钢结构机械喷射处理工艺和设备研究

摘 要：为了延长建筑钢结构的使用寿命，提高其抗腐蚀能力，机械喷射处理工艺和设备被广泛应用。基于此，探讨建筑钢结构机械喷射处理工艺和设备的研究进展，介绍机械喷射处理的原理和分类，包括冷喷射、热喷射、湿喷射等。详细解析机械喷射处理对建筑钢结构的优势，包括提高结构的抗腐蚀能力、增加结构的硬度和耐磨性等。探究目前常用的机械喷射处理设备，如高压喷射机、喷砂机、喷涂机等，分析当前研究中存在的问题，并对进一步的研究方向进行展望。研究结果表明，机械喷射处理工艺和设备在建筑钢结构中具有重要的应用价值，通过机械喷射处理，能有效提高建筑钢结构的抗腐蚀能力和使用寿命，增加结构的稳定性和安全性。然而，目前研究中仍存在各种问题，如喷射材料选择、设备性能优化等。未来的研究需要进一步深入探讨这些问题，从而推动建筑钢结构机械喷射处理工艺和设备的可持续发展。

关键词：钢结构；抛丸；喷砂；工艺；设备

中图分类号：TG174.4 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2024）07-0034-03

0 引言

本文重点研究建筑钢结构机械喷射处理工艺和设备，通过研究机械喷射压力、喷射速度、喷嘴直径等工艺参数，有效提高控制喷射处理的效果，增强钢结构质量。在设备方面，重点介绍机械喷射处理所使用的喷射机和喷嘴，介绍不同类型的喷嘴，包括压力式喷嘴和风式喷嘴，并分析它们的优缺点和适用范围。研究建筑钢结构机械喷射处理工艺和设备是一项具有重要意义的课题，通过深入研究和应用机械喷射处理技术，可有效提高钢结构表面的质量，延长其使用寿命，提高建筑的安全性，也为我国建筑产业发展提供有力支持。

1 机械喷射处理的原理和分类

1.1 基本原理

机械喷射处理是一种常用的表面处理技术，利用高速喷射流将磨料、颗粒、液体等介质射击到工件表面，有效改变其物理性质和表面形貌，这种处理方法广泛应用于金属加工、材料改性、表面清洁等领域。机械喷射处理基本原理是通过高速喷射流与工件表面的相互作用，产生物理和化学反应。喷射流中颗粒通过加速器加速，形成高速流动的射流，然后以标准角度射击到工件表面，产生较强的冲击力。

在机械喷射处理过程中，颗粒、液体与工件表面发生碰撞，产生强烈的冲击能量。这种能量能有效移除工件表面的氧化层、锈蚀、污染物、异物等，改变其表面形貌和结构，使工件表面发生塑性变形和压实，提高表面硬度和抗疲劳性能。机械喷射处理效果受多种因素的影响，如喷射介质性质、液体速度和密度、喷射角度、距离等，工作人员根据不同应用需求，选择不同的喷射介质，如砂子、玻璃珠、金刚石等，合理调整喷射参数，从而实现不同的处理效果。

机械喷射处理具有许多优点，其作为一种非接触式的表面处理方法，不会产生化学反应或热影响区，对工件的材料性质变化较小。喷射流可在复杂形状的工件表面均匀分布，能处理曲线表面。机械喷射处理可实现表面清洁、去除氧化层、提高粗糙度等功能[1]。

2 喷砂除锈处理工艺分析

2.1 喷砂技术的基本要素

2.1.1 空气压力

在喷砂除锈过程中，空气压力是一个关键要素，其对除锈效果、工作效率、设备使用寿命都有重要影响。较高的空气压力能产生较强的喷射力，使磨料更容易与被处理物体表面接触，并切割锈蚀物，从而去除锈蚀层，提高除锈效果。过高的空气压力可能导致被处理物体表面受损，甚至造成变形或破坏。因此，在选择喷砂除锈设备时，要根据被处理物体的材质和形状，合理调整空气压力，进而达到最佳除锈效果。

空气压力影响着喷砂除锈的工作效率，较高的空气压力能提高除锈速度，缩短处理时间，对于大规模工业除锈作业来说尤为重要，可以节省时间和人力成本。但过高的空气压力也会增加设备能耗，并损坏设备故障。

在实际操作中，工作人员需要根据具体情况平衡除锈效果和工作效率，并合理调整空气压力，空气压力范围通常控制在0.55～0.75 MPa，最佳空气压力为0.70 MPa。计算公式如式（1）所示。

S=KP （1）

公式中：S表示清理效率；K表示综合复数；P表示空气压力。空气压力还与喷砂除锈设备的使用寿命相关，较高空气压力会增加设备的负荷和磨损程度，缩短设备的使用寿命。在选择喷砂除锈设备时，工作人员要考虑设备的承受能力和耐久性，并根据实际情况选择合适的设备和空气压力。

2.1.2 喷嘴

在喷砂除锈处理技术中，喷嘴是其中非常重要的要素，在喷砂装置中起到导流、分散、加速、喷射颗粒物料等作用，直接影响喷砂效果的好坏。喷嘴材质要具有耐磨、耐压、耐腐蚀的特性，才能确保其长期使用[2]。

通常喷嘴采用高硬度的合金材料制成，如碳化硼、钨钢等；喷嘴形状通常为圆锥形或者扇形，以利于保证颗粒物料的均匀喷射。

喷嘴内部结构应设计合理，有效减少颗粒物料流失，并保持均匀性。喷嘴尺寸选择应根据工作场景和要求来确定，喷嘴的直径和长度影响颗粒物料的喷射速度和冲击力，如果其和标准值差异过高，都会影响喷砂效果。工作人员在使用过程中，可根据实际情况进行调整。口径和清理效率定量关系如式（2）所示。

S=k'D2 （2）

公式中：K表示为综合复数；D表示为喷嘴口径。

此外，要注意控制喷嘴的喷嘴角度和喷嘴距离，喷嘴角度选择应根据金属表面形状和喷砂需要来确定，以保颗粒物料能充分冲击每个角落。喷嘴距离则需根据颗粒物料速度和冲击力进行调整，从而达到最佳除锈效果（见表1）。

2.1.3 喷砂技术参数

喷砂距离一般为200～300 mm，喷砂角度一般为对60°～70°，移动速度一般为4～6 m/min，喷砂和喷底漆最低时间间隔一般为4 h，环境条件相对湿度低于80%，喷砂房高度2～4 m，温度需超过15℃[3]。

2.2 喷砂设备

喷砂除锈处理设备是一种常见的表面处理设备，广泛应用于各个行业，其主要包括喷砂机、喷砂系统、专业喷砂房。

喷砂机是喷砂除锈处理设备的核心部件，通常由压缩空气机、喷砂枪、喷砂罐组成。喷砂机工作原理是利用高速喷射的砂粒冲击物体表面，去除其表面的污物和氧化层，从而达到除锈和清洁的效果。喷砂机操作简便，可根据需要调节喷砂的强度和范围，适用于不同种类的工件。

喷砂系统是将多个喷砂机组合在一起，形成一个完整的喷砂除锈处理系统，通常是由喷砂机、输送带、除尘设备、控制系统等组成部分。通过喷砂系统，实现对大面积工件的高效喷砂除锈处理。喷砂系统设计和选择要综合考虑工件各方面因素，如大小、形状、材质等因素。

专业喷砂房是一种特殊的封闭环境，用于喷砂除锈处理。喷砂房通常由钢结构和隔音材料构成，具有良好的密封性和隔音性能，内部设有喷砂机和输送带等设备，配备除尘系统和通风系统，从而确保有效收集喷砂过程中的粉尘和废气，保护操作人员的健康安全。 脉冲-喷射电沉积装置示意图如图1所示。专业喷砂房通常适用于对大型工件进行喷砂除锈处理，如船舶、桥梁、钢结构等[4]。

2.3 空压机和油水分离器

空压器是现代工业生产中常用的设备，能将大气中的空气压缩成高压气体，广泛应用于各个领域。然而，由于长期使用和环境因素的影响，空压器的金属表面容易产生锈蚀，不仅影响美观，还可能导致设备性能下降，甚至出现严重的安全故障。

为了解决上述问题，工作人员需使用喷砂除锈设备，将高压喷砂嘴对准空压机的锈蚀表面，通过喷射高速流动的砂粒将锈蚀层彻底清除，使空压机恢复到原始的金属光泽。油水分离机是一种用于将压缩空气中的液态油和水分离的装置。在空压器的运行过程中，由于存在冷却和润滑系统，空气中油和水数量较多，如果无法有效分离这些油水混合物，将会对设备的正常运行产生不良影响。通过喷砂除锈处理油水分离器，能彻底清除表面的污垢和锈蚀，保证分离器的正常工作[5]。

喷砂除锈处理空压机和油水分离器的步骤相似。要提前准备喷砂除锈设备和砂粒，再将设备对准待处理表面，开启喷砂除锈设备，通过高速喷射的砂粒将表面污垢和锈蚀层彻底清除。在喷砂过程中，操作人员要注意自身的安全，戴上防护眼镜、口罩和手套，避免砂粒对皮肤、眼睛造成损伤。喷砂除锈结束后，要清理喷砂设备和处理区域的残留砂粒。喷砂除锈处理空压器和油水分离器是一项重要的维护工作，能延长设备使用寿命，提高设备性能，且定期进行喷砂除锈处理可预防设备发生安全故障，确保生产过程的安全性。因此，在使用空压器和油水分离器时，工作人员要重视喷砂除锈的作用，并合理安排维护计划，保证设备的良好状态。

2.4 喷砂作业的安全规范

喷砂除锈是一项常见的表面处理工艺，通过高速喷射磨料与被处理物体表面的碰撞，去除表面的锈蚀、污染和涂层，以达到清洁、光滑和粗糙度适宜的效果。然而，喷砂除锈作业涉及到各种安全风险，需要遵守以下安全规范，从而确保作业人员的生命安全[6]：①穿戴个人防护装备。进行喷砂除锈作业时，要穿戴适当的个人防护装备，主要包括耐酸碱手套、防护眼镜、防尘口罩、安全鞋等。这些装备能有效保护作业人员免受磨料、尘埃等因素伤害。②确保通风良好。喷砂除锈作业会产生大量的粉尘和废气，可能对作业人员的健康造成影响。因此，在作业现场应确保通风良好，及时排除粉尘和废气，减少室内空气污染。③避免过度暴露。长时间暴露在喷砂除锈作业中，可能会对人体的皮肤和呼吸系统造成伤害。因此，应尽量减少作业时间，避免过度暴露。如果需要长时间进行作业，应定期休息，并提供清洁的食品和饮水。④确保设备安全。喷砂除锈作业需要使用专用的喷砂机和相关设备，这些设备必须经过检查和维护，确保其正常运行和安全性能。同时，操作人员应接受相关培训，了解设备的正确使用方法和维护保养知识。⑤防火防爆措施。喷砂除锈作业中，可能会产生静电引发火灾风险。因此，在作业现场应采取相应的防火防爆措施，如增加通风设备、使用防爆电器和材料等，确保作业安全[7]。

3 结束语

本研究旨在探讨建筑钢结构机械喷射处理工艺和设备的应用。通过对相关文献的综合分析，得出以下结论：①机械喷射处理是一种有效的表面处理方法，能显著提高钢结构的抗腐蚀性能。机械喷射处理可有效去除钢材表面的锈蚀、污染物、老化层，增加钢材表面的粗糙度，提高涂层的附着力。②喷射材料选择对机械喷射处理效果有重要影响，常用喷射材料包括砂子、铝矾土、钢丸等。根据具体的钢结构材料和表面处理要求，选择适当的喷射材料可达到最佳的处理效果。③喷射参数的控制是保证机械喷射处理效果的关键。喷射压力、喷射距离、喷射角度和喷射速度等参数的调整都会影响喷射处理的效果。合理地控制这些参数可以实现钢结构表面的均匀处理和高质量的涂层附着。

建筑钢结构机械喷射处理工艺和设备是一种有效的表面处理方法，可以提高钢结构的抗腐蚀性能和涂层附着力。通过合理地选择喷射材料和控制喷射参数，以及选择适合的机械喷射处理设备，可以实现高质量的钢结构表面处理，这对于延长钢结构的使用寿命具有重要意义。

参考文献

[1] 王碧煌.论钢结构金属表面机械喷射处理工艺与设备改进对策[J].中国金属通报，2022（21）：70-72.

[2] 辽宁华益管业有限责任公司.一种喷浆机械臂物料输送装置：CN202320694146.5[P].2023-09-22.

[3] 北京慕成防火绝热特种材料有限公司.一种喷射火场使用的环氧膨胀型钢结构防火涂料：CN202110452803.0[P].2021 -08-31.

[4] 诸暨市源浦机械科技有限公司.一种用于桥梁防锈漆修补的桥梁机械：CN201910887918.5[P]. 2021-05-04.

[5] 广东广华晟建设有限公司.一种用于钢结构生产用冷却装置：CN201922316677.7[P].2020-09-15.

[6] 泉州市泉港区新联鑫通工业设计有限公司.一种用于桥梁防锈漆修补的桥梁机械：CN201910887918.5[P].2020-01-10.

[7] 梁照耀.一种火车整车抛丸除锈机[Z].广西贺州市恒发机械铸造厂，2020.