Эксплуатационные качества защитных лакокрасочных покрытий существенно зависят от состояния поверхности металла непосредственно перед окрашиванием. Международные стандарты ISO 8501, ISO 8502 и ISO 8503 устанавливают методы оценки состояния поверхности стальных конструкций, стандарт ISO 8504 даёт руководство по методам очистки стальных поверхностей с указанием возможностей каждого метода в достижении определённых уровней чистоты поверхности.
Стальные поверхности, подлежащие очистке, классифицируют по степеням окисления по стандарту ISO 8501-1 и ГОСТ 9.402.
Существует большое количество различных состояний металлических поверхностей, требующих очистки перед окраской. Прежде всего, это касается ремонта уже окрашенных объектов. Возраст объекта и его расположение, качество первоначальной поверхности, свойства старого лакокрасочного покрытия и количество дефектов, тип предыдущих и будущих агрессивных условий и предполагаемое новое лакокрасочное покрытие — все эти факторы влияют на предстоящую подготовку поверхности. При выборе метода подготовки поверхности следует учитывать требуемую степень очистки и шероховатость поверхности, соответствующие наносимой системе лакокрасочного покрытия.
Абразивная струйная очистка является наиболее эффективным методом механической подготовки поверхности и характеризуется следующими свойствами:
Степень подготовки поверхности струйной очисткой
Sa 1 Легкая очистка |
При осмотре без увеличения поверхность должна быть свободной от видимых масла, смазки и грязи, а также от слабопристающих окалины, ржавчины, краски и посторонних частиц. |
Sa 2 Тщательная очистка |
При осмотре без увеличения поверхность должна быть свободной от видимых масла, смазки и грязи, а также от большей части прокатной окалины, ржавчины, краски и посторонних частиц. Любые оставшиеся загрязнения должны приставать прочно. |
Sa 2 1/2 Очень тщательная очистка |
При осмотре без увеличения поверхность должна быть свободной от видимых масла, смазки и грязи, а также от прокатной окалины, ржавчины, краски и посторонних частиц. Любые оставшиеся следы загрязнений должны выглядеть только как легкое окрашивание в виде пятен или полос. |
Sa 3 Очистка до визуально чистой стали |
При осмотре без увеличения поверхность должна быть свободной от видимых масла, смазки и грязи, а также от прокатной окалины, ржавчины, краски и посторонних частиц. Она должна иметь однородную металлическую окраску. |
Очистка абразиво-струйным методом обозначается буквами «Sa», подготовка поверхности путем очистки ручным и механическим инструментом, например, шабрение, механическая очистка щеткой и шлифование, обозначается буквами «St» и подготовка поверхности пламенной очисткой обозначается буквами «FI».
Подготовка поверхности по ISO 12944-4 может быть:
Первичная подготовка проводится с целью удаления прокатной окалины, ржавчины, различных загрязнителей и уже имеющихся покрытий с поверхности стали перед нанесением грунтовочного слоя. Окалина является ненадёжной подложкой, так как она имеет отличающийся от стали коэффициент расширения, в связи с чем при смене температур хрупкий слой окалины может отслаиваться, что ведёт к разрушению покрытия. После первичной подготовки вся поверхность представляет собой оголённую сталь. Международные стандарты ISO указывают семь степеней очистки при первичной подготовке поверхности.
Вторичная подготовка проводится с целью локального удаления ржавчины и инородного материала с поверхности стали, покрытой грунтовкой, перед нанесением антикоррозионной лакокрасочной системы. Под подготовкой поверхности под окраску подразумевается не только очистка, но и различные операции, выполняемые для повышения защитных и физико-механических свойств покрытия. Международные стандарты ISO указывают шесть степеней подготовки поверхности при вторичной подготовке.
Подготовка поверхности это одна из основных предпосылок успешной защиты. На выбор метода обработки под окраску влияют материал очищаемой конструкции, толщина материала, размеры, условия проведения работ по очистке, а также характер удаляемых посторонних включений. Опыт эксплуатации окрашенных конструкций свидетельствует о том, что при ремонтных работах не всегда нужно полностью удалять все предыдущие покрытия. Это в особенности относится к тем случаям, когда техническое обслуживание производится регулярно. В случаях, когда производится локальное удаление покрытия, необходимо соблюдать следующие условия:
Ручная очистка — это метод подготовки металлических поверхностей с помощью ручных инструментов, без применения электричества. Ручную очистку поверхности проводят с использованием обрубочных молотков для скалывания ржавчины и других загрязнений, ручных проволочных щёток, шпателей, скребков, абразивных шкурок, наждака. Молотки для скалывания применяются для удаления толстого рыхлого слоя ржавчины, чтобы сделать более экономичной абразивную струйную очистку. Обработка молотками часто проводится в сочетании с зачисткой щётками. Обработка такими молотками непригодна для общей подготовки поверхности перед нанесением покрытий. Для удаления рыхлого слоя ржавчины возможно также применение скребков. Очистка ручным инструментом иногда применяется на начальном этапе для предварительной очистки, с целью снятия относительно легко удаляемых загрязнений перед использованием механизированных инструментов.
Это метод подготовки металлических поверхностей с применением механизированных ручных инструментов, но без использования струйно-абразивной очистки. Механизированную очистку проводят с использованием вращающихся проволочных щёток, машин для зачистки абразивными шкурками, дисков для зачистки абразивными шкурками, абразивных точильных камней, зачистных молотков с электро- или пневмоприводом, игольчатых пистолетов, шлифовальных кругов и других различных шлифовальных приспособлений. Зачистка проволочными щётками применима для подготовки сварных швов, но не пригодна для удаления прокатной окалины.
Участки поверхности, недоступные для подобных инструментов, должны подготавливаться вручную. При очистке механизированным инструментом необходимо не допускать чрезмерной шероховатости поверхности, острых выступов и кромок, которые часто не перекрываются слоем лакокрасочного покрытия заданной толщины. При использовании проволочных вращающихся щёток необходимо не допускать полировки остаточной окалины до слишком гладкого состояния, что может приводить к ухудшению адгезии покрытия. Применение пневматических молотков должно быть ограничено сварными швами, углами, неровными кромками и т.д., поскольку удары острой грани могут создать неприемлемый профиль плоских поверхностей. Перед очисткой ручным и механическим инструментом необходимо удалить скалыванием все толстые слои ржавчины.
Очистка механизированным инструментом эффективнее и производительнее очистки ручным инструментом, но по эффективности уступает абразивной струйной очистке. Для достижения качества подготовки поверхности, аналогичного абразиво-струйному методу необходимо применение более чем одного типа механизированного инструмента, что делает такую подготовку поверхности более сложной и дорогостоящей. Более того, при этом невозможно удалить масло, смазки и активирующие коррозию вещества, например хлориды и сульфаты. Однако в некоторых случаях очистке механизированным инструментом отдают предпочтение перед абразиво-струйной очисткой, например, когда необходимо избежать образования пыли или скопления отработанного абразива.
При окончательной подготовке поверхности перед окраской удаляются все заусенцы, острые края или срезы, образовавшиеся во время операций очистки. Остающаяся краска не должна иметь блеска и ее края сводятся на нулевую толщину (под углом). Поверхность просушивается, если это необходимо, и с помощью щёток, пылесосов или продувки струей сухого, чистого воздуха удаляются все остаточные продукты очистки и пыль.
Сухая абразивоструйная очистка (бластинг) заключается в ударе абразивного потока с высокой кинетической энергией о подготавливаемую поверхность. Подача абразива осуществляется при помощи центробежной силы, сжатого воздуха или эжекции. В воздушно-абразивный поток допускается добавлять небольшое количество воды для устранения пыли. Центробежная абразивная струйная очистка осуществляется на неподвижных установках или в передвижных устройствах, в которых абразив подаётся на вращающиеся колеса или лопасти разбрасывающие абразив равномерно и с большой скоростью по очищаемой поверхности.
Абразивная струйная очистка сжатым воздухом осуществляется при подаче абразива в поток воздуха и направлении образующейся воздушно-абразивной смеси с высокой скоростью из сопла на очищаемую поверхность. Абразив может быть впрыснут в воздушный поток из емкости, находящейся под давлением, или увлечён этим воздушным потоком в процессе всасывания из емкости, не находящейся под давлением. Этим способом очищают поверхности с помощью дробеструйных аппаратов.
Этот метод аналогичен абразивной струйной очистке сжатым воздухом с той разницей, что сопло заключено внутри всасывающей головки, которая герметично закреплена на стальной очищаемой поверхности и служит для сбора отработанного абразива и загрязнений. В качестве альтернативного варианта воздушно-абразивный поток может быть подан на металлическую поверхность при использовании пониженного давления во всасывающей головке, то есть за счет эжекции этот метод имеет название — вакуум-бластинг.
Этот метод аналогичен абразивной струйной очистке сжатым воздухом с той разницей, что в воздушно-абразивный поток добавляют незначительное количество жидкости, обычно чистую пресную воду, что создаёт метод струйной очистки, при котором не образуется пыли в диапазоне размера взвешенных частиц менее 50 мкм, расход воды составляет 15-25 л/ч.
Этот метод аналогичен абразивной струйной очистке сжатым воздухом и отличается тем, что в поток добавляют жидкость, обычно чистую, пресную воду, при этом очистка поверхности производится потоком воды, воздуха, абразива. При влажной абразивной очистке используют смесь абразива с водой в соотношении от 1:2 до 1:6.
Суспензионная струйная очистка заключается в подаче дисперсии мелких абразивных частиц в воде или другой жидкости на очищаемую поверхность.
Абразив или смесь абразивов вводят в поток жидкости, обычно чистой пресной воды, и этот поток направляют через сопло на очищаемую поверхность. Поток представляет собой, главным образом жидкость, находящуюся под давлением, а количество добавленных абразивов, как правило, меньше, чем в случае влажной абразивной струйной очистки сжатым воздухом. Этот метод основан на воздействии кинетической энергии высоконапорной водяной струи на обрабатываемую поверхность. При этом струя воды позволяет удалять с поверхности загрязнения и отложения любой физической природы и химического состава: ржавчину, консервационные смазки, лакокрасочные покрытия, битум, смолы, нагар, окалину и т.д. Введение в струю абразива позволяет легко удалять поверхностные слои металла. Давление воды зависит от типа удаляемых загрязнений, таких как водорастворимые вещества, рыхлая ржавчина и красочные покрытия со слабым сцеплением. Если в процессе очистки использовались поверхностно-активные вещества, необходимо ополаскивание чистой, пресной водой. Гидроструйная очистка при высоком давлении называют — гидроджеттинг.
Методы гидроструйной (гидроджеттинг) очистки:
Под сверхвысоким давлением | более 170 МПа | Применяется для полного удаление всех покрытий и ржавчины. Результат сравним с сухим бластингом, но на поверхности после сушки наблюдаются проблески ржавчины. |
Под высоким давлением | 70 – 170 МПа | Позволяет удалить большинство красок и продуктов коррозии. Магнетиты (черные окислы) и прочно держащиеся покрытия могут остаться, хотя они с некоторыми трудностями также поддаются удалению. |
Под средним давлением | 35 – 70 МПа | Позволяет удалить непрочно держащиеся краску, ржавчину, загрязнения. Но черный железный оксид (магнетит) останется. Однородная поверхность не может быть получена. |
Под низким давлением | до 35 МПа | Позволяет удалить соли, загрязнения, шелушащуюся краску. В основном это промывка поверхности. |
Под низким давлением с применением абразива | 0,6 – 0,8 МПа | Скорость очистки 10–16 м2/час в зависимости от удаляемого материала. Позволяет уменьшить расход абразива, пылеобразование, избежать образования искр. Результат сравним с сухим бластингом, но на поверхности после сушки наблюдаются проблески ржавчины. |
В настоящее время данные технологии активно используются там, где необходимо быстро, качественно и безопасно выполнить работы по очистке и подготовке поверхности. Такое оборудование многофункционально и позволяет выполнять широкий спектр работ в различных отраслях промышленности.
В процессе подготовки поверхности перед окраской могут выполняться следующие виды работ:
Агрегаты высокого и сверхвысокого давления представляют собой высокоэффективное, экологически чистое и энергосберегающее оборудование на базе водоструйных технологий высокого давления. Чистка металлической поверхности высоким и сверхвысоким давлением водяной струи не вызывает нарушений в структуре металла. Воздействие водяной струи высокого или сверх высокого давления на поверхность можно подразделить на:
Струйная очистка со сметанием заключается в очистке или придании шероховатости органическим и металлическим покрытиям или в удалении поверхностного слоя (или слабо сцепленного слоя) таким образом, чтобы покрытие с сильным сцеплением, находящееся под первым, не оказалось бы пробитым абразивными частицами и не было бы сорвано с оголением подложки. С этой целью оптимизируют различные параметры струйной очистки, например, твердость абразива, угол атаки, расстояние от сопла до подложки, давление воздуха и размер частиц абразива. Как правило, для струйной очистки со сметанием используют воздух низкого давления и мелкий абразивный порошок в форме «звёздочек». Применяемый абразив: малая и средняя фракция (0,2-0,5/0,2-1,5мм). Такая очистка представляет собой лёгкий бластинг и имеет ёще другое название — свипинг. Легкий свипинг применяется с целью придания шероховатости неповреждённому покрытию. Сильный свипинг, выполняется с целью удаления слоёв непрочно держащегося покрытия.
Точечная струйная очистка представляет собой обычную форму струйной очистки сжатым воздухом или впрыскиванием влаги, когда очистке подвергаются только отдельные точки (например, пятна ржавчины или сварки) на поверхности. В зависимости от интенсивности точечной струйной очистки достигается степень подготовки поверхности, эквивалентная P Sa 2 или P Sa 2½.
Очистка пламенем включает очистку от ржавчины термическими методами с использованием горелок и использованием ацетилена или пропана с кислородом. Она удаляет практически всю прокатную окалину, но не полностью всю ржавчину. Поэтому этот метод не может быть применим при высоких требованиях к покрытиям. После очистки пламенем поверхность обрабатывают при помощи механизированных щёток и перед окрашиванием дополнительно очищают от пыли. Газопламенную очистку применяют при толщине металла не менее 6 мм.
Криогенный бластинг (обработка гранулами сухого льда) — это эффективный способ очистки поверхностей от загрязнений с помощью высокоскоростной струи гранул сухого льда основывается на трёх основных принципах:
Данная технология уменьшает влажность процесса и снижает риск роста бактерий и образования ржавчины. Очистка сухим льдом является экологически полноценным технологическим процессом и не наносит вреда окружающей среде.
Тройной эффект воздействия (кинетический, термический, динамический) потока сухого льда обеспечивает высокоэффективную очистку поверхности даже мягких материалов без их повреждения. При очистке сухим льдом достигается эффективная очистка поверхности от масложировых загрязнений, лакокрасочных покрытий, нагаров, полимерных покрытий и других загрязнений.
Одним из наиболее распространённых и эффективных способов механической очистки металлических поверхностей от различных загрязнений является струйно-абразивный метод. Этим способом очищают поверхности с помощью дробеструйных аппаратов. Дробеструйный аппарат — это устройство создающее высокоскоростной поток абразивного материала. Стационарно включённый в цикл оборота абразивного материала дробеструйный аппарат является основным узлом установки дробеструйной очистки. Аппараты оснащают воздушными фильтрами-влагоотделителями для предотвращения попадания в бак конденсата и масел от компрессоров. Это предотвращает перебои в работе вызванные выгрузкой из бака отсыревшего абразива. Для питания установок используется сжатый воздух, очищенный от влаги и масла, давлением 0,5-1,0 МПа и расходом воздуха 1,5-10 м3/мин на один рабочий пост в зависимости от диаметра струйного сопла.
Установки безпылевой струйно-абразивной обработки имеют замкнутый оборот абразива. В зоне обработки происходит отсос пыли и частиц абразива специальной насадкой, в которой расположено сопло. Пыль и частицы старой краски накапливаются в специальной ёмкости для дальнейшей утилизации. Для работы в углах, на кромках и прочих сложных элементах применяется ряд специализированных насадок. Абразив используется повторно. Качество абразива при этом сохраняется и его расход значительно снижается. При этом становится рентабельным использование твердых абразивов типа карбида бора, что значительно увеличивает производительность по сравнению с применением кварцевого или речного песка. В зоне обработки происходит отсос пыли и частиц абразива специальной насадкой, в которой расположено сопло. Можно проводить струйно-абразивные работы в любом месте без негативного влияния на окружающую среду загрязнениями и пылью. Установки различаются способом создания струи: напорным и эжекционном. В первом случае абразив выдавливается из котла высоким давлением воздуха и ускоряется в струйном сопле до сверхзвуковых скоростей. Во втором случае абразив засасывается в струйный пистолет и далее в струйное сопло, низким давлением, создаваемым в нем потоком воздуха.
Предназначены для струйно-абразивной обработки, управляемой: вручную, дистанционно или автоматически. Поток дроби создаётся центробежными дробеметными аппаратами, стационарно установленными в камере очистки. Процесс обработки происходит в специальных камерах, изготовленных из износостойкой стали, оборудованных системами вентиляции воздуха и рециркуляции дроби.
Для очистки от ржавчины, окалины и старых лакокрасочных покрытий малогабаритных деталей и при их невысокой программе на машиностроительных предприятиях применяются камеры ручной струйной очистки. В этих камерах абразивоструйная обработка поверхностей производится в замкнутом пространстве, где в зоне обработки находятся только руки оператора. К несомненным плюсам данного вида оборудования относятся отсутствие необходимости создания специальных площадок или помещений, а также отсутствие необходимости спецодежды для оператора. Выпускаемые камеры имеют два типа подачи абразивного материала: напорный и эжекторный. В камерах эжекторного типа разгон и подачу абразива осуществляет сжатый воздух. В струйном пистолете сжатый воздух создаёт эжекцию. За счет разряжения абразив подаётся в сопло, где и происходит его разгон. В камерах напорного типа абразив забирается из рабочей зоны, сепарируется, очищается от пыли и крупных частиц и подается в сопло из напорного аппарата. В напорных аппаратах производительность по сравнению с эжекторными выше в несколько раз. Управление подачей абразива осуществляется пневмопедалью. При этом в различных модификациях камер возможна установка средств автоматизации или механизации струйно-абразивной обработки.
При высоких программах обработки деталей появляется необходимость автоматизации процесса струйно-абразивной обработки. Автоматизация процесса позволяет увеличить производительность обработки, точно позиционировать детали в зоне обработки, управлять параметрами струйно-абразивного процесса. Возможны следующие схемы автоматизации:
При обработке крупногабаритных конструкций, сложных пространственных ферм и массивных металлоконструкций целесообразно использовать обитаемые камеры. Деталь помещается внутрь камеры на тележке или каком-либо другом транспортном механизме, где и происходит обработка. Обитаемая камера – это комплекс оборудования, который обеспечивает подачу и разгон абразива, сбор и улавливание пыли, очистку воздуха от пыли и обеспыливание абразива. В основе комплекса стоит дробеструйное помещение, достаточное по своим размерам для обработки деталей необходимых размеров. Дробеструйное помещение или обитаемая камера представляет собой прочную конструкцию из профилей и стального листа. В зависимости от потребностей камеры оснащаются системами автоматического сбора и подачи абразива, системами сепарации абразива, промышленными фильтрами , системами вентиляции и компрессорным оборудованием. Обработка может производиться несколькими способами:
Это система, с помощью которой отработанный абразивный материал собирается и транспортируется к бункеру или сепаратору, из которого очищенная дробь снова подается в дробеструйный аппарат. Существуют следующие системы сбора абразива:
Гидравлические очистители имеют две главные характеристики: максимальное рабочее давление воды и объём потока воды на выходе тракта высокого давления при максимальном давлении воды. Высокое давления воды позволяет удалять различные типы загрязнений и отложений с поверхности металла. Величина объёма потока в единицу времени определяет производительность при очистке поверхности от различных типов загрязнений.
Гидродинамический и гидроабразивный способы наиболее перспективны. Производительность и эффективность обработки поверхности выше, чем при пневмопескоструйном способе, полностью отсутствует пыль, можно производить работы во взрыво- и пожароопасных условиях. Данные работы производятся только при положительных температурах. При очистке стальных конструкций от старой краски и грязи, а также при мойке сильно загрязнённых нефтепродуктами поверхностей наибольший эффект даёт применение аппаратов с рабочим давлением 20-50 МПа при потоке воды 10-30 л/мин. Использование прямоструйных форсунок при давлении 35-50 МПа позволяет аккуратно и быстро удалять битумные покрытия. Установки с такими характеристиками применяют при очистке крупных нефтехранилищ, трубопроводных обвязок на газокомпрессорных станциях. Гидроочиститель с рабочим давлением 35-38 МПа и потоком воды с абразивом 20 л/мин позволяет при удалении коррозии с металла достигать производительности до 20 м2/час.
Очистительные свойства воды можно усилить на 30-50% применением гидрофрезы и на 50-100% за счёт введения в струю абразива. Гидрофреза реализует режущие свойства воды и позволяет быстро удалять лакокрасочные покрытия, остатки масел, битума, консервирующих смазок и т.п. с поверхностей большой площади.
Гидропескоструйная насадка с соплом из износостойкого материала удаляет любые виды покрытий, нагара, окалины, коррозии с поверхностей металлоконструкций, трубопроводов, ёмкостей и т.п. Ресурс сменного износостойкого сопла зависит от твёрдости и размера фракций абразива и составляет, в среднем, 300-400 часов.
Преобразование жидкой углекислоты в гранулы твёрдого сухого льда осуществляется с помощью аппарата, который называется — пелетайзер (гранулятор, от английского pellet – гранула), который охлаждает углекислоту до требуемой температуры (-79 ºС) . Получение гранул необходимых размеров и плотности осуществляется пропусканием получившейся твердой фракции через экструдер.
Для бластинговой очистки наиболее подходящими являются гранулы «сухого льда» диаметром от 2 до 3 мм. Длина гранул от 2,5 до10,2 мм. Для работы бластера необходимо подключение сжатого воздуха, давлением 2-14 атмосфер и объёмом 4,5–12 м3/мин. Бластер производит тонкую регулировку расхода сухого льда и давления.
Основным достоинством криогенной очистки является то, что после обработки происходит сублимация сухого льда и при этом не требуется последующая утилизация чистящего вещества.
Профиль бластинга Rz равен примерно 6 кратному расстоянию до средней центральной линии (CLA)
Химические загрязнения в виде водорастворимых солей не видны и частично остаются на поверхности. Присутствие чрезмерного количества этих солей может привести к появлению пузырей в связи с осмосом, прохождением влаги через покрытие, которое является мембранной. Для танковых покрытий максимально допустимый объем водорастворимых солей в минеральных абразивных материалах составляет 300 мкСм/см, а для стали составляет 60 мг/м2 хлорида, определённого по методу Брестле (ISO 8502-6). Поверхность изделий подлежащих защите лакокрасочными материалами должна быть очищена до степени не ниже «2,5».