張振柱

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院龍巖分院，福建 龍巖 364000）

腐蝕環(huán)境對(duì)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的影響及防護(hù)措施

張振柱

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院龍巖分院，福建 龍巖 364000）

本文主要就腐蝕環(huán)境對(duì)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的影響及防護(hù)措施進(jìn)探究。分析了腐蝕環(huán)境對(duì)起重機(jī)臂架結(jié)構(gòu)應(yīng)力影響與改進(jìn)措施，最后從選材、結(jié)構(gòu)規(guī)劃、涂裝工藝環(huán)節(jié)對(duì)預(yù)防腐蝕起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的有效措施進(jìn)行探究，并建議使用單位重視腐蝕環(huán)境下起重機(jī)設(shè)備的日常維修與防護(hù)工作，從而使重機(jī)結(jié)構(gòu)的承載性能得到切實(shí)的保障，為使用單位創(chuàng)造最佳的效益。

腐蝕環(huán)境；起重機(jī)；金屬結(jié)構(gòu)；影響；防護(hù)措施

起重機(jī)在應(yīng)用過程中會(huì)被擱置于露天環(huán)境或潮濕腐蝕的環(huán)境中，其表皮油漆保護(hù)層經(jīng)常會(huì)因損壞而喪失防護(hù)功能，使金屬結(jié)構(gòu)被腐蝕。通常情況下，作業(yè)環(huán)境的溫度、濕度以及酸堿性介質(zhì)排布狀況均會(huì)影響起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)腐蝕程度與速率，其中濕度所產(chǎn)生的影響效果最為顯著。相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料記載，全世界每年由于腐蝕而報(bào)廢的金屬設(shè)備和材料相當(dāng)于當(dāng)年金屬產(chǎn)量的20%～40%。可見，深入對(duì)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)腐蝕的防護(hù)措施進(jìn)行研究是極為必要的。

1 描述某化工廠露天用起重機(jī)桁架臂

臂：31m；弦桿為角鋼構(gòu)造，尺寸：20.32cm×20.32cm×2.54cm；腹桿為管材構(gòu)造，尺寸：φ6.03cm×0.039cm，φ7.3cm×0.52cm，φ8.089cm×0.55cm，φ10.16cm×0.58cm。臂架四個(gè)弦桿的應(yīng)力受側(cè)載影響而存在差異性，最大應(yīng)力：276.817MPa，在臂架底節(jié)，為弦桿腐蝕點(diǎn)處；腹桿最大應(yīng)力：96.851MPa，在臂架的中部，與440MPa應(yīng)用壓力標(biāo)準(zhǔn)相符合。

2 探究腐蝕環(huán)境對(duì)臂架結(jié)構(gòu)應(yīng)力影響

通過對(duì)鋪管船用起重機(jī)腐蝕檢測(cè)報(bào)告進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其底節(jié)弦桿上存在很多腐蝕點(diǎn)，經(jīng)測(cè)量腐蝕的最大深度為0.35cm，腐蝕點(diǎn)的形態(tài)可以被粗略的描述為圓柱形或倒錐形凹槽。所以，為了探究腐蝕點(diǎn)對(duì)弦桿受力的影響效果，參照圣維南原理，節(jié)取底節(jié)內(nèi)長50.0cm的弦桿，構(gòu)建實(shí)體有限元模型，在其上構(gòu)建圓柱型凹槽模擬腐蝕結(jié)構(gòu)，模型如圖1所示。

基于不同腐蝕深度對(duì)弦桿應(yīng)力影響效果存在差異性這一實(shí)況，在弦桿上分別構(gòu)建直徑為0.15cm與0.025cm深的凹槽（圖1b）。因?yàn)楦g直徑與弦桿受大小之間存在一定的關(guān)聯(lián)性，所以對(duì)不同深度的凹槽施以整合對(duì)策，分別構(gòu)建腐蝕直徑為0.3cm與0.5cm的凹槽。腐蝕直徑為0.3cm的模型采用圓柱型凹槽，腐蝕直徑為0.35cm的模型采用倒錐形四槽，傾斜角度為30°。又因?yàn)槟Ｐ吞幱诒幌拗频那闆r，在弦桿模型的一端施加位移與角位移全限制，并將100MPa的均布?jí)簯?yīng)力施加到對(duì)側(cè)。

圖1 弦桿實(shí)體模型

依照以上模型與限制以及載荷，開展有限元計(jì)算工作，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在腐蝕深度不同的情況下測(cè)算出的應(yīng)力分布狀況存在相似性?；诟g點(diǎn)周邊應(yīng)力匯聚這一實(shí)況，若其腐蝕直徑為0.3cm，那么凹槽外側(cè)會(huì)產(chǎn)生最大應(yīng)力；腐蝕直徑為0.5cm，那么錐型凹槽內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生最大應(yīng)力。在腐蝕直徑不斷增加的情況下，腐蝕點(diǎn)位置的最大應(yīng)力逐漸降低，在相關(guān)公式的協(xié)助下，其最大應(yīng)力數(shù)值分別為225.225MPa與201.486MPa。

對(duì)不同腐蝕深度、不同直徑的凹槽進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行全面而深度的分析，發(fā)現(xiàn)伴隨著腐蝕直徑的縮減與腐蝕深度的增加，應(yīng)力呈現(xiàn)出增長的態(tài)勢(shì)，應(yīng)力匯集程度愈發(fā)顯著。在腐蝕深度為0.35cm，腐蝕直徑為0.3cm的情況下，其最大應(yīng)力值可達(dá)到235MPa，此時(shí)其應(yīng)力增大百分比高達(dá)135.35%。由此可見，起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)腐蝕點(diǎn)對(duì)應(yīng)力產(chǎn)生的影響效果是極為顯著的，應(yīng)該受到制造商與使用者的高度關(guān)注。

起重機(jī)的局部腐蝕是指金屬結(jié)構(gòu)局部范圍內(nèi)發(fā)生的腐蝕。這種腐蝕最大的危害是壓縮機(jī)械設(shè)備的有效截面積，從而造成設(shè)備作業(yè)過程中零部件結(jié)構(gòu)的意外斷裂，這一現(xiàn)象經(jīng)常在螺栓上出現(xiàn)。局部腐蝕又可以被細(xì)化為孔腐蝕和晶間腐蝕兩大類型，后者影響效果極為顯著，其能夠使晶體之間的銜接結(jié)構(gòu)受到損傷，且在發(fā)現(xiàn)上存在較大的難度系數(shù)。

3 起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)腐蝕預(yù)防措施

3.1 選材

現(xiàn)階段，型號(hào)為Q235B的鋼材料多被制造成起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)，在一般條件下其滿足施工標(biāo)準(zhǔn)。但是基于大部分施工環(huán)境中腐蝕性介質(zhì)濃度處于較高層次上這一實(shí)況，起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)最好應(yīng)用抗腐蝕性優(yōu)良的合金鋼，例如16MnCu等，其最大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于優(yōu)化了金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)，從而使其化學(xué)穩(wěn)定性處于較高層次上，有更大的能力與高濃度腐蝕性介質(zhì)對(duì)抗。

3.2 結(jié)構(gòu)規(guī)劃

在濕度高或腐蝕性強(qiáng)的施工環(huán)境作業(yè)的起重機(jī)，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃過程中，應(yīng)該格外重視的是降低死角區(qū)域的產(chǎn)生率，從而規(guī)避積水或無法進(jìn)行噴涂現(xiàn)象的出現(xiàn)；銜接形式與焊接方法的明確化，是建立縫隙等過渡性區(qū)域產(chǎn)生的影響效果被充分考慮基礎(chǔ)上，通常情況下，為了強(qiáng)化起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的防腐性能，會(huì)選擇截面表面積較小的圓管和方管這一形式，與此同時(shí)在截面封閉端口位置實(shí)施密封處理施工對(duì)策，以避免雨水等液體或SO2等多樣化腐蝕性氣體的侵襲，對(duì)其穩(wěn)定性造成影響。

3.3 表面涂裝

涂裝工藝應(yīng)用原理實(shí)質(zhì)上就是借助涂料的屏蔽功能，涂料涂刷在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)表皮就會(huì)有涂膜層產(chǎn)生，這在很大程度上延遲了金屬的腐蝕速度。該種防護(hù)措施應(yīng)用的劣勢(shì)在于尋常油漆所發(fā)揮的屏蔽作用僅僅處于較低的層次上，涂膜層對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的維護(hù)在時(shí)長上不占有太大的上優(yōu)勢(shì)，隨著時(shí)間的推移，液體或者是腐蝕性氣體會(huì)對(duì)涂膜層表面的完整性造成破壞，漆膜表層逐漸被腐蝕，出現(xiàn)起泡現(xiàn)象，最終使涂刷的油漆材質(zhì)掉落。并且，油漆涂膜屬于有機(jī)物范疇，外界環(huán)境因素對(duì)其性能影響較大，特別是在高溫度與高濕度并存在的施工作業(yè)環(huán)境中，油漆涂膜老化速度大幅度提升，此時(shí)其對(duì)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)發(fā)揮的維護(hù)作用也大幅度降低。

目前，表面涂層、表面噴涂等工藝技術(shù)在起重機(jī)行業(yè)內(nèi)擁有較高的應(yīng)用頻率，其參照起重機(jī)設(shè)備多樣化零部件以及施工環(huán)境的優(yōu)劣程度，應(yīng)用多養(yǎng)護(hù)的處理介質(zhì)對(duì)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)有目的性的施以防腐手段。在市政、民共建等一般施工條件下對(duì)鋼絲繩表層采取鍍鋅措施，達(dá)到維護(hù)目標(biāo)；而對(duì)于長期處于露天工作平臺(tái)等濕度高、腐蝕介質(zhì)濃度高的作業(yè)環(huán)境，對(duì)鋼絲繩表層采取鍍鉻這一防護(hù)對(duì)策。鑄鍛件作為起重機(jī)基礎(chǔ)性構(gòu)件，對(duì)其表層的維護(hù)大多數(shù)應(yīng)用熱噴法，旨在達(dá)到最大限度提升其防腐蝕性能的目標(biāo)，例如在起重機(jī)加速器表面施以粉末噴涂方法，與此同時(shí)為了強(qiáng)化金屬結(jié)構(gòu)的防腐性能，還可以對(duì)其采取另涂一層環(huán)氧漆的防護(hù)舉措。

眾所周知，主梁、端梁以及小車架等金屬結(jié)構(gòu)為起重機(jī)關(guān)鍵性受力裝備，其防腐性能直接關(guān)系著起重機(jī)的整體質(zhì)量與實(shí)用價(jià)值，對(duì)其采取防腐防護(hù)對(duì)策也是極為必要的。所以對(duì)主梁、端梁和小車架等構(gòu)件，在對(duì)其應(yīng)用涂裝防護(hù)措施之前，應(yīng)該做好工藝程序的編制以及工藝方法的選擇工作。參與金屬結(jié)構(gòu)表層涂刷的技術(shù)人員可以借鑒以下的工藝步驟：首先，合理借用人工除銹、酸洗除銹、噴砂除銹等方法將上述構(gòu)件表層的銹跡清除掉，從而使其符合金屬表面涂裝工藝清潔度與精細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)；其次，對(duì)應(yīng)起重機(jī)施工作業(yè)環(huán)境氣候、土壤酸堿性等因素進(jìn)行綜合性分析，最后，選擇最佳的涂料。通常情況下，長期在酸性介質(zhì)環(huán)境下作業(yè)的起重機(jī)，在對(duì)其金屬結(jié)構(gòu)表皮處理時(shí)最好選擇耐酸性能較好的酚醛樹脂漆；在堿性介質(zhì)環(huán)境下作業(yè)的起重機(jī)應(yīng)該選擇耐堿性能優(yōu)良的環(huán)氧樹脂漆對(duì)其金屬表面進(jìn)行防護(hù)處理。

3.4 優(yōu)化車間布局

起重機(jī)設(shè)備制造單位應(yīng)重視車間布局這項(xiàng)工作，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境與生產(chǎn)工進(jìn)行適度調(diào)整，例如對(duì)車間生產(chǎn)過程中形成的酸堿性氣體等清除應(yīng)體現(xiàn)出時(shí)效性，也可以對(duì)其應(yīng)用隔絕處理的生產(chǎn)工藝，最大限度降低空氣中飄散的腐蝕性介質(zhì)濃度，從而將其對(duì)金屬結(jié)構(gòu)腐蝕程度降至最低水平。選址也是優(yōu)質(zhì)型車間構(gòu)建的基礎(chǔ)，制造單位應(yīng)積極考慮風(fēng)向以及雨水季節(jié)積水流動(dòng)方向等因素，從而最大限度壓縮自然環(huán)境環(huán)境中腐蝕性介質(zhì)對(duì)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)化學(xué)穩(wěn)定性的影響程度。

4 結(jié)語

綜上所述，造成起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)腐蝕的成因大體上可劃分為兩大類型，即化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕。為了使起重機(jī)長期處于良好的運(yùn)行狀態(tài)中，對(duì)其金屬結(jié)構(gòu)實(shí)施防護(hù)對(duì)策是極為必要的。除了重視材料選擇、施工工藝外，使用單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)其性能檢查工作，從而確保修復(fù)的及時(shí)性，從而將腐蝕現(xiàn)象消滅在擴(kuò)散之前。當(dāng)然，司機(jī)的技術(shù)水平也應(yīng)不斷的加強(qiáng)，最大限度的降低起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)被撞擊與磕碰的次數(shù)，有助于優(yōu)化金屬結(jié)構(gòu)防腐工作質(zhì)量。

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TH21；TG174

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1671-0711（2017）06（下）-0030-02