海上風(fēng)電產(chǎn)品鹽分控制方法研究*

徐佳俊

(寧夏共享精密加工有限公司,寧夏 銀川 750021)

0 引 言

作為清潔能源的主力軍,風(fēng)電產(chǎn)品對(duì)機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性有著較高要求。而且其前期投資金額較大,不僅需要合適的風(fēng)場(chǎng)資源而且占用場(chǎng)地多,因此每臺(tái)風(fēng)機(jī)安裝成功后需要長(zhǎng)久可靠的運(yùn)行才能確保電力源源不斷的產(chǎn)出。為了保證機(jī)組長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行,其外部組件的防腐工作可謂是重中之重,尤其對(duì)于海上風(fēng)場(chǎng)安裝的風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō),防腐工作面臨更多的挑戰(zhàn),而想要做到很好的噴涂質(zhì)量,鑄件表面的鹽分控制至關(guān)重要。

筆者主要對(duì)噴涂鹽分控制方法進(jìn)行了研究,通過(guò)分析鹽分的關(guān)鍵影響因素,得出清洗、拋砂后的鹽分控制要點(diǎn),并制定一系列的控制改進(jìn)措施;最后通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證,形成了系統(tǒng)性的操作方法,為相關(guān)行業(yè)提供了一定的借鑒依據(jù),有很好的推廣意義。

1 鹽分控制流程及難點(diǎn)

1.1 噴涂關(guān)鍵步驟梳理

為了保證海上風(fēng)電機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行,大型海上風(fēng)機(jī)機(jī)殼組件通常選用球鐵作為主要原材料,球鐵的材質(zhì)更加穩(wěn)定,鑄件成品不容易產(chǎn)生變形。但是由于球鐵鑄件表面相對(duì)于鑄鋼件、鈑金件來(lái)說(shuō)更加粗糙,其表面的粗糙度以及清潔度在噴涂防腐過(guò)程中更難控制,這對(duì)于噴涂防腐關(guān)鍵參數(shù)附著力要求來(lái)說(shuō)是一大難點(diǎn),而附著力控制過(guò)程的鹽分控制又至關(guān)重要。噴涂防腐工作需要更多的步驟以保證合格的附著力要求,目前的操作步驟主要分為工件準(zhǔn)備、鑄件清洗、鑄件噴砂、噴鋅、噴漆幾大工步。

工件準(zhǔn)備工作指的是在噴涂開(kāi)始前需要將工件加工完成,準(zhǔn)備到位,相關(guān)尺寸以及孔位都按照?qǐng)D紙要求尺寸加工合格,去除毛刺、銳邊,保證工件外觀目視檢驗(yàn)符合要求。球鐵鑄件在加工過(guò)程中會(huì)有灰塵附著在加工表面;其次,在機(jī)床加工過(guò)程中需要輔助澆切削液以保證加工表面質(zhì)量,切削液會(huì)充分附著在鑄件表面,甚至因?yàn)榭紫兜奈阶饔脮?huì)浸入鑄件表層;同樣的,在防銹環(huán)節(jié)會(huì)輔助噴淋一些防銹油,這些油漬同樣也會(huì)污染鑄件表層。因此如何去除油污層和表面附著物是影響鹽分的關(guān)鍵點(diǎn),涉及此過(guò)程的工作主要為清洗、噴砂工序。

1.2 鹽分控制難點(diǎn)

清洗的目的是去除工件表面的油污和灰塵,降低工件表面異物殘留和可溶性鹽分含量,為下一步得到最真實(shí)工件表面做準(zhǔn)備。噴砂過(guò)程有兩個(gè)目的:①去除易脫落的表面材質(zhì)層,得到最真實(shí)的工件表面;②保證達(dá)到特定的粗糙度值,以確保工件涂覆涂層后會(huì)有較好的附著力。在這兩個(gè)環(huán)節(jié)中都需要檢測(cè)鑄件表面的鹽分含量,相對(duì)于路上風(fēng)電,海上風(fēng)電對(duì)于鹽分的要求從3 μg/cm3提高至2 μg/cm3,這一要求接近于純凈水的鹽分含量要求,一般很難達(dá)到[1]。

通過(guò)清潔度檢查結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),表面異物是影響鹽分的主要因素。在200倍率顯微鏡下顯示的結(jié)果可知,普通的沖洗和噴砂過(guò)程無(wú)法有效地去除鑄件表面的異物,通過(guò)檢測(cè)過(guò)濾試紙顯示異物尺寸接近400 μm,如圖1所示。

圖1 清潔度檢測(cè)顆粒度

2 鹽分作業(yè)控制要點(diǎn)

為了滿足鹽分的控制標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)過(guò)測(cè)算,鹽分儀器的測(cè)量示值需要滿足鹽分計(jì)算公式要求:

a×0.12 μg/cm3=b

(1)

式中:a為鹽分儀示值;b為鹽分。

若要滿足b≤2 μg/cm3,則需要滿足a≤16.6。

因此,控制鹽分檢測(cè)結(jié)果的過(guò)程可以轉(zhuǎn)化為控制鹽分儀示值的過(guò)程。重點(diǎn)需要保證第一步清洗工作,清洗過(guò)程如何能夠?qū)⒂臀?、切削液殘留、灰塵及其他可溶或不可溶鹽分顆粒去除干凈是關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

其次涉及到鹽分控制的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是噴砂環(huán)節(jié)。噴砂工作是通過(guò)高壓壓縮空氣將預(yù)制好的棱狀、不規(guī)則坡口的鋼砂快速噴出,使其沖刷鑄件表面。由于鋼砂初始速度可達(dá)300～600 m/s,具有非常強(qiáng)的力度,鋼砂噴出后可以將鑄件表層的異物以及本體材料一并去除,噴砂時(shí)間長(zhǎng)短不同,去除的異物層厚度也不同。噴砂時(shí)間決定了去除表層厚度可否將異物層完全去除,噴砂角度決定了鋼砂等非鑄件本體材料是否會(huì)因噴射力度過(guò)大而鑲嵌在鑄件本體上,非鑄件本體的金屬鹽顆粒也會(huì)影響鹽分儀示值。

3 清洗環(huán)節(jié)鹽分控制方法

3.1 清洗方法

清洗是鑄件防腐作業(yè)的第一步工作,其作用是清洗去除鑄件表面油污。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),要保證清洗后的鹽分結(jié)果合格,首先需要確保選用的清洗溶液滿足清洗要求,必須選用純水并且純水電導(dǎo)率要≤20 μs/cm。每次清洗作業(yè)之前必須對(duì)凈化水電導(dǎo)率進(jìn)行檢測(cè),超出使用要求時(shí)需對(duì)儲(chǔ)水水箱、管路逐一排查,當(dāng)儲(chǔ)水箱內(nèi)純水電導(dǎo)率超出使用要求時(shí),需將水箱內(nèi)純凈水放空并重新制水。

其次,需要使用高壓清洗機(jī)清洗。由于鑄件形狀的差異性,為了滿足各個(gè)死角清洗干凈,需要配備彎頭清洗槍高壓沖洗整個(gè)工件表面,保證工件表面充分濕潤(rùn),清洗壓力3～5 MPa,水溫30～50 ℃。清洗采用從上至下,從里到外順序,槍頭與鑄件距離不可超過(guò)100 mm。如有孔,則每個(gè)紋孔用清洗液沖洗至少3 s。如遇到難以清洗去除的油污,還需使用鋼絲刷塞入孔內(nèi)進(jìn)行刷洗,確保油污徹底清理干凈[2]。

對(duì)于相對(duì)容易清洗的部位,每洗1/4圓周,立即用壓縮空氣吹干鑄件表面。對(duì)于相對(duì)比較難清洗的部位,比如風(fēng)電鑄件凹槽、凹坑等部位,可先使用鋼絲刷進(jìn)行刷洗,后用高壓槍進(jìn)行沖洗,然后吹干表面。

清洗后需要進(jìn)行外觀目視檢查,若顏色明顯發(fā)黑、發(fā)深的部位需要重新清洗,檢查合格后進(jìn)行放置,不允許室外存儲(chǔ),防止工件被二次油污污染。

3.2 清洗后鹽分檢測(cè)

根據(jù)海上風(fēng)電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),鹽分檢測(cè)需要放置8 h以后,用手電筒在200 mm范圍內(nèi)目視檢查鑄件加工表面是否生成一層浮銹,只有生成浮銹才能說(shuō)明鑄件表面已經(jīng)完全清洗干凈,并被空氣氧化;沒(méi)有浮銹的地方重新清洗,直至完全生成浮銹;不能明顯區(qū)分的部位用白色棉麻紙或白紙擦試鑄件表面檢測(cè),確定是否生成浮銹。

檢測(cè)鹽分儀示值結(jié)果時(shí),需在鑄件加工面、毛坯面任意位置,分別選取1點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量點(diǎn)選取清洗過(guò)程中清洗液容易沉積的地方。清洗表面鹽分檢測(cè)時(shí)使用專用貼片,在貼片內(nèi)注入清洗液并確保清洗液浸潤(rùn)鑄件表層時(shí)間大于15 min,然后使用電導(dǎo)率測(cè)試儀測(cè)量清洗后工件表面鹽分,示值小于16.6為合格。

進(jìn)一步檢測(cè)清潔度發(fā)現(xiàn),通過(guò)控制清洗液電導(dǎo)率,清洗壓力、速率,外觀檢測(cè)等環(huán)節(jié)可以有效降低雜質(zhì)顆粒度。高倍率顯微鏡下無(wú)超標(biāo)顆粒顯示,如圖2所示。

圖2 清洗后顆粒度檢測(cè)

4 噴砂環(huán)節(jié)鹽分控制方法

4.1 噴砂方法

同樣的,為了保證噴砂后鹽分合格,需要優(yōu)先保證噴砂材料符合要求。噴砂介質(zhì)一般選用的磨料應(yīng)清潔、干燥,目視無(wú)可見(jiàn)銹蝕的棱角鋼砂,每?jī)芍軝z驗(yàn)鋼砂的顆粒度、鹽分、油分。保證鋼砂的顆粒度≥1.18 mm,篩網(wǎng)達(dá)92%,鹽溶液傳導(dǎo)性<1 000 μs/cm,無(wú)油方為合格。

其次,保證噴砂機(jī)器系統(tǒng)的清潔度滿足要求。噴砂工作開(kāi)始前需要對(duì)設(shè)備完好性進(jìn)行檢查,包括系統(tǒng)工作壓力、儀器儀表有效期、除塵系統(tǒng)工作是否正常、噴槍狀態(tài)是否良好、設(shè)備是否在正常維護(hù)保養(yǎng)期內(nèi)等。

根據(jù)上一節(jié)的研究,噴砂過(guò)程中鋼砂的噴砂速度達(dá)到300～600 m/s,力度非常大,因此需要先對(duì)工件非噴涂部位進(jìn)行防護(hù),并且關(guān)鍵加工表面要做到防護(hù)嚴(yán)密,避免噴涂過(guò)程中高壓槍噴出鋼砂造成加工面損傷。其次人員需要穿好防護(hù)服,避免人員在噴砂過(guò)程中受傷。

正式開(kāi)始噴砂時(shí),需要按照從上至下,從里到外的順序噴射。每個(gè)區(qū)域至少應(yīng)噴射3次,噴砂應(yīng)至少持續(xù)12 h才能去除表層的雜質(zhì)層,噴砂結(jié)束后使用清潔壓縮空氣去除表面殘留噴砂介質(zhì)及灰塵,時(shí)間控制在0.5 h左右,并且過(guò)程中要避免吹起的灰塵再次落在鑄件上[3]。噴砂角度需要滿足45°～90°,方能保證噴砂力度。

4.2 噴砂后鹽分檢測(cè)

噴砂結(jié)束后的鹽分檢測(cè)包含兩部分內(nèi)容,首先是表面粗糙度的檢測(cè):①使用表面清潔度樣板進(jìn)行對(duì)比,目視檢查表面是否有油污、砂眼、夾渣、機(jī)損等缺陷,如果有缺陷,則會(huì)在缺陷內(nèi)會(huì)藏有污漬,導(dǎo)致鹽分檢測(cè)不合格,如圖3所示;②然后使用表面灰塵度標(biāo)準(zhǔn)膠帶對(duì)工件表面灰塵進(jìn)行檢測(cè),要求灰塵量≤2級(jí);③使用表面粗糙度檢驗(yàn)復(fù)制膠帶,檢查噴砂表面粗糙度在70～100 μm為合格。只有以上內(nèi)容檢測(cè)合格,才能確保鑄件整體噴砂干凈,檢測(cè)鹽分工作才有效,否則只選取個(gè)別點(diǎn)檢測(cè)鹽分是不全面的。

圖3 鑄件表面缺陷

其次,檢測(cè)鹽分儀示值結(jié)果。在鑄件加工面、毛坯面任意位置,分別選取1點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,使用專用貼片,在貼片內(nèi)注入清洗液并確保清洗液浸潤(rùn)鑄件表層時(shí)間大于15 min,然后使用電導(dǎo)率測(cè)試儀測(cè)量清洗后工件表面鹽分,示值小于16.6為合格。

通過(guò)噴砂材質(zhì),噴砂壓力、角度和速率,灰塵度及外觀檢查等環(huán)節(jié)的控制,有效地降低了噴砂后的顆粒度,檢測(cè)清潔度結(jié)果優(yōu)于清洗后,如圖4所示。

圖4 噴砂后顆粒度檢測(cè)

5 結(jié) 語(yǔ)

文中對(duì)鹽分控制難點(diǎn)進(jìn)行研究,提前分析出潛在影響因素,通過(guò)對(duì)潛在影響因素的進(jìn)一步分析,提出了切實(shí)可行的控制方法。通過(guò)對(duì)清洗環(huán)節(jié)油污、切削液殘留、灰塵等關(guān)鍵點(diǎn)的分析制定出清洗控制方法。分析出影響鹽分的主要因素是加工生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的異物殘留,從清洗液濃度、清洗過(guò)程的壓力、出水速率、清洗后的表面質(zhì)量等環(huán)節(jié)入手,制定了有效的控制辦法,從而降低了清洗作業(yè)后的顆粒度和鹽分,使結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)值。

同時(shí),針對(duì)噴砂環(huán)節(jié)可溶性鹽分顆粒、浮銹去除方式的研究,制定出噴砂控制方法。從噴砂材料的選擇和檢查,噴砂過(guò)程的壓力、角度、出砂速度的控制,以及噴砂表面質(zhì)量檢查等環(huán)節(jié)的嚴(yán)格控制,充分解決了鑄件噴砂后的顆粒度和鹽分控制難點(diǎn)問(wèn)題。

通過(guò)以上鹽分控制方法的研究,可以確保大型海上風(fēng)電產(chǎn)品噴涂滿足圖紙或規(guī)范要求,使產(chǎn)品能夠在海上高鹽、高腐蝕狀況下穩(wěn)定運(yùn)行,研究結(jié)果對(duì)相關(guān)行業(yè)發(fā)展有一定的借鑒意義。