Nghiên cứu cơ chế làm sạch bằng tia nước áp suất cao hoàng minh thuận
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.73 MB, 91 trang )
HOÀNG MINH THUẬN
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
HỒNG MINH THUẬN
CƠNG NGHỆ
CHẾ TẠO MÁY
NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ LÀM SẠCH
BẰNG TIA NƯỚC ÁP SUẤT CAO
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
2011A
Hà Nội – Năm 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------HOÀNG MINH THUẬN
NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ LÀM SẠCH BẰNG TIA NƯỚC ÁP SUẤT CAO
Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
1. TS. TRẦN ANH QUÂN
2. TS. NGUYỄN TRỌNG HIẾU
Hà Nội – Năm 2013
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực
và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ tài liệu nào khác. Trừ phần
tham khảo đã được nêu rõ trong Luận văn.
Tác giả
Hoàng Minh Thuận
1
LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Trần Anh Quân, TS. Nguyễn Trọng Hiếu,
người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm
đến q trình viết và hồn chỉnh Luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo và Viện Đào tạo Sau đại học,
Viện Cơ khí trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả
hoàn thành bản Luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, Khoa Cơ khí Trường Đại học Sư
phạm kỹ thuật Hưng Yên đã giúp đỡ tác giả trong công tác của trường.
Do những hạn chế về kiến thức và tài liệu nghiên cứu nên luận văn không thể
tránh khỏi những thiếu xót. Kính mong các thầy, các đồng nghiệp và bạn đọc đóng
góp ý kiến để luận văn được hoàn thiện hơn.
Hà Nội, ngày 24 tháng 06 năm 2013
Tác giả
Hoàng Minh Thuận
2
MỤC LỤC
Trang
Trang bìa
Lời cam đoan
1
Lời cảm ơn
2
Mục lục
3
Danh mục các bảng biểu
7
Danh mục các hình vẽ và đồ thị
9
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
13
MỞ ĐẦU
15
Tính cấp thiết của đề tài
15
Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài
15
Mục tiêu của đề tài
15
Phương pháp nghiên cứu
16
Nội dung nghiên cứu
16
CHƯƠNG 1: LÀM SẠCH CÔNG NGHIỆP VÀ ỨNG DỤNG
17
TNASC
1.1. Làm sạch trong công nghiệp
17
1.1.1. Khái niệm làm sạch
17
1.1.1.1. Chất bẩn nhìn thấy được
17
1.1.1.2. Chất bẩn khơng nhìn thấy được
19
1.1.2. Cơ chế bám dính
22
1.2. Cơng nghệ TNASC trong làm sạch công nghiệp
22
1.2.1. Sự phát triển của công nghệ TNASC trong làm sạch công
22
nghiệp
1.2.2. Phân loại công nghệ TNASC
23
1.3. Kiến thức về các yếu tố công nghệ của TNASC
23
1.3.1. Áp suất
23
1.3.2. Tốc độ dịch chuyển
24
1.3.3. Kiểu đầu phun
24
1.3.4. Đường kính đầu phun
25
3
1.3.5. Các biến thể của tia
25
1.3.6. Khoảng cách phun
25
1.3.7. Góc tác động
26
1.3.8. Chất tẩy rửa
26
1.3.9. Hiệu quả kinh tế
27
1.3.10.Các nhân tố khác
27
1.4. Thiết bị tạo TNASC
27
1.4.1. Cấu tạo chung và bố trí thiết bị
28
1.4.2. Các bộ phận chính cấu thành thiết bị
28
1.4.2.1. Máy chính
28
1.4.2.2. Đường ống, nối ống (dẫn truyền nước áp suất cao)
35
1.4.2.3. Dụng cụ, đầu phun làm sạch
35
1.4.2.4. Chi tiết làm kín
35
Kết luận chương 1
36
CHƯƠNG 2: CƠ CHẾ LÀM SẠCH BẰNG TNASC THUẦN
37
TÚY
2.1. Cơ sở kỹ thuật của tia chất lỏng
37
2.1.1. Cấu trúc bề mặt
38
2.1.1.1. Vật liệu nền
38
2.1.1.2. Vùng kết dính giữa vật liệu nền và lớp phủ bề mặt
39
2.1.1.3. Tính chất của lớp phủ bề mặt
40
2.1.2. Động lực học TNASC
44
2.1.2.1. Áp lực của luồng tia lên bề mặt rắn
44
2.1.2.2. Phân tích đặc trưng động lực học tia nước tác động lên bề
45
mặt
2.1.3. Các thông số đặt tải
48
2.1.4. Kết quả của việc phun tia
51
2.2. Cơ chế làm sạch bằng tia nước
52
2.2.1. Cơ chế làm sạch bằng TNASC
52
2.2.2. Tiến trình phá hủy vật liệu
57
4
Kết luận chương 2
59
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM BẰNG TNASC
60
3.1. Phương pháp nghiên cứu và đánh giá
60
3.2. Thí nghiệm
60
3.2.1. Bố trí thí nghiệm
60
3.2.2. Các thành phần chính
61
3.2.2.1. Thiết bị tạo TNASC: RS724D/2500
61
3.2.2.2. Thùng chứa
63
3.2.2.3. Gá mẫu
63
3.2.2.4. Gá súng
64
3.2.2.5. Máy cắt tôn CNC CP-2580
64
3.2.2.6. Bể nước
65
3.2.2.7. Đầu làm sạch
65
3.3. Chuẩn bị mẫu
66
3.4. Thí nghiệm ảnh hưởng riêng của từng thơng số công nghệ đến
67
hiệu quả làm sạch bằng TNASC
3.4.1. Ảnh hưởng của áp suất
67
3.4.2. Ảnh hưởng của khoảng cách phun
67
3.4.3. Ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển
67
3.5. Biện luận kết quả từ các thí nghiệm ảnh hưởng của từng thơng
số công nghệ đến hiệu quả làm sạch bằng TNASC
68
3.5.1. Mẫu thép phủ Epoxy
68
3.5.1.1. Ảnh hưởng của khoảng cách súng
68
3.5.1.2. Ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển
70
3.5.1.3. Ảnh hưởng của áp suất
71
3.5.2. Mẫu thép phủ cao su
73
3.5.2.1. Ảnh hưởng của khoảng cách súng
73
3.5.2.2. Ảnh hưởng của thời gian tác động
76
3.5.2.3. Ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển
77
3.5.2.4. Ảnh hưởng của số lượt chạy
79
3.5.2.5. Ảnh hưởng của áp suất
80
Kết luận chương 3
82
5
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
83
Kết luận
83
Kiến nghị
84
TÀI LIỆU THAM KHẢO
85
6
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
TT
Bảng số Nội dung
Trang
1
1.1
Khái quát các phương pháp sử lý và làm sạch bề mặt
21
2
3.1
Thông số máy chính
63
3
3.2
Thơng số đầu quay
65
4
3.3
Thay đổi khoảng cách súng và diện tích làm sạch của
thép phủ Epoxy (đầu đơn tại chỗ, t=5 sec)
69
Vận tốc dịch chuyển và năng suất làm sạch của thép
5
3.4
phủ Epoxy (đầu quay RWD2500/10; v=2 m/s)
70
Năng suất làm sạch [m2/h] ở áp suất và khoảng cách
6
3.5
khác nhau của thép phủ Epoxy (Đầu quay RWD
72
2500/10; v=2 m/p)
Diện tích làm sạch vào sự thay đổi khoảng các phun
7
3.6
và thời gian tác động của thép phủ cao su (đầu đơn
73
D0,8 mm, tại chỗ)
Khoảng cách phun - Năng suất làm sạch của thép phủ
8
3.7
cao su (đầu quay RWD2500/10, p=1000 bar, v=0,4
75
m/p)
Khoảng cách phun - năng suất làm sạch của thép phủ
9
3.8
cao su (đầu đơn D0,8mm, p=1000 bar, v=2 m/p)
75
Ảnh hưởng của thời gian tác động ở các H khác nhau
10
3.9
với năng suất làm sạch của thép phủ cao su
78
(đầu đơn D0,8mm, tại chỗ)
11
3.10
Năng suất làm sạch ở các P và v khác nhau của thép
7
79
phủ cao su (đầu quay RWD 2500/10; H=50mm)
Năng suất làm sạch ở các P và số lượt chạy khác
12
3.11
nhau của thép phủ cao su (đầu quay RWD 2500/10;
H=20 mm)
8
79
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
TT
Hình số
Nội dung
1
1.1
Sơ đồ bố trí thiết bị tạo TNASC
28
2
1.2
Sơ đồ cấu tạo hệ thống thủy lực
29
3
1.3
Kết cấu bơm piston bội 3
29
4
1.4
Kết cấu cụm công suất
30
5
1.5
Kết cấu cụm chất lỏng
29
6
1.6
7
1.7
Kết cấu hộp làm kín
32
8
1.8
Van kép
32
9
1.9
Van đóng ngắt an tồn
33
10
1.10
Van đóng mở
34
11
1.11
Kết cấu phần tử nối dạng “thấu kính”
34
12
1.12
Một số loại đầu phun
35
13
2.1
14
2.2
Sự thay đổi lưu lượng trong chu trình đơn của
bơm
Các yếu tố ảnh hưởng đến ứng dụng của tia chất
lỏng có vận tốc cao
Biểu diễn cấu trúc của bề mặt chi tiết cần làm sạch
9
Trang
31
38
38
15
2.3
Phân chia lực bám dính
40
16
2.4
Phân loại lớp phủ
40
17
2.5
Bề mặt thép phủ epoxy dưới tác dụng của tia
42
18
2.6
Bề mặt thép phủ cao su dưới tác dụng của tia
43
19
2.7
Bề mặt thép phủ nhựa đường dưới tác dụng của tia
43
20
2.8
Tác động tia nước lên thành chắn
44
21
2.9
22
2.10
23
2.11
24
2.12
Kiểu tác động
49
25
2.13
Giọt chất lỏng tác động lên bề mặt
51
26
2.14
Biểu diễn lực va đập theo tuần tự tia tới
52
27
2.15
Ngun lí làm sạch bằng tia nước
54
28
2.16
Q trình bóc tách lớp phủ
55
29
2.17
Biểu diễn các giai đoạn nổ của bọt xâm thực
57
30
2.18
Mẫu hình chịu tải
57
31
3.1a
32
3.1b
Sự hình thành tia chất lỏng tốc độ cao trong khơng
khí
Sơ đồ cấu trúc một tia chất lỏng
Tác động của tia nước ở các khoảng cách phun
khác nhau
Bố trí thí nghiệm trên máy cắt tơn 2D CP 2850IMI điều khiển CNC (hình chiếu đứng)
Bố trí thí nghiệm trên máy cắt tôn 2D CP 2850
10
46
46
48
60
61
IMI điều khiển CNC (hình chiếu bằng)
Cấu tạo thiết bị TNASC RS724D/2500 của hãng
33
3.2
34
URASA
62
3.3
Bộ gá mẫu
63
35
3.4
Gá súng phun
64
36
3.5
Đầu đơn làm sạch
65
37
3.6
Hình cắt đầu quay RWD 2500/6/10
66
38
3.7
Ảnh chụp các mẫu thí nghiệm
67
39
3.8
Sơ đồ các thông số ảnh hưởng của TNASC
68
Đồ thị quan hệ khoảng cách súng - Diện tích làm
40
3.9
sạch của thép phủ Epoxy
69
Đồ thị quan hệ Năng suất làm sạch – Khoảng cách
41
3.10
súng của thép phủ Epoxy (đầu quay RWD
70
2500/10; v=2m/ph)
Đồ thị vận tốc dịch chuyển và năng suất làm sạch
42
3.11
của thép phủ Epoxy (đầu quay RWD 2500/10;
71
v=2m/ph)
Đồ thị quan hệ Năng suất làm sạch – Áp suất của
43
3.12
thép phủ Epoxy (đầu quay RWD 2500/10;
72
v=2m/ph)
Đồ thị ảnh hưởng của khoảng cách súng với thời
44
3.13
gian tác động khác nhau của thép phủ cao su (đầu
73
đơn D0,8mm, tại chỗ)
Đồ thị quan hệ năng suất làm sạch-khoảng cách
45
3.14
súng của thép phủ cao su (Đầu quay RWD
2500/10, p=1000 bar, v=0,4 m/ph)
11
75
Đồ thị quan hệ năng suất làm sạch – khoảng cách
súng của thép phủ cao su (đầu đơn D0,8mm,
46
3.15
p=1000 bar, v=2m/ph)
76
Đồ thị ảnh hưởng của thời gian tác động ở các H
47
3.16
khác nhau của thép phủ cao su (đầu đơn D0,8mm,
77
tại chỗ)
Đồ thị năng suất làm sạch-vận tốc dịch chuyển ở
48
3.17
các p khác nhau của thép phủ cao su (đầu quay
78
RWD 2500/10, H=50 mm)
Đồ thị năng suất làm sạch-Vận tốc dịch chuyển
của thép phủ cao su
49
3.18
(đầu đơn D0,8mm; p=1000 bar; H 1 =20 bước
79
2mm, H 2 =70 bước 2mm, H 3 =70 bước 3mm)
Đồ thị quan hệ năng suất làm sạch-số lượt chạy ở
các khác nhau của thép phủ cao su
50
3.19
(RWD2500/10; H=20mm; p 1 =1000bar,
80
p 2 =1500bar, p 3 =1750bar, p 4 =2000bar)
Đồ thị quan hệ năng suất làm sạch-áp suất của
51
3.20
thép phủ cao su (đầu quay RWD 2500/10;
H=20mm;n1=1 lượt, n2=2lượt, n3=3lượt)
12
80
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU
Ý nghĩa
Đơn vị
Tia nước áp suất cao
-
B
Chiều rộng vết bóc tách
mm
C
Hệ só thực nghiệm độ mở rộng của tia nước
-
f
Áp suất tác động
Bar
H
Khoảng cách phun
mm
k
Hệ số hệ thống tạo TNASC
mm
.
Tỷ lệ lưu lượng khối lượng giọt ở điểm bất kỳ trong g/mm2.s
Ký hiệu
viết tắt
TNASC
m
tia
m0
Tỷ lệ lưu lượng khối lượng giọt ở miệng ra đầu phun
g/mm2.s
P
Áp suất bơm
g/mm2.s
Q
Năng suât làm schj theo khối lượng
Kg/h
Qm
Năng suất làm sạch theo diện tích
m2/h
Q0
Lưu lượng qua mặt cắt 0-0
l/h
Q1
Lưu lượng qua mặt cắt 1-1
l/h
Q2
Lưu lượng qua mặt cắt 2-2
l/h
r
Khoảng cách điểm khảo sát tính từ đường tâm tia
mm
r0
Bán kính đầu phun
mm
R
Bán kính tia, theo mặt cắt ngang tia
mm
S
Sứa bền vật liệu/ sức bền bán dính
kN/mm2
Sa
Sức bền bán dính giữa lớp phủ - nền
kN/mm2
sc
Sưc bền lớp phủ
kN/mm2
t
Thời gian tác động
s
U0
Tốc độ tia ở miệng ra đầu phun
m/s
V
Tốc độ dịch chuyển súng phun
m/s
.
13
v0
Lưu tốc tia qua mặt cắt 0-0
m/s
v1
Lưu tốc tia qua mặt cắt 1-1
m/s
V2
Lưu tốc tia qua mặt cắt 2-2
m/s
X
Khoảng cách theo trục x
mm
XC
Khoảng cách tới hại
mm
Xm
Khoảng cách tối ưu
mm
ρw
Tỷ trọng nước
kg/m3
ρc
Tỷ trọng vật liệu lớp phủ
kg/m3
α
Góc tới
0
β
Khối lượng bóc tách lớp phủ bởi mỗi giọt
g/giọt
θ1
Góc luồng nhánh thứ nhất hợp với trục x
0
θ2
Góc luồng nhánh thứ hai hợp với trục x
0(độ)
ξ
Thông số không thứ nguyên xác định bởi r/R
-
η
Khối lượng mất mát lớp phủ trên 1 đơn vị diện tích
g/mm2
δ
Đường kính giọt
mm
ψ
Tốc độ âm thanh trong mơi trường nước
m/s
(độ)
14
(độ)
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Bóc tách chất bẩn hay lớp phủ khỏi bề mặt hoặc chi tiết, thiết bị có vai trị quan
trọng trong nhiều nghành cơng nghiệp. Tuy nhiên, các phương pháp làm sạch
truyền thống (phun hạt rắn, tẩy hóa, …) có nhiều hạn chế như: Năng suất thấp, tiêu
tốn nhân lực, có thể biến dạng bề mặt làm sạch và sử dụng hóa chất độc hại. Do đó
phát triển các cơng nghệ làm sạch là thách thức với đội ngũ nghiên cứu.
Làm sạch bằng tia nước áp suất cao là phương pháp làm sạch than thiện với mơi
trường và có hiệu quả cao về kinh tế và kỹ thuật do: Làm sạch bằng TNASC thì bề
mặt nền không bị ảnh hưởng, thời gian phục vụ giữa hai chu kỳ làm sạch cao hơn
50% [9] loại trừ dung mơi trong tẩy hóa hay loại trừ việc sử dụng cát, xỉ đồng trong
phun trong hạt rắn. Do đó cần phải hiểu rõ về cơ chế làm sạch của TNASC để có
thể áp dụng vào trong làm sạch cơng nghiêp.
Đề tài “Nghiên cứu cơ chế làm sạch bằng tia nước áp suất cao” được lựa chọn
nghiên cứu để có được kiến thức tổng quát về cơ chế làm sạch bằng TNASC và một
số thơng số ảnh hưởng chính tới cơng nghệ làm sạch, nhằm ứng dụng nó tốt hơn
vào trong công nghiệp làm sạch thỏa mãn các yêu cầu: Dễ tối ưu, thích ứng với điều
kiện sản xuất cơng nghiệp.
Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài:
• Cơ sở khoa học: Đúc rút, hệ thống hóa cơ chế bóc tách vật liệu bằng TNASC.
• Tính thực tiễn: Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc đánh giá các thông số
công nghệ ảnh hưởng tới năng suất làm sạch và tìm ra khoảng tối ưu của từng thông
số cho vật thép phủ cao su và thép phủ Epoxy. Sử dụng kết quả này vào thực tế sản
xuất để tăng năng suất lao động.
Mục tiêu của đề tài:
Tìm ra các qui luật ảnh hưởng đến việc rửa trơi vật liệu trong q trình làm sạch
bằng TNASC với vật liệu thép phủ cao su và thép phủ Epoxy. Cụ thể là nghiên cứu,
đúc rút và hệ thống hóa cơ chế làm sạch; nghiên cứu ảnh hưởng của từng thông số
như áp suất, khoảng cách phun, loại đầu phun, tốc độ dịch chuyển với năng suất làm
sạch với thép phủ cao su và thép phủ Epoxy.
15
Phương pháp nghiên cứu:
• Về lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết để làm rõ cơ chế bóc tách vật liệu bằng
TNASC.
• Về thực nghiệm:
• Tiến hành thí nghiệm để rút ra kết luận về ảnh hưởng của các thông số công
nghệ (áp suất, khoảng cách phun, tốc độ dịch chuyển, thời gian tác động)
đến khả năng làm sạch thông qua chỉ tiêu năng suất làm sạch tính bằng
diện tích làm sạch hoặc khối lượng bóc tách
• Nêu bật cơ chế làm sạch chung và đối với vật liệu thép phủ epoxy và thép
phủ cao su thông qua đo đạc, quan sát và biện luận.
Nội dung nghiên cứu:
Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, luận văn này có nội dung như sau:
Chương 1: Làm sạch công nghiệp;
Chương 2: Cơ chế làm sạch bằng TNASC thuần ;
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm bằng TNASC.
16
CHƯƠNG 1: LÀM SẠCH CÔNG NGHIỆP VÀ ỨNG DỤNG TNASC
1.1. Làm sạch trong công nghiệp
1.1.1. Khái niệm làm sạch
Làm sạch là tách các vật liệu không mong muốn khỏi bề mặt nó bám dính. Vật
liệu khơng mong muốn được gọi chung là “chất bẩn”.
1.1.1.1. Chất bẩn nhìn thấy được:
• Bẩn bám: là những vật thể ngoại lai nhìn thấy bằng mắt thường, không thuộc
kim loại nền, gồm rác, bụi, bột bẩn, keo, bê tơng, vữa, thuốc nhuộm, thạch cao,
nhựa…
• Dầu mỡ: Sự lưu lại dầu, mỡ trên mặt thép sau khi chế tạo hoặc vận hành sẽ
làm giảm khả năng liên kết các lớp phủ tiếp theo. Các chất này phải được làm sạch
bằng một phương pháp khác trước khi áp dụng bất cứ một phương pháp chuẩn bị bề
mặt nào, vì tác động của quá trình thức hiện chuẩn bị bề mặt nào sẽ làm chúng lan
rộng hơn.
• Vảy cán: Thép xây dụng thường được chế tạo bằng phương pháp cán nóng ở
nhiệt độ 11500 – 12500. Các loại thép cán đều được bao phủ bởi một lớp mỏng ơ xít
sắt gọi là vảy cán. Vẩy cán có kết cấu dát mỏng, có độ bám dính ban đầu tốt nhưng
là một màng giịn, hay bị gãy. Thơng qua các vị trí gãy, gỉ dễ tạo thành, “gặm”
chân, khiến vảy cán dễ bị bong. Sự có mặt của vảy cán làm cho thép có độ giãn
nhiệt khác nhau. Hơn nữa vảy cán đóng vai trị cực âm đối với nền thép cơ bản, là
nguyên nhân gây ra sự ăn mòn thép.
• Gỉ: là sản phẩm của thép tác dụng với ôxy và nước. Phản ứng tạo gỉ thường
xảy ra như sau:
4 Fe + 2 H 2O + 3H 2 = 2 Fe2O3 .H 2O
Có gốc chính là ơxít ngậm nước, nhưng gỉ còn chứa một số thành phần khác, các
thành phần này phụ thuộc vào điều kiện nó được hình thành. Nhiều phân tích của
[10] chỉ ra rằng gỉ hình thành trong khơng khí chứa 5% các hợp chất khác ngồi
Fe2O3 .H 2O .Các hợp chất này hình thành một phần chuyển hóa từ sắt, một phần từ
các nguyên tố khác (như đồng, silic, mangan trong sắt) và một phần từ các nhiễm
17
thể chủ yếu là Sulpate và Cloride. Nhiễm thể khác như muối Amonium nói chung
cũng hiện diện trong gỉ.
Gỉ là chỉ tiêu làm sạch duy nhất được định nghĩa cụ thể và được phân loại theo
tiêu chuẩn ISO 8501-1
• A: Bề mặt kim loại chủ yếu bao phủ bởi lớp vảy cán bám chặt, có gỉ khơng
đáng kể.
• B: Bề mặt bắt đầu có hiện tượng ơxy hóa, xuất phát từ đó lớp vảy cám bị gặm
chân trở nên bám lỏng.
• C: Bề mặt kim loại, trên đó lớp vảy cán bị gỉ và từ đó có mảnh bong hoặc
mảnh vỡ vụn. Mắt thường có thể nhìn thấy rỗ ăn mịn nhẹ trên bề mặt thép.
• D: Lớp vảy cán trên bề mặt kim loại bị gỉ nhiều, nhìn chung rỗ ăn mịn bề mặt
có thể nhìn rõ bằng mắt thường.
Như phân tích, ngồi giúp tiến trình ăn mịn nhanh hơn, gỉ còn bám lỏng và dễ
tách khỏi bề mặt kim loại. Trong mọi trường hợp, gỉ là chỉ tiêu cần làm sạch của
một bề mặt kim loại.
Các lớp phủ cũ(sơn): Tất cả các lớp sơn, khơng có ngoại lệ, đều cho phép phần
nào nước và ôxy xuyên qua màng bao phủ. Lượng thẩm thấu phụ thuộc và chiều
dày, đọ rỗng khí tự nhiên và tính nguyên vẹn của lớp sơn quét. Về lý thuyết, màng
sơn bảo vệ bề mặt kim loại khơng phải vì nó ngăn chặn hồn tồn được sự xâm
nhập của nước và ô xy tới bề mặt kim loại mà vì nó tạo trở kháng đường đi cao hơn,
ngăn chặn chuyển động của các ion trong cơ chế động lực ăn mịn.
Như vậy, nếu nước khơng đến được vị trí tiếp xúc giữa màng và bề mặt thép(nếu
như màng sơn bám chặt) thì sẽ khơng coa tác dụng ăn mịn đáng kể. Điều này vơ
cùng có ý nghĩa. Do vậy độ bám cao là thông số đóng vai trị quyết định trong bảo
vệ bề mặt kim loại bằng lớp sơn. Tăng cường độ bám chỉ có thể thực hiện được
thông qua một bề mặt được chuẩn bị tốt.
Khi lớp sơn đã cũ, cùng tác động của mơi trường, va chạm, gãy hỏng, các cơ chế
ăn mịn sẽ xuất hiện. Chúng gặm chân và giảm dần độ bám, lớp màng sơn cũ tạo
điều kiện thuận lợi cho ăn mịn, thậm chí cịn nhanh hơn khi có nó. Vì vậy, lớp sơn
18
cũ là một chỉ tiêu làm sạch mà khi xem xét cá phương pháp chuẩn bị bề mặt cần
phải tính đến.
1.1.1.2. Chất bẩn khơng nhìn thấy được
Chất bẩn hịa tan trong nước: Như muối Sulphat, sắt(FeSO 4 ), Clorire. Thành
phần chính của gỉ là ơ xít sắt, bản thân nó không phải vấn đề trong việc sơn
phủ.Trong thực tế, ô xít sắt cịn được làm chất tạo màu trong sơn. Những hợp chất
được tạo nên từ phản ứng giữa sắt và thể nhiễm bẩn như: Sulphur dioxide mà người
ta còn gọi là “muối sắt” hoặc “muối gỉ” mới là các thành phần gây ra nhiều vấn đề
nhất.
Sulphur dioxide(SO 2 ) có mặt trong khơng khí bị ơ nhiễm(mơi trường cơng
nghiệp đặc trưng). Mặc dù SO 2 có thể hịa tan trong khơng khí ẩm, nhưng khơng tác
động trực tiếp lên bề mặt thép mà tác dụng với ơxít sắt tạo ra ferous sulphate(FeSO 4
– cịn có tên là “muối ăn mịn”). Muối này có khả năng gây gỉ do tham gia vào các
phản ứng hóa học tạo các muối màu trắng, màu xám hoặc khơng màu. Chúng rất
khó, nếu khơng nói là khơng thể tẩy sạch với các dụng cụ cạo hoặc chải, thậm chí
kể cả phun cát.ferous sulphate cịn dẫn tới những phản ứng hóa học phức tạp khác
liên quan đến việc tái tạo axid sulphuric mà từ đó nó được sinh ra và đến lượt axid
sulphuric lại tiếp tục gây gỉ. Khi lượng gỉ dày lên đáng kể so với nền thép mà từ đó
nó phát sinh, màng sơn quét trên bề mặt sẽ bị nổi rộp, phá gãy, nứt, hoặc bong ra.
Gỉ có đặc tính hút ẩm mạnh, do đó nó trở thành “bẫy” ẩm gây gỉ lan trên bề mặt kim
loại nền phía dưới màng sơn. [16] đã thí nghiệm và chỉ ra mối quan hệ tuyến tính
giữa tốc độ ăn mịn và sulphur dioxide trong khơng khí. Loại muối này là đối tượng
nghiên cứu rất có ý nghĩa vì sự hiện diện của chúng trong gỉ là nguyên nhân chính
phá hỏng màng sơn bảo vệ.
Ở các vùng gần bờ biển, so với sulphate, cloride dường như gây vấn đề trầm
trọng hơn. Các phản ứng sinh ra do sulphate và cloride không hẳn giống nhau.
Cloride là loại hút ẩm.Các nghiên cứu trong phịng thí nghiệm của [17] chỉ ra rằng
với sulphate, gỉ có thể được tạo thành tại độ ẩm tương đối đén 70%.Cịn sự có mặt
19
của cloride có thể tạo gỉ thép tại độ ẩm tương đối <40%.Vậy cloride có tác hại tức
thời lớn hơn sunphate.
Hiện tại chưa có tiêu chuẩn chỉ dẫn số lượng muối hòa tan cho phép lưu lại trên
bề mặt kim loại. Một báo cáo kỹ thuật JIN theo [2] cho rằng mật độ các muối hòa
tan trên bề mặt kim loi:
ã <10àg/cm2: Mc khụng cú tỏc hi
ã 10ữ50àg/cm2: Tựy theo từng trường hợp, quyết định mức độ hại hay khơng.
• 50µg/cm2, mức nguy hiểm
Chất bẩn khơng hịa tan: Chúng có mặt trong các nghành cơng nghiệp, ví dụ:
Trong cơng nghiệp dầu khí; xử lý nước thải; luyện, cán thép..đó là các loại sulphide,
các hợp chất khơng hịa tan và tạo cathode đối với thép. Trong công nghiệp làm
giấy, công nghiệp thực phẩm, chất nhiễm bẩn khơng hịa tan là các acid béo. Chúng
tác dụng với thép tạo thành xà phòng khơng tan và rất khó tẩy sạch. Khi bao phủ bề
mặt kim loại, chúng gây lên sự mất bám dính, nhiễm bẩn vào lớp phủ bên ngoài bề
mặt kim loại. Để làm sạch chúng dung các phương pháp như: Nung nóng, ủ, đốt,
phun tia lửa cũng như phương pháp tạo xốy, làm lạnh đột ngột [11], [12]
Q trình làm sạch trong nhóm các phương pháp hóa học là hịa tan hoặc tẩy
rửa.
Một phân nhóm của nó là phương pháp điện hóa. Thơng qua tác động của các
dịng điện có thể sẽ tách được kim loại và làm lộ ra bề mặt. Đại diện cho phương
pháp làm sạch bằng hóa học là tẩy rửa, đại diện cho phương pháp gia công anơt
cũng như các kiểu khơng có dịng điện bên ngồi [13], [14].
Các “phương pháp cơ khí” dựa trên cơ sở tác động tương hỗ qua lại giữa bề mặt
cần làm sạch với các phương tiện làm sạch cơ khí cứng hoặc lỏng.Lớp phủ bề mặt
sẽ bị xé nhỏ, tách khỏi bề mặt và vận chuyển đi kiểu cơ học. Có thể kể đến cạo,
quét và đánh bằng bàn chải, thổi và hút, gõ, mài, siêu âm và dùng tia.
Nghiên cứu tại chỗ về đối tượng làm sạch sẽ quyết định sự lựa chọn phương
pháp.Thường thì làm sạch chỉ có hiệu quả tối đa thông qua phối hợp các phương
pháp khác nhau.
20
Các phương pháp làm sạch cơng nghiệp có thể phân loại thành các phương
pháp chung và các phương pháp chuyên biệt.
Bảng 1.1: Khái quát các phương pháp sử lý và làm sạch bề mặt
21
1.1.2. Cơ chế bám dính
Bóc tách lớp phủ hoặc vật liệu bẩn bám liên quan đến các tính chất bản thân vật
liệu lớp phủ hoặc vật liệu bẩn bám, vật liệu nền, cũng như sự bám dính giữa lớp phủ
và vật liệu nền.
Lực bám dính được biểu diễn là tổng của ba thành phần tương tác giữa lớp phủ
và việt liệu nền:
• Lực Vandecvan hoặc lực bám dính riêng(các phản ứng phụ): Là lực gây ra bởi
các hiệu ứng phân cực và bởi lực tĩnh điện giữa chất nền và vật liệu lớp phủ. Sự
bám dính có thể có sức bền trung bình.
• Lực phân ly: Lực này được sinh ra do sự phát triển các điện tử tự do kích hoạt
từ bề mặt nền trước phản ứng hóa học tới vật liệu lớp phủ trong quá trình phủ. Sức
bền bám dính xác định là rất cao.
• Bám dính cơ học: Lớp mặt được cố định cơ học trong vành, hốc, nhấp nhô bề
mặt. Bề mặt hiệu dụng càng thô ráp, mức độ bám dính càng cao. Sức bền bám dính
tương đối thấp.
Việc tính tốn hoặc đo đạc lực bám dính rất khó khăn, do đó các thơng số làm
sạch thường đạt được bằng thực nghiệm.
1.2. Công nghệ TNASC trong làm sạch công nghiệp:
1.2.1. Sự phát triển của công nghệ TNASC trong làm sạch công nghiệp:
Lần đầu tiên tia chất lỏng được sử dụng như dụng cụ làm sạch vào năm 1936.
Trước thập kỷ 80, tia nước với áp suất đến 700 bar chủ yếu để tẩy rửa đơn thuần các
chất bẩn nhìn thấy được. Đến năm 1987, làm sạch bằng tia nước áp suất cao chưa
được coi như một phương pháp tiêu chuẩn do việc sử dụng chỉ mang tính chất thăm
dị, nghiên cứu và người ta cũng e ngại tạo ướt sẽ tạo nên một lớp gỉ lan mỏng sau
khi làm sạch, bất lợi cho các loại sơn truyền thống.
Ngày nay, công nghệ tia nước áp suất cao đã được phát triển và sử dụng ở nhiều
lĩnh vực do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, thiết bị áp suất cao và có được sự
quan tâm nghiên cứu cả về lí thuyết lẫn thực nghiệm. Nhờ đó mà công nghệ làm
22
sạch bằng TNASC cũng phát triển mạnh mẽ nhưng những nghiên cứu về nó chỉ là
đan xen và chủ yếu ở góc độ ứng dụng.
1.2.2. Phân loại cơng nghệ TNASC:
Căn cứ và phạm vi áp suất sử dụng, có thể phân chia làm sạch bằng TNASC
theo các nhóm:
• Rửa: Tẩy, rửa bụi bẩn trên bề mạt bằng tia nước áp suất tới 200 bar;
• Làm sạch: Tẩy sạch các nhiễm bẩn bám chắc trên bề mặt, tẩy sạch lớp vảy
cán, các lớp phủ và gỉ bám lỏng với áp suất thực hiện từ 200 bar đến 700 bar;
• Làm sạch cao áp: Làm sạch đơn thuần hoặc chuẩn bị bề mặt để thực hiện các
phương pháp bảo vệ tiếp theo (sơn, phủ..). Có thể làm sạch các tạp chất,
nhiễm bẩn hịa tan và khơng hịa tan, lớp phủ cũ. Áp suất yêu cầu từ 70 bar
đến 1700 bar;
• Làm sạch hoặc cắt bằng tia nước áp suất rất cao (≥1700 bar): Đảm bảo tất cả
các chỉ tiêu làm sạch, có thể khôi phục cấu trúc bề mặt gốc để đảm bảo khả
năng bám cho lớp phủ ở công đoạn tiếp theo.
1.3. Kiến thức về các yếu tố công nghệ của tia nước áp suất cao:
Cho tới nay người ta đã ghi nhận một loạt các khảo sát về làm sạch bằng tia
nước. Sự giải thích mối tương quan giữa các thơng số qt trình và hiệu năng dựa
trên rất nhiều quan sát thực nghiệm. Các thông số cần quan tâm gồm áp suất nước,
tốc độ di chuyển, đường kính đầu phun, cấu trúc tia và khoảng cách phun. Có những
thơng số vận hành chính trong các q trình làm sạch hoặc bóc tách vật liệu bằng tia
nước [3], [5], [6], [7], [8], [17], các nghiên cứu khảo sát được tổng kết và trao đổi từ
1.3.1 đến 1.3.10.
1.3.1. Áp suất
Người ta thấy rằng có tồn tại một áp suất ngưỡng mà dưới áp suất đó sẽ khơng
xảy ra bóc tách vật liệu bất kể lưu lượng nước lớn đến chừng nào và quá trình kéo
dài bao nhiêu lâu [17], [20], [24]. Áp suất nước xác định tốc độ tia và tính chảy rối
mà có thể ảnh hưởng đến làm sạch bằng tia. Khi áp suất nước tăng lên, năng suất
23
