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铁路客车车体钢结构防腐技术

1 概述
铁路客车车体钢结构防腐技术,是铁路客车生产过程中的重要技术之一,它是提高客车使用寿命和增加其表面装饰性的双重工程。
目前,我国时速 200km/h 以下的铁路客车车体,大多采用碳钢车体。时速 200 至 250km/h 的铁路客车车体一般采用碳钢车体或不锈钢车体,对于 250km/h 以上的高速动车组一般采用不锈钢车体或铝合金车体。碳钢车体主要使用的材料有:普通碳素钢和镍铬系耐候钢。
车体钢结构的寿命主要取决于两个方面:其一,选择耐腐蚀的材料,如不锈钢或铝合金。其二,在碳素钢的基础上提高防腐技术。前者由于材料成本高且制造工艺难度较大,在常规客车上难以广泛采用,后者由于成本低,制造工艺相对简单,在常规客车上应用广泛。
在客车产品设计制造过程中,对于金属零部件,合理地选择材料、正确的结构设计、合理选择防腐技术,是设计必须遵循的三个重要原则,在材料和结构确定的前提下,正确选择防腐技术是提高其防腐性能和表面装饰性的关键环节。
本厂车体钢结构的防腐重点主要体现在钢材预处理、钢结构防腐和外皮油漆三个阶段。这三个阶段分别在压铆车间、钢结构车间和客车车间进行。
对于常规客车车体上述三个阶段的防腐及涂装要求,铁道部在招议标《技术规范》中作出如下规定:

车体钢结构的钢材表面应进行预处理,进行抛丸处理的钢材表面清洁度应达到 Sa2 Sa2 级;薄钢板表面清洁度应达到有关规定的要求。 b) 车体钢结构内、外表面应在彻底干燥的情况下涂两遍防锈底漆,每遍厚度不小于 30μm;车体钢结构内部及底架外部涂完防锈漆后,再涂 3mm 厚的沥清浆;或在车体钢结构内部及底架外部喷涂厚度不小于 200μm 厚的重防腐涂料。 c) 车体外部墙面漆应涂两遍,顶板涂三遍,每遍厚度不小于 30μm,面漆采用双组份聚氨酯油漆。防腐目的就是为了减少客车厂修过程中钢结构的检修工作量和提高客车的使用寿命,达到铁道部招 议标《技术规范》规定的要求:车辆的使用寿命为 30 年,在 15 年内车体钢结构不得发生挖补和截换。 为了便于大家对车体防腐技术的了解,本文就防腐涂料的概念、碳钢零部件的表面处理、车体的防腐及其在客车设计中的应用进行简要介绍,供相关设计人员学习和参考。

2 涂料的概念 2.1 涂料的定义 涂料是一种材料,这种材料可以用不同的施工工艺涂覆在物件表面,形成粘附牢固、具有一定强度、连续的固态薄膜。这样形成的膜通称涂膜,又称漆膜或涂层。 早期用于防腐的防腐涂料大多以植物油为主要原料,故被叫做“油漆”, 不论是传统的以天然物质为原料的涂料产品,还是现代发展中的以合成化工产品为原料的涂料产品,都属于有机化工高分子材料,所形成的涂膜属于高分子化合物类型。

2.2 涂料的功能 2.2.1 保护功能 涂覆在物件表面的涂料有防腐、防水、防油、耐化学品、耐光、耐温等功能。 物件暴露在大气之中,受到氧气、水分等的侵蚀,造成金属锈蚀、木材腐朽、水泥风化等破坏现象。在物件表面涂以涂料,形成一层保护膜,能够阻止或延迟这些破坏现象的发生和发展,使各种材料的使用寿命延长。 2.2.2 装饰功能 不同材质的物件涂上涂料,可得到五光十色、绚丽多彩的外观,包括颜色、光泽、图案和平整性等。起到美化人类生活环境的作用,对人类的物质生活和精神生活做出不容忽视的贡献。 2.2.3 其他功能 涂料可以用来作标记、防污、绝缘、防滑、防噪声、减振等。

2.3 涂料的主要品种 据不完全统计,我国用于防腐的防腐蚀涂料品种有 1000 余种, 防腐涂料有很多种分类方法。 常见的按树脂分类有环氧、环氧沥青、沥青、氯化橡胶、氯磺化聚乙烯、聚氯乙烯、过氯乙烯、漆 酚树脂、硅酸乙酯、高氯化聚乙烯、聚氨酯、聚氨酯沥青、酚醛、醇酸漆等。 根据所用成膜物质的不同,防腐涂料可以分为环氧树脂防腐涂料、聚氨酯防腐涂料、橡胶树脂防腐涂料、乙烯树脂防腐涂料、酚醛树脂防腐涂料、呋喃树脂防腐涂料、生漆及改性树脂防腐涂料。 根据用途的不同,可分为铁路客车用防腐涂料、海洋涂料、汽车防腐蚀漆、锈面涂料、各种功能性防腐涂料等。 随着现代工业的发展,对防腐涂料承受环境的能力和使用寿命提出了更高的要求。常用的防腐涂料已不能满足这些需要。人们提出了“重防腐涂料(Heavy-duty Coating)”的概念,重防腐涂料就是使用寿命更长,可适应更苛刻的使用环境。在化工大气和海洋环境里重防腐涂料一般可使用 10 年或 15 年以上,在酸、碱、盐和溶剂介质里,并在一定温度的腐蚀条件下,一般应能使用 5 年以上。沥清浆和 604 环氧重防腐涂料正被广泛地应用于铁路客车的车体钢结构防腐,本厂主要采用 604 环氧重防腐涂料。

3 涂装前的表面预处理 3.1 表面预处理的要求 所谓表面预处理就是对产品表面进行清洁处理,是涂装前对产品表面采取多种形式(物理和化学),去除其表面的油、锈、焊碴、水分及其它污垢,改善产品表面状态,使产品表面适合于涂膜附着的作业过程。 车体钢结构生产过程中,所有的钢制件在加工之前,材料本身必须作防腐预处理, 涂装前材料表面的预处理是最容易被忽视的问题,而这个不被重视的问题正是影响涂膜质量的关键,这一点应引起广大设计人员足够重视。 本厂在压铆车间设置了钢材预处理生产线,车体钢结构所用材料必须进行表面处理后才能进入钢结构组装。对于外围提供的钢结构零部件也必须按工艺文件要求完成表面处理。 在标准 Q/CSR 011—2006 中关于表面预处理作了明确规定: 任何金属零部件在涂装前首先应进行清洁处理,不允许有毛刺、焊渣、锈蚀、氧化皮、油脂以及灰 尘、水等(注:其中重点是除锈和除油,这是表面处理必须重点明确的技术要求)。 钢铁零部件(不锈钢除外)应进行磷化处理。磷化后的零部件,磷化膜应符合 GB/T6807—2001 的规定,磷化后的零部件应在 24h 内进行涂装。 对表面存在缺陷的零部件,应用导电腻子修补磨平。

磷化是铁路客车目前广泛使用的表面处理方法。所谓磷化,是将清洁的金属产品浸入含有磷酸二氢盐的酸性溶剂中,待金属与液体的界面产生化学反应,使金属表面生成一层稳定的不溶的非金属磷酸盐保护膜层。此膜不仅具有一定防腐绝缘特性,而且是多孔的晶体结构膜层,十分有利于后道涂层着落。磷化是在表面清洁处理的基础上进行的,是钢制件涂装前必须进行的一道重要工序,所以在标准中作出了明确规定。

经过表面处理的车体钢结构所用材料的清洁度必须达到铁道部《技术规范》的要求。

3.2 表面处理的方式 钢制件如不进行表面处理极易被腐蚀,在有腐蚀介质的情况下更为严重,所以任何钢制件必须进行表面处理,钢制件的表面处理分为钢制零部件的表面处理和车体钢结构的防腐两大类。

3.2.1 钢制零部件的表面处理 钢制零部件的表面处理一般有四种形式:氧化、喷漆(或油漆)、烤漆及喷塑处理。 氧化和表面喷涂防锈漆是偏重于防腐,油漆、烤漆及喷塑偏重于表面装饰,但不管是哪种方式都对 钢制件起到良好的防腐效果,前者多用于不可见表面,后者多用于可见表面。 (对于镀锌或镀铬等表面处理技术因不经常采用,在此不作详细介绍)

3.2.1.1 氧化 对于一些防腐要求不高的不可见配件,可采取氧化处理。钢制件表面氧化处理可分为发黑处理或发蓝处理。 发黑处理:发黑处理常用的方法就是利用氢氧化钠和亚硝酸钠溶液,大概在 135 摄氏度到 155 摄氏度下浸泡一定时间,工件表面生成一层黑色氧化膜(其外层主要是四氧化三铁,内层为氧化亚铁),然后,钝化浸油后,以防止金属表面被腐蚀。 发蓝处理:采用碱性氧化法或酸性氧化法;使金属表面形成一层氧化膜,以防止金属表面被腐蚀,此处理过程称为“发蓝”处理。

3.2.1.2 喷漆(或油漆) 这里所说的喷漆(或油漆)主要指有装饰要求的表面处理技术。 喷漆(或油漆)前一般应进行底漆和中间涂层的底层处理, a) 底漆 底漆是涂敷在物体表面第一层涂层,是重要的基础层,具有润湿性好、收缩率低、附着力强、屏蔽 性高、耐蚀性强、耐溶剂好及柔韧性大等特性。 b) 中间涂层 中间涂层是底漆层与面漆层之间的涂层(一层或更多层)也称二道浆,具有承上启下的作用,并具 有良好的填平性和较高的遮盖性,涂膜致密性好,坚韧,可使面漆更加光滑平整。

c) 面漆 在以上工序的基础上进行喷漆(或油漆),即最后一道涂层工序,表面喷漆(或油漆)可起到优异 的抗紫外线作用,其任务(或所起的作用)是防止位于该层的下面的涂层免受环境的影响,对整个涂层 系统起到遮蔽和防护作用,并可以添加各种美工色彩,具有优异的抗蚀性和丰富多彩的装饰性,这是最 基本的表面处理工程。对于喷漆(或油漆)重要工序一般应有工艺文件作出具体规定,设计技术要求中 仅给出路经。如“表面油漆须符合……规定”等。 对于一般零部件的表面处理,常采用“表面清洁处理后直接进行涂装”的办法,在设计图样上应明 确有关技术要求。 对于以防腐为主的零部件,其技术要求一般采用如下写法: 制成后,表面镀锌; 制成后,表面发蓝; 制成后,除油除锈,涂防锈漆(表示底漆种类不限);制成后,除油除锈,涂防锈漆×遍(表示底漆种类不限,涂一遍时不注遍数);制成后,除油除锈,涂优质防锈漆×遍(涂一遍时不注遍数); 对于可见表面的零部件,其技术要求常采用如下写法(根据部位和重要性进行选择): 制成后,除油除锈,涂防锈漆×遍,再涂××漆(应明确漆种及颜色,涂一遍时不注遍数); 制成后,除油除锈,涂防锈漆,再涂××漆(应明确漆种),颜色须符合工业设计要求; 表面油漆须符合××技术规范(或××工艺文件)的规定,颜色须符合工业设计要求

3.2.1.3 烤漆 所谓烤漆,就是涂装后必须经烘烤(120℃2h)才能干燥成膜的涂料品种,常有氨基醇酸烤漆、聚 酯氨基烤漆和丙烯酸氨基烤漆。其特点是漆膜色彩鲜艳,坚韧丰满,机械强度高,绝缘性强。在大面积 表面的情况下,比喷漆(或油漆)更具有美观性,在客车设计中也较为广泛,但由于烤漆必须在专用的 工艺装备内完成,对工件的外形大小和工作效率受到一定的制约。 技术要求一般写法: 表面烤漆,颜色须符合工业设计要求(应明确烤漆的部位,如:粗点划线表示的面烤漆等)

3.2.2 车体钢结构的防腐 本厂车体钢结构防腐的工艺过程: a) 钢材预处理 <3 ㎜钢板:磷化→涂富锌底漆; >3 ㎜钢板及型材:机械抛丸除锈→涂富锌底漆。 b) 车体内部及底架下表面 清洁处理→缝隙密封→涂重防腐涂料。 c)车体外表面 清洁处理→涂防锈底漆。 防腐的具体工艺过程见下面《表面处理技术的应用》。具体施工工艺按相关工艺文件执行。 以上介绍了碳钢产品表面处理形式,在设计中如何进行运用,应视设计总体技术要求、环境条件、 使用条件、外观要求和工艺要求综合决定,具体来说要根据产品结构、材质、及对表面不同要求,选取 不同的方法,在确定表面处理形式后,在相应的设计图样技术要求中应作出明确规定。

4 表面处理技术的应用 4.1 钢材及各种型材使用前的处理 4.1.1 对于小于 3mm 的钢板及钢板压制件 ──采用化学磷化处理,达到 GB/T6807-2001 钢铁工件涂装前磷化处理技术条件; ──采用喷涂富锌预涂底漆,厚度应小于 20μm。 4.1.2 对于大于等于 3mm 的钢板及各种型材,── 采用机械抛丸除锈,且达到 GB8923-1988 涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级中的 Sa2.5 级, 粗糙度为 6.3μm<Ra<12.5μm; ── 采用富锌预涂底漆厚度应小于 20μm。

4.2 各部件的处理:端墙、枕梁、侧墙等 4.2.1 焊接前的处理 4.2.1.1 对封闭的零部、件 ── 去除油污; ──人工涂刷富锌底漆,厚度不得小于 30μm。 4.2.1.2 对半封闭的零、部件及焊缝 ── 去除油污; ──人工涂刷富锌底漆,厚度不得小于 40μm。 4.3 对组装后的车体 4.3.1 车体内表面 ── 去除油污; ── 人工采用风动打磨机打磨,不得留存附着不牢的富锌底漆,各糊疤烤点,必须达到 DS Sa2.5 级的要求。 ── 去除灰尘、污物。 ── 采用环氧密封胶,对车内各焊缝缝隙进行密封处理。 ── 在 4h 内喷涂环氧沥青重防腐涂料,厚度不得小于 200μm。

4.3.2 车体下表面 ── 去除油污; ── 人工采用风动打磨机打磨,不得留存附着不牢的富锌底漆,各糊疤烤点,必须达到 DS Sa2.5 级的要求。 ── 采用环氧密封胶,对车内各焊缝缝隙进行密封处理。 ── 在 4h 内喷涂环氧沥青重防腐涂料,厚度不得小于 200μm。 ── 使其干燥 24h,轻轻打磨一遍。 ── 喷涂灰色丙烯酸聚氨酯面漆,使其干燥 24h,厚度不得小于 60μm。

4.3.3 车体外表面 ── 去除油污; ── 人工采用风动打磨机打磨,不得留存附着不牢的富锌底漆,各糊疤烤点,必须达到 DS Sa2.5 级的要求。 ──对需涂漆的不锈钢部位,采用打磨机打磨粗化处理,处理后的粗糙度为 6.3μm<Ra<12.5μm, 不需涂漆的不锈钢部位进行遮蔽 ── 对不需涂漆的不锈钢部位,进行遮蔽防护处理。 ── 去除灰尘。 ── 在 4h 内喷涂磷酸锌环氧防锈底漆,使其干燥 24h,厚度不得小于 60μm。

5 检查和验收 须在相关的技术条件中规定涂料的供应商及技术标准。 按相关的技术条件中制定的各工序质量标准进行验收。