专利名称：管道内表面振动除锈工艺及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种清洁管道内表面的专门方法和设备，尤其涉及一种管道内表面振动除锈工艺及其装置。
背景技术：
工业及民用液体及气体主要应用金属管道输送，由于液体及气体的腐蚀性对管道内壁产生腐蚀，易造成泄漏污染危害，同时对输送的液体产生污染。因此输送管道内表面必须进行防腐处理。防腐处理的效果与管道内表面的前处理工序质量密切相关。前处理工序要求清除管道内表面上的锈斑、油污、氧化层等。目前，工业上对管道内表面防腐前处理工艺主要有①酸洗处理(在线清洗或拆解清洗)利用酸与氧化层、铁锈产生化学反应原理处理、用清水冲洗，成本高，除锈质量不稳定，生产环境恶劣，对操作人员健康危害大，同时除锈后不能形成涂覆防腐保护层所需的表面粗糙度，从而影响了涂覆质量，产生的废液对环境污染严重，酸洗废液造成工业设备和环境污染，浪费水资源；②机械清洗利用金属长轴带动砂轮产生的切削力处理氧化层和铁锈，主要适用于大口径管道内表面，对细长管件处理效果受长轴的刚度影响，效果不理想；③喷砂处理利用高压气体携带的高硬度磨料粒冲击管道内表面上的氧化层和铁锈，产生粉尘污染，对细长管件处理效果不理想。
发明内容
鉴于现有技术所存在的上述问题及不足，本发明旨在提供一种利用振动加工工艺原理实现对管道，尤其是小口径长管道内表面的氧化层和铁锈进行清除处理的装置，在有效避免环境污染及水源浪费的同时，其除锈效果达到了对管道内表面进行防腐前处理的技术要求。
本发明的技术解决方案是这样实现的一种管道内表面振动除锈装置，包括机架、直流变速电机、辅助电机、传动轴、横向工作台、纵向工作台，其特征在于还包括横向振动气缸、振动弹簧、偏心轮和专用夹具；所述的偏心轮位于纵向工作台下并与纵向工作台线接触，纵向工作台两侧各联接一段振动弹簧，弹簧的另一侧分别接在机架上，所述的直流变速电机通过传动轴将运动传递给偏心轮，随着偏心轮的转动，纵向工作台产生垂直方向振动；气缸工作时，带动横向工作台产生水平方向振动；辅助减速电机通过齿轮传递旋转运动给专用夹具和用紧固螺钉固定于夹具内的工件，工件和夹具共同绕其共同轴线作回转运动；专用夹具由固装于横向工作台上的回转轴承支撑定位。在工作状态下，装在专用夹具内的管件在随着横、纵工作台作垂直方向和水平方向的复合振动的同时，绕其自身轴线作旋转运动。
所述的气缸为自激振动气缸，其压力可调。
这样即可分别通过调节直流调速电机的转速和自激振动气缸的压力来实现垂直方向和水平方向振动的频率的调节。
所述的振动弹簧的长度是可调的，由此可通过改变弹簧的长度来改变管件及其内部磨料粒子振动的振幅。
一种采用上述振动除锈装置进行管道内表面振动除锈的工艺方法，其特征在于它包括下述步骤a、在待加工管件的管道内添加高硬度磨料粒子；b、选择尺寸相当的专用夹具，将上述管件安装于所述的管道内表面振动除锈装置的工作台上；c、接通电源，调节直流变速电机的转速、横向振动气缸的压力以及振动弹簧的长度分别取得设定值；d、启动开关，直流变速电机、辅助电机和横向振动气缸同时工作，管件绕其自身轴线作回转运动的同时，随着工作台作复合振动，管件内部的磨粒产生惯性冲击力冲击管道内表面，清除管道内表面的锈斑及氧化层；e、取下上述管件，清除管道内的磨料粒子，对管道内表面进行宏观检测和微观金相检测；f、重复上述a、b、c、d、e的操作，直至检测合格后即完成了此次振动除锈工艺。
所述的复合振动的振幅为1-8mm，频率为20-48Hz。振幅的大小通过调节振动弹簧的长度来实现，频率的高低通过调节直流变速电机的转速和横向振动气缸的压力来共同实现。
与现有技术相比，本发明的有益效果和优点是显而易见的采用本装置对管道内表面进行处理，其除锈效果达到了管道内表面防腐预处理的工艺要求；同时它避免了在钢管表面处理过程中酸洗预处理所产生的酸碱废液对环境的污染，减少了喷砂处理所产生的粉尘污染，而且节省水资源，因而具有良好的社会效益。这种振动除锈装置可广泛适用于各种管件内表面的除锈处理，尤其适用于小口径长管道内表面的除锈处理。
本发明有3张附图，即图1是本发明的结构示意简图；图2是处理前钢管内表面锈斑放大50倍的金相照片；图3是振动除锈试验后的钢管内表面放大50倍的金相照片；图中，1、机架 2、直流变速电机 3、传动轴 4、横向振动气缸 5、横向振动工作台 6、辅助电机 7、专用夹具 8、纵向振动工作台 9、振动弹簧 10、偏心轮 11、待加工管件(内部装填有磨料粒子)。
具体实施例方式
通过计算分析并在本发明所述的振动除锈装置上进行试验，综合分析粒子质量、振幅、频率、振动时间等参数对除锈效果的影响，具体实施如下外购两根长3m，内径为18mm的细长钢管。用车床将其切割，得到长为100mm的钢管60根，将这些切割后的钢管置于潮湿环境下让其内壁腐蚀，从而得到锈斑。
注意①将钢管先切割，然后放入潮湿环境，避免钢管深处不能被腐蚀；②所有钢管经切割和腐蚀后，得到的试件状态基本一样，减小试验结果误差。
选取不同直径的粒子，通过调节工艺参数(振动台频率、振幅、加工时间、粒子装填量等)进行试验，记录试验数据如下表所示。将试验处理后的钢管做宏观对比分析后，再做成切片，在显微镜下观察，比较钢管处理后的效果，分析各种参数对工艺效果的影响规律。
以粒子直径D＝0.9～1.1mm、HB300的铁砂为磨料，装填量为1/2，在振幅为3mm，频率为38Hz的工艺条件下，将上述管件安装于振动工作台，振动30分钟，取下后分别作宏观对比与微观金相检测。宏观对比表明，经上述处理后的管件内表面的锈斑不见了，显示出光泽亮度；处理后的微观金相检测的金相照片如图3所示，与处理前的金相照片图2相比较，说明本工艺的除锈效果明显。
通过对试验数据进行分析可知，各参数对工艺效果的影响如下磨粒硬度铁锈组织比较松散，但金属表面的氧化层较难去除，粒子硬度越高，越能彻底去除锈层。
粒子材料不同材料的粒子，在相同尺寸下，质量大，对管道内壁产生的冲击力大，除锈效果好，但对相同材质的粒子，质量大，则体积大，粒子与锈斑的接触面积增大，反而影响冲击压强。
磨粒尺寸粒子直径d＝1.1～1.5mm，基本无除锈效果；d＝0.9～1.1mm，除锈较明显，但还存在一定厚度的锈斑；d＜0.9mm，能进一步去除锈斑。若d过小，粒子质量很低，动能小，无除锈效果。
振幅加速度、振幅、频率之间有如下关系α＝0.004Af2。振幅越大，加速度越大，粒子动能大，除锈效果越好。
频率频率增加，加速度变大，但影响振幅。频率太低，加工效率低。
时间一般来说，加工时间越长，除锈效果越明显。
权利要求
1.一种管道内表面振动除锈装置，包括机架(1)、直流变速电机(2)、传动轴(3)、横向工作台(5)、纵向工作台(8)，其特征在于还包括横向振动气缸(4)、辅助电机(6)、振动弹簧(9)、偏心轮(10)和专用夹具(7)；所述的偏心轮(10)位于纵向工作台(8)下并与纵向工作台(8)线接触，纵向工作台两侧各联接一段振动弹簧(9)，弹簧的另一侧分别接在机架(1)上，所述的直流变速电机(2)通过传动轴(3)将运动传递给偏心轮(10)，随着偏心轮(10)的转动，纵向工作台(8)产生垂直方向振动；气缸(4)工作时，带动横向工作台(5)产生水平方向振动；辅助减速电机(6)通过齿轮传递旋转运动给专用夹具(7)和用紧固螺钉固定于夹具(7)上的工件(11)，工件(11)和夹具(7)共同绕其共同轴线作回转运动；专用夹具(7)由固装于横向工作台(5)上的回转轴承支撑定位。
2.根据权利要求1所述的管道内表面振动除锈装置，其特征在于所述的横向振动气缸(5)为自激振动气缸。
3.一种采用权利要求1所述装置进行管道内表面振动除锈的工艺方法，其特征在于它包括下述步骤a、在待加工管件的管道内添加高硬度磨料粒子；b、选择尺寸相当的专用夹具，将上述管件安装于所述的管道内表面振动除锈装置的工作台上；c、接通电源，调节直流变速电机的转速、横向振动气缸的压力以及振动弹簧的长度分别取得设定值；d、启动开关，直流变速电机、辅助电机和横向振动气缸同时工作，管件绕其自身轴线作回转运动的同时，随着工作台作复合振动，管件内部的磨粒产生惯性冲击力冲击管道内表面，清除管道内表面的锈斑及氧化层；e、取下上述管件，清除管道内的磨料粒子，对管道内表面进行宏观检测和微观金相检测；f、重复上述a、b、c、d、e的操作，直至检测合格后即完成了此次振动除锈工艺。
4.根据权利要求3所述的管道内表面振动除锈的工艺方法，其特征在于所述的复合振动的振幅为1-8mm，频率为20-48Hz。
全文摘要
本发明涉及一种管道内表面振动除锈工艺及其装置。所述装置包括机架、直流变速电机、横向工作台、纵向工作台，其特征在于还包括横向振动气缸、辅助电机、振动弹簧、偏心轮和专用夹具。将待处理管件内填装高硬度磨料粒子后，用专用夹具将其定位于上述工作台上；接通电源，调节直流变速电机转速、振动气缸压力以及振动弹簧长度分别控制振动频率、振幅取得设定值；启动开关，管件绕其自身轴线转动并随工作台做复合振动，管件内的磨粒产生惯性冲击力冲击管道内表面，从而达到振动除锈的目的。其除锈效果符合管道内表面防腐前处理的工艺要求，具有良好的社会效益和经济效益，广泛适用于各种管件，尤其是小口径长管道内表面的除锈处理。
文档编号B24C5/00GK1883825SQ200610047158
公开日2006年12月27日 申请日期2006年7月4日 优先权日2006年7月4日
发明者丁志敏, 葛宰林 申请人:大连交通大学