1 前言
根據(jù)2006年8月國務(wù)院常務(wù)會議通過的《船舶工業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，全球最大造船基地中船長興造船基地一期工程于2008 年順利竣工，年生產(chǎn)能力450萬載重噸。大型船塢龍門吊是長興基地的關(guān)鍵設(shè)備，其主體是有主梁、剛性腿、柔性腿、平衡梁、車架等鋼結(jié)構(gòu)組成。中船江南重工公司作為國內(nèi)最具實力的鋼結(jié)構(gòu)制造企業(yè)之一，承建了基地中最大的800 噸龍門吊。長興島地處東海之濱，為典型的海洋性氣候，日照強(qiáng)，空氣濕潤，近海岸大氣中Cl- 含量較高。根據(jù)800 噸龍門吊所處地理位置，龍門吊室外腐蝕環(huán)境（鋼結(jié)構(gòu)外表面）定義為C4，即腐蝕較為嚴(yán)重的工業(yè)及沿海區(qū)域環(huán)境；其內(nèi)部腐蝕環(huán)境（鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)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，腐蝕量會呈幾何級增長。因此選擇合理的鋼結(jié)構(gòu)防腐方案是保證龍門吊安全性和
技術(shù)可靠性的重要因素。
通過調(diào)研，在800 噸龍門吊前期準(zhǔn)備階段，筆者提出800噸龍門吊鋼結(jié)構(gòu)防腐方案是一個系統(tǒng)工程，必須從涂裝體系選擇，鋼結(jié)構(gòu)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(jì)性。
2 涂裝體系優(yōu)化
涂裝體系優(yōu)化主要依據(jù)涂裝設(shè)計壽命、鋼結(jié)構(gòu)所處腐蝕環(huán)境、涂裝使用調(diào)研和不同部位防腐要求不同，并結(jié)合工程造價、經(jīng)濟(jì)性分析和防腐性能分析等進(jìn)行。優(yōu)化流程見下圖1。涂裝壽命是指涂裝的耐久性，
即涂裝系統(tǒng)在進(jìn)行第一次大修之前所期望的保護(hù)年限[1]。800 噸龍門吊涂裝設(shè)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(shè)計壽命是優(yōu)化的重點。
2.1 涂裝底漆
防銹底漆主要分2 大類：熱噴涂鋁、鋅、鋅鋁合金的金屬防蝕鍍層；無機(jī)和有機(jī)（環(huán)氧）富鋅底漆。傳統(tǒng)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(jì)40年代，其原理是在鋼材表面熱噴涂金屬鋁、鋅粉，使其作為陽極，達(dá)到陰極保護(hù)作用。一般大氣環(huán)境下，熱噴涂至少可以保證鋼結(jié)構(gòu)30年的有效使用期[3]。但熱噴涂成本較高，施工復(fù)雜，工程造價大幅上升。富鋅底漆是另一類高效防銹底漆，其機(jī)理也是利用鋅粉對鋼材表面的陰極保護(hù)作用。Zn的電化學(xué)活性（標(biāo)準(zhǔn)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 作為陽極被犧牲掉，從而保護(hù)陰極Fe。富鋅底漆分為無機(jī)和有機(jī)（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]。由于厚膜型無機(jī)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(hù)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(jié)構(gòu)類似云母，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(wěn)定性好，具有較好的耐候性和抗紫外線的性能。此外，云母氧化鐵具有一定粗糙度，有利于底漆和面漆的結(jié)合。
2.3 面漆
面漆要兼具防腐和美觀。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間最早，在上海地區(qū)有著多年成功使用經(jīng)驗，價格低；聚氨酯面漆
保色保光性能優(yōu)異，抗紫外線、抗老化、耐候性強(qiáng)，復(fù)涂性好，價格適中；氟碳涂料以氟樹脂為主要成膜物質(zhì)的涂料，由于氟元素電負(fù)性大，碳氟鍵能強(qiáng)，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(xiàn)[1]根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)所處腐蝕環(huán)境和使用壽命對漆膜厚度作出了具體規(guī)定如表1。按上述規(guī)定，使用壽命10年的漆膜厚度應(yīng)不低于150μm（C2）和200μm（C2）。
2.5 涂裝體系確定
通過涂料配套試驗，最終涂裝體系如表2，即滿足了使用壽命要求，又兼顧了經(jīng)濟(jì)性。
3 鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝優(yōu)化
焊接是鋼結(jié)構(gòu)制造基礎(chǔ)工藝，如果焊接處理不好，容易導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)腐蝕發(fā)生。常見腐蝕有：雙金屬腐蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕。
3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計和焊接方法優(yōu)化在制定焊接工藝時，從避免局部應(yīng)力集中考慮，應(yīng)盡量減少交叉焊縫；多層多道焊縫應(yīng)相互錯開；焊縫接頭避免Y形交接；保留適當(dāng)?shù)暮缚p余高或徹底去除余高。為避免縫隙腐蝕和表面處理考慮，應(yīng)盡量采用對接焊和連續(xù)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(hù)焊打底，X坡口，埋弧焊，無鈍邊；腹板與翼緣板角焊縫焊接采用CO2保護(hù)焊打底，雙邊坡口，埋弧焊；筋板角焊縫，CO2保護(hù)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(jī)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。同時應(yīng)嚴(yán)格規(guī)定焊接電流、焊接速度，控制焊接線能量。防止由于電流過大，造成咬邊，造成縫隙腐蝕隱患。焊前對厚板（>34mm）進(jìn)行預(yù)熱，焊后立即進(jìn)行熱處理以消除焊接殘余應(yīng)力，減少在特定環(huán)境下產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的風(fēng)險。
3.3 加強(qiáng)焊縫部位的預(yù)涂裝由于焊接后，焊縫附近的車間底漆已被破壞，因此加強(qiáng)焊縫預(yù)涂裝是彌補(bǔ)焊縫腐蝕的有效途徑。焊縫預(yù)涂裝要點：（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(bǔ)焊處理。對于搭接焊縫，應(yīng)采用環(huán)氧類堵縫材料進(jìn)行封堵；（2）預(yù)涂底漆采用相同環(huán)氧富鋅底漆；（3）預(yù)涂長條焊縫采用無氣噴涂，難以進(jìn)行無氣噴涂的焊縫采用手工刷涂。
4 表面處理優(yōu)化
鋼結(jié)構(gòu)焊接表面處理主要有三個目的：（1）清理表面，為涂裝作準(zhǔn)備；（2）提供合適的表面粗糙度，增加底漆附著力：（3）改善鋼板應(yīng)力水平，降低應(yīng)力腐蝕風(fēng)險。根據(jù)龍門吊鋼結(jié)構(gòu)的特殊性，優(yōu)化的表
面處理要求如下：
4.1 鋼材表面預(yù)處理
鋼材表面預(yù)處理前清理表面積水、油污及雜物。鋼材在下料前應(yīng)經(jīng)拋丸預(yù)處理，達(dá)到GB 8923-88 標(biāo)準(zhǔn)的Sa2.5 級，表面粗糙度達(dá)到40-80μm，噴涂環(huán)氧富鋅車間底漆15-20μm；型材不能進(jìn)行拋丸處理時，應(yīng)采用噴丸處理，達(dá)到上述要求。經(jīng)機(jī)械和手工除銹處理的，處理后表面質(zhì)量達(dá)到St3級。構(gòu)件成形后作除銹處理的，處理后各表面質(zhì)量達(dá)到Sa2.5級。機(jī)械設(shè)備罩殼、減速箱外殼、卷筒內(nèi)壁、開式齒輪兩側(cè)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(jī)械手工除銹。
4.2 二次除銹
主梁、鋼性腿、柔性腿分段結(jié)構(gòu)；上下小車車架，行走機(jī)構(gòu)平衡梁，車架，維修吊主柱、橫粱及其它結(jié)構(gòu)件在二次噴丸除銹前應(yīng)預(yù)先打磨清除結(jié)構(gòu)表面的焊瘤、飛濺、毛刺，自由邊銳角均應(yīng)打磨至R2，并進(jìn)行預(yù)涂。各平臺、機(jī)架等零星構(gòu)件如不采用二次噴丸除銹則可采用動力工具進(jìn)行除銹，除銹等級達(dá)到St3 級。
4.3 表面清潔處理
涂裝下道涂層前，對除銹過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(jié)構(gòu)車間底漆完整的區(qū)域,應(yīng)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(jì)性。前述涂料的無氣噴涂工藝已經(jīng)非常成熟，在此只分析優(yōu)化要點：
5.1 加強(qiáng)預(yù)涂裝
預(yù)涂裝是保證膜厚均勻的關(guān)鍵。除前述焊縫預(yù)涂外，銳邊、外角處必須預(yù)涂，該處通常無法保證正常膜厚；另外，鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)角、鉚釘、螺栓、螺母等連接處，加強(qiáng)型材的背面也必須進(jìn)行預(yù)涂裝。為保
證質(zhì)量，底漆預(yù)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，在實際操作中，不能僅依據(jù)說明書來指導(dǎo)施工，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際環(huán)境（如溫度、風(fēng)力、構(gòu)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(yīng)及時更換，否則影響膜厚均勻。對于主梁等大平面，應(yīng)增大噴嘴噴幅，提高效率；對于型材等狹窄鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)調(diào)小噴幅，可以有效提高涂層均勻度。在無氣噴涂時，應(yīng)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(xiàn)場檢驗
施工人員在施工后，應(yīng)立即進(jìn)行濕膜自檢，達(dá)到有效控制膜厚，以便及時采取措施，防止補(bǔ)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，各測3 次，取平均值，然后通過涂料的
體積固含比和稀釋比換算為干膜厚度。通過施工自檢，可以隨時調(diào)整噴涂量，既保證了涂層質(zhì)量，又節(jié)約了成本。需要提醒的是，濕膜測厚儀不能用于無機(jī)富鋅（溶劑揮發(fā)快，檢測不準(zhǔn)）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(jié)語
上述防腐方案順利通過了專家評審及監(jiān)理公司的認(rèn)可，并得以順利實施。800噸龍門吊已于2008年初交付使用。經(jīng)過一年多使用情況反饋，涂裝質(zhì)量良好，完全達(dá)到了預(yù)期效果。該龍門吊鋼結(jié)構(gòu)的防腐
優(yōu)化方案為今后類似產(chǎn)品提供了有益借鑒。
