喷丸是一种表面清理、强化和抛光的解决方案，除了可以有效地提高金属零件的疲劳寿命外，也能用于清理工件上的污垢，几乎所有使用到金属材料的领域都会用这项技术，包括航空航天、汽车、建筑、铸造、造船和铁路等。

当喷丸工艺作为清洗技术使用时，它一般会被分为干喷丸和湿喷丸两种，其中湿喷丸清洗技术是在干喷丸的基础上发展起来的，结合高压水射流对环境几乎无污染和干喷丸清洗效率高的优势，将磨料和水加以混合，从喷射装置（通常是喷嘴）喷射到污垢表面，利用射流的磨削、冲击等作用去除污垢，具有清洗效率高、清洗压力小，动力源范围广泛，对环境几乎无污染的优势，并且可对使用后的磨料实现回收利用，降低了经济成本。

高压水射流、干喷丸和湿喷丸清洗技术的对比分析如表：

一、湿喷丸工艺的分类

按照磨料和水混合的先后次序，可将湿喷丸分为前混合模式和后混合模式，前后混合模式是一个相对的概念。

湿喷丸技术的分类

对于前后混合模式的具体分类一般从水和磨料的混合位置和动力源两个方面来进行考虑——从混合位置方面，根据射流运动路径依次划分为水和磨料混合箱内的混合、喷嘴内的混合以及喷嘴外的混合三种；从动力源方面来说，则存在空气为动力和水为动力两种方式。

将水和磨料在混合箱内的混合定义为前混模式，则前混模式可具体的分为水动前混和气动前混模式两种，即先将磨粒和水进行充分均匀的混合，通过喷嘴将混合后的磨液以气动（或水动）方式高速喷射到工件表面污垢。

其他位置水和磨料的混合均定义为后混合模式，因此可以分为喷嘴外混合的水环式、喷嘴内混合的气动注射式以及喷嘴内混合的水动负压吸附式——喷嘴内气动混合式即为磨粒以气动的形式喷射出来的过程中，向喷射的磨粒中添加水，达到混合的目的：负压吸附式则是以水为动力源的情况下，磨料在自重和负压吸附的作用下进入水射流，混合后一起喷射到工件表面。

上述提到的前后混合模式的工作原理对比如图所示：

注：前后混合模式均有弊端，前混合模式易造成磨粒和水混合不均匀、磨粒粒子沉降和喷嘴损伤严重的问题；而后混合模式会造成磨料和水的混合效果差影响冲蚀效果、磨料颗粒碰撞变细和增加水可能会影响喷射原始轨迹的情况。

二、影响湿喷丸清晰工艺的参数

①磨料选择

磨料是指在压缩空气或水射流的带动下获得一定的动能的具有清洗能力的天然的或人造的颗粒状物料。选择磨料前，需对待清洗对象的特点进行详细了解，同时考虑工件表面的污染状态、工件所处的环境条件及对基体表面的清洗要求等因素，选择合适的磨料作为喷丸。

在湿喷丸清洗过程中，选择的磨料一般为碳化硅类和刚玉类两种非金属磨料，其中又以使用刚玉类磨料居多。选择不同成分、粒径和形状的刚玉类磨料进行清洗时，能生成不同粗糙度的表面，以满足不同的涂装表面要求。在其他条件相同时，随着磨料粒径的增大，生成的表面粗糙度随之增大。由于磨料的形状、硬度等的区别，不同的磨料类型也会对表面粗糙度产生一定的影响。磨料外形有球状和颗粒状两种：球状磨料更适合用于材料的表面处理，改善表面残余压应力的分布，延长工件的使用寿命；颗粒状磨料有棱角，具备更强的清洗能力，但去除污物后容易划擦工件材料，产成裂纹，影响表面质量。

陶瓷喷丸（来源：圣戈班西普）

在选择磨料粒径的时候还需注意：磨料粒径选择过大时，磨料尺寸若大于工件表面凹坑处的尺寸，凹坑处的杂物会很难清除，从而导致清洗效率下降；粒径尺寸选择较小时，磨料的清洗能力有限，同样会降低清洗效率；若使用磨料粒径过小，还可能会影响循环系统的正常工作，造成管道的阻塞，甚至可能导致水泵的损坏。

②喷射参数设置

由于湿喷丸射流具有发散性，冲蚀待清洗工件表面不同位置的射流清洗角度各不相同，可调整的清洗角度一般是指喷嘴中心延长线与工件平面相交的夹角，如图中θ。使用不同的清洗角度，其清洗效率和清洗对基体表面质量的影响都有不同，需要根据实际情况做出合理选择。此外，清洗靶距、喷射清洗的时间、喷嘴和工件的相对移动速度也会影响清洗的效果。

不同的射流清洗角度

③喷嘴材料与结构

早期使用的喷嘴材料主要有铸铁和普通陶瓷两类，制造的喷嘴耐磨性较差，要求射流的速度不能过快，否则喷嘴的使用寿命会大幅降低。随着技术的发展，目前市场的主流喷嘴使用硬质合金、红宝石、碳化钨和碳化硼等先进材料制作，虽然单个喷嘴价格较贵，但耐磨性好、使用寿命长，实际使用成本更低。

④动力源

在使用湿喷丸技术进行清洗过程中，无论选择压缩空气或是高压水作为动力源，其压强大小都需要控制在合理的范围内。若动力源的压力过大，会使得射流的冲击力过大，既容易造成对清洗工件基体的损伤，又将会导致能源的浪费：而如果动力源的压力过小，将污染物清洗干净所需的时间就会延长，导致清洗效率下降，当射流的冲击力小于最低的清洗阈值时，还可能无法将污染物清洗掉。

资料来源：

熊胜. 湿喷丸清洗再制造零件表面漆层的技术研究[D]. 山东:山东大学,2021.

武爽爽. 湿喷丸清洗油漆污物的机理研究及工艺参数优化[D]. 山东:山东大学,2022.

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