
与喷砂除锈工艺相比，抛丸除锈工艺具备诸多优点，例如抛丸除锈多与自动化流水线作业配合使用，由此达到完全机械化操作、改善工作环境、降低劳动强度的目的；除锈质量达到GB/T 8923-1988的Sa2级或ISO8501-1的Sa2级；钢结构表面硬度、抗疲劳强度、抗应力能力均达到较高水平；抛丸除锈的单机生产功率、消耗功率等均较喷砂除锈更优等。目前，抛丸除锈主要采用型钢抛丸机，其中抛丸除锈作业完毕后，钢材需调运至专业场所进行喷漆作业，其中跑完流水线由抛丸除锈、喷车间底漆、烘干流水线三部分组成。抛丸流水线以钢板预处理线为主，应依次按下列流程开展工作，即钢板、校平机、预热器、抛丸室、自动喷漆机、烘干室、辊动运输、起吊。
二、钢结构机械喷射处理设备
由前文可知，喷砂除锈与抛丸除锈间存有较大差异，因此两大工艺所选用的主要设备亦不尽相同，其中喷砂除锈工艺涉及喷砂机（罐）、喷砂系统、空压器及油水分离器等；抛丸除锈工艺涉及除尘系统、车间底漆喷漆装置等。
（一）喷砂设备
喷砂除锈工艺主要涉及喷砂机（罐）、喷砂系统、空压器及油水分离器等设备。喷砂机包括压送式、分吸式两种，其中压送式喷砂机主要被应用到建筑钢结构涂装工艺领域，具体表现出高效率、高质量的优点，注意从工作状况角度可以把压送式喷砂机划分成遥控式、人工控制式两种。喷砂系统以开放式最常用，若用来处理大型钢结构，桥梁、储罐、建筑钢结构大多采用开放式喷砂系统，具体表现出费用低廉、作业环境要求低、喷砂质量好的优点，同时也表现出磨料回收率低、环保效益低的缺点。喷砂系统内主要涉及专业喷砂房。目前，国内各大型钢结构厂（如沪宁钢构、振华港机）均拥有专业的喷砂房，如此体现出较高的现代化涂装水平。喷砂房内共设六大系统，即金属磨料筛选分离系统、磨料回收系统、电气控制系统、除尘系统、喷砂系统、工件运载系统，其中工件运载系统以实现自动化操作。针对空压器而言，压力与压缩空气量的控制以确保喷砂工艺顺利推进为依据，其中压缩空气的质量对喷砂处理的质量起着决定性的作用，即颗粒≥1μm、压力露点温度取-20℃、含油1mg/m3，此外开放式喷砂机作业过程，必须装设油水分离器，以降低对空气质量的不良影响。
（二）抛丸流水线结构
抛丸流水线主要由钢板输送、除尘系统、车间底漆喷漆装置、涂层干燥组成，其中钢板输送即电机带动辊道输送，同时可实现变频无极调速（2m/min～8m/min）。抛丸除锈要求抛丸器视情况取4只～12只。抛丸机包括叶轮、分丸轮、定向套、叶片四部分，其中叶轮转速达2500r/min、叶片磨速达60m/s～80m/s。除尘系统以清除粉尘、碎磨料为主要任务，具体由布袋除尘器、旋风除尘器、吸尘软管、高压离心抽风机等部分组成。车间底漆喷漆装置主要采取无气喷漆法，注意钢板传送速度依据车间底漆厚度进行调整，此外喷枪移动速度取0.5m/s～1.2m/s；喷幅角度取取70°～90°；喷嘴孔径取0.48mm～0.53mm。涂层干燥要求烘房温度控制到80℃，而烘干时间控制到1min～2min，注意涂层烘干后，再与冷却装置、通风装置配套使用，以提高溶剂的挥发速度。
参考文献
[1]岳小威. 钢结构防腐蚀涂料施工应用技术[J]. 现代涂料与涂装，2011，01：59-62.
[2]王振波.钢结构建筑防腐技术[J].工程设计与研究，2012，02：26-27，32.