Технологии, оборудване и материали за бластиране

МашиниСп. Инженеринг ревю - брой 5/2019 • 24.07.2019

Технологии, оборудване и материали за бластиране
Технологии, оборудване и материали за бластиране
Технологии, оборудване и материали за бластиране
Технологии, оборудване и материали за бластиране

Бластирането или струйната обработка е метод за третиране на повърхността на детайлите с различни абразивни и неабразивни материали, който се прилага в множество отрасли с цел полиране, матиране, почистване, отстраняване на ръжда, премахване на покрития, боя и замърсявания или придаване на текстура. Поради изключително широкия функционален и приложен кръг на метода е налице богат арсенал от техники, видове материали, консумативи и типове оборудване за бластиране.

Самата технология (във варианта песъкоструйна обработка) е позната още от древността. Днес методът в различните му варианти е популярен още като сачмоструйна или дробеструйна обработка, абразивно бластиране, бластиране със сгъстен въздух, дробометна обработка и др. (на англ. ез. наименованията също варират в широки граници: sandblasting, grit blasting, shot blasting, abrasive blasting, shot peening, wheel blasting, pressure blasting, mild blasting, injection blasting, vacuum blasting и др.).

Т. нар. абразивно бластиране или пясъкоструене е операцията по принудително задвижване на ускорен и завихрен поток от абразивен материал (пясък) срещу повърхност под високо налягане и с висока скорост с цел изглаждане на грапавини, придаване на грапавост на гладка повърхност, оформяне или отстраняване на повърхностни замърсители, графити и др. За задвижване на бластиращите частици (наричани още медиа) се използва флуид под налягане, най-често въздух (вода) или центробежно колело. Съществуват широк набор от вариации на метода, които включват използването на високо-, ниско- или неабразивни консумативи. Най-агресивните включват метални дробинки и пясък, средноабразивните – бластиране със стъклени перли или пластмасови гранули. Сред най-лекоагресивните варианти е бластирането с натриев бикарбонат. Налице са и неабразивни алтернативи като струйна обработка с обикновен или сух лед, хидробластиране и т. н.

 

Функции и приложения

Бластирането се използва за финишна или предварителна обработка на детайли и повърхности с цел заглаждане или матиране, награпяване и т. н. в различни отрасли като автомобилната индустрия, корабостроенето и кораборемонта, тежкото и леко машиностроене и др. Методът се прилага най-често като стъпка преди нанасяне на антикорозионно покритие с цел защита на повърхнината или изделието или като техника за придаване на оконачателен външен вид. Технологията се прилага и за почистване на заварени конструкции и обработвани с лазер или плазма повърхности.

Дробеструйното почистване най-често служи за отстраняване на пластове ръжда и обгар по метални повърхности, отстраняване на остатъци от формоване по отливки или на топлинно оцветяване. Когато методът се прилага като средство за финишна обработка, с него се цели подобряване на повърхностните характеристики или постигане на съответната текстура или визуални ефекти. Познат е и т. нар. метод shot peening, при който чрез струйното бластиране се постига целенасочено уплътняване на повърхността посредством нейното уякчаване или подобряване на механичните й свойства. Технологията се използва и за пластична деформация на детайли, например формоване или изправяне.

B зaвиcимocт oт видa нa зaмъpcявaнeтo или дeфeктa, кoйтo тpябвa дa се отстрани, както и от типа и здpaвинaтa нa ocнoвaтa, ce използват paзлични кoмбинaции oт aбpaзиви, дeтepгeнти, нaлягaнe, тeмпepaтypa и дeбит зa пocтигaнe нa най-високи резултати бeз yвpeждaнe нa обработваната повърхност. Освен за индустриална обработка, методът е подходящ и за обработка на различни обекти (включително паметници на културата) преди реставрация.

 

Бластиране с абразиви

Абразивите, използвани за бластиране и струйна обработка на детайли и повърхности, са разнообразни и с различна едрина, форма, твърдост и приложение. Богатият асортимент от материали варира според тяхната агресивност към обработваната повърхност и включва: борен карбид, силициев карбид, алуминиев оксид (корунд), гранат, стоманени и чугунени дробинки, кварцов пясък, шлака, стъклени перли и пластмасови гранули, натриев бикарбонат и органични абразиви (смлени черупки от орехи, лешници и бадеми, костилки от праскови и кайсии, царевица и др.)

С тези материали се работи предимно в кабина и/или с пистолет с цел почистване на бои, лакове, слоеве корозия с различна дебелина и широк набор от замърсявания от метали и метални изделия (от черни и цветни метали – месинг, бронз, алуминий и др.), машинни елементи, тръби и плоски повърхности, бетон, дърво, тухлени стени, каменни и гранитни облицовки, фасади на сгради, метални елементи и конструкции, съоръжения, мостове, цистерни, заварени конструкции, статуи и паметници, кораби, подове и т. н.

 

Методи и технологии

Ефектът на пясъкоструенето е подобен на този на използването на шкурка, но осигурява по-равномерно качество за по-големи повърхности, без да среща проблеми при ъгли или отвори. Пясъчното бластиране е изкуствено копиране на природно явление като пясъчните бури, при които вятърът задвижва частици пясък, причинявайки т. нар. еолийна (вятърна) ерозия. Прилагането на процеса в индустриална среда обикновено включва камера (пистолет), в която се смесват въздух под налягане и пясък. Сместа преминава през дюза, която насочва частиците с висока скорост към обработваната повърхност или детайл. Предлагат се дюзи с най-различни размери, форми и материали за изработка в зависимост от приложението и материала за бластиране. При пясъкоструенето често се използват дюзи и компоненти от борен карбид, който е високоустойчив на абразиви. Методът обикновено се прилага като финишен процес при обработката на метал, стъкло, керамика, камък, пластмаса и др.

Бластирането със сух лед и сняг се смята за екологосъобразна алтернатива на бластирането с неабразивен материал – без химикали и вторични отпадъци и с висока ефективност на почистване. При него не се използва вода и няма остатъци от почистващи материали, което елиминира риска от развитие на микроорганизми по повърхността.

Шот пининг и пийн форминг - това е техника за повишаване твърдостта на метални изделия, които са предназначени за експлоатация в тежки работни условия и подлежат на значително износване. Методът може да увеличи устойчивостта на повърхността към износване с до 1000%. Прилага се за обработка на компоненти за зъбни предавки, гърбици и разпределителни и колянови валове, пружини на съединители, серпентини, мотовилки, зъбни колела, листови ресори и амортисьори, пробивни чукове и длета, турбинни лопатки и др. С техниката могат да бъдат създавани и визуални ефекти върху повърхността.

Шот пинингът може да се използва и за нанасяне на покрития върху метални повърхнини. При този метод дробинките или гранулите се насочват към детайла посредством течен или прахообразен агент, който съдържа покритието, а сблъсъкът осигурява адхезия между двете медии.

Бластиране със сода - представлява бърз и екологичен начин за премахване на бои и замърсители без риск от повреждане на метални, стъклени или хромирани повърхности и без опасност от деформиране на тънки метални листове. Натриевият бикарбонат е мек бластиращ агент, подходящ за деликатни повърхности, при които не е допустимо отнемане на основния материал. Методът е високоефективен за отстраняване на бои, въглеродни покрития, плесен, упорити замърсявания, уплътнения, мазнини и масла, но не е препоръчителен за премахването на прах.

Бластиране с вода под високо налягане - този метод има едно основно предимство – потенциалните замърсявания не се освобождават в атмосферата, а се отвеждат чрез водна струя в специално проектирана за целта система. Методът е подходящ за отстраняване на тежки и опасни материали и замърсители от всякакви повърхности. Техниката дава бързи, ефикасни и екологосъобразни резултати, тъй като не използва химикали и абразиви, а само вода под ултра високо налягане.

Мокро бластиране - то е важна алтернатива на сухите техники в редица приложения поради особеностите на метода. При него е възможна работа с изключително широк набор от материали с различна едрина на структурата на зърната или гранулите – от най-фините до най-груби абразиви. Техниката е подходяща за работа и с материали с различна плътност – от пластмасови до стоманени дробинки. За целта може да се използва вода с различна температура (предимно гореща) и различни добавки, включително сапун или друг детергент с цел паралелно обезмасляване по време на механичното бластиране. По-макото количество отделян при обработката прах позволява бластиране със силикатни материали или отнемане на опасни субстанции като азбест, радиоактивни или отровни налепи по повърхностите.

Скоростите на обработка при мокрото бластиране типично не е необходимо да са толкова високи като при сухото с използване на еквивалентен тип и размер дробинки. Други предимства са по-малкото навлизане на бластиращия материал в повърхността и елиминирането на статичното прилепване, което позволява по-чисти готови повърхнини.

Особеност при мократа струйна обработка на мека стомана е, че методът води до незабавна корозия на обработваната стоманена основа поради наличието на вода. Техниката позволява чрез едно и също оборудване да се обработват детайли от неръждаема и мека стомана с различни методи и материали.

Бластиране с перли - представлява премахване на повърхностни наслоявания чрез струйна обработка с фини стъклени перли под високо налягане без повреждане на повърхността. Техниката се прилага често при отстраняване на почистване на калциеви отлагания от керемиди или други повърхности, премахване на гъбички и различни оцветявания по основния цвят на повърхността. В автомобилния сектор методът е популярен за премахване на боя. Той се предпочита пред пясъкоструенето поради по-високото качество на обработваната повърхност – постига се значително по-голяма гладкост. Техниката е предпочитана и при финишна обработка на детайли, произведени от металообработващи машини.

Турбинно бластиране - при турбинното бластиране въртящо се колело (турбина) задвижва абразивния материал към повърхността. Методът се води още безвъздушна струйна обработка, тъй като не се използва въздух (или друг газ или флуид) под налягане за насочване на дробинките. Машините за турбинно бластиране, познати още като дробометно оборудване, се отличават с висока мощност и ефективност, а абразивът обикновено е рециклируем – дробинки от обикновена или неръжваема стомана, парченца нарязана тел, гранули или пелети от различни материали в широк набор от фракции (едрини на гранулите). Предлагат се специализирани варианти на машини за турбинно бластиране, които задвижват пластмасови пелети към обработваната повърхност или детайл в криогенна камера. Методът обикновено се използва за матиране на пластмасови и гумени изделия. Размерът и мощността на машината и броят турбини зависят от приложението и изделията, които се обработват, както и от очакваните резултати и ефективност.

Хидробластиране - не попада в категорията абразивна струйна обработка, тъй като не се използва абразивен материал, а само вода под налягане. Чрез водно бластиране се отстраняват бои, химикали и различни налепи без риск от повреждане на обработваната повърхност. Методът е подходящ за обработка на повърхности, разположени както на закрито, така и на открито, а предимство е, че водната струя може да достигне и най-труднодостъпните зони. Друг плюс е възможността за рециклиране на технологичната вода, използвана за бластиране.

Микроабразивно бластиране – това е сух процес на струйна обработка, при който малки дюзи (с диаметър от 0,25 до 1,5 мм) насочват фин поток от абразивен материал към дребен детайл или малка зона на по-голямо изделие. Обикновено обработваната повърхност е с площ от порядъка на 1 кв. мм до няколко кв. см. Методът е изключително прецизен и позволява директна обработка на стъкло. Техниката е достатъчно деликатна да произведе текстура върху яйчена черупка, без да я счупи. Фракциите абразивни материали са с едрина на дробинките от 10 до около 150 микрометра, а процесът се извършва под високо налягане.

Вакуумно бластиране – представлява сравнително “чист” метод, при който се допускат минимални количества прах и разливи на материал, тъй като пистолетът за бластиране извършва суха абразивна струйна обработка и незабавно изсмуква използвания материал и отстранените от повърхността частици. Потреблението на консуматив е изключително ниско, тъй като абразивният материал автоматично се отделя от прахта и замърсяванията и може да се използва многократно.

 

Оборудване

Бластирането се извършва посредством богат набор от ръчно (преносимо) и стационарно специализирано оборудване, включително дробометни машини с конвейерни системи и завеси, машини за турбинно бластиране, камери и контейнери за бластиране, бластинг машини и пистолети, бластиращи апарати, помпи, пясъкоструйно оборудване, филтри и филтърни системи, компресори и т. н.

Портативната бластираща техника включва мобилни системи за суха абразивна струйна обработка, типично захранвани от дизелови въздушни компресори. Компресорът подава големи обеми въздух под високо налягане към една или множество бластиращи капсули, пълни с абразивен материал. Така се постига регулируем поток от материала, насочван към обособената линия за струйна обработка. Броят капсули зависи от обема сгъстен въздух, който компресорът може да осигури.

Цялостните системи за бластиране обикновено се монтират в подвижни камери или контейнери, подобни на ремаркета или каравани, които позволяват лесно транспортиране между различни обекти. Предлагат се и по-малки варианти, включващи портативни ръчни инструменти за бластиране.

Сред най-разпространените видове оборудване са камерите за бластиране. Типично те представляват системи със затворен цикъл, които позволяват рециклиране на материала за струйна обработка. Обикновено тези системи се състоят от четири основни компонента: контейнер (камера), система за бластиране, система за рециклиране и система за събиране и филтриране на отделяните при обработката прахови частици. Камерите се различават по степента на автоматизация, като се предлагат системи с пълен операторски контрол и напълно автоматизирани решения. При по-малките системи операторът бластира детайлите, като се намира извън камерата, а в нея са само ръцете му, защитени с ръкавици. Видимостта към обработвания детайл се осигурява посредством стъклен визьор. Задействането на бластинг системата става чрез бутон или педал.

Автоматизирани камери за струйна обработка се използват при работа с голям брой еднакви детайли, които изискват бластиране при едни и същи параметри. При тях обикновено се използват множество дюзи и конвейерни системи за придвижване на изделията.

В камерите се използват различни системи за сухо (сифонни или под налягане) или мокро бластиране. Сифонните (смукателни) бластиращи системи са базирани на компресиран въздух, който създава вакуум в пистолет. Отрицателното налягане всмуква абразива в пистолета, където сгъстеният въздух го насочва през дюза към обработваната повърхност. При другия популярен тип системи за бластиране – тези под налягане, абразивният материал се съхранява в уплътнен контейнер под налягане. Налягането в съда е същото като в дюза, монтирана към дъното на контейнера. Нужното количество абразив се измерва и отвежда през специален маркуч към дюзата посредством сгъстен газ.

Камерите за мокро бластиране използват системи, които инжектират абразивната смес (обикновено течност или суспензия) в поток сгъстен газ. Мокрото бластиране се предпочита, когато топлината, образувана от триенето при суха обработка, би увредила повърхността или детайла.

В много индустриални приложения се използват уголемени варианти на камерите за бластиране, подобни на стаи, в които операторът влиза и се придвижва между отделните станции. Големите индустриални камери за бластиране се предлагат в различни размери и конфигурации, някои от които са подходящи за обработка на цели железопътни вагони, военни и комерсиални превозни средства, строително оборудване и самолети. Оборудването в камерата зависи от приложението, като основните компоненти най-общо са същите като при компактните камери за бластиране.

С цел подобряване на ефективността и удобството при струйната обработка в камерата може да се инсталира и допълнително, спомагателно оборудване като надземни подемно-транспортни системи за повдигане и позициониране на едрогабаритни детайли, работни маси и платформи, други позициониращи системи за стенен монтаж, които позволяват достигане на всички зони на изделието, както и шумозаглушителни системи, които редуцират нивата на шумовото замърсяване.

В зависимост от приложението, абразивните материали и отстраняваните субстанции операторите работят с различни типове защитни костюми и лични предпазни средства.

Top