0引言

目前，国内运行的铁路客车车辆主要采用钢铁材料制造而来。铁路客车在富氧、多盐、高热的恶劣环境中运行服役，会长期受到风吹日晒、酸雨、雾霾和紫外线的不断侵蚀和破坏。锈蚀问题一直是影响铁路客车寿命的重要因素，轮轴锈蚀严重则直接关系到车辆运行安全。探究适宜的除锈工艺方法用以指导实际生产中的除锈作业也成为行业内的一个重要课题。

现有的除锈方法分为化学除锈法和物理除锈法。化学除锈是通过使用化学药剂对工件进行酸洗除锈，为利于后续涂装同时还会伴随磷化、钝化等系列处理过程。由于化学除锈过程中使用大量化学药剂易产生废液、废渣等污染物，高温加热能耗高等原因，其在实际生产中已受到严格限制。轨道车辆领域，一般对非不锈钢材质的薄板（通常厚度＜3 mm）、钢管等采用化学除锈处理。物理除锈法主要包括手工和动力工具除锈、喷丸（砂）除锈、磨料水射流除锈、激光除锈等。手工和动力工具除锈是采用砂纸、磨片、砂轮、钢丝刷等工具进行机械打磨的除锈方法。

该方法除锈相对不均匀，尤其对于基材凹坑深处的锈蚀不易清除，且劳动强度大、人工成本高，但灵活性大，适用于小面积作业。喷丸（砂）除锈是以压缩空气为动力，将丸料或砂料高速喷射到工件表面，使工件表面获得一定清洁度和粗糙度的方法。喷丸（砂）除锈工作效率高，便于操作，清除氧化皮、锈层、旧漆层的同时能够获得一定的表面粗糙度，有助于后续油漆涂层的附着。

此方法是目前轨道车辆领域最常用最可行的除锈方法，广泛应用于新造及检修车体、转向架部件等产品的涂装前处理作业。磨料水射流除锈是利用带水的磨料高速喷射工件表面，属于一种湿式喷砂除锈的方法。其大大减少了粉尘污染，有利于环境保护。但磨料水射流除锈后的工件表面有一定量的水残留，特别是结构复杂的产品若不及时干燥清理容易产生返锈。

并且，较干式喷砂增加了供水系统，设备、维护成本高。激光除锈是一种新兴的除锈方法，其利用高能量的脉冲激光照射工件表面，表面锈蚀层吸收激光能量急剧升温产生气化、热膨胀、冲击等，使锈蚀层剥离的方法。激光除锈精度高、效果良好，多适用于精密部件的小面积除锈。对于轨道车辆领域的大型车体、大部件除锈以及检修车辆的除旧漆层、除锈等作业，激光除锈工作效率大大降低，难以满足生产需求。并且，经其处理后的基材表面粗糙度低于手工除锈、喷砂除锈的处理效果，不利于后续油漆涂装。

中国铁路总公司下发的《铁路客车轮轴组装检修及管理规则》（铁总运[2013]191号）中轮对检修第3.1条外观检查要求“段修、厂修时，须清除轮对各部位表面的油漆及锈垢，车轴外露表面须露出基本金属面”。段修、厂修的铁路客车其轮轴检修包括重新除漆除锈、探伤、涂装作业，除锈是轮轴探伤、涂装前的必要步骤。轮轴探伤前，必须保证轮轴表面露出基本金属面，不得有旧漆层、锈垢、杂物等附着，以确保轮轴探伤质量。所以，检修轮轴除锈需要选择既能满足探伤要求又能满足后续涂装作业的除锈方式。

结合实际生产现状，本文选取喷砂、磨片打磨、角磨机砂轮打磨3种不同的除锈方式，进行表面处理试验验证，分析不同处理方式对轮轴基材表面粗糙度、光泽、温度变化、伤害程度的影响，以确定最优的除锈处理方式。

1试验部分

1.1材料准备

车轴3 条，打磨机1 台（配40#、120#、240#磨片），角磨机1 台（配60#砂轮），红外测温枪1 台。

1.2 试验内容 

针对喷砂、磨片打磨、角磨机打磨3种不同的除锈方式，进行轮轴表面除锈处理验证。

（1）选取1 条车轴采用石英砂进行喷砂处理，记录喷砂过程车轴表面温度变化、外观变化。

（2）选取1 条车轴进行磨片打磨处理，将车轴划分为3 段，分别使用40#、120#、240#磨片进行打磨处理。记录打磨过程车轴表面温度变化、外观变化。

（3）选取1 条车轴进行角磨机砂轮打磨处理，记录打磨过程车轴表面温度变化、外观变化。

2结果与讨论

2.1 车轴喷砂处理

喷砂前，车轴外观表面可见黄色锈蚀，整体发污呈深灰色；喷砂后，表面无可见的油污、无油漆涂层、无锈垢附着，露出粗糙的基本金属面，整体呈无光泽的灰白色，见图1，喷砂等级达到GB/T 8923.1规定的Sa2级，为彻底的喷射清理，即在不放大的情况下观察时，表面应无可见的油、脂和污物，并且几乎没有氧化皮、铁锈、涂层和外来杂质。符合《铁路客车轮轴组装检修及管理规则》（铁总运[2013]191号）中轮对检修第3.1条外观检查要求。喷砂前，车轴表面温度约16℃；喷砂后，车轴表面约17℃；温度基本无变化。

图1 车轴喷砂处理前后的状态对比

2.2车轴磨片打磨处理

打磨前，车轴外观表面可见黄色锈蚀，整体发污呈深灰色；分别使用40#、120#、240#打磨后，表面露出具有一定光泽的亮白色金属面，其中，40#磨片打磨处光泽程度最强，120#磨片打磨处光泽程度次之，240#磨片打磨处光泽程度最弱。但均仍可见锈垢附着，故不符合《铁路客车轮轴组装检修及管理规则》（铁总运[2013]191号）中轮对检修第3.1条外观检查要求。外观效果变化如图2、图3所示。打磨前，车轴表面约16℃；打磨后，车轴表面约17℃；温度基本无变化。

图2 车轴磨片打磨处理前后的状态对比

图3 不同目数磨片打磨的效果对比

2.3 车轴角磨机砂轮打磨处理

如图4所示，打磨前，车轴表面可见黄色锈蚀，整体发污呈深灰色；使用60#角磨机砂轮打磨后，表面无可见的油污，无油漆涂层、锈垢附着，表面露出具有光亮的金属光泽表面，符合《铁路客车轮轴组装检修及管理规则》（铁总运[2013]191号）中轮对检修第3.1条外观检查要求，但因表面相对光滑而不利于后续油漆附着。打磨前，车轴表面约16℃；打磨后，车轴表面约19℃；温度基本无变化。

图4 车轴角磨机砂轮打磨处理前后的状态对比

2.4作用机理分析

（1）喷砂：喷砂喷射清理处理时，砂粒高速喷射到需要处理的轮轴表面，使轮轴外表面发生变化。由于磨料对表面的冲击和切削作用，主要表现为冲击作用，使轮轴表面获得一定的清洁度，并且使轮轴表面变粗糙，有利于后续油漆的附着。喷砂处理后，金属表面微观形貌表现为分布着大量不规则形状的撞击凹坑，这些凹坑对于提高后续涂层与基材之间的附着力具有重要作用。

（2）磨片打磨：利用不同粗糙程度的磨片在压缩空气的驱动下旋转对进行表面进行磨削、切削、除锈处理。相较于喷砂及角磨机打磨而言，手工磨片打磨对钢材表面的冲击和切削作用相对要小，大面积、基材凹坑深处的锈蚀无法彻底清除，仅适用于局部除锈。不同型号磨片打磨比较，磨片型号数越小，磨片表面越粗糙，对钢材表面的作用程度越大，从而表现出40#磨片打磨处除锈、光泽程度最强；120#磨片打磨处除锈、光泽程度次之；240#磨片打磨处除锈、光泽程度最弱。

（3）角磨机砂轮打磨：是利用高速旋转的砂轮对金属件进行磨削、切削、除锈、磨光加工。因砂轮本身的切削结构及高速度旋转，角磨机打磨对钢材表面的切削力度大，除锈彻底，表面出现磨光状态，呈光亮的金属光泽。角磨机砂轮打磨后其表面形貌与喷砂处理后产生的凹坑不同，分布的是高低不平的条纹状沟槽。

表1 不同处理方式对轮轴表面作用及影响

根据上述试验结果及作用机理分析，可得出以下几点结论：

（1）喷砂轮轴因表面粗糙程度最大，粗糙表面对光线表现为漫反射作用，喷砂后轮轴表面宏观上呈无光泽的灰白色，属于正常现象；

（2）喷砂对轮轴表面的切削作用最小，角磨机砂轮打磨切削作用最大。从对车轴保护的角度来说，喷砂处理是对车轴伤害最小的处理方式；

（3）三种不同的方式处理后轮轴表面温度基本无变化，对车轴无不良影响；

（4）喷砂处理除锈效果最彻底且使轮轴表面获得一定的粗糙度，从后续工序角度来讲，喷砂处理是最有利于对后续探伤、油漆施工的处理方式。

3应用实例

在轨道车辆领域内，除锈作业主要采用喷丸（砂）除锈，辅以手工和动力工具除锈。通常，碳钢基材喷丸（砂）清理可采用钢丸、钢丝段等金属磨料或刚玉、金刚砂等非金属磨料，喷射清理后钢材表面清洁度等级应达到GB/T 8923.1规定的Sa21/2图片级。其中，厂修碳钢车体及零部件喷射清理采用钢丸、钢丝段磨料，喷射清理后钢材表面清洁度等级应达到GB/T 8923.1规定的Sa2级或GB/T 8923.2规定的PSa2级。

铝合金基材使用棕刚玉、金刚砂等非金属磨料进行喷砂处理，喷射清理后铝合金基材表面粗糙度通常要求Ra(6~20)μm。例如，国内时速160km/h等级及以下的铁路客车车体、各车型的转向架构架等采用喷丸除锈处理。由铝合金材料制造的高速动车组、城际动车组、地铁、轻轨、有轨电车等车体采用棕刚玉喷砂处理。其他碳钢材质焊接端部底架、检修轮轴、轴箱体等部件也采用非金属磨料喷砂除锈。

4 结语

除锈是轮轴探伤、涂装前的必要步骤。对于检修轮轴来说，喷砂除锈处理对车轴伤害最小，除锈效果最优，既能满足检修轮轴探伤要求又能满足后续涂装要求。目前，喷丸（砂）除锈也是轨道车辆领域内最常用最可行的除锈办法，广泛应用于新造及检修车体、转向架部件等产品的涂装前处理作业。

作者 | 岳书静，崔永习，葛美周，等

（中车四方车辆有限公司，青岛）