磨料水射流除锈

为提高高压水射流的冲蚀性能，将各类固体磨料 颗粒( 石榴石、石英砂、碳化硅等) 加入高压水射流中， 高压水的一部分动能传递给磨料颗粒，使其获得速度， 从而形成高速液固两相射流。磨料水射流技术兴起于 20 世纪 80 年代，1982 年美国制造出了第 1 台高压磨料 水射流切割机，此后因其优异的冲蚀性能，极大地提高 了除锈质量和效率，迅速推广至除锈行业。根据磨料 添加的方式可将磨料水射流分为前混合磨料水射流和后混合磨料水射流 2 类。后混合磨料水射流是指在高压水射流形成之后，高压水射流经过混合腔形成负压，从而将固体磨料颗粒吸入( 见图 1) 。

由于液、固 2 相速度的差异，所以混合过程为水射流的减速与固体颗粒的加速过程，通常固体颗粒很难进入水射流的核心部分，达到与水射流同速的状态。Hashish 等、Kvietkov 等将相同压力下的 2 种磨料水射流进行了对比试验，发现后混合磨料水射流的冲蚀效果较差。后混合磨料水射流的磨料混合过程十分复杂，涉及到湍流、雾化、速度松弛等现象。Galecki 等通过试验发现后混合磨料水射流的磨料混合过程中，出现了磨料颗粒碰撞变细的现象，导致磨料的冲蚀性能在一定程度上降低。前混合磨料水射流是一个相对后混合磨料水射流的概念，其磨料是在高压水射流形成之前就已加入水中，形成磨料浆，然后对磨料浆加压使其从磨料喷嘴喷出，形成磨料水射流。前混合磨料水射流存在磨料粒子的沉降问题，另外，由于前混合磨料水射流中含有大量高速的磨料颗粒，经过喷嘴时与喷嘴壁面发生刮擦，对喷嘴磨损十分严重。丁宇等通过对比试验发现，后混合磨料水射流的磨料与水的混合效果较差，不能充分发挥磨料的作用，而前混合磨料水射流没有类似缺陷，磨料具有很高的动能，极大地提高了磨料水射流的冲蚀效果。前混合磨料水射流的关键技术是如何保持磨料与水的均匀混合。许多学者对磨料水射流的除锈机理进行了研究，并取得了很多成果。Deris 等、Wibowo 提出了 1种将横移速度、水射流压力、靶距、磨料粒度和磨料流量关联的方法，对磨料水射流加工中的表面粗糙度进行预测。Long 等采用欧拉-拉格朗日方法对磨料水射流喷嘴中内部流场和磨粒的移动进行了模拟分析，并使用离散颗粒模型计算磨粒轨迹。研究发现，较长的收缩管可以减小颗粒圆周运动，从而确保颗粒离开喷嘴时没有大的圆周速率，其研究结果为磨料水射流的应用和喷嘴的设计提供了指导。陈玄研究了磨料水射流除锈机理，通过对射流靶距、射流横移速率、射流压力、磨料流量参数的分析，建立了磨料水射流除锈效率的预测模型，为后续磨料水射流除锈作业提供了理论指导。磨料水射流技术以其独有的特点在除锈领域得到广泛应用。薛胜雄等针对石化行业，将变速超高压泵用于不同难度的清洗工程，具有除锈效率高、灵活可靠的特点，尤其在输送管道的除锈方面表现良好。高岩等将该技术应用于弹药除锈作业中，并对其除锈机理进行了分析，验证了磨料水射流除锈技术在弹药除锈作业中的优异效率和效果。Xue 等分析了高压水射流在除锈过程中的关键问题，进而设计制造了一套 70 MPa 高压水射流除锈设备，通过对生锈钢板和船体表面除锈后的表面质量对比，优化了设备参数，并总结了性能参数与除锈速率的关系。丁宇等将磨料水射流除锈方法与其他除锈方法进行了对比，并且通过设计磨料水射流除锈试验，得出了磨料水射流除锈效率高、质量好的结论磨料水射流除锈技术效率高、质量好，因而得以大规模应用。