Дмитрий Козлов - Бластинг. Гид по высокоэффективной абразивоструйной очистке Страница 5

Твёрдость

Воздействие абразивного материала на обрабатываемую поверхность определяется его твёрдостью. Если абразив твёрже субстрата, то он оставит профиль на поверхности. Если он мягче поверхности, но твёрже покрытия, то он удаляет покрытие. Если он мягче покрытия, то он очищает грязь с поверхности без удаления покрытия.

Твёрдость абразивного материала измеряется по шкале Мооса (за исключением стальных абразивов). По данной шкале степень твёрдости определяется значениями от 1 до 10. При этом 1 означает, что материал мягкий как тальк, а 10 – твёрдый, как алмаз. Наиболее распространенные абразивные материалы варьируются по твёрдости – от мягких натуральных материалов до сверхтвёрдого карбида кремния.

Стальная крошка и дробь измеряются в Роквеллах по шкале С (и обозначаются Rc). Как правило, стальные абразивы и дробь варьируются от мягких, со значением 35 Rc, до твёрдых – 65 Rc.

Твёрдые абразивы эффективнее в сложных случаях – при удалении ржавчины и прокатной окалины, а мягкие абразивы больше подходят для очистки или снятия покрытий.

Ломкость

Под ломкостью понимается хрупкость абразивных материалов, или их способность крошиться на мелкие части при ударе о поверхность. Чем больше ломкость абразива, тем меньшее количество раз он может быть использован повторно и тем больше он производит пыли.

Ввиду присутствия кварца в составе песка, он обладает большой ломкостью и никогда не допускает повторного использования. При первом использовании более 70 % песка превращается в пыль. Песок, который содержит кварц в свободном виде, образует опасные для здоровья кварцевые частицы. Люди, не защищённые от кварцевой пыли, могут быть подвержены очень болезненному, зачастую приводящему к летальному исходу заболеванию – силикозу.

Большая часть изготавливаемых или являющихся побочным продуктом абразивов может быть повторно использована ограниченное число раз. Это же касается и некоторых природных абразивов, таких как гранатовая крошка и кремень. Шлак от никелевого и медного производств разбивается на годные к повторному использованию более мелкие частицы. Стальная крошка очень устойчива и может пройти 200 и более циклов.

Возможность рекуперации зависит от многих переменных, включая давление воздуха, твёрдость поверхности и эффективность оборудования. Степень ломкости, указанная в «Таблице сравнения абразивных материалов» в Приложении 2, приведена только для целей сравнения. Более точную информацию о возможности повторного использования необходимо запросить у поставщика абразивных материалов.

Наиболее распространённые струйные абразивы

Песок широко используется благодаря своей доступности, эффективности и низкой стоимости. Основным недостатком песка является его пылеобразование.

Всего лишь после первого цикла большая часть песка превращается в пыль. При струйной обработке кварцевым песком образуется мелкая кристаллическая кварцевая пыль, которая присутствует в воздухе на протяжении долгого времени и, как было доказано, представляет серьёзную угрозу для здоровья при её вдыхании.

Запрещается проводить обработку песком или любым другим абразивом, который содержит более 1 % кварца в свободном виде.

Администрация по безопасности и гигиене труда (OSHA) требует выполнения федеральных правил, в соответствии с которыми ограничивается воздействие кварца в кристаллической форме на работников (OSHA 2206, General Industry Standards Part 1910, Subpart Z, Paragraph 1910.1000).

Администрация OSHA требует, чтобы все операторы струйных аппаратов и другие лица вблизи места проведения работ были одеты в исправные, одобренные NIOSH респираторы с подачей воздуха во время и после проведения работ по струйной очистке, пока окружающий воздух не будет протестирован и очищен от взвешенных частиц.

В различных частях России имеются залежи минерального песка (ставролит, оливин и т. д.), циркония и подобных материалов. Они, как правило, изготавливаются с более мелкой фракцией. Благодаря высокой плотности, около 2 кг/л, и прочности, они идеально подходят для очистки новой и слегка ржавой поверхности (соответствует степени загрязнения B по стандарту ISO 8501-3). Большая часть видов минерального песка содержит кварц в свободном виде, то есть кварц, который высвобождается из частиц песка во время струйной обработки. Если содержание кварца в свободном виде превышает 1 %, абразив не следует использовать для струйной очистки.

Гранатовая крошка и кремень являются очень твёрдыми и острыми материалами, которые хорошо подходят для удаления твёрдых поверхностных материалов и оставляют глубокий профиль. Оба материала могут быть возвращены в систему, просеяны и использованы заново. Гранат содержит лишь незначительное количество кварца в свободном виде, однако кремень обладает очень высоким содержанием кварца в свободном виде – 90 % и более, поэтому никогда не должен использоваться для струйной обработки. У граната насыпная плотность составляет 2,1 кг/л.

Абразивные материалы на основе побочных продуктов, такие как шлак и некоторые натуральные материалы, получаются в результате процесса, не имеющего отношения к обработке поверхности, но доказали свою высокую эффективность при применении в качестве материала для струйной очистки.

Шлаки получают из двух основных источников – при плавке металла (шлак никеля и меди) и работе котельных на электростанциях (шлак угля). Шлаки стали больше использоваться ввиду своих исключительных чистящих характеристик, доступности, низкому содержанию кварца (менее 1 %), широкому диапазону фракций и относительно низкой стоимости.

Твёрдые угловатые частицы шлаков развивают большую скорость и обладают повышенной разрезающей способностью, благодаря чему их можно применять для широкого спектра задач. В некоторых случаях даже требуется уменьшение давления в сопле, чтобы предотвратить застревание частиц в стали.

Абразивы из шлаков характеризует относительно высокая ломкость, что приводит к образованию пыли и ограничивает возможность их повторного использования. Перед проведением работ шлак нужно проверять на присутствие загрязнителей.

Купрошлак – это продукт, получаемый из гранулированных шлаков медеплавильного производства. В различных отраслях промышленности купрошлак знают под различными наименованиями. Это – минеральная дробь, шлифзерно, купершлак. Купрошлак – наиболее распространенный вид абразива на сегодняшний момент. Существует аналогичный абразив, изготавливаемый из гранулированных шлаков никелевого производства – никельшлак, его отличает более высокая твердость, а в остальном он схож с купрошлаком.

Основное преимущество купрошлака в сравнении с другими абразивными материалами – отношение цены к качеству очищаемой поверхности. Гранулы купрошлака имеют высокую твердость (6,5 по шкале Мооса) и острую угловатую форму, что позволяет достичь степени очистки Sa 3 (чистый металл без включений ржавчины и старых покрытий). Купрошлак хорошо профилирует поверхность (насечка 20—140 мкм), что благоприятно сказывается на адгезии. Купрошлак предназначен для удаления старых покрытий, окалины и ржавчины с металлических, кирпичных, бетонных, каменных поверхностей перед нанесением защитного покрытия, для удаления старых покрытий, разрушенных и размороженных участков при ремонте, а также перед окраской.

Работа с купрошлаком не наносит вреда ни здоровью людей, ни состоянию окружающей среды. Данный абразив не запрещен к использованию экологическими и санитарными органами даже на территории населенных пунктов. Абразив не содержит кварц в чистой форме, что предохраняет от силикоза, профессионального заболевания абразивоструйщиков.

Фракционный состав гранул купрошлака колеблется в пределах 0,1–3,5 мм.

Купрошлак имеет высокую удельную массу. Так как удельная плотность частиц купрошлака выше по сравнению с большинством абразивных материалов, то и кинетическая энергия удара частиц о поверхность больше. Рекуперация абразива может достигать пяти раз, но при этом размер частиц будет уменьшаться, а количество примесей будет увеличиваться, что приводит к снижению качества чистки. Более мелкая фракция купрошлака подойдет для очистки мягких металлов, таких, как алюминий. Купрошлак наиболее востребован при агрессивных видах очистки, для профилирования и удаления глубокой коррозии, для повседневной очистки.

Обработка поверхностей купрошлаком может осуществляться как привычным абразивоструйным методом, так и гидроабразивным (подача воды в абразивную струю через специальное сопло), или пламенно-абразивным методом.

Существует несколько видов натуральных абразивных материалов. Скорлупа грецкого ореха и сердцевина кукурузного початка – одни из самых популярных материалов. Натуральные абразивы лёгкие (0,6 кг/л) и мягкие (значение 3 по шкале Мооса). При использовании со специальным оборудованием и при внимательном отношении к методике, с помощью натуральных материалов, можно удалять краску с дерева, пластика, тонкостенных металлов и других твёрдых поверхностей. Эти материалы используются для очистки электромоторов без повреждения статора и изоляции проводов.