電弧噴鋁復(fù)合涂層工藝在南極磷蝦船的實(shí)船應(yīng)用

徐華磊，杜世進(jìn)，江 晉，陳鈺明，孫留銀

(中船黃埔文沖船舶有限公司，廣東 廣州 510715)

1 工程簡(jiǎn)介

南極磷蝦專業(yè)捕撈加工船“深藍(lán)”號(hào)是我國(guó)第一艘也是國(guó)內(nèi)最大最先進(jìn)的新造遠(yuǎn)洋漁業(yè)加工一體船，可滿足ICE-A冰區(qū)(冰厚度0.8 m)及-25℃低溫環(huán)境的營(yíng)運(yùn)要求。極為惡劣的腐蝕環(huán)境，對(duì)船舶結(jié)構(gòu)如何進(jìn)行長(zhǎng)效防腐提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。根據(jù)該船建造規(guī)格書要求，需對(duì)該船的加工艙室內(nèi)地板及流水槽、外板水線上干舷、舷墻內(nèi)外、露天甲板、上建外表等部位進(jìn)行電弧噴鋁復(fù)合涂層的工藝。該項(xiàng)工藝是我司在船舶建造上第一次實(shí)施，也是這條船涂裝作業(yè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，因此為能很好地完成這一建造任務(wù)，施工方多方嘗試，反復(fù)實(shí)驗(yàn)，針對(duì)性的編制了涂裝工藝，在工前的策劃、工藝技術(shù)的改進(jìn)、安全措施的管控、設(shè)備及數(shù)據(jù)收集等各項(xiàng)工作上積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

1.1 涉及電弧噴鋁復(fù)合涂層工藝的工程范圍

南極磷蝦專業(yè)捕撈加工船“深藍(lán)”號(hào)涉及電弧噴鋁復(fù)合涂層工藝的范圍如下：

(1)加工區(qū)地板及水槽；

(2)船尾露天區(qū)域，包括拖網(wǎng)網(wǎng)板架、基座、舷墻；

(3)外部甲板；

(4)基座及平臺(tái)；

(5)上層建筑，駕駛室除外；

(6)水線以上外板；

(7)舷墻內(nèi)部；

(8)甲板捕撈絞車；

(9)吊機(jī)基座(甲板以上1.5 m)；

(10)A字架；舷外支架；

(11) 磷蝦/魚粉冷凍貨艙內(nèi)的行車軌道等；

涂裝工序分為：分段噴砂，電弧噴鋁，噴涂封閉漆，噴涂底漆，面漆，分段涂裝完；在整船合攏后對(duì)合攏縫及涂層破損區(qū)域，涉及電弧噴鋁復(fù)合涂層工藝的部位進(jìn)行修補(bǔ)等涂裝工作(工序同上)。

1.2 配套方案

涉及電弧噴鋁復(fù)合涂層工藝的配套方案如下，以干舷為例，如表1。

表1 以干舷為例電弧噴鋁復(fù)合涂層工藝的配套方案

2 電弧噴鋁復(fù)合涂層工藝簡(jiǎn)介

2.1 總體施工方案

2.1.1 分段金屬噴涂階段

第一步：進(jìn)棚前高壓水沖洗除去油脂和鹽份及相關(guān)污染物，確保無油污以及保證鋼板表面鹽份符合要求。

第二步：對(duì)金屬噴涂區(qū)域進(jìn)行整體沖砂，合攏邊口留100～150 mm，完成報(bào)驗(yàn)后立刻運(yùn)輸?shù)酵垦b房，啟動(dòng)濕度器將濕度控制在65%以下，4～6 h內(nèi)完成金屬噴涂裸露區(qū)域覆蓋。

第三步：對(duì)金屬噴涂區(qū)域進(jìn)行涂層缺陷修復(fù)和以及膜厚不足部位加噴處理，進(jìn)行附著力拉拔試驗(yàn)，噴涂封閉漆。

第四步：金屬噴涂區(qū)域涂裝檢驗(yàn)合格后的分段須再次移入砂棚進(jìn)行普通油漆區(qū)域的沖砂處理，運(yùn)輸時(shí)需對(duì)已金屬噴涂區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，防止金屬噴涂區(qū)域涂層機(jī)械損傷，分段普通油漆施工流程按在建工程船涂裝執(zhí)行。

2.1.2 船塢(船臺(tái))或碼頭金屬噴涂階段

第一步：核實(shí)金屬噴涂區(qū)域及其四周(包括反面)的船體結(jié)構(gòu)(包括舾裝件、標(biāo)志等的安裝等)的完整性，做好交接確認(rèn)。在經(jīng)過完整性確認(rèn)后，再進(jìn)行金屬噴涂的修補(bǔ)工作，以減少金屬涂層的破壞。

第二步：用高水壓沖洗鹽分以及相關(guān)污染物，確保無油污以及鹽份符合標(biāo)準(zhǔn)。

第三步：對(duì)不需金屬噴涂的設(shè)備、儀器等用帆布等材料進(jìn)行包扎等保護(hù)。

第四步：對(duì)金屬噴涂區(qū)域進(jìn)行分區(qū)分片沖砂，完成報(bào)驗(yàn)后2～4 h(需根據(jù)當(dāng)天濕度條件決定)內(nèi)完成金屬噴涂施工，防止返銹，否則需重新檢驗(yàn)或重新沖砂，視分區(qū)分片施工面積情況，原則上當(dāng)天的打砂作業(yè)必須當(dāng)天金屬噴涂結(jié)束；

第五步：對(duì)金屬噴涂區(qū)域進(jìn)行測(cè)厚和涂層修復(fù)和膜厚不足部位加噴處理，進(jìn)行附著力拉拔試驗(yàn)等，合格后及時(shí)修補(bǔ)封閉漆。

第六步：金屬噴涂及封閉漆檢驗(yàn)合格后的接下來的普通油漆施工，按在建工程船的油漆施工執(zhí)行。

注意事項(xiàng)：

1)因船臺(tái)碼頭交叉作業(yè)多，而金屬噴涂屬于明火作業(yè)需良好的施工環(huán)境；同時(shí)，因其本身作業(yè)對(duì)人的身體健康以及環(huán)境具有危害性，需合理安排相關(guān)工作以及鄰近作業(yè)含涂裝噴漆補(bǔ)涂作業(yè)，避免影響金屬噴涂施工質(zhì)量以及對(duì)周圍的人、設(shè)備以及環(huán)境等造成影響。

2)在整體區(qū)域金屬噴涂修補(bǔ)后，后面因火工作業(yè)產(chǎn)生金屬涂層破壞的，程度超0.025 m2(約0.15×0.16 m)位置需進(jìn)行打砂并進(jìn)行金屬噴涂修補(bǔ)，小于這個(gè)面積部位進(jìn)行用動(dòng)力工具進(jìn)行打磨并修補(bǔ)含鋁環(huán)氧底漆。

2.2 表面處理工藝及要求

2.2.1 表面凈化

表面凈化和活化程度：噴砂后的表面應(yīng)無油、無脂、無污物、無軋制鐵鱗、無腐蝕物、無油漆及其他外來物。對(duì)于金屬基材，應(yīng)露出均質(zhì)的金屬本色。這種表面被稱之為“活化”的表面。

2.2.2 噴砂除銹

噴砂除銹時(shí)，基體表面要求清潔，且具有一定的粗糙度，除銹等級(jí)應(yīng)符合《涂料和有關(guān)產(chǎn)品使用前的鋼底材的處理》(ISO 8501-1)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的Sa2.5級(jí)。

1)環(huán)境控制：

鋼材表面溫度高于露點(diǎn)以上3℃、相對(duì)濕度低于85%。

2)噴砂施工應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

①距離：指噴砂嘴端面到基材表面的直線距離。隨著噴砂距離的增加，磨料對(duì)基材表面的沖刷作用減弱，同時(shí)磨料分散。該參數(shù)的選擇取決于噴砂方式、空氣壓力大小以及工件的具體情況。合適的距離既能使表面達(dá)到一定的粗糙度，又有較高的噴砂效率，同時(shí)要避免磨料給表面造成很大的壓應(yīng)力和避免工件發(fā)生變形。一般控制在100～300 mm的范圍內(nèi)。

②砂角度：指磨料噴射的軸線與基材表面的夾角，應(yīng)保持在60～75°的范圍內(nèi)，要避免成90°。以防止砂粒嵌入表面。

③空氣壓力：噴砂用的壓縮空氣必須經(jīng)冷卻裝置及油水分離器處理，以保證干燥、無油；油水分離器必須定期清理，以壓縮空氣為動(dòng)力，供給噴砂裝置進(jìn)口的壓力。隨壓力升高，磨料噴射速度增加，對(duì)表面沖刷作用加劇，磨料破碎率提高。因此壓力的選擇要考慮到磨料的粗細(xì)，工件厚薄及表面粗糙度的要求。壓力式噴砂一般為0.3～0.5 MPa，壓力式噴砂要考慮到噴砂管較長(zhǎng)造成的壓力損失，應(yīng)適當(dāng)提高壓力。

④噴砂嘴孔徑：在空氣壓力一定的情況下，噴嘴孔徑加大，空氣耗量和出砂量增加，噴砂效率提高。孔徑的選擇受空氣供給量的制約，一般為8～15 mm。由于磨損，當(dāng)噴砂嘴孔徑增大25%時(shí)，應(yīng)更換新噴嘴。

⑤噴砂槍的移動(dòng)速度：通過噴砂槍和工件表面的相對(duì)移動(dòng)來獲得均勻的粗化面。移動(dòng)速度無嚴(yán)格要求，主要視表面粗化的均勻性來控制噴砂時(shí)間，過長(zhǎng)的噴砂時(shí)間會(huì)導(dǎo)致不希望的表面結(jié)構(gòu)。

3)噴砂質(zhì)量要求與控制：

噴砂質(zhì)量直接影響到涂層的結(jié)合強(qiáng)度，因而在表面處理的噴砂質(zhì)量技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)中提出了嚴(yán)格要求，噴砂質(zhì)量主要指標(biāo)有以下三個(gè)方面。

①表面凈化和活化程度，如上2.2.1要求。

②表面粗糙度：一般表面粗糙度為50～85 μm。

③噴砂后的表面不應(yīng)再與人手等物體接觸，防止再度污染。如發(fā)現(xiàn)鋼材表面再污染或返銹，應(yīng)重新處理到原除銹等級(jí)。施噴涂料前，應(yīng)使用鋼刷和真空吸塵器清除殘留砂粒等雜物。作業(yè)人員應(yīng)帶纖維手套。若不慎用手觸及已清理好的表面，應(yīng)立即用溶劑清洗表面。

④表面處理完畢后，驗(yàn)收合格后，才能進(jìn)行下道工序。

4)注意事項(xiàng)：

①噴砂施工開始前，對(duì)所有設(shè)備要進(jìn)行全面檢查，功能齊全，功率要能滿足施工需要，動(dòng)力設(shè)備嚴(yán)禁帶病運(yùn)行。

②各作業(yè)人員，按規(guī)定配帶勞保護(hù)具，噴砂作業(yè)區(qū)周圍設(shè)防護(hù)圈，設(shè)置警示牌，非作業(yè)人員不得入內(nèi)。

③高空作業(yè)時(shí)，首先搭設(shè)登設(shè)設(shè)施，作業(yè)人員除按規(guī)定配帶噴砂護(hù)具外，還要戴安全帽、系安全帶，操作工具要系安全繩，設(shè)1名專職人員跟班監(jiān)護(hù)。

5)噴砂質(zhì)量檢測(cè)、評(píng)定：

表面清潔度和表面粗糙度的評(píng)定，均應(yīng)在良好的散射日光下或亮度相當(dāng)?shù)娜斯ふ彰鳁l件下進(jìn)行。

①表面清潔度等級(jí)的評(píng)定：

將被檢基體金屬的表面與標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的照片時(shí)行目視比較評(píng)定。

②表面粗糙度測(cè)量?jī)x測(cè)定：

比較樣塊法：所示的粗糙度等級(jí)作為評(píng)定結(jié)果。將樣塊靠近被檢表面的測(cè)定點(diǎn)進(jìn)行目視比較，以基體金屬表面外觀最接近的樣塊

③噴射處理后的金屬表面應(yīng)呈均勻的粗糙度，除鋼板原始銹蝕或機(jī)械損傷造成的凹坑外，不應(yīng)產(chǎn)生肉眼明顯可見的凹坑和飛刺，要求達(dá)到的粗糙度達(dá)到鋼材表面除銹應(yīng)達(dá)到ISO 8501-1的Sa2.5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

④在不放大的情況下進(jìn)行觀察時(shí)，鋼材表面應(yīng)無可見的油脂和污垢，并且沒有鐵銹、涂料涂層和異物，任何殘留的痕跡應(yīng)僅是點(diǎn)狀或條紋狀的輕微色斑。

⑤表面的鹽分檢測(cè)要求為≤20 mg/m2。

2.3 電弧噴鋁工藝

此次金屬噴鋁主要是使用QD8型電弧設(shè)備(上海樺樺噴涂機(jī)械有限公司生產(chǎn))根據(jù)試驗(yàn)施工鋁絲Φ2 mm，在試驗(yàn)結(jié)果滿足相關(guān)質(zhì)量要求情況下，再得出如表2電弧設(shè)備參數(shù)情況。

表2 電弧設(shè)備參數(shù)

(1)表面噴砂處理后4～6 h(需根據(jù)涂裝棚內(nèi)濕度條件決定)之內(nèi)進(jìn)行噴鋁施工，以免表面逐步氧化從而影響鍍層與基體的附著力。

(2)使用電弧噴槍，選用的鋁絲直徑Φ2 mm，純度要求99.5%及以上，無油污。

(3)噴鍍環(huán)境和溫度：

1)濕度低于 85%；

2)鋼板表面溫度大于露點(diǎn)3℃；

3)施工環(huán)境須控制在10℃以上；

4)防火防爆，保持有通風(fēng)和滅火設(shè)備。

(4)操作前的準(zhǔn)備

1)使用新的膠管時(shí)，應(yīng)除管內(nèi)積塵。

2)檢查和調(diào)整金屬絲輸送速度。

3)檢查油水分離器的作用是否良好，能否隨時(shí)放水。

(5)操作工藝

1)將鋁絲由導(dǎo)管放入，并伸出槍嘴8 mm，最長(zhǎng)不得超過12 mm，擦去油脂。

2)空氣壓力控制在≥0.6 MPa，使鋁層粒子獲得較高的能量速度，致使鋁層顆粒密度增加，減少孔隙，增加鍍層附著結(jié)合力，提高腐蝕保護(hù)效果。

3)噴射距離：噴槍嘴至金屬的垂直距離控制在100～150 mm。

4)噴鍍角度：噴射角度盡可能與基體表面成直角，活動(dòng)范圍正負(fù)30°，以避免表面上的滑沖現(xiàn)象和驅(qū)散現(xiàn)象，從而得到致密附著力強(qiáng)的鍍層。

5)送絲速度：送絲速度一般控制在120～150 mm/s。

6)噴槍移動(dòng)速度：為了獲得較均勻的鍍層，噴槍移動(dòng)速度必須適當(dāng)。第一層較慢(第一層噴鍍厚度應(yīng)是總厚度的50%～60%)；第二層稍慢(同噴漆速度大致相同)；一般約為0.3～0.35 m/min。兩層之間的噴鍍方向應(yīng)相互垂直。

7)噴束的重疊：金屬表面噴鍍時(shí)，根據(jù)噴砂處理后的面積分為若干小區(qū)。噴距在100～150 mm之間，噴束寬為4～5 cm，噴鍍時(shí)噴束一般應(yīng)重疊三分之一。

8)噴鋁涂層總厚度為120 μm，分3道完成。前一層與后一層必須進(jìn)行90°或45°交叉噴涂，相鄰噴涂區(qū)應(yīng)有1/3寬度的搭接。分層噴鋁間隔時(shí)間不得超過1 h。噴鋁時(shí)應(yīng)防止工件表面有局部過熱或涂層局部過厚等現(xiàn)象。

(7) 噴鋁層檢查

1)外觀應(yīng)均勻一致，涂層必須能夠牢固粘附在底材上。噴涂后的表面必須是均勻的，不能有瘤子、松散的濺落金屬、氣泡、灰塵等的形成、缺陷和漏涂。

2) 鋁層缺陷應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)，將缺陷部分鋁層除去后重新噴鋁達(dá)到規(guī)定的膜厚。

3)厚度檢測(cè)：厚度要求：120 μm。

4)附著力檢測(cè)：

附著力要求：7 MPa。

附著力儀器：附著力拉拔儀。

附著力測(cè)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：附著力測(cè)量為破壞性檢測(cè)，建議在涂層邊緣取點(diǎn)或另做樣板取點(diǎn)。如果第一點(diǎn)達(dá)到要求，不再取點(diǎn)。如果達(dá)不到要求，再多檢測(cè)兩點(diǎn)，如還有一點(diǎn)(共兩點(diǎn))達(dá)不到要求則為不合格，如果后兩點(diǎn)都達(dá)到要求則為合格。

2.4 封閉漆涂裝

為保障鋁層質(zhì)量和后面油漆涂層質(zhì)量，應(yīng)在噴涂及認(rèn)可的鋁層表面上4 h內(nèi)噴涂一度封閉漆，根據(jù)本船油漆配套要求，該封閉漆干膜厚度約50 μm，油漆商需在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行相關(guān)工藝指導(dǎo)，包括涂料的稀釋程度、涂裝間隔執(zhí)行等。

(1)在施工封閉漆之前，用干凈的空氣吹去噴鋁表面浮塵，時(shí)間間隔不能過長(zhǎng)，防止噴鋁層氧化。

(2)主要采用無氣噴涂進(jìn)行施工。

(3)噴涂封閉漆后，對(duì)一些難以噴涂的部位，如孔位、自由邊、角焊縫等用刷涂方法進(jìn)行修補(bǔ)。

(4)封閉漆要求不打影和不露底，出現(xiàn)這種情況需進(jìn)行及時(shí)修補(bǔ)。

2.5 面漆涂裝

封閉漆施工后，后續(xù)涂層按本船油漆配套及工藝要求進(jìn)行。

(1)施工前應(yīng)做好必要的防護(hù)及噴涂設(shè)備的檢測(cè)工作。根據(jù)油漆商的產(chǎn)品說明選用相應(yīng)的噴嘴及噴涂壓力。

(2)現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，根據(jù)船體結(jié)構(gòu)的不同及時(shí)調(diào)整涂整施工方法，涂裝過程中要經(jīng)常用干、濕膜測(cè)厚儀檢測(cè)漆膜厚度，保證每層油漆的漆膜厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

(3)施工環(huán)境按油漆廠家所推薦及要求環(huán)境下。

(4)涂裝時(shí)，施工每道漆的涂敷間隔應(yīng)嚴(yán)格按廠家提供的涂料產(chǎn)品說明書執(zhí)行，要待上道漆膜達(dá)到表干后，再進(jìn)行下道涂料的涂裝；以防止出現(xiàn)漆膜起皺，桔皮等質(zhì)量缺陷。出現(xiàn)質(zhì)量問題后應(yīng)先查明原因，再根據(jù)質(zhì)量問題種類進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)完工合格后，再進(jìn)行下道工序。

(5)施工時(shí)應(yīng)按照從上到下的施工順序。涂裝時(shí)應(yīng)精心操作，達(dá)到涂層涂刷均勻一致，無漏涂、起泡、變色、失光等缺陷。

2.6 質(zhì)量檢測(cè)與控制

2.6.1 質(zhì)量檢測(cè)要點(diǎn)

1) 金屬噴鋁前的表面處理；

2) 金屬噴鋁后的鋁層厚度；

3) 鋁層附著力；

4) 封閉漆的涂布閉合情況。

2.6.2 質(zhì)量控制要素

1) 人員的控制：包括主管人員對(duì)作業(yè)的合理安排和調(diào)度；檢驗(yàn)人員對(duì)質(zhì)量要點(diǎn)和檢測(cè)方法的掌握；施工人員對(duì)作業(yè)的熟練操作和能施工質(zhì)量的掌控。

2) 環(huán)境及場(chǎng)地控制：使作業(yè)能在合適的施工環(huán)境和場(chǎng)地中實(shí)施。

3) 設(shè)備控制：包括設(shè)備能應(yīng)用到位并能在作業(yè)中保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

4) 材料控制：包括了對(duì)鋼砂、鋁絲、涂料等材料的采購(gòu)驗(yàn)證，并要求廠家提供出廠合格證書等相關(guān)的材料合格資料。

3 結(jié)論

南極磷蝦專業(yè)捕撈加工船“深藍(lán)”號(hào)所采用的電弧噴鋁復(fù)合涂層的工藝作為我司在船舶建造上第一次實(shí)施作業(yè)的重、難點(diǎn)工藝，施工方多方嘗試，反復(fù)實(shí)驗(yàn)，最終克服了操作上的難點(diǎn)，針對(duì)性的編制了涂裝工藝并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交底，目前已經(jīng)完成了分段和船臺(tái)階段的噴鋁作業(yè)，保質(zhì)保量完成任務(wù)，涂層質(zhì)量達(dá)標(biāo)、外觀優(yōu)美。