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航空航天領域的濕式噴丸

發布時間:2019-06-20

濕式噴丸Vapormatt公司的销售工程师Phil Dawes说明道,在需要对大量件進行工藝處理(從清潔輪胎到噴丸強化)時,濕式噴丸航空公司評估的關鍵是是濕式噴的通用性。


渦輪葉片的使用壽命可通過噴丸處理延長超過千倍,濕式噴丸工藝使用微小、堅硬的顆粒沖擊葉片表面。同時,在裂縫檢測前,必須清潔飛機輪胎表面汙垢。這只是航空航天領域工業處理許多應用中的兩種。濕式噴丸令人惊讶的是它们可以用同一种技术来完成:濕式噴丸。

濕式噴丸使用的是载液中的固体颗粒悬浮来处理材料表面,载液通常为水。悬浮液与高压气体混合,并通过喷嘴喷射至材料表面。为了达到特定的效果,不同的元素可以灵活变化。加热水和添加清洁剂以及塑性清洗颗粒更有利于清洁;但增加喷嘴压力和添加硬度更高的颗粒(如氧化铝和陶瓷)将为进一步的处理工艺(如粘合)作表面准备,甚至通过噴丸強化表面。

濕式噴丸這意味著這種單一处理可以完成多个工业任务,从通过表面研磨进行温和清洁到噴丸強化。此工艺具有高通用性和稳定的安全性(它不会产生灰尘或静电)并且可提供强化的表面,这正是航空航天业所需要的核心优点。


影響因素


第一次看见时,濕式噴丸看起来像是在用污水喷射表面。但支撑这项强大、灵活的技术需要谨慎选择磨料颗粒、喷嘴压力、水温以及其他因素,从而用于航空航天工业领域的多种应用中:

l?对涡轮和扇叶噴丸強化

l?爲粘合和噴塗作表面准備

l?脫漆-不損壞基體材料

l?除油、除鏽和除垢

l?爲大修和裂紋檢測進行常規清潔。

濕式噴丸磨料顆粒選擇很關鍵。精細顆粒和較大顆粒相比會産生較小的影響。例如,氧化鋁會達到“切割”效果並形成啞光面。矽玻璃丸會形成“抛光”面,而陶瓷、塑料和鋼顆粒的效果也各不相同。一些其他可用介質包括:鋁礬土、玻璃、冰甚至是李子核或核桃殼!

濕式噴丸的液体种类使其具有高通用性:变更弹丸介质可以将清洁处理变为表面处理。但主要优点无疑是它形成的表面具有优良的光洁度:濕式噴丸的润滑效果使得颗粒在材料表面具有流动性,因此可以处理更多复杂形状的工件,处理可使表面更加均匀并且为涂层、涂装或粘合作更好的准备。

其他的優點包括:占用資源少、部件磨損低、固體介質破碎率低、有效過濾和分離磨料顆粒以及不需要預清潔或除油。

悬浮液的组成对此工艺很重要。濕式噴丸的喷嘴喷出物可能看起来没有变化,但是可以通过变更和控制基础参数来改变工艺。较先进的系统使用软件控制融合和监控气体、空气和固体的流动。

磨料介質的性能對工藝的影響較大。像氮化矽這樣的高硬度顆粒會對軟的物體(如碳酸氫鈉)有特殊的效果。顆粒的形狀、硬度和尺寸決定了磨料效果。

但其他因素也會改變效果:噴嘴數量、種類和部署的角度會導致效果變化非常大。氣壓決定了噴嘴噴出懸浮液的速度和工藝的動能。懸浮液的酸度或堿度將決定其在工藝(如清潔或防鏽)中的效果。

通过规定和和控制这些因素和其他因素,从为粘合准备复合表面到为模具去毛刺,客户都将获得所需的特定效果。目前较精细的濕式噴丸机器可以严密控制介质浓度、处理温度、添加剂和喷丸压力以达到一致的、可重复的表面光洁度(相对容易改变),这进一步提高了濕式噴丸的通用性。


大型和小型工件


濕式噴丸进一步说明濕式噴丸的通用性:工件尺寸並不是限制因素-因爲它可以用于從螺母和螺栓到機翼帆桅杆的任何工件。大型和小型工件接受相同的處理很常見:小型附件可能需要和大型鍛件相同的表面處理,尤其是後期需要粘著在一起的工件。但是這種“相同處理”可以用不同的方式完成。例如,小型附件可以成批在滾筒中處理。但是如機翼帆桅杆這樣的工件則需要放置在大處理室中,然後由自動或伺服控制噴嘴在工件表面移動以進行噴丸。

传统工艺则需手工处理:穿着防护服的操作员需要拿着喷枪处理整个工件的表面。一些处理仍需手工完成,如清洁飞机轮胎以进行潜在裂纹测试。但如其他工业工艺领域的趋势一样,在濕式噴丸领域自动化操作将越来越普遍。

濕式噴丸處理如機翼帆桅杆這樣的大型部件,自動化操作確保了一致性。在高度管制的工業領域(如航空航天業),每個工件的質量都需要完全相同,這需要通過完全相同的方式處理每一個工件來達到。

在处理机翼表面时,可以将除冰带胶合至机翼,这是一个很好的例子。自动化濕式噴丸确保了一致的表面清洁度,这保证了每次处理粘合相同。

對于小型部件來說,自動化的主要優點是省時省錢,因爲手工處理多個分離工件費用非常昂貴。


監管和控制


控制濕式噴丸的參數約有15個,這使得此工藝變得非常複雜。但Vapormatt相信只要這些參數可測量,就一定可控制。工藝的線路圖顯示了必須控制的多個參數。濕式噴丸這些參數包括:

l?氣壓和通氣量

l?懸浮液壓力

l?水溫、pH和導電性

l?過濾、沖洗、幹燥

l?噴槍(噴嘴)角度、範圍和速度

但僅僅測量這些參數水平是不夠的。此工藝必須自動化控制-較重要測量值的其中一項是懸浮液中的顆粒等級。

因为濕式噴丸时磨料颗粒破碎将会导致工艺失效。解决方法是向悬浮液中添加更多的磨料颗粒,但是添加的比例必须正确,并且添加速率必须与当前颗粒破碎率一致,这在关键工艺(如噴丸強化)中尤其重要。

磨料顆粒的濃度(按重量計算)需爲15-20%(在某些情況下,需達到50%)。維持濃度依賴于工藝的嚴密控制。Vapormatt用一種非常簡便的方式完成此工作:使用其專利的淘洗塔。此項工作根據斯托克斯定律執行,此定律指出液體中顆粒沈降速率與顆粒的尺寸和密度有關。根據此定律,由于懸浮液可回收,它被注入向上抽送的水柱中:較重的顆粒更快沈降至底部,而較輕的顆粒則停留在頂端並被清除。通過使用淘洗塔,非常細小的介質可以用于設置爲500目篩網的噴丸機器,介質的較小尺寸可爲25微米。

工藝的第二階段是測量剩余“合格”顆粒數量。此階段是通過使用流量計連續監控懸浮液密度來完成。通過檢測多數顆粒分解的時間,新的顆粒自動得到添加。


轮胎清洁、噴丸強化


航空航天业在多种操作中应用了濕式噴丸工艺。整个系列的航空航天业工艺可通过这种单一的技术来完成。

其中一项是清洁。更换飞机轮胎时,需要对轮胎进行无损检测来检查裂纹。首先,需要使用低压濕式噴丸来清除轮胎表面污垢,但不能影响到漆层。在工业领域这种技术还有许多其他的应用,如除漆、准备复合材料和除油。但是目前较常用的技术是噴丸強化,此工艺用于处理关键工件(如涡轮叶片)的表面。此工艺在工件表面形成压应力,从而对裂纹产生抵抗作用,使其服务寿命延长超过千倍。

传统的喷丸工艺通过干喷射处理执行,并使用巨大的力量冲击表面。但濕式噴丸有其優點:它可以形成更加光滑的表面,並且不太可能由于介質沖擊産生表面汙垢-裂纹会从污垢处萌生。一家领先的航空航天制造商较近就因此开始使用Vapormatt的濕式噴丸工艺。此转变具有一定的经济意义,因为此公司已经在很多其他操作中使用濕式噴丸。

總而言之,較大的優點是:通過投資一項創新、靈活的技術,航空公司可以進行多種獨立的工業操作-否則該公司可能需要投資幾種不同的技術。



全球Vapormatt Group建立于1978年,总公司位于英国的萨默塞特,汤顿。公司由第三代Ashworth家族所有。作为压力再循环濕式噴丸工藝的創始者,Ashworth家族拥有此领域超过50年的的积累经验的专业知识。公司设计和产品手册以及自动表面清洁、喷丸和研磨设备使用了Vapormatt濕式噴丸工艺和高压水系统。


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