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0引言

目前，國(guó)內(nèi)運(yùn)行的鐵路客車車輛主要采用鋼鐵材料制造而來。鐵路客車在富氧、多鹽、高熱的惡劣環(huán)境中運(yùn)行服役，會(huì)長(zhǎng)期受到風(fēng)吹日曬、酸雨、霧霾和紫外線的不斷侵蝕和破壞。銹蝕問題一直是影響鐵路客車壽命的重要因素，輪軸銹蝕嚴(yán)重則直接關(guān)系到車輛運(yùn)行安全。探究適宜的除銹工藝方法用以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)中的除銹作業(yè)也成為行業(yè)內(nèi)的一個(gè)重要課題。

現(xiàn)有的除銹方法分為化學(xué)除銹法和物理除銹法。化學(xué)除銹是通過使用化學(xué)藥劑對(duì)工件進(jìn)行酸洗除銹，為利于后續(xù)涂裝同時(shí)還會(huì)伴隨磷化、鈍化等系列處理過程。由于化學(xué)除銹過程中使用大量化學(xué)藥劑易產(chǎn)生廢液、廢渣等污染物，高溫加熱能耗高等原因，其在實(shí)際生產(chǎn)中已受到嚴(yán)格限制。軌道車輛領(lǐng)域，一般對(duì)非不銹鋼材質(zhì)的薄板（通常厚度＜3 mm）、鋼管等采用化學(xué)除銹處理。物理除銹法主要包括手工和動(dòng)力工具除銹、噴丸（砂）除銹、磨料水射流除銹、激光除銹等。手工和動(dòng)力工具除銹是采用砂紙、磨片、砂輪、鋼絲刷等工具進(jìn)行機(jī)械打磨的除銹方法。

該方法除銹相對(duì)不均勻，尤其對(duì)于基材凹坑深處的銹蝕不易清除，且勞動(dòng)強(qiáng)度大、人工成本高，但靈活性大，適用于小面積作業(yè)。噴丸（砂）除銹是以壓縮空氣為動(dòng)力，將丸料或砂料高速噴射到工件表面，使工件表面獲得一定清潔度和粗糙度的方法。噴丸（砂）除銹工作效率高，便于操作，清除氧化皮、銹層、舊漆層的同時(shí)能夠獲得一定的表面粗糙度，有助于后續(xù)油漆涂層的附著。

此方法是目前軌道車輛領(lǐng)域最常用最可行的除銹方法，廣泛應(yīng)用于新造及檢修車體、轉(zhuǎn)向架部件等產(chǎn)品的涂裝前處理作業(yè)。磨料水射流除銹是利用帶水的磨料高速噴射工件表面，屬于一種濕式噴砂除銹的方法。其大大減少了粉塵污染，有利于環(huán)境保護(hù)。但磨料水射流除銹后的工件表面有一定量的水殘留，特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品若不及時(shí)干燥清理容易產(chǎn)生返銹。

并且，較干式噴砂增加了供水系統(tǒng)，設(shè)備、維護(hù)成本高。激光除銹是一種新興的除銹方法，其利用高能量的脈沖激光照射工件表面，表面銹蝕層吸收激光能量急劇升溫產(chǎn)生氣化、熱膨脹、沖擊等，使銹蝕層剝離的方法。激光除銹精度高、效果良好，多適用于精密部件的小面積除銹。對(duì)于軌道車輛領(lǐng)域的大型車體、大部件除銹以及檢修車輛的除舊漆層、除銹等作業(yè)，激光除銹工作效率大大降低，難以滿足生產(chǎn)需求。并且，經(jīng)其處理后的基材表面粗糙度低于手工除銹、噴砂除銹的處理效果，不利于后續(xù)油漆涂裝。

中國(guó)鐵路總公司下發(fā)的《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》（鐵總運(yùn)[2013]191號(hào)）中輪對(duì)檢修第3.1條外觀檢查要求“段修、廠修時(shí)，須清除輪對(duì)各部位表面的油漆及銹垢，車軸外露表面須露出基本金屬面”。段修、廠修的鐵路客車其輪軸檢修包括重新除漆除銹、探傷、涂裝作業(yè)，除銹是輪軸探傷、涂裝前的必要步驟。輪軸探傷前，必須保證輪軸表面露出基本金屬面，不得有舊漆層、銹垢、雜物等附著，以確保輪軸探傷質(zhì)量。所以，檢修輪軸除銹需要選擇既能滿足探傷要求又能滿足后續(xù)涂裝作業(yè)的除銹方式。

結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)狀，本文選取噴砂、磨片打磨、角磨機(jī)砂輪打磨3種不同的除銹方式，進(jìn)行表面處理試驗(yàn)驗(yàn)證，分析不同處理方式對(duì)輪軸基材表面粗糙度、光澤、溫度變化、傷害程度的影響，以確定最優(yōu)的除銹處理方式。

1試驗(yàn)部分

1.1材料準(zhǔn)備

車軸3 條，打磨機(jī)1 臺(tái)（配40#、120#、240#磨片），角磨機(jī)1 臺(tái)（配60#砂輪），紅外測(cè)溫槍1 臺(tái)。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容 

針對(duì)噴砂、磨片打磨、角磨機(jī)打磨3種不同的除銹方式，進(jìn)行輪軸表面除銹處理驗(yàn)證。

（1）選取1 條車軸采用石英砂進(jìn)行噴砂處理，記錄噴砂過程車軸表面溫度變化、外觀變化。

（2）選取1 條車軸進(jìn)行磨片打磨處理，將車軸劃分為3 段，分別使用40#、120#、240#磨片進(jìn)行打磨處理。記錄打磨過程車軸表面溫度變化、外觀變化。

（3）選取1 條車軸進(jìn)行角磨機(jī)砂輪打磨處理，記錄打磨過程車軸表面溫度變化、外觀變化。

2結(jié)果與討論

2.1 車軸噴砂處理

噴砂前，車軸外觀表面可見黃色銹蝕，整體發(fā)污呈深灰色；噴砂后，表面無(wú)可見的油污、無(wú)油漆涂層、無(wú)銹垢附著，露出粗糙的基本金屬面，整體呈無(wú)光澤的灰白色，見圖1，噴砂等級(jí)達(dá)到GB/T 8923.1規(guī)定的Sa2級(jí)，為徹底的噴射清理，即在不放大的情況下觀察時(shí)，表面應(yīng)無(wú)可見的油、脂和污物，并且?guī)缀鯖]有氧化皮、鐵銹、涂層和外來雜質(zhì)。符合《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》（鐵總運(yùn)[2013]191號(hào)）中輪對(duì)檢修第3.1條外觀檢查要求。噴砂前，車軸表面溫度約16℃；噴砂后，車軸表面約17℃；溫度基本無(wú)變化。

圖1 車軸噴砂處理前后的狀態(tài)對(duì)比

2.2車軸磨片打磨處理

打磨前，車軸外觀表面可見黃色銹蝕，整體發(fā)污呈深灰色；分別使用40#、120#、240#打磨后，表面露出具有一定光澤的亮白色金屬面，其中，40#磨片打磨處光澤程度最強(qiáng)，120#磨片打磨處光澤程度次之，240#磨片打磨處光澤程度最弱。但均仍可見銹垢附著，故不符合《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》（鐵總運(yùn)[2013]191號(hào)）中輪對(duì)檢修第3.1條外觀檢查要求。外觀效果變化如圖2、圖3所示。打磨前，車軸表面約16℃；打磨后，車軸表面約17℃；溫度基本無(wú)變化。

圖2 車軸磨片打磨處理前后的狀態(tài)對(duì)比

圖3 不同目數(shù)磨片打磨的效果對(duì)比

2.3 車軸角磨機(jī)砂輪打磨處理

如圖4所示，打磨前，車軸表面可見黃色銹蝕，整體發(fā)污呈深灰色；使用60#角磨機(jī)砂輪打磨后，表面無(wú)可見的油污，無(wú)油漆涂層、銹垢附著，表面露出具有光亮的金屬光澤表面，符合《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》（鐵總運(yùn)[2013]191號(hào)）中輪對(duì)檢修第3.1條外觀檢查要求，但因表面相對(duì)光滑而不利于后續(xù)油漆附著。打磨前，車軸表面約16℃；打磨后，車軸表面約19℃；溫度基本無(wú)變化。

圖4 車軸角磨機(jī)砂輪打磨處理前后的狀態(tài)對(duì)比

2.4作用機(jī)理分析

（1）噴砂：噴砂噴射清理處理時(shí)，砂粒高速噴射到需要處理的輪軸表面，使輪軸外表面發(fā)生變化。由于磨料對(duì)表面的沖擊和切削作用，主要表現(xiàn)為沖擊作用，使輪軸表面獲得一定的清潔度，并且使輪軸表面變粗糙，有利于后續(xù)油漆的附著。噴砂處理后，金屬表面微觀形貌表現(xiàn)為分布著大量不規(guī)則形狀的撞擊凹坑，這些凹坑對(duì)于提高后續(xù)涂層與基材之間的附著力具有重要作用。

（2）磨片打磨：利用不同粗糙程度的磨片在壓縮空氣的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)對(duì)進(jìn)行表面進(jìn)行磨削、切削、除銹處理。相較于噴砂及角磨機(jī)打磨而言，手工磨片打磨對(duì)鋼材表面的沖擊和切削作用相對(duì)要小，大面積、基材凹坑深處的銹蝕無(wú)法徹底清除，僅適用于局部除銹。不同型號(hào)磨片打磨比較，磨片型號(hào)數(shù)越小，磨片表面越粗糙，對(duì)鋼材表面的作用程度越大，從而表現(xiàn)出40#磨片打磨處除銹、光澤程度最強(qiáng)；120#磨片打磨處除銹、光澤程度次之；240#磨片打磨處除銹、光澤程度最弱。

（3）角磨機(jī)砂輪打磨：是利用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪對(duì)金屬件進(jìn)行磨削、切削、除銹、磨光加工。因砂輪本身的切削結(jié)構(gòu)及高速度旋轉(zhuǎn)，角磨機(jī)打磨對(duì)鋼材表面的切削力度大，除銹徹底，表面出現(xiàn)磨光狀態(tài)，呈光亮的金屬光澤。角磨機(jī)砂輪打磨后其表面形貌與噴砂處理后產(chǎn)生的凹坑不同，分布的是高低不平的條紋狀溝槽。

表1 不同處理方式對(duì)輪軸表面作用及影響

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果及作用機(jī)理分析，可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）噴砂輪軸因表面粗糙程度最大，粗糙表面對(duì)光線表現(xiàn)為漫反射作用，噴砂后輪軸表面宏觀上呈無(wú)光澤的灰白色，屬于正常現(xiàn)象；

（2）噴砂對(duì)輪軸表面的切削作用最小，角磨機(jī)砂輪打磨切削作用最大。從對(duì)車軸保護(hù)的角度來說，噴砂處理是對(duì)車軸傷害最小的處理方式；

（3）三種不同的方式處理后輪軸表面溫度基本無(wú)變化，對(duì)車軸無(wú)不良影響；

（4）噴砂處理除銹效果最徹底且使輪軸表面獲得一定的粗糙度，從后續(xù)工序角度來講，噴砂處理是最有利于對(duì)后續(xù)探傷、油漆施工的處理方式。

3應(yīng)用實(shí)例

在軌道車輛領(lǐng)域內(nèi)，除銹作業(yè)主要采用噴丸（砂）除銹，輔以手工和動(dòng)力工具除銹。通常，碳鋼基材噴丸（砂）清理可采用鋼丸、鋼絲段等金屬磨料或剛玉、金剛砂等非金屬磨料，噴射清理后鋼材表面清潔度等級(jí)應(yīng)達(dá)到GB/T 8923.1規(guī)定的Sa21/2圖片級(jí)。其中，廠修碳鋼車體及零部件噴射清理采用鋼丸、鋼絲段磨料，噴射清理后鋼材表面清潔度等級(jí)應(yīng)達(dá)到GB/T 8923.1規(guī)定的Sa2級(jí)或GB/T 8923.2規(guī)定的PSa2級(jí)。

鋁合金基材使用棕剛玉、金剛砂等非金屬磨料進(jìn)行噴砂處理，噴射清理后鋁合金基材表面粗糙度通常要求Ra(6~20)μm。例如，國(guó)內(nèi)時(shí)速160km/h等級(jí)及以下的鐵路客車車體、各車型的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架等采用噴丸除銹處理。由鋁合金材料制造的高速動(dòng)車組、城際動(dòng)車組、地鐵、輕軌、有軌電車等車體采用棕剛玉噴砂處理。其他碳鋼材質(zhì)焊接端部底架、檢修輪軸、軸箱體等部件也采用非金屬磨料噴砂除銹。

4 結(jié)語(yǔ)

除銹是輪軸探傷、涂裝前的必要步驟。對(duì)于檢修輪軸來說，噴砂除銹處理對(duì)車軸傷害最小，除銹效果最優(yōu)，既能滿足檢修輪軸探傷要求又能滿足后續(xù)涂裝要求。目前，噴丸（砂）除銹也是軌道車輛領(lǐng)域內(nèi)最常用最可行的除銹辦法，廣泛應(yīng)用于新造及檢修車體、轉(zhuǎn)向架部件等產(chǎn)品的涂裝前處理作業(yè)。

作者 | 岳書靜，崔永習(xí)，葛美周，等

（中車四方車輛有限公司，青島）