鋼管外表面在線清理設(shè)備實(shí)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(duì)毛坯鋼管外表面進(jìn)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(jīng)過一系列熱處理工藝，鋼管表面金屬發(fā)生氧化反應(yīng)，不可避免會(huì)產(chǎn)生紅褐色金屬氧化層，并且由于毛坯鋼管大多數(shù)需要長途交通轉(zhuǎn)運(yùn)和長時(shí)間料場(chǎng)堆放，隨著時(shí)間的推移，外表面會(huì)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(guān)，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(zhì)量和存放時(shí)間。本文針對(duì)目前鋼管加工行業(yè)使用的鋼管外表面清理設(shè)備的實(shí)際效果進(jìn)行分析對(duì)比，闡明在線拋丸方式不同于傳統(tǒng)拋丸設(shè)備的結(jié)構(gòu)，以及拋丸清理方式優(yōu)于目前應(yīng)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(yè)應(yīng)用較為廣泛，且該類設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式近年來也進(jìn)行了多項(xiàng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，上海寶鋼、江蘇常寶、安徽天大、滄州達(dá)力普等企業(yè)的油套管生產(chǎn)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(zhì)量的雜物。鋼管除銹吹水裝置設(shè)置在鋼管輸送輥道上，鋼管沿輸送輥道進(jìn)入鋼管除銹吹水裝置，先對(duì)鋼管進(jìn)行噴淋處理，然后通過旋轉(zhuǎn)的鋼刷進(jìn)行表面除銹、除銹斑等處理，最后進(jìn)行鋼管的吹水處理。該設(shè)備主要由外表面除銹裝置、供排水循環(huán)裝置、氣動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等部分組成。

1.2 主要設(shè)備機(jī)構(gòu)

（1）預(yù)淋濕機(jī)構(gòu)固定在機(jī)架上，當(dāng)鋼管到達(dá)除銹機(jī)工位時(shí)，預(yù)淋濕啟動(dòng)，對(duì)鋼管表面進(jìn)行預(yù)淋濕，為鋼刷除銹做準(zhǔn)備。

（2）鋼刷旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由減速電機(jī)經(jīng)齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)鋼刷旋轉(zhuǎn)，減速電機(jī)由變頻器控制，能實(shí)現(xiàn)速度無級(jí)調(diào)速。

（3）鋼刷壓緊機(jī)構(gòu)由拉簧、彈簧片、調(diào)節(jié)桿組成，當(dāng)鋼管到達(dá)工位時(shí)，此機(jī)構(gòu)能將鋼刷彈性壓緊在鋼管表面。

（4）沖洗裝置采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，利用水將鋼刷除銹后的雜質(zhì)沖洗干凈。

（5）風(fēng)環(huán)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(shè)置來料傳感器，有料時(shí)開啟風(fēng)環(huán)裝置，無料時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)。在風(fēng)環(huán)后設(shè)置熱風(fēng)吹干裝置，由熱風(fēng)機(jī)提供熱風(fēng)源供給風(fēng)環(huán)對(duì)鋼管表面進(jìn)行風(fēng)干，主要設(shè)備包括熱風(fēng)機(jī)及風(fēng)環(huán)。

（6）廢水收集裝置能將預(yù)淋濕及沖洗后的廢水經(jīng)導(dǎo)流槽進(jìn)入廢水處理沉淀池（3 級(jí)過濾），經(jīng)沉淀后由供水泵通過管道作為除銹機(jī)沖洗水再次循環(huán)利用，并保持車間地面干凈整潔。

1.3 設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)分析

該設(shè)備優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工速率高，符合在線生產(chǎn)要求，以目前管加工行業(yè)速率最快的比利時(shí)高力耐五軸數(shù)控螺紋加工機(jī)床為例，對(duì)英寸鋼管的加工節(jié)拍可達(dá)約110 支/h。該類鋼管表面處理設(shè)備的最高加工速率一般約140 支/h，與機(jī)床加工節(jié)拍相匹配。

其缺點(diǎn)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(jī)構(gòu)的耐久性較差，而且對(duì)于需要不斷更換加工規(guī)格的生產(chǎn)線，壓緊機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)較為費(fèi)時(shí)，當(dāng)人工調(diào)節(jié)不當(dāng)或鋼刷存在磨損時(shí)會(huì)產(chǎn)生螺旋狀銹蝕清理盲區(qū)，影響鋼管外觀質(zhì)量。

2 拋丸除銹裝置概述

拋丸機(jī)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(zhuǎn)的葉輪把丸砂拋擲出去高速撞零件表面，達(dá)到表面處理的要求。丸砂速度一般在50～l00 個(gè)/s。

傳統(tǒng)的拋丸處理工藝雖然對(duì)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(chǎn)品的長度一般在11 m 左右。也就是說，傳統(tǒng)拋丸設(shè)備一分鐘內(nèi)無法完成一根鋼管的外表面清理，所以目前鋼管加工行業(yè)很少使用拋丸設(shè)備進(jìn)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(yán)重的鋼管的離線清理，以及對(duì)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(nèi)還沒有將拋丸設(shè)備在線應(yīng)用于大批量、高節(jié)拍的油套管加工中的實(shí)例。

輥道式鋼管外壁拋丸清理機(jī)（符合在線要求）由拋丸清理室、高效拋丸器、提升機(jī)、丸砂分離器、輸送輥道、供丸系統(tǒng)、電氣、除塵系統(tǒng)等組成，可以同時(shí)對(duì)兩根鋼管進(jìn)行一次性通過清理（滿足速率要求）（圖1）。鋼管經(jīng)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(dá)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(jié)構(gòu)創(chuàng)新

與傳統(tǒng)拋丸設(shè)備相比，該設(shè)備的創(chuàng)新點(diǎn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。拋丸器是本設(shè)備的核心部件，設(shè)備采用4 臺(tái)上拋式拋丸器同時(shí)工作，保證每支鋼管表面被鋼丸拋射兩次，消除處理盲區(qū)。本拋丸器區(qū)別于傳統(tǒng)拋丸器形式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(nèi)，當(dāng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)依靠葉片產(chǎn)生的離心力及葉片上的凸臺(tái)固定。因?yàn)檫@種用離心力來固定的方法導(dǎo)致更換葉片時(shí)需先取出定向套和分丸輪，所以可同時(shí)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(duì)彈丸的磨損和擠裂定向套的現(xiàn)象，同時(shí)也大大提高了拋丸效率。

（2）更改輸送V 形輥道的設(shè)計(jì)（采用雙管同時(shí)輸送）。為保證拋丸設(shè)備對(duì)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(jī)進(jìn)給方式，所以輥道的設(shè)計(jì)上要充分保證雙管同時(shí)清理的效果。上料機(jī)構(gòu)可根據(jù)不同鋼管規(guī)格同時(shí)取兩根毛坯料，通過雙V 形輥輪的間距設(shè)計(jì)來確保落料過程中將鋼管準(zhǔn)確地送到兩個(gè)V 形槽內(nèi)。

4 實(shí)效對(duì)比分析

（2）處理效果。通過現(xiàn)場(chǎng)除銹效果的對(duì)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(zhì)量方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，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(shù)據(jù)上進(jìn)行分析，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 8923—1988《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》該種處理方式的拋丸除銹等級(jí)可達(dá)Sa2.0 級(jí)——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(yīng)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(shù)要達(dá)到0.35～0.45。另外，經(jīng)拋丸清理后的鋼管表面被動(dòng)地形成了一定的粗糙度，可達(dá)到Ra12.5，這對(duì)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(shù)字標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，也不具備拋丸工藝對(duì)后期作業(yè)的支持。

5 結(jié)論和建議

（1）通過合理的設(shè)備形式改造，拋丸除銹設(shè)備可以符合當(dāng)前鋼管加工行業(yè)高節(jié)拍的在線加工節(jié)奏。

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

（3）在后期保養(yǎng)和維護(hù)方面，拋丸設(shè)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(shì)。

（4）采用拋丸設(shè)備對(duì)鋼管外表面進(jìn)行除銹時(shí)，建議在增設(shè)內(nèi)孔吹掃工位，來清除內(nèi)孔殘余的鋼丸。