Наиболее распространённые струйные абразивы

Песок широко используется благодаря своей доступности, эффективности и низкой стоимости. Основным недостатком песка является его пылеобразование.

Всего лишь после первого цикла большая часть песка превращается в пыль. При струйной обработке кварцевым песком образуется мелкая кристаллическая кварцевая пыль, которая присутствует в воздухе на протяжении долгого времени и, как было доказано, представляет серьёзную угрозу для здоровья при её вдыхании.

Запрещается проводить обработку песком или любым другим абразивом, который содержит более 1% кварца в свободном виде.
Администрация по безопасности и гигиене труда (OSHA) требует выполнения федеральных правил, в соответствии с которыми ограничивается воздействие кварца в кристаллической форме на работников (OSHA 2206, General Industry Standards Part 1910, Subpart Z, Paragraph 1910.1000).

Администрация OSHA требует, чтобы все операторы струйных аппаратов и другие лица вблизи места проведения работ были одеты в исправные, одобренные NIOSH респираторы с подачей воздуха во время и после проведения работ по струйной очистке, пока окружающий воздух не будет протестирован и очищен от взвешенных частиц.

В различных частях России имеются залежи минерального песка (ставролит, оливин и т. д.), циркония и подобных материалов. Они, как правило, изготавливаются с более мелкой фракцией. Благодаря высокой плотности, около 2 кг/л, и прочности, они идеально подходят для очистки новой и слегка ржавой поверхности (соответствует степени загрязнения В по стандарту ISO 8501–3). Большая часть видов минерального песка содержит кварц в свободном виде, то есть кварц, который высвобождается из частиц песка во время струйной обработки. Если содержание кварца в свободном виде превышает 1%, абразив не следует использовать для струйной очистки.

Гранатовая крошка и кремень являются очень твёрдыми и острыми материалами, которые хорошо подходят для удаления твёрдых поверхностных материалов и оставляют глубокий профиль. Оба материала могут быть возвращены в систему, просеяны и использованы заново. Гранат содержит лишь незначительное количество кварца в свободном виде, однако кремень обладает очень высоким содержанием кварца в свободном виде — 90% и более, поэтому никогда не должен использоваться для струйной обработки. У граната насыпная плотность составляет 2,1 кг/л.

Абразивные материалы на основе побочных продуктов, такие как шлак и некоторые натуральные материалы, получаются в результате процесса, не имеющего отношения к обработке поверхности, но доказали свою высокую эффективность при применении в качестве материала для струйной очистки.

Шлаки получают из двух основных источников — при плавке металла (шлак никеля и меди) и работе котельных на электростанциях (шлак угля). Шлаки стали больше использоваться ввиду своих исключительных чистящих характеристик, доступности, низкому содержанию кварца (менее 1%), широкому диапазону фракций и относительно низкой стоимости.

Твёрдые угловатые частицы шлаков развивают большую скорость и обладают повышенной разрезающей способностью, благодаря чему их можно применять для широкого спектра задач. В некоторых случаях даже требуется уменьшение давления в сопле, чтобы предотвратить застревание частиц в стали.

Абразивы из шлаков характеризует относительно высокая ломкость, что приводит к образованию пыли и ограничивает возможность их повторного использования. Перед проведением работ шлак нужно проверять на присутствие загрязнителей.

Купрошлак — это продукт, получаемый из гранулированных шлаков медеплавильного производства. В различных отраслях промышленности купрошлак знают под различными наименованиями. Это — минеральная дробь, шлифзерно, купершлак. Купрошлак — наиболее распространенный вид абразива на сегодняшний момент. Существует аналогичный абразив, изготавливаемый из гранулированных шлаков никелевого производства — никельшлак, его отличает более высокая твердость, а в остальном он схож с купрошлаком.

Основное преимущество купрошлака в сравнении с другими абразивными материалами — отношение цены к качеству очищаемой поверхности. Гранулы купрошлака имеют высокую твердость (6,5 по шкале Мооса) и острую угловатую форму, что позволяет достичь степени очистки Sa 3 (чистый металл без включений ржавчины и старых покрытий). Купрошлак хорошо профилирует поверхность (насечка 20–140 мкм), что благоприятно сказывается на адгезии. Купрошлак предназначен для удаления старых покрытий, окалины и ржавчины с металлических, кирпичных, бетонных, каменных поверхностей перед нанесением защитного покрытия, для удаления старых покрытий, разрушенных и размороженных участков при ремонте, а также перед окраской. Работа с купрошлаком не наносит вреда ни здоровью людей, ни состоянию окружающей среды. Данный абразив не запрещен к использованию экологическими и санитарными органами даже на территории населенных пунктов. Абразив не содержит кварц в чистой форме, что предохраняет от силикоза, профессионального заболевания абразивоструйщиков. Фракционный состав гранул купрошлака колеблется в пределах 0,1–3,5 мм. Купрошлак имеет высокую удельную массу. Так как удельная плотность частиц купрошлака выше по сравнению с большинством абразивных материалов, то и кинетическая энергия удара частиц о поверхность больше. Рекуперация абразива может достигать пяти раз, но при этом размер частиц будет уменьшаться, а количество примесей будет увеличиваться, что приводит к снижению качества чистки. Более мелкая фракция купрошлака подойдет для очистки мягких металлов, таких, как алюминий. Купрошлак наиболее востребован при агрессивных видах очистки, для профилирования и удаления глубокой коррозии, для повседневной очистки. Обработка поверхностей купрошлаком может осуществляться как привычным абразивоструйным методом, так и гидроабразивным (подача воды в абразивную струю через специальное сопло), или пламенно-абразивным методом.

Существует несколько видов натуральных абразивных материалов. Скорлупа грецкого ореха и сердцевина кукурузного початка — одни из самых популярных материалов. Натуральные абразивы лёгкие (0,6 кг/л) и мягкие (значение 3 по шкале Мооса). При использовании со специальным оборудованием и при внимательном отношении к методике, с помощью натуральных материалов, можно удалять краску с дерева, пластика, тонкостенных металлов и других твёрдых поверхностей. Эти материалы используются для очистки электромоторов без повреждения статора и изоляции проводов.

Среди изготавливаемых абразивов можно отметить стальную крошку и дробь, оксид алюминия, карбид кремния, пластик, стеклянные шарики и другие.

Существует три основных вида металлических абразивов: из стали, ковкого железа и отбелённого чугуна. Из каждого из них делают дробь и крошку. Стальной абразив используется намного чаще, чем другие, потому что он выдерживает 200 и более циклов. Абразив из отбелённого чугуна рекуперируется от 50 до 100 раз, а ковкое железо немного больше.

Твёрдость металлического абразива измеряется по шкале «С» Роквелла (Rc), и чем больше значение, тем твёрже. Твёрдость стали варьируется от 35 Rc до 65 Rc; ковкого железа — от 28 Rc до 40 Rc; отбелённого чугуна — от 57 до 68 Rc.
Отбелённый чугун и ковкое железо стоят меньше, чем сталь, и используются, когда много абразивного материала утрачивается в процессе загрузки и разгрузки изделий. Кроме того, железо является более ломким и разбивается на угловатые частицы, благодаря чему его воздействие становится более интенсивным, чем стали.

Стальные частицы деформируются при ударе и пригодны до тех пор, пока частицы не станут слишком маленькими для использования. Чтобы обеспечить необходимый профиль, требуется периодически добавлять новый абразив. Фракции металлического абразива стандартизированы в соответствии с техническим условиями «Общества инженеров-автомобилистов» (SAE). Фракции крошки обозначаются от G-10 (2,0/1,7 мм) до G-120 (0,125/0,075 мм), при этом фракция G-10 наиболее крупная. Фракции дроби варьируются от S-70 (0,125/0,180 мм) до S-780 (1,7/2,0 мм), при этом S-780 наиболее крупная фракция.

Карбид кремния является самым твёрдым, острым и наиболее дорогим абразивным материалом на рынке. Его значение твёрдости по шкале Мооса составляет 8,5. Он используется при удалении нагара с закалённых изделий после термообработки, когда требуется глубокое режущее действие.

Оксид алюминия уступает по остроте только карбиду кремния. Он часто применяется для работы с очень сложными покрытиями. Поскольку это дорогостоящий материал, его используют в закрытых струйных камерах, обеспечивающих возможность рециркуляции. Ввиду высокой плотности (1,8 кг/литр) и твёрдости (8 единиц по шкале Мооса) оксид алюминия является наиболее агрессивным из всех распространённых абразивных материалов.

В аэрокосмической и авиастроительной отраслях для очистки и снятия заусенцев с титана, магнезия и других сложных металлов используется оксид алюминия без каких-либо примесей, чтобы предотвратить загрязнение железосодержащими материалами. Стандартный абразив на основе оксида алюминия используется для обработки алюминия, латуни, чугунных и стальных отливок с целью быстрого удаления заусенцев и одновременно очистки поверхности. Чтобы обеспечить глубокую очистку и получить матовую отделку поверхности, с оксидом алюминия смешивают другие абразивы.
Гранулы оксида алюминия бывает мелкие и очень крупные. Его можно использовать повторно несколько раз, в зависимости от того, на каком струйном оборудовании проводятся работы — основанном на давлении, или ра-ботающем по принципу всасывания. Износ компонентов оборудования, которые соприкасаются с разогнанным до высокой скорости оксидом алюминия, происходит быстрее. Для продления срока службы оборудования при работе с оксидом афлюминия необходимо использовать сопла из карбида бора и обшить корпус аппарата резиновым экраном.

Стеклянные шарики позволяют удалять большую часть загрязнителей, не влияя при этом на допустимое отклонение размеров поверхности. Они используются для полировки и иногда для упрочнения поверхности, чтобы снять её напряжение. Стеклянные шарики изготавливаются из натриевого стекла без примесей свинца и кварца. Их сферическая форма идеально подходит для работ по упрочнению. Твердость составляет 5,5 по шкале Мооса. Однако ввиду высокой лом-кости необходимо использовать низкое давление в сопле, что продлит срок службы материала. При излишне высоком давлении произойдёт преждевременное разрушение стек-лянных шариков, а увеличения производительности не будет. Давление воздуха для стеклянных шариков в струйных системах, работающих по принципу всасывания, обычно на-страивается от 4 до 5,5 бар, а в системах под давлением — от 2,8 до 4,1 бар.
Фракции стеклянных шариков варьируются от номера сита 12/14 (1,68/1,41 мм) до 170/325 (0,088/0,044 мм) (MIL SPEC-G-9954A: размеры от 1 до 13). Равномерная отделка поверхности достигается за счёт обновления рабочей смеси.

В автомобилестроении, авиастроении и литейной промышленности использование стеклянных шариков позволяет сохранить размеры обрабатываемых частей. Благодаря высокой чистоте стеклянных шариков, предотвращается загрязнение нержавеющей стали, алюминия и других мягких металлов. Они особенно эффективны при удалении заусенцев, облоя, окалины от термообработки, стирания следов от инструмента и придания эстетического вида любым металлам. Упрочнение посредством стеклянных шариков снижает возможность возникновения трещин и снимает напряжение поверхности изделий, которые подвержены высокой эксплуатационной нагрузке.

Пластиковые материалы хорошо подходят для удаления краски и ржавчины без повреждения поверхности. Остроугольный и эластичный материал эффективен при удалении загрязнений с тонкостенных изделий и некоторых высокотехнологичных композитных материалов без их повреждения. Пластиковые материалы выступают в качестве альтернативы химической обработке, зачистке шлифовальной шкуркой и другой ручной обработке, что позволяет применять их там, где раньше не могли и подумать о струйной очистке абразивными материалами.

Пластиковые абразивные материалы изготавливаются из разных типов смол. Твёрдость материала зависит от типа Смолы составляет от 3 до 4 по шкале Мооса. Фракционный состав варьируется от номера сита 12/16 (1,7/1,18 мм) до40/60 (0,425/0,250 мм).

Очистка струйным оборудованием тонкостенного метал- ла ОТ краски должна осуществляться при низком давлении, ОТ 1,4 до 2,8 бар. В струйных системах, работающих по принципу всасывания, давление воздуха может быть выше. При низком давлении материал служит дольше, до 10–12 циклов.
Для работы с пластиковым материалом требуется специальное оборудование. Ввиду низкой плотности пластика, 0,9 кг/ л. и остроугольной формы он обладает очень крутым углом откоса. В струйных аппаратах и резервуарах наклон конуса должен быть не менее 60 градусов. Коническое дно аппарата требуется покрыть эпоксидной смолой, чтобы обеспечить скольжение материала и, что не менее важно, предотвратить появление коррозии в стальном резервуаре аппарата, поскольку ржавчина может загрязнить материал. Сжатый воздух должен быть максимально сухим, потому что влага снижает сыпучесть абразива.
Среди возможных случаев применения пластикового абразива — снятие краски с тонкостенных металлов, стекловолокна, некоторых композитных материалов и даже деревянных изделий. Пластик широко используется для очистки грузовиков, автобусов, автомобилей, самолётов и лодок, а также в электронной промышленности для обработки печатных плат. Пластик идеально подходит для очистки литейных форм.

Пенистый абразивный материал — это пористый материал из водосодержащих полиуретановых частиц с открытыми порами, который может включать абразивные частицы. С помощью мягкого пенистого материала можно удалять сажу с обоев и счищать масло или жирные пятна с двигателей или гидравлических систем.
Пористый материал, включающий абразивные частицы, расплющивается при ударе, и абразивная частица выходит наружу. При отскоке от поверхности пена захватывает часть удаляемого материала, что снижает запылённость. Такие более агрессивные пенистые материалы могут использоваться для удаления покрытий с бетона, стали.

Ввиду того, что пенистые материалы часто используются в слегка влажном состоянии, требуется специальное оборудование для выброса, возврата и обновления частиц. Также необходимо оборудование для выпаривания и концентрации жидких отходов.

Риски, связанные с абразивными материалами

Пыль всегда опасна для дыхания, даже когда струйный материал не является токсичным!

Пыль всегда опасна для дыхания. Даже когда струйный материал не является токсичным, пыль от удаляемых покрытий может быть токсичной. В зоне проведения работ невидимые частицы пыли присутствуют в воздухе и взлетают при порыве ветра и движении. Поэтому весь персонал в зоне проведения работ должен всегда носить одобренные NIOSH респираторы с подачей воздуха, несмотря на то, ведутся ли работы по струйной очистке, или нет.

Никогда не проводите пескоструйную обработку материалом, который содержит более 1% кварца в свободном виде!
Самым опасным из известных респираторных заболеваний, связанных с абразивоструйной очисткой, является силикоз. Болезнь развивается вследствие хронического вдыхания мелких кварцевых частиц, которые остаются в лёгких. Эти частицы нельзя убрать с помощью откашливания. Они накапливаются, и образуются шрамы, которые препятствуют получению лёгкими достаточного количества кислорода.