1 前言

根據2006年8月國務(wù)院常務(wù)會(huì )議通過(guò)的《船舶工業(yè)中長(cháng)期發(fā)展規劃》，全球最大造船基地中船長(cháng)興造船基地一期工程于2008 年順利竣工，年生產(chǎn)能力450萬(wàn)載重噸。大型船塢龍門(mén)吊是長(cháng)興基地的關(guān)鍵設備，其主體是有主梁、剛性腿、柔性腿、平衡梁、車(chē)架等鋼結構組成。中船江南重工公司作為國內最具實(shí)力的鋼結構制造企業(yè)之一，承建了基地中最大的800 噸龍門(mén)吊。長(cháng)興島地處東海之濱，為典型的海洋性氣候，日照強，空氣濕潤，近海岸大氣中Cl- 含量較高。根據800 噸龍門(mén)吊所處地理位置，龍門(mén)吊室外腐蝕環(huán)境（鋼結構外表面）定義為C4，即腐蝕較為嚴重的工業(yè)及沿海區域環(huán)境；其內部腐蝕環(huán)境（鋼結構內表面）定義為C2，即中性環(huán)境[1]。而碳鋼在海洋大氣環(huán)境中穿透深度最大約為0.08mm/a[2]。如考慮其他腐蝕因素，腐蝕量會(huì )呈幾何級增長(cháng)。因此選擇合理的鋼結構防腐方案是保證龍門(mén)吊安全性和

技術(shù)可靠性的重要因素。

通過(guò)調研，在800 噸龍門(mén)吊前期準備階段，筆者提出800噸龍門(mén)吊鋼結構防腐方案是一個(gè)系統工程，必須從涂裝體系選擇，鋼結構焊接工藝、表面處理、涂裝工藝等各要素進(jìn)行優(yōu)化，又要兼顧經(jīng)濟性。

2 涂裝體系優(yōu)化

涂裝體系優(yōu)化主要依據涂裝設計壽命、鋼結構所處腐蝕環(huán)境、涂裝使用調研和不同部位防腐要求不同，并結合工程造價(jià)、經(jīng)濟性分析和防腐性能分析等進(jìn)行。優(yōu)化流程見(jiàn)下圖1。涂裝壽命是指涂裝的耐久性，

即涂裝系統在進(jìn)行第一次大修之前所期望的保護年限[1]。800 噸龍門(mén)吊涂裝設計壽命為10年。如何確定具體涂料品種以及涂層膜厚以保證10 年的設計壽命是優(yōu)化的重點(diǎn)。

2.1 涂裝底漆

防銹底漆主要分2 大類(lèi)：熱噴涂鋁、鋅、鋅鋁合金的金屬防蝕鍍層；無(wú)機和有機（環(huán)氧）富鋅底漆。傳統紅丹底漆由于防腐耐久性差和鉛污染已經(jīng)日趨淘汰。金屬熱噴涂產(chǎn)生于上世紀40年代，其原理是在鋼材表面熱噴涂金屬鋁、鋅粉，使其作為陽(yáng)極，達到陰極保護作用。一般大氣環(huán)境下，熱噴涂至少可以保證鋼結構30年的有效使用期[3]。但熱噴涂成本較高，施工復雜，工程造價(jià)大幅上升。富鋅底漆是另一類(lèi)高效防銹底漆，其機理也是利用鋅粉對鋼材表面的陰極保護作用。Zn的電化學(xué)活性（標準電極電位-0.763V）比Fe（-0.409V）活躍，在腐蝕介質(zhì)的作用下，形成Zn-Fe 電池，Zn 作為陽(yáng)極被犧牲掉，從而保護陰極Fe。富鋅底漆分為無(wú)機和有機（環(huán)氧）兩種，防腐效果均比較優(yōu)異，在C4（工業(yè)和海洋大氣）環(huán)境中有10年以上的使用經(jīng)驗[4]。由于厚膜型無(wú)機富鋅底漆表面粗糙，需加粘度較稀中間封閉漆，施工成本高于環(huán)氧富鋅底漆。

2.2 中間漆

中間漆起到隔絕防護的作用，目前常用環(huán)氧云鐵漆。該漆以云母氧化鐵（λFe2O3）為組分，其鱗片狀結構類(lèi)似云母，在涂膜中呈層層疊積狀排列，可有效阻擋水分、氧氣及其他腐蝕介質(zhì)滲透，又因為云

母氧化鐵光敏性弱，化學(xué)穩定性好，具有較好的耐候性和抗紫外線(xiàn)的性能。此外，云母氧化鐵具有一定粗糙度，有利于底漆和面漆的結合。

2.3 面漆

面漆要兼具防腐和美觀(guān)。目前常用氯化橡膠面漆、聚氨酯面漆和氟碳面漆。其防腐效果和保色保光性能依次遞增。氯化橡膠面漆使用時(shí)間最早，在上海地區有著(zhù)多年成功使用經(jīng)驗，價(jià)格低；聚氨酯面漆

保色保光性能優(yōu)異，抗紫外線(xiàn)、抗老化、耐候性強，復涂性好，價(jià)格適中；氟碳涂料以氟樹(shù)脂為主要成膜物質(zhì)的涂料，由于氟元素電負性大，碳氟鍵能強，具有特別優(yōu)越的耐候性、耐熱性、耐低溫性、耐化

學(xué)藥品性，以及獨特的不粘性和低磨擦性，但價(jià)格較高。

2.4 漆膜膜厚

涂層的漆膜膜厚是保證防腐蝕效果的關(guān)鍵因素。文獻[1]根據鋼結構所處腐蝕環(huán)境和使用壽命對漆膜厚度作出了具體規定如表1。按上述規定，使用壽命10年的漆膜厚度應不低于150μm（C2）和200μm（C2）。

2.5 涂裝體系確定

通過(guò)涂料配套試驗，最終涂裝體系如表2，即滿(mǎn)足了使用壽命要求，又兼顧了經(jīng)濟性。

3 鋼結構焊接工藝優(yōu)化

焊接是鋼結構制造基礎工藝，如果焊接處理不好，容易導致鋼結構腐蝕發(fā)生。常見(jiàn)腐蝕有：雙金屬腐蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕。

3.1 結構設計和焊接方法優(yōu)化在制定焊接工藝時(shí)，從避免局部應力集中考慮，應盡量減少交叉焊縫；多層多道焊縫應相互錯開(kāi)；焊縫接頭避免Y形交接；保留適當的焊縫余高或徹底去除余高。為避免縫隙腐蝕和表面處理考慮，應盡量采用對接焊和連續焊，避免搭接焊和間斷焊；為避免焊接缺陷，主焊縫和對接焊縫，采用CO2保護焊打底，X坡口，埋弧焊，無(wú)鈍邊；腹板與翼緣板角焊縫焊接采用CO2保護焊打底，雙邊坡口，埋弧焊；筋板角焊縫，CO2保護焊。既避免了單純單面焊和背面清根，又保證了焊縫質(zhì)量和平滑度，避免了縫隙腐蝕。

3.2 焊接工藝優(yōu)化合理選擇焊絲和焊條，使焊縫熔敷金屬與母材的化學(xué)成分和機械性能近似，避免焊后焊縫金屬與母材電位差較大，而產(chǎn)生雙金屬腐蝕。同時(shí)應嚴格規定焊接電流、焊接速度，控制焊接線(xiàn)能量。防止由于電流過(guò)大，造成咬邊，造成縫隙腐蝕隱患。焊前對厚板（>34mm）進(jìn)行預熱，焊后立即進(jìn)行熱處理以消除焊接殘余應力，減少在特定環(huán)境下產(chǎn)生應力腐蝕的風(fēng)險。

3.3 加強焊縫部位的預涂裝由于焊接后，焊縫附近的車(chē)間底漆已被破壞，因此加強焊縫預涂裝是彌補焊縫腐蝕的有效途徑。焊縫預涂裝要點(diǎn)：（1）清理焊縫，去除焊接產(chǎn)生的飛濺、焊渣等，打磨手工焊縫，消除余高，并使其平滑，漏焊、針孔和咬邊需進(jìn)行補焊處理。對于搭接焊縫，應采用環(huán)氧類(lèi)堵縫材料進(jìn)行封堵；（2）預涂底漆采用相同環(huán)氧富鋅底漆；（3）預涂長(cháng)條焊縫采用無(wú)氣噴涂，難以進(jìn)行無(wú)氣噴涂的焊縫采用手工刷涂。

4 表面處理優(yōu)化

鋼結構焊接表面處理主要有三個(gè)目的：（1）清理表面，為涂裝作準備；（2）提供合適的表面粗糙度，增加底漆附著(zhù)力：（3）改善鋼板應力水平，降低應力腐蝕風(fēng)險。根據龍門(mén)吊鋼結構的特殊性，優(yōu)化的表

面處理要求如下：

4.1 鋼材表面預處理

鋼材表面預處理前清理表面積水、油污及雜物。鋼材在下料前應經(jīng)拋丸預處理，達到GB 8923-88 標準的Sa2.5 級，表面粗糙度達到40-80μm，噴涂環(huán)氧富鋅車(chē)間底漆15-20μm；型材不能進(jìn)行拋丸處理時(shí)，應采用噴丸處理，達到上述要求。經(jīng)機械和手工除銹處理的，處理后表面質(zhì)量達到St3級。構件成形后作除銹處理的，處理后各表面質(zhì)量達到Sa2.5級。機械設備罩殼、減速箱外殼、卷筒內壁、開(kāi)式齒輪兩側等采用噴丸或拋丸除銹。不能用噴丸或拋丸除銹的，采用酸洗除銹或機械手工除銹。

4.2 二次除銹

主梁、鋼性腿、柔性腿分段結構；上下小車(chē)車(chē)架，行走機構平衡梁，車(chē)架，維修吊主柱、橫粱及其它結構件在二次噴丸除銹前應預先打磨清除結構表面的焊瘤、飛濺、毛刺，自由邊銳角均應打磨至R2，并進(jìn)行預涂。各平臺、機架等零星構件如不采用二次噴丸除銹則可采用動(dòng)力工具進(jìn)行除銹，除銹等級達到St3 級。

4.3 表面清潔處理

涂裝下道涂層前，對除銹過(guò)的表面或前道涂層表面進(jìn)行清潔處理，清除表面沾污的油脂、灰塵、水分、鹽分、焊接煙塵、粉筆或油漆記號。各分段、組件結構車(chē)間底漆完整的區域,應除去表面鋅鹽、垃圾、污物、油污等。

5 涂裝工藝優(yōu)化

涂裝工藝優(yōu)化重點(diǎn)在于控制漆膜厚度和均勻度，避免涂裝質(zhì)量缺陷，提高經(jīng)濟性。前述涂料的無(wú)氣噴涂工藝已經(jīng)非常成熟，在此只分析優(yōu)化要點(diǎn)：

5.1 加強預涂裝

預涂裝是保證膜厚均勻的關(guān)鍵。除前述焊縫預涂外，銳邊、外角處必須預涂，該處通常無(wú)法保證正常膜厚；另外，鋼結構內角、鉚釘、螺栓、螺母等連接處，加強型材的背面也必須進(jìn)行預涂裝。為保

證質(zhì)量，底漆預涂不能采用輥涂。

5.2 噴嘴口徑控制與噴幅

噴嘴口徑大，膜厚就厚，在實(shí)際操作中，不能僅依據說(shuō)明書(shū)來(lái)指導施工，應根據現場(chǎng)實(shí)際環(huán)境（如溫度、風(fēng)力、構件噴涂作業(yè)條件等）對泵的壓力、涂料粘度以及噴距進(jìn)行檢查、試噴，確定可正常操作后進(jìn)行大面積噴涂。環(huán)氧富鋅底漆噴嘴易磨損，應及時(shí)更換，否則影響膜厚均勻。對于主梁等大平面，應增大噴嘴噴幅，提高效率；對于型材等狹窄鋼結構，應調小噴幅，可以有效提高涂層均勻度。在無(wú)氣噴涂時(shí)，應掌握噴幅1/2 重疊原則，噴幅重疊多，造成浪費及膜厚不均；重疊少，造成漏噴。

5.3 濕膜現場(chǎng)檢驗

施工人員在施工后，應立即進(jìn)行濕膜自檢，達到有效控制膜厚，以便及時(shí)采取措施，防止補涂，造成質(zhì)量缺陷。濕膜檢測采用梳齒濕膜測厚儀，每1m2 均布5 點(diǎn)，各測3 次，取平均值，然后通過(guò)涂料的

體積固含比和稀釋比換算為干膜厚度。通過(guò)施工自檢，可以隨時(shí)調整噴涂量，既保證了涂層質(zhì)量，又節約了成本。需要提醒的是，濕膜測厚儀不能用于無(wú)機富鋅（溶劑揮發(fā)快，檢測不準）和聚氨酯面漆/ 氯

化橡膠面漆二道涂料（溶解前道涂料）的檢測。

6 結語(yǔ)

上述防腐方案順利通過(guò)了專(zhuān)家評審及監理公司的認可，并得以順利實(shí)施。800噸龍門(mén)吊已于2008年初交付使用。經(jīng)過(guò)一年多使用情況反饋，涂裝質(zhì)量良好，完全達到了預期效果。該龍門(mén)吊鋼結構的防腐

優(yōu)化方案為今后類(lèi)似產(chǎn)品提供了有益借鑒。