1. Tầm quan trọng của xử lý bề mặt trước khi gia công
Mục đích của xử lý bề mặt sơ bộ là làm cho bề mặt cần phủ đạt được chất lượng loại bỏ gỉ và độ nhám cần thiết cho lớp phủ đã chọn, đồng thời đảm bảo độ bám dính tốt giữa bề mặt cần phủ và lớp phủ. Phương pháp và chỉ số xử lý bề mặt sơ bộ được xác định bởi loại lớp phủ. Bộ phận thực hiện xử lý bề mặt sơ bộ phải có thiết bị và kỹ thuật viên phù hợp, và tất cả các công đoạn xử lý bề mặt sơ bộ đều phải được giám sát và kiểm tra kỹ thuật đặc biệt. Để hiểu đúng về xử lý bề mặt sơ bộ, trước tiên chúng ta cần hiểu đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình này. Mũi tên dọc dày nối đối tượng phun với mục đích phun. Các mũi tên nối bên trái và bên phải của mũi tên dày chỉ ra các yếu tố ảnh hưởng đến việc đạt được mục đích mong muốn. Phương pháp phun, chất mài mòn và chất mang chất mài mòn được lựa chọn theo đặc điểm, loại và kích thước của chi tiết cần phun, cũng như mục đích mong muốn sau khi phun. Vì có nhiều yếu tố ảnh hưởng, nên cần phải hết sức thận trọng. Trong thi công lớp chống ăn mòn đường ống, có câu nói rằng “30% vật liệu, 70% thi công”, cho thấy tầm quan trọng của công tác thi công. Trong quá trình thi công, xử lý bề mặt ống thép (cơ bản nhất là “tẩy rỉ sét”) là ưu tiên hàng đầu, và chất lượng của nó liên quan trực tiếp đến chất lượng và tuổi thọ của lớp phủ. Có những số liệu thống kê trong một số tài liệu, chỉ ra rằng xử lý bề mặt là yếu tố quan trọng nhất trong số nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ của lớp phủ.
Thông qua phân tích chi phí của lớp phủ, chi phí xử lý bề mặt thường chiếm khoảng 50%. Lớp phủ bên trong giảm lực cản có lớp màng mỏng, số lớp phủ ít và lượng sơn ít, do đó chi phí xử lý bề mặt cao hơn, khoảng 70%. Vì vậy, trong thiết kế và thi công lớp phủ bên trong giảm lực cản, cần đặc biệt chú ý đến chất lượng xử lý bề mặt trước khi thi công.
2. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng lớp phủ
2.1 Ảnh hưởng của lớp oxit: Dưới điều kiện nhiệt độ cao của quá trình cán và hàn, một lớp oxit tự nhiên được hình thành trên bề mặt ống thép. Thành phần chính của nó là hỗn hợp các oxit sắt. Về cấu trúc, nó gồm khoảng ba lớp, lớp ngoài cùng là Fe3O4 hoặc Fe2O3, lớp giữa là Fe3O4 và Fe3O4, và lớp gần bề mặt thép là FeO. Dưới tác động của các điều kiện môi trường bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm, lực tác động, oxy và muối, các lớp oxit này sẽ bị nứt, bong tróc và lỏng lẻo. Nếu không được loại bỏ hoàn toàn, chúng sẽ gây ra ba tác động phá hoại chính đối với lớp phủ: thứ nhất, điện thế điện cực của lớp oxit dương hơn 0,26V so với thép, khiến bề mặt thép lộ ra ở những nơi lớp oxit bong tróc và nứt nẻ trở thành cực dương của tế bào điện hóa và bị ăn mòn; thứ hai, hơi nước dễ dàng ngưng tụ trong các vết nứt của lớp oxit. Nếu SO2 hòa tan trong đó, có thể tạo ra sắt(II) sunfat, làm tăng độ dẫn điện của chất điện giải và thúc đẩy quá trình ăn mòn; thứ hai, lớp oxit chưa được loại bỏ nhưng đã bị bong tróc có thể rơi ra và phồng lên hoàn toàn khi nhiệt độ của đường ống dao động mạnh, khiến lớp phủ bị nứt và bong ra.
2.2 Ảnh hưởng của bụi bẩn trên bề mặt: Bụi bẩn được đề cập ở đây bao gồm các sản phẩm gỉ sét và bụi bẩn chưa được loại bỏ hoàn toàn khỏi bề mặt ống thép. Nó cũng bao gồm các hạt cặn còn sót lại chưa được làm sạch trên bề mặt ống thép sau khi xử lý bề mặt và lớp gỉ mới chưa được phủ trong thời gian quy định sau khi xử lý bề mặt. Do sự tồn tại của chúng, việc tạo ra một lớp phủ mịn và đồng đều trở nên khó khăn, làm suy yếu độ bám dính của lớp phủ với chất nền, khiến lớp phủ không thể tiếp xúc trực tiếp với bề mặt thép, dẫn đến giảm độ bám dính của lớp phủ và ảnh hưởng đến tuổi thọ của lớp phủ.
2.3 Ảnh hưởng của muối hòa tan: Khi có muối hòa tan trên bề mặt thép dưới lớp phủ, do áp suất thẩm thấu khác nhau bên trong và bên ngoài lớp phủ, hơi ẩm trong không khí sẽ thấm qua lớp phủ đến bề mặt thép, kết hợp với muối hòa tan gây ăn mòn bề mặt thép và làm bong tróc lớp phủ. Trong đó, clorua là muối hòa tan quan trọng nhất. Do khả năng thẩm thấu mạnh nhất, tiêu chuẩn Q/SYXQ11 “Điều kiện kỹ thuật bổ sung cho lớp phủ giảm ma sát trên thành trong đường ống dẫn khí Tây-Đông” quy định điểm này, đặc biệt đối với ống thép vận chuyển bằng đường biển và ống thép lưu trữ ở khu vực ven biển trong một thời gian, cần nhấn mạnh.
2.4 Ảnh hưởng của độ nhám: Độ bám dính giữa lớp phủ và bề mặt ống thép được xác định bởi lực hút lẫn nhau giữa các nhóm cực trong phân tử lớp phủ và các phân tử bề mặt kim loại. Bên cạnh các hiệu ứng vật lý (lực phân tán, lực cảm ứng và lực định hướng), chủ yếu là lực cơ học. Sau khi bề mặt ống thép được xử lý bằng phương pháp phun mài mòn (phun cát), độ nhám bề mặt tăng lên đáng kể, và diện tích bề mặt kim loại thậm chí có thể tăng gấp 20 lần. Khi độ nhám tăng lên, diện tích bề mặt tăng lên đáng kể, và độ bám dính giữa lớp phủ và bề mặt ống thép cũng tăng theo. Khi chất mài mòn được phun (phun cát) có các cạnh và góc, bề mặt kim loại được xử lý bằng chất này không chỉ làm tăng diện tích bề mặt mà còn cung cấp hình dạng bề mặt phù hợp cho sự bám dính của lớp phủ, có lợi cho lực hút phân tử và sự neo giữ cơ học.
Tuy nhiên, độ nhám bề mặt không hợp lý cũng sẽ gây hại cho lớp phủ. Ví dụ, nếu độ nhám quá lớn, lượng lớp phủ cần thiết để lấp đầy "rãnh" của hoa văn neo cũng sẽ tăng lên. Các rãnh quá sâu cũng dễ gây ra bọt khí, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng lớp phủ. Ngoài ra, khi lớp phủ mỏng, đỉnh của gờ dễ bị lộ ra bề mặt, phá hủy tính toàn vẹn của lớp phủ và gây ra ăn mòn rỗ.
Đối với lớp phủ giảm ma sát bên trong, cần đạt được độ nhám bề mặt của thành trong ống thép, thường là từ 30 đến 50 μm sau khi xử lý bề mặt. Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào các thông số của quá trình như kích thước hạt, hình dạng, vật liệu, tốc độ phun và thời gian tác dụng của chất mài mòn, trong đó kích thước hạt mài mòn có ảnh hưởng lớn nhất đến độ nhám.
Có nhiều phương pháp xử lý bề mặt. Phương pháp hợp lý nhất cho đường ống là phương pháp phun (phun tia) thường được sử dụng. Điều này là do tác động mạnh của chất mài mòn có thể làm tăng độ bền mỏi của vật liệu lên khoảng 80%; độ cứng bề mặt cũng được cải thiện ở các mức độ khác nhau; nó cũng có thể loại bỏ ứng suất bên trong tại mối hàn, do đó khả năng chống ăn mòn của thép được cải thiện đáng kể.
3. Yêu cầu cơ bản về xử lý bề mặt ống: Việc xử lý bề mặt ống thép thường tuân theo các tiêu chuẩn kỹ thuật. Các nước phát triển công nghiệp đã liên tiếp xây dựng các tiêu chuẩn chất lượng về loại bỏ gỉ sét. Nổi tiếng nhất trong số đó là tiêu chuẩn công nghiệp Thụy Điển SIS 055900 “Tiêu chuẩn về loại bỏ gỉ sét trên bề mặt vật liệu thép trước khi sơn”, đã được nhiều nước trên thế giới áp dụng từ lâu. Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) đã xây dựng tiêu chuẩn ISO 8501-1 “Xử lý sơ bộ vật liệu thép trước khi sơn phủ và các sản phẩm liên quan – Đánh giá trực quan độ sạch bề mặt – Phần 1: Mức độ gỉ sét và mức độ loại bỏ gỉ sét của vật liệu thép không phủ và vật liệu thép sau khi loại bỏ hoàn toàn lớp phủ ban đầu” dựa trên tiêu chuẩn Thụy Điển. Nước tôi cũng đã xây dựng tiêu chuẩn GB 8923 “Mức độ gỉ sét và mức độ loại bỏ gỉ sét của vật liệu thép trước khi sơn” liên quan đến các tiêu chuẩn ISO. Ngành công nghiệp dầu khí cũng đã xây dựng tiêu chuẩn SY/T 0407 “Thông số kỹ thuật về xử lý sơ bộ bề mặt vật liệu thép trước khi sơn” để sử dụng cùng với GB 8923. Dưới đây là một số trích dẫn từ các điểm chính trong tiêu chuẩn.
3.1 Tiêu chuẩn GB 8923 “Mức độ gỉ và mức độ loại bỏ gỉ của bề mặt thép trước khi sơn”: Tiêu chuẩn GB 8923 “Mức độ gỉ và mức độ loại bỏ gỉ của bề mặt thép trước khi sơn” tập trung vào việc phân loại mức độ gỉ và mức độ loại bỏ gỉ, đánh giá bằng mắt thường và sử dụng ảnh màu của các mẫu chuẩn.
(1) Mức độ rỉ sét Trước khi loại bỏ rỉ sét, tình trạng rỉ sét ban đầu của bề mặt thép được chia thành bốn cấp độ, được biểu thị bằng A, B, C và D. Sau khi loại bỏ rỉ sét, cần so sánh với mức độ rỉ sét ban đầu:
Bề mặt thép được phủ hoàn toàn bởi lớp vảy oxit và hầu như không có rỉ sét;
B. Bề mặt thép bị gỉ và một phần lớp oxit đã bị bong tróc;
Bề mặt thép C bị bong tróc lớp vảy oxit do gỉ sét, hoặc có thể cạo bỏ lớp vảy này, và có một lượng nhỏ vết rỗ;
D Bề mặt thép đã bị bong tróc hoàn toàn lớp oxit do gỉ sét và có nhiều vết rỗ. (2) Mức độ loại bỏ gỉ sét Tiêu chuẩn GB 8923 “Mức độ gỉ sét và mức độ loại bỏ gỉ sét của bề mặt thép trước khi sơn” phân biệt các mức độ loại bỏ gỉ sét theo các phương pháp loại bỏ gỉ sét khác nhau, và sau đó đưa ra các mức độ khác nhau theo các phương pháp khác nhau. “Sa”, “St” và “Fl” lần lượt đại diện cho việc loại bỏ gỉ sét bằng phương pháp phun (thổi), loại bỏ gỉ sét bằng tay và bằng dụng cụ điện, và loại bỏ gỉ sét bằng lửa. Các chữ số Ả Rập sau các chữ cái cho biết mức độ loại bỏ gỉ sét. ① Loại bỏ gỉ sét bằng phương pháp phun hoặc thổi được biểu thị bằng “Sa” và được chia thành bốn mức độ, được mô tả như sau: Sa1 Loại bỏ gỉ sét bằng phương pháp phun hoặc thổi nhẹ: Không được có dầu mỡ và bụi bẩn nhìn thấy được trên bề mặt thép, và không có lớp oxit, gỉ sét và lớp phủ bám lỏng lẻo. Sa2 Loại bỏ gỉ sét bằng phương pháp phun hoặc thổi triệt để: Không được có dầu mỡ và bụi bẩn nhìn thấy được trên bề mặt thép, và lớp oxit, gỉ sét và lớp phủ về cơ bản đã được loại bỏ, và phần còn lại phải bám chắc. Sa2.5 Phun cát và loại bỏ rỉ sét rất kỹ lưỡng: Không được có dầu mỡ, bụi bẩn, lớp oxit, rỉ sét hoặc lớp phủ nào có thể nhìn thấy trên bề mặt thép, và bất kỳ dấu vết nào còn lại chỉ nên là những đốm hoặc vệt mờ. Sa3 Phun hoặc phun cát loại bỏ rỉ sét làm sạch bề mặt thép: Không được có dầu mỡ, bụi bẩn, lớp oxit, rỉ sét hoặc lớp phủ nào có thể nhìn thấy trên bề mặt thép, và bề mặt phải có màu kim loại đồng nhất.
② Loại bỏ rỉ sét bằng tay và bằng dụng cụ điện. Được ký hiệu là “St”, tiêu chuẩn GB 8923 đưa ra hai cấp độ, cụ thể là:
St2 Loại bỏ gỉ sét triệt để bằng tay và dụng cụ điện: Bề mặt thép không được có dầu mỡ và bụi bẩn nhìn thấy được, cũng không được có lớp oxit, gỉ sét và lớp phủ bám lỏng lẻo.
St3 Loại bỏ gỉ sét triệt để bằng tay và dụng cụ điện: Bề mặt thép không được có dầu mỡ và bụi bẩn nhìn thấy được, cũng không được có lớp oxit, gỉ sét và lớp phủ bám lỏng lẻo. Việc loại bỏ gỉ sét phải triệt để hơn St2, và bề mặt phần vật liệu lộ ra phải có độ bóng kim loại.
③ Loại bỏ rỉ sét bằng ngọn lửa: Được ký hiệu bằng “F1”, việc loại bỏ rỉ sét bằng ngọn lửa cần bao gồm việc sử dụng bàn chải dây điện để loại bỏ các chất bám dính trên bề mặt thép sau khi gia nhiệt bằng ngọn lửa. Tiêu chuẩn chỉ đưa ra một cấp độ:
Phương pháp loại bỏ rỉ sét bằng ngọn lửa F1: Bề mặt thép phải không còn lớp oxit, rỉ sét, lớp phủ và các chất bám dính khác, và bất kỳ dấu vết nào còn lại chỉ nên là sự đổi màu trên bề mặt (vết mờ của các màu khác nhau).
(3) Đánh giá cấp độ rỉ sét và cấp độ loại bỏ rỉ sét Phương pháp đánh giá và các yêu cầu về đánh giá trực quan và ảnh tiêu chuẩn được quy định trong GB 8923. Khi đánh giá cấp độ rỉ sét, cấp độ rỉ sét được chỉ ra trong ảnh của cấp độ rỉ sét nghiêm trọng hơn tương ứng được sử dụng làm kết quả đánh giá; khi đánh giá cấp độ loại bỏ rỉ sét, cấp độ loại bỏ rỉ sét được chỉ ra trong ảnh gần nhất với bề mặt thép thực tế được sử dụng làm kết quả đánh giá. Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến việc đánh giá trực quan cấp độ loại bỏ rỉ sét của bề mặt thép, bao gồm: ① Chất mài mòn được sử dụng để phun hoặc thổi loại bỏ rỉ sét, và các dụng cụ được sử dụng để loại bỏ rỉ sét bằng tay và bằng dụng cụ điện; ② Tình trạng rỉ sét của bề mặt thép không thuộc cấp độ rỉ sét tiêu chuẩn; ③ Màu sắc của bản thân thép; ④ Sự khác biệt về độ nhám của các bộ phận khác nhau do mức độ ăn mòn khác nhau; ⑤ Bề mặt không bằng phẳng, chẳng hạn như các vết lõm; ⑥ Vết xước do dụng cụ; ⑦ Ánh sáng không đều; ⑧ Bóng do các góc độ khác nhau của chất mài mòn tác động lên bề mặt trong quá trình phun hoặc thổi loại bỏ rỉ sét; ⑨ Các chất mài mòn bám vào bề mặt.
3.2 SY/T 0407 “Thông số kỹ thuật về chuẩn bị bề mặt vật liệu thép trước khi sơn”: Thông số kỹ thuật này yêu cầu sử dụng kết hợp với GB 8923, và phần lớn nội dung được viết dựa trên tiêu chuẩn SSPC của Ủy ban Sơn Kết cấu Thép Hoa Kỳ. Kết hợp với các nội dung liên quan trong yêu cầu về quy trình giảm ma sát đường ống, phần giới thiệu ngắn gọn như sau:
(1) Xử lý bề mặt trước và sau khi phun cát loại bỏ rỉ sét Trước khi phun cát loại bỏ rỉ sét, hãy loại bỏ dầu, mỡ và bụi bẩn có thể nhìn thấy trên bề mặt thép. Sau khi loại bỏ rỉ sét và trước khi sơn, hãy sử dụng khí nén khô không có vỏ bọc, máy hút bụi hoặc bàn chải để loại bỏ rỉ sét và bụi bẩn nổi trên bề mặt phôi. Bề mặt thép sau khi phun cát loại bỏ rỉ sét nên được sơn trước khi bị nhiễm bẩn. Nếu bề mặt thép bị nhiễm bẩn trước khi sơn, cần phải làm sạch lại.
(2) Lựa chọn chất mài mòn Theo kết quả thử nghiệm phun, cát zirconium và hạt dây là chất mài mòn tốt nhất, corundum là chất mài mòn kém nhất, còn hạt gang nghiền và hai loại corundum nung chảy nằm ở giữa. Hiệu quả loại bỏ gỉ trên bề mặt của corundum rất chậm và kém, đồng thời tạo ra rất nhiều bụi. Hạt dây đặc biệt thích hợp để loại bỏ gỉ trên các mặt cắt mỏng manh, cát cũng có hiệu quả loại bỏ gỉ tốt, nhưng cả hai đều tạo ra bụi. Đối với corundum nung chảy, lượng chất mài mòn cần cung cấp chỉ bằng gần một nửa so với cát zirconium, hạt gang nghiền và hạt dây. Đối với cùng một công việc loại bỏ gỉ, lượng chất mài mòn sắt cần thiết ít hơn từ 2 đến 3 lần so với vật liệu khoáng, tức là các hạt nặng có hiệu quả loại bỏ gỉ tốt hơn các hạt nhẹ. Thời gian phun cần thiết để đạt được hiệu quả loại bỏ gỉ nhất định có liên quan đến chất mài mòn được lựa chọn. Hiệu quả loại bỏ gỉ sét trên mỗi đơn vị thời gian giảm dần theo thứ tự sau: cát, cát zircon, hạt gang nghiền, hạt dây 0,65, hạt dây 0,97, corundum nung chảy 0,72, corundum nung chảy 0,75 và corundum. Trong thực tế, hạt dây 0,65 loại bỏ gỉ sét nhanh hơn hạt dây 0,97. Cần lựa chọn vật liệu mài mòn dựa trên mác thép, loại thép, mức độ gỉ sét ban đầu, loại lớp phủ được sử dụng, phương pháp loại bỏ gỉ sét và độ nhám bề mặt yêu cầu cho lớp phủ. Có thể sử dụng các vật liệu mài mòn kim loại như bi thép đúc, bi gang đúc, cát thép đúc, cát gang đúc và các đoạn dây thép để loại bỏ gỉ sét bằng phương pháp phun (ném). Theo yêu cầu của hệ thống lớp phủ về độ sâu neo trên bề mặt thép, tham khảo Bảng 5-2 để lựa chọn vật liệu mài mòn. Lưu ý rằng độ cứng của bi thép trong bảng là HRC 40-50 và độ cứng của cát thép là HRC 55-60. Độ sâu neo điển hình trong bảng là độ nhám bề mặt tối đa và trung bình dự kiến đạt được trong điều kiện phun (phun) tốt (cánh quạt hoặc vòi phun). Phụ lục tiêu chuẩn đưa ra các thông số kỹ thuật, thành phần, độ cứng và các yêu cầu hiệu suất khác của đoạn dây thép. Trong xử lý bề mặt, việc thêm một lượng nhất định các đoạn dây thép vào chất mài mòn có thể tạo ra các “đỉnh và đáy” nhám sắc nét, rất có lợi để tăng độ bám dính cơ học giữa màng phủ và bề mặt thép. Lượng tiêu thụ chất mài mòn được xác định bởi tuổi thọ của chất mài mòn, một khái niệm khó định nghĩa. Nó thường dựa trên sự phân mảnh của chất mài mòn. Trong kỹ thuật, “số lần sử dụng được” được dùng để chỉ tuổi thọ của nó, từ đó xác định chi phí tương đối.
3.3 Tiêu chuẩn GB/T13288 “Đánh giá mức độ nhám bề mặt thép trước khi sơn”: Tiêu chuẩn này áp dụng cho các bề mặt thép có mức độ loại bỏ gỉ sau khi phun cát mài mòn kim loại hoặc phi kim loại cao hơn mức Sa2.5 trong tiêu chuẩn GB 8923 “Mức độ gỉ và mức độ loại bỏ gỉ của bề mặt thép trước khi sơn”. Độ nhám bề mặt hình thành sau khi phun cát mài mòn trước khi sơn được chia thành ba mức độ nhám.
Ảnh hưởng của các thông số độ nhám lên lớp phủ phụ thuộc vào các yếu tố sau:
① Tăng diện tích bề mặt, cải thiện độ bám dính của lớp phủ và tăng cường trạng thái hoạt hóa của bề mặt;
② Ảnh hưởng đến lượng lớp phủ;
③ Ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ của lớp phủ và độ lộ ra của đỉnh.
Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào các yếu tố sau:
① Loại và thông số kỹ thuật của vật liệu mài mòn;
②Tốc độ phun và góc phun của chất mài mòn;
③Tốc độ dòng chảy và thời gian tác dụng của chất mài mòn được phun;
④ Loại, độ cứng và cấu trúc bề mặt của chính phôi gia công.
3.4 Tiêu chuẩn kiểm tra clorua hòa tan: Tiêu chuẩn ISO 8502-2 “Xác định clorua trong phòng thí nghiệm trên bề mặt sạch” quy định phương pháp thử nghiệm clorua hòa tan trên bề mặt thép. Phương pháp này là trước tiên làm sạch một khu vực nhất định trên bề mặt thép, sau đó sử dụng phương pháp chuẩn độ nitrat thủy ngân với chất chỉ thị diphenylcarbazone-bromophenol blue để phân tích và xác định lượng clorua thu được trên thép đã được làm sạch. Ngoài ra, các tiêu chuẩn liên quan bao gồm ISO 8502-5 “Phát hiện clorua trên bề mặt thép cần sơn – Phương pháp ống phát hiện ion clorua”, ISO 8502-6 “Phương pháp lấy mẫu tạp chất hòa tan trên bề mặt cần sơn” và ISO 8502-7 “Phân tích tạp chất hòa tan trên bề mặt cần sơn – Phương pháp phân tích ion clorua tại hiện trường”.
4. Xử lý sơ bộ bề mặt bên trong của ống thép
Để đảm bảo chất lượng và tuổi thọ của lớp phủ bên trong, bề mặt lớp phủ phải được xử lý kỹ lưỡng trước khi phủ. So với lớp phủ chống ăn mòn, lớp phủ giảm ma sát bên trong mỏng hơn, do đó độ nhám bề mặt phải thuộc loại mịn (F). Theo yêu cầu của tiêu chuẩn Q/SY xQ11, cấp độ loại bỏ gỉ là Sa2.5 và độ nhám phải nằm trong khoảng 30-50μm.
Trong số nhiều phương pháp xử lý bề mặt, phun (phun cát) lên thành trong của đường ống là phương pháp phù hợp nhất. Việc lựa chọn cụ thể cần dựa trên đường kính ống và điều kiện thiết bị. Phun bi có thể được sử dụng cho các đường ống có đường kính lớn, còn phun cát có thể được sử dụng cho các đường ống có đường kính nhỏ (ví dụ như dưới 762mm). Viện Nghiên cứu Kim loại Hà Lan đã tiến hành một nghiên cứu đặc biệt về việc loại bỏ gỉ bằng phương pháp phun và cho rằng việc loại bỏ gỉ bằng phương pháp phun có thể được coi là một loại hiệu ứng mài mòn dự kiến đạt được bằng cách ăn mòn. Sau đây là những điểm được đề xuất cho công nghệ loại bỏ gỉ bằng phương pháp phun.
(1) Vận tốc của các hạt phun quyết định động năng của các hạt và bị ảnh hưởng rất nhiều bởi các hạt bật lại. Vận tốc của hạt là một hàm của khoảng cách phun. (2) Góc phun quyết định mức độ va chạm của các hạt trong quá trình phun, đạt mức tối đa khi góc phun là 45°. (3) Kích thước hạt cực kỳ quan trọng đối với tính đồng đều của việc loại bỏ rỉ sét. Để đạt được mục đích mong muốn, phải có kích thước hạt tối ưu. Kích thước hạt phụ thuộc phần lớn vào các đặc tính của lớp bề mặt (lớp vảy cán, rỉ sét hoặc lớp vỏ đúc) và tình trạng bề mặt bên dưới.
4.1 Phun bi: Phun bi là quá trình sử dụng lực ly tâm sinh ra bởi sự quay tốc độ cao của các lưỡi phun bi để bắn các chất mài mòn (bi thép, đoạn dây thép, cát thép góc cạnh, v.v.) với tốc độ tuyến tính rất cao lên bề mặt thành trong của ống cần xử lý, tạo ra hiệu ứng đập và mài, loại bỏ lớp vảy và rỉ sét trên bề mặt, làm lộ ra màu kim loại ban đầu và tạo độ nhám có khả năng bám dính cho sơn. Phun bi không chỉ loại bỏ được lớp vảy và rỉ sét trên bề mặt ống thép mà còn tăng cường bề mặt ống thép, loại bỏ ứng suất dư và cải thiện khả năng chống mỏi và chống ăn mòn do ứng suất. Phun bi có hiệu suất sử dụng chất mài mòn cao, tốc độ loại bỏ rỉ sét nhanh và chi phí thấp, phù hợp với các hoạt động quy mô lớn. Do đó, phun bi là lựa chọn hàng đầu cho việc xử lý bề mặt bên trong của ống thép. Các yêu cầu của quá trình phun bi là: làm nóng trước ống thép, loại bỏ rỉ sét bằng phun bi và làm sạch bề mặt.
(1) Gia nhiệt sơ bộ ống thép: Gia nhiệt sơ bộ là làm nóng bề mặt bên trong của ống để loại bỏ hơi ẩm và một số dầu trên bề mặt. Các phương pháp gia nhiệt sơ bộ bao gồm gia nhiệt cảm ứng tần số trung bình, gia nhiệt bằng ngọn lửa và gia nhiệt bằng phun nước nóng. Khi lựa chọn phương pháp, cần phải phù hợp với điều kiện địa phương, tiết kiệm và hợp lý, đồng thời tương thích với dây chuyền lắp ráp.
① Gia nhiệt tần số trung bình có cấu trúc đơn giản. Cuộn cảm ứng được lắp đặt trên con lăn, không chiếm diện tích và tiêu thụ ít năng lượng. Tuy nhiên, gia nhiệt tần số trung bình không hiệu quả lắm trong việc loại bỏ dầu mỡ và rác thải trên bề mặt.
② Phương pháp gia nhiệt bằng ngọn lửa là sử dụng khí hóa lỏng sạch để đốt nóng trực tiếp bề mặt bên trong của ống thép, giúp đốt cháy hơi ẩm trên bề mặt. Điều kiện tiên quyết của phương pháp này là phải có đủ nguồn cung cấp khí hóa lỏng.
③Phương pháp gia nhiệt bằng phun nước nóng có hiệu quả trong việc loại bỏ dầu mỡ và rác thải, nhưng thiết bị phức tạp và yêu cầu nguồn hơi nước, máy bơm nước nóng và phòng thông gió để bay hơi nước nóng, chiếm diện tích lớn.
(2) Phun bi và loại bỏ gỉ sét: Trên dây chuyền sản xuất, quá trình phun bi được thực hiện trong hộp phun bi, bao gồm đầu phun bi, thiết bị tuần hoàn chất mài mòn, thiết bị làm sạch chất mài mòn và thiết bị thông gió và hút bụi. Khi ống thép đi vào hộp phun bi, các lưỡi của đầu phun bi quay với tốc độ cao được dẫn động bởi động cơ, tạo ra lực ly tâm mạnh. Dưới tác dụng của lực ly tâm, chất mài mòn tăng tốc dọc theo chiều dài của lưỡi cho đến khi bị bắn ra. Chất mài mòn bị bắn ra tạo thành một luồng hình quạt và va vào bề mặt bên trong của ống thép để loại bỏ lớp oxit và gỉ sét. Sau khi chất mài mòn bị bắn ra, hệ thống tuần hoàn chất mài mòn sẽ tái chế và sàng lọc chất mài mòn đã qua sử dụng và chuyển nó đến đầu cấp liệu để tái sử dụng.
(3) Làm sạch bề mặt: Các ống thép đã được phun cát có chứa bụi mài mòn, cặn gỉ và các chất bẩn khác cần được làm sạch. Trong một số thiết bị kiểu cũ, các ống thép được nghiêng để đổ cặn ra. Điều này đòi hỏi rất nhiều năng lượng và thời gian, vì vậy nó hiếm khi được sử dụng trong các thiết bị hiện đại. Phương pháp làm sạch mới là thổi bằng khí nén hoặc máy hút bụi. Với sự gia tăng nhận thức về HSE, cần lắp đặt các thiết bị thông gió và hút bụi trong dây chuyền sản xuất của các hoạt động phun cát để hút bụi sinh ra trong quá trình phun cát, đồng thời tách và thu hồi chất mài mòn.
(4) Vật liệu mài mòn: Vật liệu mài mòn được sử dụng cho phun bi chủ yếu là bi sắt, bi thép, đoạn dây thép và cát thép góc cạnh. Xét về khía cạnh kinh tế và tính thực tiễn, bi thép tốt hơn, trong khi xét về khía cạnh hiệu quả phun bi, đoạn dây thép tốt hơn. Vật liệu mài mòn lý tưởng cho phun bi nên là bi thép cộng với đoạn dây thép hoặc bi thép cộng với cát thép, với tỷ lệ từ 1:1 đến 2:1.
4.2 Xử lý bằng phun cát (bắn bi): Xử lý bằng phun cát (bắn bi) sử dụng khí nén làm nguồn năng lượng để phun chất mài mòn (cát hoặc bi thép) với tốc độ nhất định lên bề mặt thép cần xử lý. Dưới tác động và mài mòn của chất mài mòn, lớp oxit, sản phẩm gỉ sét và các chất bẩn khác trên bề mặt kim loại sẽ được loại bỏ. Thiết bị xử lý bằng phun cát (bắn bi) thường bao gồm: hệ thống cung cấp (xử lý, lưu trữ) khí nén; vòi phun, ống dẫn, hệ thống tuần hoàn thu hồi chất mài mòn; hệ thống điều khiển điện tử chiếu sáng; hệ thống hút bụi và hệ thống cung cấp khí và cát. Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ gỉ sét của phương pháp phun cát (bắn bi), chẳng hạn như áp suất khí, loại và thông số kỹ thuật của chất mài mòn, góc phun và tốc độ phun chất mài mòn, khoảng cách từ vòi phun đến bề mặt thép, v.v. Chất mài mòn cần được lựa chọn theo yêu cầu xử lý bề mặt và tình trạng ban đầu của bề mặt thép. Thông thường, có thể sử dụng bi thép, dây thép, cát thép góc cạnh, cát thạch anh hoặc hỗn hợp của chúng. Các yêu cầu về mức độ loại bỏ rỉ sét và độ nhám bề mặt của phương pháp phun cát (phun bi) phù hợp với nội dung kiểm tra chất lượng và các tiêu chuẩn đã nêu trên. Từ kết quả, hiệu quả của phương pháp phun cát (phun bi) và phun bi là như nhau. Các yếu tố chính để lựa chọn phương pháp là tính kinh tế và điều kiện. Ví dụ, khi đường kính ống nhỏ hơn 762mm, khoảng cách giữa đầu phun và bề mặt cần xử lý không đủ, nên không thể sử dụng phương pháp phun bi, mà phải sử dụng phương pháp phun cát (phun bi). Phun cát (phun bi) là công nghệ đã hoàn thiện, thiết bị của nó cũng đã được thương mại hóa. Khi lựa chọn phương pháp xử lý sơ bộ bề mặt bên trong đường ống, có thể sử dụng phương pháp này với một vài điều chỉnh nhỏ.
4.3 Quy trình làm sạch: Bề mặt được xử lý bằng phương pháp phun cát (phun bi) phải được làm sạch bằng bàn chải, khí nén hoặc máy hút bụi. Việc làm sạch nhằm loại bỏ rỉ sét và các hạt mài mòn mịn rơi ra từ bề mặt trong các chỗ lõm của “đỉnh và thung lũng” của các đường vân neo. Đối với ống thép miệng rộng, phương pháp thổi khí thường được áp dụng. Có hai phương pháp: một là sử dụng máy hút bụi có lưu lượng lớn để hút bụi và các hạt bi thép trong quá trình loại bỏ rỉ sét khi phun bi. Trước khi bụi nhỏ còn lại được phun vào bên trong, hãy bật nguồn khí của súng phun, và súng phun sẽ bắt đầu thổi khí vào bề mặt bên trong của ống thép. Súng phun thổi từ đầu này đến đầu kia của ống thép, và bụi được hút sạch bởi máy hút bụi ở đầu kia. Phương pháp khác là sử dụng thiết bị đổ bi để nâng ống thép lên một góc nhất định, sao cho các hạt bi thép trượt xuống thiết bị thu hồi, sau đó thổi khí vào thành bên trong của ống thép, và sử dụng máy hút bụi để hút sạch bụi nhỏ. Nếu là bề mặt được xử lý ướt, cần phải rửa sạch bằng nước sạch có pha đủ chất ức chế ăn mòn, hoặc rửa sạch bằng nước sạch trước rồi mới tiến hành xử lý thụ động. Nếu cần, nên dùng bàn chải để xử lý thêm nhằm loại bỏ hết cặn bẩn.
5. Kiểm soát chất lượng: Có hai khía cạnh chính trong kiểm soát chất lượng xử lý bề mặt bên trong của ống thép, đó là độ sạch và độ nhám.
5.1 Độ sạch: Theo yêu cầu của tiêu chuẩn ISO 8501-1 và GB 8923, bề mặt bên trong của ống thép có lớp phủ giảm ma sát phải đạt mức Sa2.5 sau khi xử lý. Mức này được định nghĩa như sau: bề mặt thép phải không có dầu mỡ, bụi bẩn, cặn bám, gỉ sét, sơn và các chất bám dính khác có thể nhìn thấy bằng mắt thường, và bất kỳ dấu vết còn lại nào cũng chỉ là những đốm hoặc vệt nhỏ. Yêu cầu về độ sạch này có thể được kiểm tra bằng mắt thường. Ngoài ra, tiêu chuẩn ISO 8502 cũng cung cấp phương pháp để phát hiện độ sạch bề mặt.
Tiêu chuẩn ISO8502-1 cung cấp phương pháp phát hiện các muối sắt hòa tan còn sót lại trên bề mặt thép đã qua xử lý bề mặt. Phương pháp chính là làm sạch bề mặt thép bằng nước, hòa tan muối sắt trong nước, sau đó sử dụng 2,2-bipyridine làm chất chỉ thị để đo lượng dung dịch làm sạch thu được bằng phương pháp đo màu. Chỉ số tham khảo là khi hàm lượng ion sắt trên bề mặt thép nhỏ hơn 15mg/m2, có thể coi là không có tác động đáng kể đến lớp phủ.
Tiêu chuẩn ISO 8502-2 cung cấp phương pháp thử nghiệm trong phòng thí nghiệm để xác định hàm lượng oxit hòa tan trong nước trên bề mặt ống thép. Phương pháp này có thể được sử dụng cho bề mặt ống thép trước và sau khi xử lý bề mặt. Phương pháp quy định rằng một vùng nhất định trên bề mặt thép trước tiên được làm sạch bằng một lượng nước xác định, nước làm sạch được thu thập, sau đó hàm lượng clorua trong dung dịch làm sạch thu được được phân tích và xác định bằng phương pháp chuẩn độ nitrat thủy ngân với chất chỉ thị diphenylcarbazone-bromophenol blue. Trong quá trình chuẩn độ, các ion thủy ngân phản ứng với các ion oxy tự do để tạo ra HgCl2. Sau khi các ion clorua được tiêu thụ, các ion thủy ngân dư thừa sẽ xuất hiện màu tím trong hỗn hợp chất chỉ thị, cho thấy quá trình chuẩn độ đã kết thúc. Về thử nghiệm này, Q/SY XQ11 đề cập đến chất chỉ thị 20mg/m2 của các tiêu chuẩn nước ngoài có liên quan. Tuy nhiên, chất chỉ thị này đề cập đến việc ống thép có cần được rửa sạch bề mặt trước khi xử lý bề mặt hay không. Theo yêu cầu của tiêu chuẩn ISO, cần phải kiểm tra lại sau khi làm sạch. Bảng 5-5 là chỉ số yêu cầu của các tiêu chuẩn nước ngoài về hàm lượng muối trên bề mặt ống thép.
Tiêu chuẩn ISO 8502-3 là tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm bụi trên bề mặt thép cần sơn. Tiêu chuẩn này chia mức độ ô nhiễm bụi trên bề mặt thép thành năm cấp độ, được xác định bằng biểu đồ chuẩn; phương pháp kiểm tra là dán băng keo nhạy áp lên bề mặt thép cần kiểm tra, sau đó so sánh băng keo dính bụi với biểu đồ chuẩn để xác định mức độ ô nhiễm bụi trên bề mặt thép. Tiêu chuẩn ISO 8502-4 là phương pháp đánh giá khả năng ngưng tụ trên bề mặt thép trước khi sơn. Phương pháp này đo điểm sương trong điều kiện môi trường tương ứng bằng cách đo nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí xung quanh, sau đó đo nhiệt độ bề mặt thép và đánh giá khả năng ngưng tụ bề mặt dựa trên sự khác biệt giữa điểm sương và điểm sương. Đối với sơn gốc dung môi, nhiệt độ bề mặt của ống thép cần sơn phải cao hơn nhiệt độ điểm sương môi trường hơn 3°C.
Ngoài ra, Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế ISO/TC35/SCl2 cũng đã xây dựng các tiêu chuẩn phương pháp kiểm tra độ sạch bề mặt có liên quan khác, bên cạnh các tiêu chuẩn ISO 8502-5, ISO 8502-6 và ISO 8502-7 đã đề cập ở trên, bao gồm: ISO 8502-8 Phân tích tạp chất hòa tan trên bề mặt cần sơn – phương pháp phân tích sunfat tại chỗ; ISO 8502-9 Phân tích tạp chất hòa tan trên bề mặt cần sơn – phương pháp phân tích muối sắt tại chỗ; ISO 8502-10 Phân tích tạp chất hòa tan trên bề mặt cần sơn – phương pháp phân tích dầu mỡ tại chỗ; ISO 8502-11 Phân tích tạp chất hòa tan trên bề mặt cần sơn – phương pháp phân tích độ ẩm tại chỗ.
Độ nhám: Tiêu chuẩn GB 13288 được biên soạn dựa trên tiêu chuẩn ISO có các quy định tương ứng về đánh giá độ nhám sau khi xử lý bề mặt. Các bước thực hiện như sau: loại bỏ bụi và mảnh vụn trên bề mặt, chọn mẫu so sánh độ nhám phù hợp (“mẫu G” và mẫu “S”) theo chất mài mòn, và đặt mẫu gần một điểm đo nhất định trên bề mặt thép cần kiểm tra để so sánh trực quan. Độ nhám được chỉ ra bởi mẫu gần nhất với bề mặt thép là cấp độ đánh giá. Nếu sử dụng kính lúp để đánh giá, cần quan sát đồng thời hình dạng của mẫu và bề mặt thép cần kiểm tra trên kính lúp. Nếu việc đánh giá trực quan khó khăn, có thể dùng móng tay cái hoặc ngón tay cái và ngón trỏ để giữ bút stylus bằng gỗ và di chuyển trên các phần khác nhau của bề mặt cần kiểm tra, và độ nhám được chỉ ra bởi điểm tiếp xúc gần nhất là kết quả đánh giá. Mẫu so sánh tham chiếu độ nhám bề mặt là một tấm phẳng được chia thành bốn phần, mỗi phần có độ nhám bề mặt tham chiếu được chỉ định. Giá trị tham chiếu độ nhám của mẫu so sánh độ nhám bề mặt phải tuân thủ các quy định trong Bảng 5-6, và độ sạch bề mặt trực quan của nó không được thấp hơn Sa2.5. Mẫu phản ánh đặc tính độ nhám bề mặt thu được bằng cách phun cát mài góc cạnh (GRIT) được gọi là mẫu “G”; mẫu phản ánh đặc tính độ nhám bề mặt thu được bằng cách phun bi mài (SHOT) được gọi là mẫu “S”. Có nhiều phương pháp kiểm tra độ nhám bề mặt. Phương pháp so sánh độ nhám cũng được sử dụng phổ biến trong sản xuất. Máy so sánh độ nhám Keane-tator là một dụng cụ thường được sử dụng. Nó bao gồm một khuôn mẫu chuẩn với năm phần hội tụ lại với nhau. Năm phần được phân bố theo hình ngôi sao năm cánh, và có một lỗ ở giữa ngôi sao năm cánh. Mỗi phần đại diện cho một khuôn mẫu độ nhám chuẩn. Khi sử dụng, đặt khuôn mẫu lên bề mặt cần kiểm tra, và sử dụng kính lúp đặc biệt đặt phía trên lỗ ở giữa để so sánh bề mặt cần kiểm tra với phần chuẩn nhằm xác định giá trị độ nhám bề mặt. Phương pháp này đơn giản và dễ sử dụng, không yêu cầu dụng cụ phức tạp và kết quả thử nghiệm đáng tin cậy. Phương pháp giấy nhám là một phương pháp thử nghiệm phổ biến khác. Nó sử dụng một loại băng nhám đặc biệt. Khi sử dụng, bóc lớp giấy lót, đặt mặt có lớp latex của băng nhám lên bề mặt thép và chà xát mặt sau của băng nhám bằng một dụng cụ nhẵn hoặc dụng cụ cùn khác theo hình tròn cho đến khi bề mặt trở nên xám đồng nhất. Gỡ băng nhám ra và sử dụng thước đo micromet lò xo để đo độ dày của lớp nhám. Để có được chiều cao nhám trên màng, trừ đi 50,8μm từ số đo của thước đo micromet để bù trừ độ dày của lớp đệm màng. Cần hiệu chuẩn dụng cụ trong quá trình đo. Phương pháp này có thể được tìm thấy trong tiêu chuẩn ASTM D 4417 Phương pháp C. Phương pháp này đơn giản và dễ sử dụng, và dấu vết nhám có thể được lưu giữ vĩnh viễn như một tài liệu lưu trữ trong quá trình sản xuất.
Thời gian đăng: 17-12-2024