Nghiên cứu công nghệ làm sạch bề mặt chi tiết cơ khí làm bằng vật liệu thép và hợp kim nhôm sử dụng laser sợi quang ở chế độ phát xung ngắn
- 71 trang
- file .pdf
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu công nghệ làm sạch bề mặt
chi tiết cơ khí làm bằng vật liệu thép và
hợp kim nhôm sử dụng laser sợi quang
ở chế độ phát xung ngắn
Thế Hoài Bắc
[email protected]
Ngành Kỹ Thuật Cơ Khí
Chuyên ngành Cơ khí Chính xác và Quang học
Giảng viên hướng dẫn: TS. Vũ Thanh Tùng
Chữ ký của GVHD
Trường: Cơ khí
HÀ NỘI, 11/2022
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn : Thế Hoài Bắc
Đề tài luận văn: Nghiên cứu công nghệ làm sạch bề mặt chi tiết cơ khí làm bằng
vật liệu thép và hợp kim nhôm sử dụng laser sợi quang ở chế độ phát xung ngắn
Chuyên ngành: Cơ khí Chính xác và Quang học
Mã số SV: 20202137M
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả
đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 29 tháng
10 năm 2022 với các nội dung sau:
- Bổ sung nguồn tài liệu trích dẫn.
- Bổ sung nội dung chương 1, chương 2, chương 3.
- Bổ sung lý do chọn nghiên cứu đối với thép SKD và hợp kim nhôm.
- Chỉnh sửa lại các từ ngữ đúng chuyên môn.
Ngày tháng năm
Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
Đề tài: Nghiên cứu công nghệ làm sạch bề mặt chi tiết cơ khí làm bằng vật liệu
thép và hợp kim nhôm sử dụng laser sợi quang ở chế độ phát xung ngắn.
Giáo viên hướng dẫn
Ký và ghi rõ họ tên
Lời cảm ơn
Thành công không chỉ có một cá nhân tạo ra mà còn gắn liền với những sự hỗ trợ,
giúp đỡ của nhiều người khác. Trong suốt thời gian học tập ở giảng đường đại học
em đã nhận nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và bạn bè. Em
xin gửi đến quý thầy cô ở Trường Cơ khí – Trường Đại Học Bách khoa Hà Nội đã
nhiệt tình trong việc truyền đạt vốn kiến thức quý báu cũng như giúp đỡ em rất
nhiều trong thời gian học tập tại trường. Em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Thanh
Tùng đã tận tâm, chỉ bảo chúng em qua từng buổi học trên lớp cũng như những
buổi nói chuyện, thảo luận về lĩnh vực sáng tạo trong nghiên cứu khoa học. Một
lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy. Mặc dù bài khóa luận không tránh khỏi
những thiếu sót, rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy
cô và các bạn học cùng lớp giúp bài luận văn thạc sĩ hoàn thiện hơn. Lời sau cùng,
em xin kính chúc quý thầy cô sức khỏe, niềm tin, vững bước dìu dắt chúng em
trưởng thành.
Trân trọng!
Tóm tắt nội dung luận văn
Công nghệ làm sạch bằng laser được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1970 cho mục
đích bảo tồn các di sản văn hóa vật thể. Kể từ đó tới nay công nghệ này liên tục
được nghiên cứu, phát triển và ứng dụng rộng rãi. Công nghệ này không chỉ làm
sạch các oxit kim loại, oxit phi kim, bề mặt đá, bề mặt kính, mà còn làm sạch cả
sơn bề mặt. Do những ứng dụng ưu điểm vượt trội của công nghệ làm sạch bề mặt
sử dụng laser, công nghệ này ngày càng được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh
vực bao gồm công nghiệp khuân mẫu, chế tạo vẻ ô tô, tàu thủy, xe máy, chi tiết
quang, vi cơ và cả trong lĩnh vực phục hồi các bực tượng hay công trình điêu khắc
bị oxi hóa do tuổi đời cao.Laser là một trong những công nghệ hiệu quả nhất được
sử dụng rộng rãi trong sản xuất, đặc biệt là lĩnh vực gia công chính xác và công
nghiệp 4.0.Các nguồn laser công suất cao hiện nay có khả năng làm việc ở chế độ
phát xung linh hoạt, từ 50 đến 1 triệu xung trong 1 giây, độ rộng xung 10nm –
300nm cho hép tạo ra năng lượng tức thời lớn trong thời gian siêu ngắn. Đặc trưng
này cho phép loại bỏ một lớp bề mặt rất mỏng ở cấp độ micromet đến nanomet, ít
biến dạng nhiệt lớp vật liệu nền và có thể tùy chỉnh độ sâu bề mặt bị loại bỏ bằng
cách thay đổi tần số, độ rộng xung và công suất nguồn phát. Trong khi các phương
pháp làm sạch truyền thống như phun cát, phun bi, tia nước áp suất cao, phương
pháp hóa học,… thường gây hư hại, biến dạng bề mặt.Laser hoạt động ở chế đo
phát xung với bước sóng trong vùng hồng ngoại gần (110nm -1750 nm) được sử
dụng nhiều để làm sạch lớp gỉ oxit kim loại. Các nghiên cứu gần đây phát triển các
nguồn laser có bước sóng trong vùng cực tím để làm sạch cả các hợp kim thép,
hợp kim nhôm. Lớp oxit của các hợp kim này thường rất bền, khó làm sạch bằng
các phương pháp truyền thống như phun bi, phun cát. Chùm tia laser có thể hội tụ
trên phần diện tích nhỏ, công suất đỉnh có thể điều chỉnh linh hoạt do đó phù hợp
lằm sạch các chi tiết phức tạp như khuôn đúc, động cơ ô tô. Mặt khác, laser có tốc
độ làm sạch cao nhờ năng lượng tức thời lớn, phù hợp làm sạch cả các chi tiết có
kích thước rất lớn như các cây cầu thép hay cánh máy bay. Đặc biệt hơn, sử dụng
công nghệ làm sạch bằng laser có thể điều khiển chiều sâu lớp bề mặt bị loại bỏ từ
cấp độ nhỏ hơn micromet đến milimet. Đặc tính kỹ thuật quý báu này khiến cho
công nghệ laser có thể được sử dụng làm sạch bề mặt cho các chi tiết có giá trị
kinh tế cao như các tuốc bin gió, tuốc bin thủy điện, cánh quạt động cơ máy bay.
Nghiên cứu này phân tích ảnh hưởng của các thông số công nghệ của nguồn laser
sợi quang (công suất trung bình, độ rộng xung, chu kỳ phát xung, vận tốc quét)
đến chiều sâu lớp oxit bị loại bỏ và chất lượng bề mặt thép và hợp kim nhôm.Xây
dựng thực nghiệm kiểm chứng ảnh hưởng của các thông số công nghệ của nguồn
laser sợi quang đến chiều sâu lớp oxit bị loại bỏ và chất lượng bề mặt thép và hợp
kim nhôm.
Luận văn bao gồm 3 chương với tổng số 57 trang được thực hiện tại Bộ môn Cơ
khí Chính xác & Quang học, Trường Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Vũ Thanh Tùng. Vì thời gian và kiến thức có hạn
nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự đóng góp của các thầy
cô. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của PGS. Vũ Thanh Tùng
cùng ý kiến đóng góp của các thầy cô bộ môn Cơ khí Chính xác & Quang học
trong suốt quá trình học tập và hoàn thành Luận văn tốt nghiệp!
HỌC VIÊN
Ký và ghi rõ họ tên
MỤC LỤC
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH.................. 1
1.1 Tổng quan về làm sạch bề mặt ............................................................. 1
1.2 Các tiêu chuẩn làm sạch bề mặt ...................................................... 2
1.2.1 Mức độ sạch trên bề mặt thép ............................................... 2
1.2.2 Tiêu chuẩn Thuỵ Điển SIS 05 5900 – 1967 .......................... 2
1.2.3 Các tiêu chuẩn tương đương ................................................. 4
1.3 Một số công nghệ làm sạch áp dụng ở Việt Nam ................................ 6
1.3.1 Các phương pháp cơ học ........................................................ 6
1.3.2 Làm sạch bằng hoá chất ...................................................... 14
1.3.3 Làm sạch bằng các hiệu ứng vật lý ..................................... 15
CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH BỀ MẶT CHI TIẾT CƠ KHÍ
BẰNG LASER............................................................................................. 24
2.1 Sự lan truyền bức xạ laser trong vật liệu ........................................... 24
2.2 Nguyên lý làm sạch bề mặt chi tiết cơ khí bằng laser ....................... 30
2.3 Một số loại laser công suất cao ứng dụng làm sạch chi tiết cơ khí... 31
2.3.1 Laser CO2 .............................................................................. 31
2.3.2 Nd: YAG laser ...................................................................... 31
2.3.3 Laser sợi quang ..................................................................... 32
2.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm sạch bề mặt chi tiết cơ khí bằng
laser .................................................................................................. 33
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG QUY TRÌNH LÀM SẠCH BỀ MẶT CHI
TIẾT CƠ KHÍ BẰNG LASER SỢI QUANG .......................................... 40
3.1 Xây dựng quy trình làm sạch trên thiết bị Brimo MF50 .................. 40
3.2 Thực nghiệm quá trình làm sạch trên thép và hợp kim nhôm......... 47
KẾT LUẬN .................................................................................................. 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 55
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Phương pháp làm sạch bằng tia nước [1] ...............................................7
Hình 1.2. Bi dùng trong máy phun cát ....................................................................9
Hình 1.3. Phương pháp làm sạch bằng vòi phun cát ướt [2] ................................10
Hình 1.4. Phương pháp phun cát khô [2] ..............................................................11
Hình 1.5. Phương pháp phun cát khô [3] ..............................................................12
Hình 1.6. Phun bi bằng khí nén [4] .......................................................................13
Hình 1.7. Phun bi kiểu bánh quay ly tâm [5] ........................................................14
Hình 1.8. Làm sạch bề mặt bằng plasma [6] ........................................................16
Hình 1.9. Thiết bị làm sạch bằng sóng siêu âm [7]. .............................................17
Hình 1.10: Làm sạch bằng phương pháp laser .....................................................19
Hình 2.1. Độ sâu hấp thụ quang học đối với một số vật liệu trên một dải bước sóng
...............................................................................................................................25
Hình 2.2.Độ phản xạ của một số kim loại là hàm của nhiệt độ. ...........................27
Hình 2. 3. Độ phản xạ như là một hàm của nhiệt độ đối với bức xạ 1,06 μm ......27
Hình 2.4.Một màng bề mặt như một khớp nối giao thoa, lớp phủ chống phản xạ
...............................................................................................................................28
Hình 2.5: Độ hấp thụ là một hàm của độ dày của màng oxit trên thép ...............28
Hình 2.6.Độ phản xạ của thép đối với bức xạ phân cực 1,06 μm.........................29
Hình 2.7: Làm sạch bề mặt bằng laser ..................................................................30
Hình 2.8: Laser CO2 trong thực tế [30] .................................................................31
Hình 2.9. Sơ đồ mức năng lượng của Ion Nd3+. ...................................................32
Hình 2.10. Sơ đồ hệ thống làm sạch sử dụng laser quang sợi ..............................34
Hình 2.11. Cấu tạo của nguồn laser quang sợi .....................................................35
Hình 2.12. Cấu tạo của sợi quang .........................................................................36
Hình 2.13. Mối quan hệ giữa công suất đỉnh và công suất trung bình .................37
Hình 3.1. Mẫu thép SKD11 ..................................................................................41
Hình 3.2.Mẫu hợp kim nhôm A2024 ....................................................................42
Hình 3.3 Các nút chức năng của máy làm sạch Brimo MF50 ..............................43
Hình 3.4. Công tác khởi động máy Brimo MF50 .................................................43
Hình 3.5. Khởi động màn hình máy Brimo MF50 ...............................................43
Hình 3.6. Bảng thông số công nghệ máy Brimo MF50 ........................................44
Hình 3.7. Bảng hiệu chỉnh thông số công nghệ máy Brimo MF50 ..................... 45
Hình 3.8. Bảng chế độ làm việc máy Brimo MF50 ............................................. 45
Hình 3.9. Bảng điều khiển quá trình quét laser của máy Brimo MF50 ............... 45
Hình 3.10. Đầu quét của máy Brimo MF50 ......................................................... 46
Hình 3.11. Đồ thị thể hiện độ dày lớp gỉ bị bóc tách theo công suất trên nền thép
.............................................................................................................................. 48
Hình 3.12. Hình ảnh bề mặt thép chụp từ kính hiển vi. ....................................... 49
Hình 3.13. Đồ thị thể hiện độ dày lớp gỉ bị bóc tách theo công suất trên nền nhôm.
.............................................................................................................................. 49
Hình 3.14. Hình ảnh chụp bề mặt nhôm từ kính hiển vi. ..................................... 50
Hình 3.15. Ảnh hưởng của đọ rộng xung đến chất lượng bề mặt chi tiết ........... 51
Hình 3.16. Ảnh hưởng của tần số lặp đến chất lượng bề mặt .............................. 52
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn Thụy Điển 05 5900- 1967....................................................2
Bảng 1.2. Các cấp độ sạch theo tiêu chuẩn 05 5900- 1967 ....................................4
Bảng 1.3. Các tiêu chuẩn tương đương...................................................................5
Bảng 1.4. Ưu nhược điểm của một số phương pháp làm sạch bề mặt .................21
Bảng 2.1: Chỉ số khúc xạ và góc Brewster cho các vật liệu khác nhau [29] ........29
Bảng 2.2: Các nguyên tố đất hiếm thường dùng làm lõi sợi quang khuếch đại ...36
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của thiết bị làm sạch Brimo MF50 .........................36
Bảng 3.2: Thành phần cấu tạo của thép SKD11 ...................................................41
Bảng 3.3: Cơ tính của thép SKD11 ......................................................................41
Bảng 3.4:Thành phần hóa học của hợp kim nhôm A2024 ...................................42
Bảng 3.5: Điều kiện thí nghiệm xác định ảnh hưởng của công suất trung bình đến
chiều sâu làm sạch ................................................................................................47
Bảng 3.6: Kết quả làm sạch thép ..........................................................................47
Bảng 3.7: Điều kiện thí nghiệm xác định ảnh hưởng của độ rộng xung đến chất
lượng bề mặt chi tiết sau làm sạch. .......................................................................51
Bảng 3.8: Điều kiện thí nghiệm xác định ảnh hưởng của tần số lặp đến chất lượng
bề mặt chi tiết sau làm sạch. .................................................................................51
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH
1.1 Tổng quan về làm sạch bề mặt
Làm sạch bề mặt là một quá trình loại bỏ các hạt, lớp tạp chất (gỉ sét, bụi bẩn…)
hay các lớp chất hữu cơ, rêu mốc, sinh vật sống bám trên bề mặt các chất nền. Làm
sạch bề mặt rất cần thiết trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ công nghiệp, sản xuất
tới đời sống hàng ngày. Làm sạch các loại bề mặt là công đoạn rất quan trọng trong
ngành cơ khí chế tạo, tàu biển, ô tô và cơ khí giao thông, hàng hải và bảo dưỡng
công nghiệp. Một số ứng dụng cụ thể về vai trò của công nghệ làm sạch:
- Loại bỏ các hạt bụi, các lớp bẩn, tạp chất hữu cơ trên bề mặt, tăng tuổi thọ
làm
việc của chi tiết cơ khí.
- Làm sạch gỉ thép, các lớp sơn cũ trên bề mặt kim loại, làm sạch bề mặt chất
bán dẫn và các thiết bị vi cơ, loại bỏ các lớp tạp chất khỏi các chi tiết máy
móc, công tắc điện, bề mặt cathode.
- Trước khi tiến hành mạ bề mặt cần loại bỏ tất cả các tạp chất có trên bề mặt
chi tiết.
- Trước khi sửa chữa, bảo dưỡng một loại mũi khoan dầu (trong ngành dầu
khí) hay một chi tiết máy vận hành trong môt trường dầu mỡ, người ta cũng
phải làm sạch các lớp dầu mỡ bám trên bề mặt để quan sát chỗ hỏng dễ
dàng hơn, cũng như để tiến hành sửa chữa.
- Trước và sau khi thực hiện các mối hàn, người ta đều cần làm sạch.
- Làm sạch các lớp rỉ sét trên bề mặt kim loại.
- Làm sạch bề mặt bên trong lòng khuôn của các loại khuôn đúc cao su, khuôn
đúc nhôm.
1
1.2 Các tiêu chuẩn làm sạch bề mặt
1.2.1 Mức độ sạch trên bề mặt thép
Độ sạch mô tả mức độ tinh khiết của bề mặt dự trên lượng cáu cặn và rỉ sét
còn tồnt tại trê bề mặt. Các tiêu chuẩn khác nhau xác định mức độ tinh khiết và
thường được yêu cầu bởi nhà sản xuất sơn hoặc khách hàng của một dự án. Bề mặt
thép được sơn thông thường yêu cầu độ tinh khiết SA 2.5 hoặc SA 3. Trong quá
trình làm sạch, bề mặt phải được làm sạch tất cả các thành phần sắt và kim loại.
Nếu cặn còn sót lại trên bề mặt, nó sẽ làm cong vênh và ảnh hưởng đến độ bám
dính của lớp sơn phủ sau này và khả năng chống ăn mòn. Những chất bẩn này có
thể là:
- Dầu, mỡ và sáp.
- Ăn mòn / rỉ sét.
- Muối hòa tan.
- Bụi bẩn.
- Lớp sơn cũ hoặc lớp phủ
1.2.2 Tiêu chuẩn Thuỵ Điển SIS 05 5900 – 1967
Tiêu chuẩn làm sạch bề mặt thông thường nhất được gọi là “tiêu chuẩn chuẩn
bị cho bề mặt thép” ký hiệu là SIS 05 5900 – 197 do viện nghiên cứu ăn mòn Thuỵ
Điển soạn thảo với sự hợp tác của hiệp hội kiểm tra và vật liệu hoa kỳ (ATSM) và
Uỷ ban nghiên cứu sơn cấu trúc thép (SSPC). Bảng 1.1 nêu chi tiết về tiêu chuẩn
Thuỵ Điển 05 5900 -1967:
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn Thụy Điển 05 5900- 1967.
SA Làm sạch bề mặt thép có phủ và không phủ.
Làm sạch bề mặt bằng chổi quét.
SA 1 Bề mặt không có các thành phần kim loại như dầu, mỡ, bụi bẩn và
mất lớp sơn. Mất các lớp sắt từ quá trình sản xuất vì cặn, cáu cặn và rỉ sét
của nhà máy được loại bỏ. Lớp cặn, rỉ và sơn còn lại bám chặt và bề mặt
có thể tạo nhám đủ để lớp sơn sau bám dính tốt.
2
Làm sạch bề mặt bằng cách phun cát.
SA 2 Bề mặt không có các thành phần kim loại như dầu, mỡ, bụi bẩn và
mất lớp sơn. Mất các lớp sắt từ quá trình sản xuất vì cặn, cáu cặn và
rỉ sét của nhà máy được loại bỏ. Lớp cặn, rỉ và sơn còn lại bám chặt
và bề mặt có thể tạo nhám đủ để lớp sơn sau bám dính tốt.
Làm sạch bề mặt bằng cách phun cát đến khi bề mặt gần đồng
nhất.
Như với SA 2. Chỉ có thể nhìn thấy các dấu vết hoặc sắc thái của các
lớp loại 95% của mỗi inc vuông phải không có cặn để có thể nhìn
SA 2.5 thấy được.
Làm sạch bề mặt bằng cách phun cát đến khi bề mặt đồng nhất.
Quá trình SA 2.5 và quá trình phụ: Các phôi có bề mặt kim loại màu
trắng xám đồng nhất. Tất cả cặn sắt và kim loại màu đều được loại
SA 3 bỏ 100%.
Làm sạch bề mặt bằng cách phun cát.
Loại bỏ một phần các khu vực bị hư hỏng.
Loại bỏ ngay vết rỉ sét, cáu cặn, lớp phủ lỏng lẻo và các chất gây ô
nhiễm. Các khu vực tiếp xúc còn lại hiển thị bóng râm nhẹ tương
ứng với SA 2.5.
Lớp phủ còn lại còn nguyên vẹn, nên tiến hành kiểm tra độ bám
P SA 2.5 dính.
ST Tẩy gỉ bằng tay hoặc máy công cụ.
Lớp phủ lỏng lẻo và cặn bẩn của máy nghiền và cặn được loại bỏ; gỉ
ST2 được loại bỏ đến mức sau khi làm sạch có ánh kim loại mờ.
Giống như ST2, hơn nữa kim loại này có độ sáng bóng kim loại cao
ST3 hơn
Thổi bằng ngọn lửa
Loại bỏ cặn, cáu cặn, rỉ sét, sơn phủ và các tạp chất bên ngoài. Các
F1 chất cặn có thể chỉ hiển thị dưới dạng sự đổi màu và sắc thái
Tẩy gỉ bằng axit (tẩy gỉ bằng hóa chất).
Tất cả các thành phần sắt và kim loại đều được loại bỏ. Trước khi
sơn phủ bề mặt phải được xử lý lại bằng chất tẩy rửa trung tính.
Be
3
Bảng 1.2. Các cấp độ sạch theo tiêu chuẩn 05 5900- 1967
1.2.3 Các tiêu chuẩn tương đương
Ngoài tiêu chuẩn Thuỵ điển 05 5900 – 1967 ra, trên thế giới cũng có một số
tiêu chuẩn làm sạch bề mặt khác nữa cũng được sử dụng phổ biến. Các tiêu chuẩn
được sử dụng nhiều nhất là: NACE (Hiệp hội Kỹ sư Ăn mòn Quốc gia) tiêu chuẩn
Thụy Điển - dành cho Châu Âu (SIS 05 5900), SSPC (Hội đồng Sơn và Kết cấu
Thép) và Tiêu chuẩn Anh (BS 4232). Tiêu chuẩn DIN 55928 của Đức và ISO
8501-1 + 2 giống với tiêu chuẩn của Thụy Điển. Bảng dưới đây cung cấp một cái
nhìn tổng quan về các tiêu chuẩn chuẩn bị bề mặt được quốc tế công nhận:
4
Bảng 1.3. Các tiêu chuẩn tương đương.
Sweden England USA USA Canada China Japan
Standard (UK)
SSPC NACE CGSB GB SPSS
SIS 055900 BS 4232 SP 8923
ISO 8501-1
BS7079/A1
SA1 Light SSPC NACE 4 31 GP Sd1/Sd2
blast to SP 7 404 Type
brush of 3
SA2 Third SSPC NACE 3 31 GP SA2 Sd1/Sd2
Quality SP 6 404 Type
2
SA2.5 Second SSPC NACE 3 SA2.5 Sd3
Quality SP 10
SA3 SSPC NACE 1 31 GP SA3
SP 5 404 Type
1
ST2 SSPC ST2
SP 2
ST3 SSPC ST3
SP 3
5
1.3 Một số công nghệ làm sạch áp dụng ở Việt Nam
1.3.1 Các phương pháp cơ học
1.3.1.1. Làm sạch bằng phương pháp thủ công
Phương pháp này dùng để loại bỏ các lớp gỉ có độ bám dính thấp, gỉ sắt, các
màng sơn cũ, mối hàn chảy, hạt gỉ sắt trên mặt kim loại bằng bàn chải sắt, bằng
búa gõ, bằng giấy nhám, bằng máy chà, bằng dao cạo, ... Thường được sử dụng
cho các chi tiết lớn có bề mặt phẳng và không cần độ chính xác cao. Đây là phương
pháp thủ công lâu đời, chỉ thích hợp làm sạch với số lượng nhỏ. Bởi lẽ cần rất
nhiều nhân công cho công việc này, mà hiệu quả đem lại không cao. Ưu điểm của
phương pháp này là dễ thực hiện, chi phí thấp. Tuy nhiên phương pháp này có
nhược điểm là chất lượng bề mặt không cao, năng suất lao động thấp và có thể gây
ra ô nhiễm môi trường do bụi bẩn gây ra, độ ồn.
1.3.1.2. Làm sạch bằng tia nước
Tia nước áp lực cao là công nghệ sử dụng hoàn toàn năng lượng của tia
nước tác động lên bề mặt để làm sạch bề mặt đó. Hạt mài không sử trong các hệ
thống bắn tia nước áp lực cao. Đặc điểm này triệt tiêu hoàn toàn các vấn đề gây ra
bởi bụi bẩn và hạt mài thải trong quá trình làm sạch. Có hai dải áp suất thường
được sử dụng:
- Dải áp lực cao: 690 bar đến 1.700 bar.
- Dải áp lực siêu cao: từ 1.700 bar trở lên
Một số đặc tính của phương pháp lằm sạch bề mặt bằng tia nước:
- Có khả năng loại bỏ tất cả các loại sơn phủ bề mặt.
- Loại bỏ rỉ sét và các tạp chất khác trên bề mặt.
- Chất lượng bề mặt sau khi làm sạch đáp ứng theo các tiêu chuẩn quốc tế.
Công nghệ phun tia nước hiện nay ở các nước đang phát trển rất mạnh mẽ,
không chỉ do nó sạch, an toàn, không cháy nổ cho bản thân nhà máy, mà trên hết
là do lượng chất thải phải xử lý giám tới trên 98% dẫn tới chi phí cho việc xử lý
cũng giảm đi đáng kể, từ đó giá thành làm sạch bề thấp nên việc áp dụng công
nghệ này khá dễ dàng. Ngoài ra, do bắn nước không yêu cầu đến bề mặt thép sáng
trắng nên mỗi lần làm sạch chiều dày của các tấm thép không bị mất đi từ 0,2-
0,3mm như bắn hạt mài, từ đó giảm được chi phí thay tôn mới, kéo dài tuổi thọ
6
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu công nghệ làm sạch bề mặt
chi tiết cơ khí làm bằng vật liệu thép và
hợp kim nhôm sử dụng laser sợi quang
ở chế độ phát xung ngắn
Thế Hoài Bắc
[email protected]
Ngành Kỹ Thuật Cơ Khí
Chuyên ngành Cơ khí Chính xác và Quang học
Giảng viên hướng dẫn: TS. Vũ Thanh Tùng
Chữ ký của GVHD
Trường: Cơ khí
HÀ NỘI, 11/2022
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn : Thế Hoài Bắc
Đề tài luận văn: Nghiên cứu công nghệ làm sạch bề mặt chi tiết cơ khí làm bằng
vật liệu thép và hợp kim nhôm sử dụng laser sợi quang ở chế độ phát xung ngắn
Chuyên ngành: Cơ khí Chính xác và Quang học
Mã số SV: 20202137M
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả
đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 29 tháng
10 năm 2022 với các nội dung sau:
- Bổ sung nguồn tài liệu trích dẫn.
- Bổ sung nội dung chương 1, chương 2, chương 3.
- Bổ sung lý do chọn nghiên cứu đối với thép SKD và hợp kim nhôm.
- Chỉnh sửa lại các từ ngữ đúng chuyên môn.
Ngày tháng năm
Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
Đề tài: Nghiên cứu công nghệ làm sạch bề mặt chi tiết cơ khí làm bằng vật liệu
thép và hợp kim nhôm sử dụng laser sợi quang ở chế độ phát xung ngắn.
Giáo viên hướng dẫn
Ký và ghi rõ họ tên
Lời cảm ơn
Thành công không chỉ có một cá nhân tạo ra mà còn gắn liền với những sự hỗ trợ,
giúp đỡ của nhiều người khác. Trong suốt thời gian học tập ở giảng đường đại học
em đã nhận nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và bạn bè. Em
xin gửi đến quý thầy cô ở Trường Cơ khí – Trường Đại Học Bách khoa Hà Nội đã
nhiệt tình trong việc truyền đạt vốn kiến thức quý báu cũng như giúp đỡ em rất
nhiều trong thời gian học tập tại trường. Em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Thanh
Tùng đã tận tâm, chỉ bảo chúng em qua từng buổi học trên lớp cũng như những
buổi nói chuyện, thảo luận về lĩnh vực sáng tạo trong nghiên cứu khoa học. Một
lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy. Mặc dù bài khóa luận không tránh khỏi
những thiếu sót, rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy
cô và các bạn học cùng lớp giúp bài luận văn thạc sĩ hoàn thiện hơn. Lời sau cùng,
em xin kính chúc quý thầy cô sức khỏe, niềm tin, vững bước dìu dắt chúng em
trưởng thành.
Trân trọng!
Tóm tắt nội dung luận văn
Công nghệ làm sạch bằng laser được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1970 cho mục
đích bảo tồn các di sản văn hóa vật thể. Kể từ đó tới nay công nghệ này liên tục
được nghiên cứu, phát triển và ứng dụng rộng rãi. Công nghệ này không chỉ làm
sạch các oxit kim loại, oxit phi kim, bề mặt đá, bề mặt kính, mà còn làm sạch cả
sơn bề mặt. Do những ứng dụng ưu điểm vượt trội của công nghệ làm sạch bề mặt
sử dụng laser, công nghệ này ngày càng được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh
vực bao gồm công nghiệp khuân mẫu, chế tạo vẻ ô tô, tàu thủy, xe máy, chi tiết
quang, vi cơ và cả trong lĩnh vực phục hồi các bực tượng hay công trình điêu khắc
bị oxi hóa do tuổi đời cao.Laser là một trong những công nghệ hiệu quả nhất được
sử dụng rộng rãi trong sản xuất, đặc biệt là lĩnh vực gia công chính xác và công
nghiệp 4.0.Các nguồn laser công suất cao hiện nay có khả năng làm việc ở chế độ
phát xung linh hoạt, từ 50 đến 1 triệu xung trong 1 giây, độ rộng xung 10nm –
300nm cho hép tạo ra năng lượng tức thời lớn trong thời gian siêu ngắn. Đặc trưng
này cho phép loại bỏ một lớp bề mặt rất mỏng ở cấp độ micromet đến nanomet, ít
biến dạng nhiệt lớp vật liệu nền và có thể tùy chỉnh độ sâu bề mặt bị loại bỏ bằng
cách thay đổi tần số, độ rộng xung và công suất nguồn phát. Trong khi các phương
pháp làm sạch truyền thống như phun cát, phun bi, tia nước áp suất cao, phương
pháp hóa học,… thường gây hư hại, biến dạng bề mặt.Laser hoạt động ở chế đo
phát xung với bước sóng trong vùng hồng ngoại gần (110nm -1750 nm) được sử
dụng nhiều để làm sạch lớp gỉ oxit kim loại. Các nghiên cứu gần đây phát triển các
nguồn laser có bước sóng trong vùng cực tím để làm sạch cả các hợp kim thép,
hợp kim nhôm. Lớp oxit của các hợp kim này thường rất bền, khó làm sạch bằng
các phương pháp truyền thống như phun bi, phun cát. Chùm tia laser có thể hội tụ
trên phần diện tích nhỏ, công suất đỉnh có thể điều chỉnh linh hoạt do đó phù hợp
lằm sạch các chi tiết phức tạp như khuôn đúc, động cơ ô tô. Mặt khác, laser có tốc
độ làm sạch cao nhờ năng lượng tức thời lớn, phù hợp làm sạch cả các chi tiết có
kích thước rất lớn như các cây cầu thép hay cánh máy bay. Đặc biệt hơn, sử dụng
công nghệ làm sạch bằng laser có thể điều khiển chiều sâu lớp bề mặt bị loại bỏ từ
cấp độ nhỏ hơn micromet đến milimet. Đặc tính kỹ thuật quý báu này khiến cho
công nghệ laser có thể được sử dụng làm sạch bề mặt cho các chi tiết có giá trị
kinh tế cao như các tuốc bin gió, tuốc bin thủy điện, cánh quạt động cơ máy bay.
Nghiên cứu này phân tích ảnh hưởng của các thông số công nghệ của nguồn laser
sợi quang (công suất trung bình, độ rộng xung, chu kỳ phát xung, vận tốc quét)
đến chiều sâu lớp oxit bị loại bỏ và chất lượng bề mặt thép và hợp kim nhôm.Xây
dựng thực nghiệm kiểm chứng ảnh hưởng của các thông số công nghệ của nguồn
laser sợi quang đến chiều sâu lớp oxit bị loại bỏ và chất lượng bề mặt thép và hợp
kim nhôm.
Luận văn bao gồm 3 chương với tổng số 57 trang được thực hiện tại Bộ môn Cơ
khí Chính xác & Quang học, Trường Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Vũ Thanh Tùng. Vì thời gian và kiến thức có hạn
nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự đóng góp của các thầy
cô. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của PGS. Vũ Thanh Tùng
cùng ý kiến đóng góp của các thầy cô bộ môn Cơ khí Chính xác & Quang học
trong suốt quá trình học tập và hoàn thành Luận văn tốt nghiệp!
HỌC VIÊN
Ký và ghi rõ họ tên
MỤC LỤC
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH.................. 1
1.1 Tổng quan về làm sạch bề mặt ............................................................. 1
1.2 Các tiêu chuẩn làm sạch bề mặt ...................................................... 2
1.2.1 Mức độ sạch trên bề mặt thép ............................................... 2
1.2.2 Tiêu chuẩn Thuỵ Điển SIS 05 5900 – 1967 .......................... 2
1.2.3 Các tiêu chuẩn tương đương ................................................. 4
1.3 Một số công nghệ làm sạch áp dụng ở Việt Nam ................................ 6
1.3.1 Các phương pháp cơ học ........................................................ 6
1.3.2 Làm sạch bằng hoá chất ...................................................... 14
1.3.3 Làm sạch bằng các hiệu ứng vật lý ..................................... 15
CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH BỀ MẶT CHI TIẾT CƠ KHÍ
BẰNG LASER............................................................................................. 24
2.1 Sự lan truyền bức xạ laser trong vật liệu ........................................... 24
2.2 Nguyên lý làm sạch bề mặt chi tiết cơ khí bằng laser ....................... 30
2.3 Một số loại laser công suất cao ứng dụng làm sạch chi tiết cơ khí... 31
2.3.1 Laser CO2 .............................................................................. 31
2.3.2 Nd: YAG laser ...................................................................... 31
2.3.3 Laser sợi quang ..................................................................... 32
2.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm sạch bề mặt chi tiết cơ khí bằng
laser .................................................................................................. 33
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG QUY TRÌNH LÀM SẠCH BỀ MẶT CHI
TIẾT CƠ KHÍ BẰNG LASER SỢI QUANG .......................................... 40
3.1 Xây dựng quy trình làm sạch trên thiết bị Brimo MF50 .................. 40
3.2 Thực nghiệm quá trình làm sạch trên thép và hợp kim nhôm......... 47
KẾT LUẬN .................................................................................................. 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 55
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Phương pháp làm sạch bằng tia nước [1] ...............................................7
Hình 1.2. Bi dùng trong máy phun cát ....................................................................9
Hình 1.3. Phương pháp làm sạch bằng vòi phun cát ướt [2] ................................10
Hình 1.4. Phương pháp phun cát khô [2] ..............................................................11
Hình 1.5. Phương pháp phun cát khô [3] ..............................................................12
Hình 1.6. Phun bi bằng khí nén [4] .......................................................................13
Hình 1.7. Phun bi kiểu bánh quay ly tâm [5] ........................................................14
Hình 1.8. Làm sạch bề mặt bằng plasma [6] ........................................................16
Hình 1.9. Thiết bị làm sạch bằng sóng siêu âm [7]. .............................................17
Hình 1.10: Làm sạch bằng phương pháp laser .....................................................19
Hình 2.1. Độ sâu hấp thụ quang học đối với một số vật liệu trên một dải bước sóng
...............................................................................................................................25
Hình 2.2.Độ phản xạ của một số kim loại là hàm của nhiệt độ. ...........................27
Hình 2. 3. Độ phản xạ như là một hàm của nhiệt độ đối với bức xạ 1,06 μm ......27
Hình 2.4.Một màng bề mặt như một khớp nối giao thoa, lớp phủ chống phản xạ
...............................................................................................................................28
Hình 2.5: Độ hấp thụ là một hàm của độ dày của màng oxit trên thép ...............28
Hình 2.6.Độ phản xạ của thép đối với bức xạ phân cực 1,06 μm.........................29
Hình 2.7: Làm sạch bề mặt bằng laser ..................................................................30
Hình 2.8: Laser CO2 trong thực tế [30] .................................................................31
Hình 2.9. Sơ đồ mức năng lượng của Ion Nd3+. ...................................................32
Hình 2.10. Sơ đồ hệ thống làm sạch sử dụng laser quang sợi ..............................34
Hình 2.11. Cấu tạo của nguồn laser quang sợi .....................................................35
Hình 2.12. Cấu tạo của sợi quang .........................................................................36
Hình 2.13. Mối quan hệ giữa công suất đỉnh và công suất trung bình .................37
Hình 3.1. Mẫu thép SKD11 ..................................................................................41
Hình 3.2.Mẫu hợp kim nhôm A2024 ....................................................................42
Hình 3.3 Các nút chức năng của máy làm sạch Brimo MF50 ..............................43
Hình 3.4. Công tác khởi động máy Brimo MF50 .................................................43
Hình 3.5. Khởi động màn hình máy Brimo MF50 ...............................................43
Hình 3.6. Bảng thông số công nghệ máy Brimo MF50 ........................................44
Hình 3.7. Bảng hiệu chỉnh thông số công nghệ máy Brimo MF50 ..................... 45
Hình 3.8. Bảng chế độ làm việc máy Brimo MF50 ............................................. 45
Hình 3.9. Bảng điều khiển quá trình quét laser của máy Brimo MF50 ............... 45
Hình 3.10. Đầu quét của máy Brimo MF50 ......................................................... 46
Hình 3.11. Đồ thị thể hiện độ dày lớp gỉ bị bóc tách theo công suất trên nền thép
.............................................................................................................................. 48
Hình 3.12. Hình ảnh bề mặt thép chụp từ kính hiển vi. ....................................... 49
Hình 3.13. Đồ thị thể hiện độ dày lớp gỉ bị bóc tách theo công suất trên nền nhôm.
.............................................................................................................................. 49
Hình 3.14. Hình ảnh chụp bề mặt nhôm từ kính hiển vi. ..................................... 50
Hình 3.15. Ảnh hưởng của đọ rộng xung đến chất lượng bề mặt chi tiết ........... 51
Hình 3.16. Ảnh hưởng của tần số lặp đến chất lượng bề mặt .............................. 52
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn Thụy Điển 05 5900- 1967....................................................2
Bảng 1.2. Các cấp độ sạch theo tiêu chuẩn 05 5900- 1967 ....................................4
Bảng 1.3. Các tiêu chuẩn tương đương...................................................................5
Bảng 1.4. Ưu nhược điểm của một số phương pháp làm sạch bề mặt .................21
Bảng 2.1: Chỉ số khúc xạ và góc Brewster cho các vật liệu khác nhau [29] ........29
Bảng 2.2: Các nguyên tố đất hiếm thường dùng làm lõi sợi quang khuếch đại ...36
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của thiết bị làm sạch Brimo MF50 .........................36
Bảng 3.2: Thành phần cấu tạo của thép SKD11 ...................................................41
Bảng 3.3: Cơ tính của thép SKD11 ......................................................................41
Bảng 3.4:Thành phần hóa học của hợp kim nhôm A2024 ...................................42
Bảng 3.5: Điều kiện thí nghiệm xác định ảnh hưởng của công suất trung bình đến
chiều sâu làm sạch ................................................................................................47
Bảng 3.6: Kết quả làm sạch thép ..........................................................................47
Bảng 3.7: Điều kiện thí nghiệm xác định ảnh hưởng của độ rộng xung đến chất
lượng bề mặt chi tiết sau làm sạch. .......................................................................51
Bảng 3.8: Điều kiện thí nghiệm xác định ảnh hưởng của tần số lặp đến chất lượng
bề mặt chi tiết sau làm sạch. .................................................................................51
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH
1.1 Tổng quan về làm sạch bề mặt
Làm sạch bề mặt là một quá trình loại bỏ các hạt, lớp tạp chất (gỉ sét, bụi bẩn…)
hay các lớp chất hữu cơ, rêu mốc, sinh vật sống bám trên bề mặt các chất nền. Làm
sạch bề mặt rất cần thiết trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ công nghiệp, sản xuất
tới đời sống hàng ngày. Làm sạch các loại bề mặt là công đoạn rất quan trọng trong
ngành cơ khí chế tạo, tàu biển, ô tô và cơ khí giao thông, hàng hải và bảo dưỡng
công nghiệp. Một số ứng dụng cụ thể về vai trò của công nghệ làm sạch:
- Loại bỏ các hạt bụi, các lớp bẩn, tạp chất hữu cơ trên bề mặt, tăng tuổi thọ
làm
việc của chi tiết cơ khí.
- Làm sạch gỉ thép, các lớp sơn cũ trên bề mặt kim loại, làm sạch bề mặt chất
bán dẫn và các thiết bị vi cơ, loại bỏ các lớp tạp chất khỏi các chi tiết máy
móc, công tắc điện, bề mặt cathode.
- Trước khi tiến hành mạ bề mặt cần loại bỏ tất cả các tạp chất có trên bề mặt
chi tiết.
- Trước khi sửa chữa, bảo dưỡng một loại mũi khoan dầu (trong ngành dầu
khí) hay một chi tiết máy vận hành trong môt trường dầu mỡ, người ta cũng
phải làm sạch các lớp dầu mỡ bám trên bề mặt để quan sát chỗ hỏng dễ
dàng hơn, cũng như để tiến hành sửa chữa.
- Trước và sau khi thực hiện các mối hàn, người ta đều cần làm sạch.
- Làm sạch các lớp rỉ sét trên bề mặt kim loại.
- Làm sạch bề mặt bên trong lòng khuôn của các loại khuôn đúc cao su, khuôn
đúc nhôm.
1
1.2 Các tiêu chuẩn làm sạch bề mặt
1.2.1 Mức độ sạch trên bề mặt thép
Độ sạch mô tả mức độ tinh khiết của bề mặt dự trên lượng cáu cặn và rỉ sét
còn tồnt tại trê bề mặt. Các tiêu chuẩn khác nhau xác định mức độ tinh khiết và
thường được yêu cầu bởi nhà sản xuất sơn hoặc khách hàng của một dự án. Bề mặt
thép được sơn thông thường yêu cầu độ tinh khiết SA 2.5 hoặc SA 3. Trong quá
trình làm sạch, bề mặt phải được làm sạch tất cả các thành phần sắt và kim loại.
Nếu cặn còn sót lại trên bề mặt, nó sẽ làm cong vênh và ảnh hưởng đến độ bám
dính của lớp sơn phủ sau này và khả năng chống ăn mòn. Những chất bẩn này có
thể là:
- Dầu, mỡ và sáp.
- Ăn mòn / rỉ sét.
- Muối hòa tan.
- Bụi bẩn.
- Lớp sơn cũ hoặc lớp phủ
1.2.2 Tiêu chuẩn Thuỵ Điển SIS 05 5900 – 1967
Tiêu chuẩn làm sạch bề mặt thông thường nhất được gọi là “tiêu chuẩn chuẩn
bị cho bề mặt thép” ký hiệu là SIS 05 5900 – 197 do viện nghiên cứu ăn mòn Thuỵ
Điển soạn thảo với sự hợp tác của hiệp hội kiểm tra và vật liệu hoa kỳ (ATSM) và
Uỷ ban nghiên cứu sơn cấu trúc thép (SSPC). Bảng 1.1 nêu chi tiết về tiêu chuẩn
Thuỵ Điển 05 5900 -1967:
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn Thụy Điển 05 5900- 1967.
SA Làm sạch bề mặt thép có phủ và không phủ.
Làm sạch bề mặt bằng chổi quét.
SA 1 Bề mặt không có các thành phần kim loại như dầu, mỡ, bụi bẩn và
mất lớp sơn. Mất các lớp sắt từ quá trình sản xuất vì cặn, cáu cặn và rỉ sét
của nhà máy được loại bỏ. Lớp cặn, rỉ và sơn còn lại bám chặt và bề mặt
có thể tạo nhám đủ để lớp sơn sau bám dính tốt.
2
Làm sạch bề mặt bằng cách phun cát.
SA 2 Bề mặt không có các thành phần kim loại như dầu, mỡ, bụi bẩn và
mất lớp sơn. Mất các lớp sắt từ quá trình sản xuất vì cặn, cáu cặn và
rỉ sét của nhà máy được loại bỏ. Lớp cặn, rỉ và sơn còn lại bám chặt
và bề mặt có thể tạo nhám đủ để lớp sơn sau bám dính tốt.
Làm sạch bề mặt bằng cách phun cát đến khi bề mặt gần đồng
nhất.
Như với SA 2. Chỉ có thể nhìn thấy các dấu vết hoặc sắc thái của các
lớp loại 95% của mỗi inc vuông phải không có cặn để có thể nhìn
SA 2.5 thấy được.
Làm sạch bề mặt bằng cách phun cát đến khi bề mặt đồng nhất.
Quá trình SA 2.5 và quá trình phụ: Các phôi có bề mặt kim loại màu
trắng xám đồng nhất. Tất cả cặn sắt và kim loại màu đều được loại
SA 3 bỏ 100%.
Làm sạch bề mặt bằng cách phun cát.
Loại bỏ một phần các khu vực bị hư hỏng.
Loại bỏ ngay vết rỉ sét, cáu cặn, lớp phủ lỏng lẻo và các chất gây ô
nhiễm. Các khu vực tiếp xúc còn lại hiển thị bóng râm nhẹ tương
ứng với SA 2.5.
Lớp phủ còn lại còn nguyên vẹn, nên tiến hành kiểm tra độ bám
P SA 2.5 dính.
ST Tẩy gỉ bằng tay hoặc máy công cụ.
Lớp phủ lỏng lẻo và cặn bẩn của máy nghiền và cặn được loại bỏ; gỉ
ST2 được loại bỏ đến mức sau khi làm sạch có ánh kim loại mờ.
Giống như ST2, hơn nữa kim loại này có độ sáng bóng kim loại cao
ST3 hơn
Thổi bằng ngọn lửa
Loại bỏ cặn, cáu cặn, rỉ sét, sơn phủ và các tạp chất bên ngoài. Các
F1 chất cặn có thể chỉ hiển thị dưới dạng sự đổi màu và sắc thái
Tẩy gỉ bằng axit (tẩy gỉ bằng hóa chất).
Tất cả các thành phần sắt và kim loại đều được loại bỏ. Trước khi
sơn phủ bề mặt phải được xử lý lại bằng chất tẩy rửa trung tính.
Be
3
Bảng 1.2. Các cấp độ sạch theo tiêu chuẩn 05 5900- 1967
1.2.3 Các tiêu chuẩn tương đương
Ngoài tiêu chuẩn Thuỵ điển 05 5900 – 1967 ra, trên thế giới cũng có một số
tiêu chuẩn làm sạch bề mặt khác nữa cũng được sử dụng phổ biến. Các tiêu chuẩn
được sử dụng nhiều nhất là: NACE (Hiệp hội Kỹ sư Ăn mòn Quốc gia) tiêu chuẩn
Thụy Điển - dành cho Châu Âu (SIS 05 5900), SSPC (Hội đồng Sơn và Kết cấu
Thép) và Tiêu chuẩn Anh (BS 4232). Tiêu chuẩn DIN 55928 của Đức và ISO
8501-1 + 2 giống với tiêu chuẩn của Thụy Điển. Bảng dưới đây cung cấp một cái
nhìn tổng quan về các tiêu chuẩn chuẩn bị bề mặt được quốc tế công nhận:
4
Bảng 1.3. Các tiêu chuẩn tương đương.
Sweden England USA USA Canada China Japan
Standard (UK)
SSPC NACE CGSB GB SPSS
SIS 055900 BS 4232 SP 8923
ISO 8501-1
BS7079/A1
SA1 Light SSPC NACE 4 31 GP Sd1/Sd2
blast to SP 7 404 Type
brush of 3
SA2 Third SSPC NACE 3 31 GP SA2 Sd1/Sd2
Quality SP 6 404 Type
2
SA2.5 Second SSPC NACE 3 SA2.5 Sd3
Quality SP 10
SA3 SSPC NACE 1 31 GP SA3
SP 5 404 Type
1
ST2 SSPC ST2
SP 2
ST3 SSPC ST3
SP 3
5
1.3 Một số công nghệ làm sạch áp dụng ở Việt Nam
1.3.1 Các phương pháp cơ học
1.3.1.1. Làm sạch bằng phương pháp thủ công
Phương pháp này dùng để loại bỏ các lớp gỉ có độ bám dính thấp, gỉ sắt, các
màng sơn cũ, mối hàn chảy, hạt gỉ sắt trên mặt kim loại bằng bàn chải sắt, bằng
búa gõ, bằng giấy nhám, bằng máy chà, bằng dao cạo, ... Thường được sử dụng
cho các chi tiết lớn có bề mặt phẳng và không cần độ chính xác cao. Đây là phương
pháp thủ công lâu đời, chỉ thích hợp làm sạch với số lượng nhỏ. Bởi lẽ cần rất
nhiều nhân công cho công việc này, mà hiệu quả đem lại không cao. Ưu điểm của
phương pháp này là dễ thực hiện, chi phí thấp. Tuy nhiên phương pháp này có
nhược điểm là chất lượng bề mặt không cao, năng suất lao động thấp và có thể gây
ra ô nhiễm môi trường do bụi bẩn gây ra, độ ồn.
1.3.1.2. Làm sạch bằng tia nước
Tia nước áp lực cao là công nghệ sử dụng hoàn toàn năng lượng của tia
nước tác động lên bề mặt để làm sạch bề mặt đó. Hạt mài không sử trong các hệ
thống bắn tia nước áp lực cao. Đặc điểm này triệt tiêu hoàn toàn các vấn đề gây ra
bởi bụi bẩn và hạt mài thải trong quá trình làm sạch. Có hai dải áp suất thường
được sử dụng:
- Dải áp lực cao: 690 bar đến 1.700 bar.
- Dải áp lực siêu cao: từ 1.700 bar trở lên
Một số đặc tính của phương pháp lằm sạch bề mặt bằng tia nước:
- Có khả năng loại bỏ tất cả các loại sơn phủ bề mặt.
- Loại bỏ rỉ sét và các tạp chất khác trên bề mặt.
- Chất lượng bề mặt sau khi làm sạch đáp ứng theo các tiêu chuẩn quốc tế.
Công nghệ phun tia nước hiện nay ở các nước đang phát trển rất mạnh mẽ,
không chỉ do nó sạch, an toàn, không cháy nổ cho bản thân nhà máy, mà trên hết
là do lượng chất thải phải xử lý giám tới trên 98% dẫn tới chi phí cho việc xử lý
cũng giảm đi đáng kể, từ đó giá thành làm sạch bề thấp nên việc áp dụng công
nghệ này khá dễ dàng. Ngoài ra, do bắn nước không yêu cầu đến bề mặt thép sáng
trắng nên mỗi lần làm sạch chiều dày của các tấm thép không bị mất đi từ 0,2-
0,3mm như bắn hạt mài, từ đó giảm được chi phí thay tôn mới, kéo dài tuổi thọ
6