表面技術(shù)在機(jī)電和金結(jié)中應(yīng)用展看

表面技術(shù)在機(jī)電和金結(jié)中應(yīng)用展看

摘要：三峽工程是“千年大計(jì)、國(guó)運(yùn)所系”的跨世紀(jì)工程。工程的質(zhì)量、壽命、運(yùn)行可靠性和檢驗(yàn)維護(hù)用度，取決于多學(xué)科技術(shù)的發(fā)展水平。對(duì)表面工程技術(shù)在三峽工程機(jī)電設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)工程上的理論，提出優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的表面工藝技術(shù)，在設(shè)備和零部件的表面進(jìn)行嚴(yán)格的處理以保證設(shè)備可靠運(yùn)行。轉(zhuǎn)速表| 壓力表| 壓力計(jì)| 真空表| 硬度計(jì)| 探傷儀| 電子稱| 熱像儀| 頻閃儀| 測(cè)高儀| 測(cè)距儀| 金屬探測(cè)器| 試驗(yàn)機(jī)
2.2水工閘門和金屬結(jié)構(gòu)三峽工程的水工閘門埋設(shè)件、閘門本體、輸水鋼管及啟閉機(jī)等金屬結(jié)構(gòu)總量約26萬(wàn)t。其中大壩及電站合計(jì)共有30種不同規(guī)格的閘門539扇，永久船閘有各類人字門、充泄水閥門等共89扇，兩者共約7.3萬(wàn)t。其中工作環(huán)境最惡劣的是導(dǎo)流底孔和泄洪深孔的弧形工作門，最高工作水頭達(dá)85m，流速達(dá)35m/s，并有局部開(kāi)啟的要求。
2.3對(duì)外交通工程三峽工區(qū)對(duì)外交通工程的金屬結(jié)構(gòu)表面防護(hù)，包括橋梁表面涂覆、裝卸重件碼頭上的起重設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)的表面處理以及集裝箱碼頭鋼管樁和粉煤灰鋼罐內(nèi)表面的防腐等。三峽工程對(duì)外交通金屬結(jié)構(gòu)工程包括大中橋梁34座，其中聯(lián)系壩區(qū)兩岸的西陵長(zhǎng)江大橋1118.66m。3三峽工程應(yīng)用表面技術(shù)的試驗(yàn)與實(shí)踐3.1三峽機(jī)電設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)表面的工作環(huán)境三峽機(jī)電設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)表面，根據(jù)其功能要求，分別暴露在在室內(nèi)外大氣和濕潤(rùn)大氣中，干濕交替環(huán)境。在靜水工況、動(dòng)水工況、高速含沙水流中和與混凝土結(jié)合的環(huán)境下工作運(yùn)行。

(1)暴露在大氣中工作的有：大壩頂部分式起重機(jī)及軌道、自動(dòng)抓梁、廠房頂敞開(kāi)式高壓電氣設(shè)備、高壓出線塔、主廠房大門、電站尾水門式起重機(jī)及軌道以及部分閘門的局部外露部分。還有永久船閘、臨時(shí)船閘和垂直升船機(jī)的橋機(jī)、大梁及清污機(jī)等。這些暴露在大氣中的結(jié)構(gòu)和裝備表面，常年經(jīng)受日曬雨淋、風(fēng)雪冰霜的襲擊。

(2)在室內(nèi)大氣中工作的設(shè)備主要有：水輪發(fā)電機(jī)組、變壓器'>變壓器的外露表面、主付廠房?jī)?nèi)各種橋機(jī)、大梁、軌道、廠內(nèi)高壓設(shè)備、大電流母線設(shè)備和其他機(jī)組輔助設(shè)備如水泵、空壓機(jī)、制冷機(jī)表面，電站廠房屋架、船閘人字門啟閉機(jī)及其附屬設(shè)備、中低壓配電盤、動(dòng)力盤、保護(hù)盤柜表面等。

(3)在濕潤(rùn)大氣中工作的結(jié)構(gòu)和設(shè)備如：電站廠房進(jìn)水口豎式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)、長(zhǎng)期存放于門庫(kù)中的檢驗(yàn)門及埋件、閘門吊桿、尾水排水閥、水輪機(jī)頂蓋排水泵等。這些設(shè)備常年處在濕潤(rùn)的空氣中，易銹蝕和腐蝕。(4)在干濕交替環(huán)境中工作的結(jié)構(gòu)極易發(fā)生表面破壞如：船閘人字門、所有閘門的門槽埋件、船閘浮式系船柱、泄水表孔閘門和檢驗(yàn)門等。有的干濕交替頻繁，有的交替頻度不大，對(duì)結(jié)構(gòu)表面科學(xué)與工程相結(jié)合，為了結(jié)合三峽工程的空氣環(huán)境、水環(huán)境和工作環(huán)境特點(diǎn)，通過(guò)試驗(yàn)研究提出有效的工程措施，達(dá)到改善材料的表面性能、有效延長(zhǎng)使用壽命、節(jié)約資源、進(jìn)步生產(chǎn)力和減少環(huán)境污染的目的。為此，中國(guó)長(zhǎng)江三峽工程開(kāi)發(fā)總公司委托武漢材料保護(hù)研究所進(jìn)行了不同涂覆材料和多種表面技術(shù)復(fù)合處理的實(shí)驗(yàn)。
(1)大氣暴露實(shí)驗(yàn)從1995年1月開(kāi)始，在三峽壩區(qū)、宜昌市區(qū)和秭回縣城，對(duì)30多個(gè)國(guó)內(nèi)外廠家的120多種防腐體系的試件作掛片試驗(yàn)，其中有機(jī)涂裝體系42種，熱噴涂金屬體系7種。現(xiàn)在試驗(yàn)仍在進(jìn)行中。
(2)水環(huán)境暴露實(shí)驗(yàn)分別對(duì)全暴露在水環(huán)境中(全浸)和干濕交替的環(huán)境進(jìn)行了試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)安排在三峽壩址下游40km處的葛洲壩水利關(guān)鍵進(jìn)行，全浸試件浸沒(méi)在葛洲壩二號(hào)船閘上閘首的人字門上，干濕交替試件裝設(shè)在葛洲壩二號(hào)船閘下閘首的人字門上。試驗(yàn)涂裝材料有，有機(jī)涂裝體系35種，熱噴涂金屬體系7種，電化學(xué)保護(hù)1種。
(3)室內(nèi)加速腐蝕實(shí)驗(yàn)分別對(duì)13個(gè)廠家的34種防腐體系，即4種水溶性無(wú)機(jī)富鋅類、3種醇溶性無(wú)機(jī)富鋅類、4種環(huán)氧富鋅類、13種富鋅底漆/中間漆/面漆、5種金屬噴涂層、8種金屬噴涂層/封閉底漆進(jìn)行試驗(yàn)，分別應(yīng)用常規(guī)試樣和劃叉破壞性試樣在中性鹽霧條件下進(jìn)行加速腐蝕試驗(yàn)、在5鹽水溶液中浸漬試驗(yàn)、紫外線加速腐蝕老化天氣試驗(yàn)、在自來(lái)水和鹽水中的電化學(xué)對(duì)比試驗(yàn)、涂層電氣學(xué)保護(hù)性能試驗(yàn)以及涂層與基體(或其他涂層)界面粘結(jié)力試驗(yàn)。上述各項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)掛片試驗(yàn)的初步成果，已在機(jī)電設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)招標(biāo)文件的技術(shù)規(guī)范中得到應(yīng)用，供貨廠商將根據(jù)合同的要求進(jìn)行表面涂覆和表面改性處理。

3.4三峽工程應(yīng)用表面技術(shù)的實(shí)踐三峽工程自1994年12月正式公布開(kāi)工以來(lái)，表面技術(shù)在橋涵、碼頭、施工變電所和儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備等方面得到比較廣泛的應(yīng)用。
(1)橋梁三峽對(duì)外交通工程橋梁中特大橋4座，大橋7座，中橋23座，合計(jì)34座，累計(jì)長(zhǎng)3793m其中較具特色的有蓮沱大橋、黃柏河大橋、下牢溪大橋和橫跨長(zhǎng)江南北兩岸的西陵長(zhǎng)江大橋。蓮沱大橋全長(zhǎng)340.87m，主橋?yàn)橹谐惺饺�孔鋼管混凝土連續(xù)拱橋。拱上橋面總寬20m。鋼管的壽命直接影響大橋的安全。鋼管拱表面防護(hù)，采用三道漆，分別為底漆、中間漆和面漆，干膜總厚度達(dá)305μm。在涂裝前表面經(jīng)除銹處理達(dá)Sa2.5級(jí)，粗糙度Ra30。下牢溪大橋全長(zhǎng)286.06m，為六孔三柱墩結(jié)構(gòu)，最大跨徑160m為鋼管拱結(jié)構(gòu)。鋼管拱表面防護(hù)采用熱噴鋁。黃柏河大橋全長(zhǎng)284.76m，為七孔樁臺(tái)式雙柱墩結(jié)構(gòu)，最大跨徑160m為鋼管拱結(jié)構(gòu)。鋼管拱表面采用熱噴鋅。上述鋼管拱的涂裝壽命要求達(dá)到20年。西陵長(zhǎng)江大橋是橫跨長(zhǎng)江的壩區(qū)南北重要通道，和其他大橋一樣，都是永久性的公路大橋。大橋全長(zhǎng)1118.66m，主孔跨度900m為單跨雙鉸式鋼箱加勁梁懸索結(jié)構(gòu)。兩座主塔高120m，為鋼筋混凝土三層門式柜架結(jié)構(gòu)。主塔基礎(chǔ)為12根中Φ2.2m挖孔灌注樁。兩根主纜各由10010根φ5.1mm鍍鋅平行高強(qiáng)鋼絲組成，直徑為φ570mm，每根主纜長(zhǎng)約1478m，重約2300t。兩岸各有一重力式錨錠。在大橋施工過(guò)程中，為了解決懸索鞍座的推移以調(diào)整力的平衡，全軍裝備維修表面工程研究中心提出了復(fù)合減摩涂層設(shè)計(jì)及相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)施工方案，替換國(guó)外采用的在鞍座磨擦副中安裝數(shù)千枚滾針的方案，使鞍座順利推移到位。采用這種復(fù)合減摩技術(shù)使磨擦系數(shù)降低1倍以上，大大節(jié)省了施工用度。此外，主塔表面和鋼纜都采用了表面涂裝防護(hù)，主塔表面總漆膜厚度達(dá)280μm。涂裝壽命為5年，修復(fù)不需鏟除只需在原涂裝上再次涂覆。
(2)公路專用公路采用封閉治理，為保證晝夜行車安全，設(shè)有公路防眩網(wǎng)及護(hù)欄，網(wǎng)和護(hù)欄波形梁表面采用熱浸鍍鋅防護(hù)，鋅層厚度在61～85μm。
(3)碼頭在三峽壩區(qū)設(shè)有一座楊家灣港口集裝箱、雜貨碼頭和一座重型設(shè)備裝卸的重件碼頭。碼頭是三峽壩區(qū)水上的貨物吞吐口，保證安全運(yùn)作十分重要。楊家灣碼頭的水下φ800/1000的鋼管樁是碼頭的基礎(chǔ)，鋼管樁采用16mm的3號(hào)鎮(zhèn)靜甲類鋼，其表面用氯化橡膠鋁粉和氯化橡膠防腐漆進(jìn)行處理。2×300/50t重件碼頭的起吊設(shè)備為2臺(tái)300t小車的橋式起重機(jī)，橋架結(jié)構(gòu)總重300t。橋機(jī)及吊梁金屬結(jié)構(gòu)的所有內(nèi)、外表面，機(jī)械零部件非接觸表面，都進(jìn)行了表面涂裝處理。表面先經(jīng)噴丸、機(jī)械手或手工除銹處理，然后涂以底漆、中間漆和面漆，分別采用環(huán)氧鐵紅車間底漆、環(huán)氧云鐵防銹漆和可涂覆聚氨酯面漆。
(4)粉煤灰儲(chǔ)運(yùn)罐罐體為鋼結(jié)構(gòu)，全部?jī)?chǔ)運(yùn)罐總重約1830t，對(duì)其罐體、中轉(zhuǎn)倉(cāng)進(jìn)行涂裝處理，用鐵紅為底漆，合成樹(shù)脂調(diào)和漆用作中間漆和面漆，輸送粉煤灰的地下管道用環(huán)氧煤焦油瀝青涂料。表面工程在三峽工程的應(yīng)用實(shí)踐，不但起到了對(duì)金屬和非金屬表面的防護(hù)作用，還增添了建筑物的美感。據(jù)不全面的檢查，涂復(fù)材料和工藝的應(yīng)用是成功的，其使用壽命還有待進(jìn)一步跟蹤調(diào)查和考驗(yàn)。4機(jī)電設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)表面技術(shù)參考了三峽地區(qū)掛片試驗(yàn)的成果，按國(guó)家和行業(yè)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同工作環(huán)境下工作的設(shè)備和構(gòu)件，提出了不同的要求。對(duì)經(jīng)常處于水下或干濕交替環(huán)境，不易檢驗(yàn)，或檢驗(yàn)對(duì)航運(yùn)、發(fā)電及泄洪有重要影響的設(shè)備或結(jié)構(gòu)。要求采用具有高機(jī)械強(qiáng)度的防腐體系，有較好的抗沖洗能力，附著力極強(qiáng)，抗微生物和附著生物的性能優(yōu)異，其保護(hù)年限長(zhǎng)達(dá)20年。對(duì)經(jīng)常處于水下或干濕交替的環(huán)境，但易檢驗(yàn)且對(duì)發(fā)電、航運(yùn)、泄洪影響不大的鋼結(jié)構(gòu)和設(shè)備。要求采用粘附力強(qiáng)、耐水性的、抗微生物和附著生物性能優(yōu)異的防腐體系，其保護(hù)年限可達(dá)10年。對(duì)在大氣環(huán)境中，包括室內(nèi)與室外的鋼結(jié)構(gòu)和設(shè)備，要求采用具有較強(qiáng)的耐天氣變化性能的裝飾性能好的防腐體系，表面涂料要求不易變色，不粉化，其保護(hù)年限應(yīng)達(dá)15～20年。對(duì)這些設(shè)備和構(gòu)件的表面處理，要求按國(guó)標(biāo)GB6484-6487規(guī)定，要求基體清潔度達(dá)到GB8923規(guī)定的Sa2.5級(jí)。對(duì)防腐材料亦作明確的規(guī)定，要求采用國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品系列，底、中、面漆最好選用同一廠家產(chǎn)品。對(duì)各類水工閘門和金屬結(jié)構(gòu)的具體表面涂覆要求，合同中都有具體規(guī)定，例如：永久船閘人字工作門和第一閘首事故檢驗(yàn)門及其埋件，總重約23865.2t。門體和底層采用熱噴鋅，最小局部厚度不小于160μm，封閉層為磷化底漆一道，面漆為氯化橡膠兩道，干膜厚度100μm，涂層總厚不小于260μm。電站壓力輸水鋼管14條，總重2萬(wàn)余t，對(duì)鋼管的明管內(nèi)外壁和鋼管內(nèi)壁，底漆采用無(wú)機(jī)富鋅漆，面漆為厚漿型環(huán)氧瀝青漆，漆膜總厚度不小于450μm，鋼管外壁與混凝土接觸面涂無(wú)苛性鈉水泥沙漿，厚度約500μm。電站壓力輸水鋼管14條，總重2萬(wàn)余t，對(duì)鋼管的明管內(nèi)外壁和鋼管內(nèi)壁，底漆采用無(wú)機(jī)富鋅漆，面漆為厚漿型環(huán)氧瀝青漆，漆膜總厚度不小于450μm，鋼管外壁與混凝土接觸面涂無(wú)苛性鈉水泥沙漿，厚度約500μm。電站進(jìn)水口快速工作閘門、排沙孔工作門約4911t，表面涂覆采用底層熱噴鋅加封閉涂料防腐。熱噴鋅厚度為120～160μm，封閉漆為不飽和乙烯樹(shù)脂一道，干膜厚30μm，中間漆環(huán)氧云鐵一道，干膜厚50μm，面漆為改性耐磨壞氧兩道，干膜厚100μm。涂層總厚300～340μm。泄洪深孔弧形工作閘門23扇、排漂孔弧形工作閘門2扇及其埋件，息重約10306t。門體采用底層熱噴鋅加封閉涂料防腐休系。要求熱噴鋅厚120～160μm，封閉漆為不飽和乙烯材脂一道，于膜厚30μm，中同漆壞氧云鐵一道，干膜厚50μm，面漆為環(huán)氧金剛沙二道，干膜厚100μm。涂層總厚300～400μm。5結(jié)語(yǔ)表面工程技術(shù)在三峽工程的應(yīng)用，一直受到國(guó)家有關(guān)部分、單位的重視，通過(guò)上述的討論，我們可以看到表面技術(shù)與三峽工程成功建設(shè)、運(yùn)行可靠和市省維護(hù)用度息息相關(guān)。(1)三峽工程在中國(guó)國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目，如“六五”、“七五”、“八五”和“九五”攻關(guān)項(xiàng)目的安排，在三峽工程重新論證和投計(jì)審查中，始終是一項(xiàng)研究和討論的重要課題之一。從材料表面加工工藝選擇、涂覆材料及噴涂工藝研究以及表面電化保護(hù)等在“九五”三峽工程重大裝備研制項(xiàng)目中占有重要地位。在三峽工程開(kāi)工后，為有效的使用有關(guān)表面處理材料和適應(yīng)三峽壩區(qū)的環(huán)境，迸行了多廠商多種材料的涂裝掛片試驗(yàn)，以便有針對(duì)性的選擇合適的涂裝材料和工藝，以使表面材料應(yīng)用達(dá)到壽命長(zhǎng)、裝飾美的效果。
(2)如前所述，所有機(jī)械設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)、水工閘門都在不同程度上離不開(kāi)表面技術(shù)，他們運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性都在不同程度上仰仗表面技術(shù)的應(yīng)用，這牽涉到多專業(yè)、多學(xué)科的應(yīng)用，不但是簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)的涂裝技術(shù)，還有很多是在設(shè)計(jì)中要求應(yīng)用的在工廠實(shí)施的技術(shù)、工芝，從目前的應(yīng)用范圍看，它是一項(xiàng)在工程中無(wú)所不在、應(yīng)用廣泛的技術(shù)。歡迎國(guó)內(nèi)外表面工程學(xué)界積極參與三峽工程表面技術(shù)應(yīng)用研究。
(3)隨著國(guó)內(nèi)外表面技術(shù)的研究和發(fā)展，將使三峽工程通過(guò)表面技術(shù)的應(yīng)用廣泛受益。采用長(zhǎng)效且與壞境適宜的表面涂裝材料和工藝，對(duì)延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，延長(zhǎng)維護(hù)性涂裝的周期，有著重要的經(jīng)濟(jì)效益。與整個(gè)建筑和周邊環(huán)境協(xié)調(diào)的裝飾涂裝，將會(huì)給人們美的享受。針對(duì)三峽工程具體的環(huán)境、目標(biāo)進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)的成果和產(chǎn)品，將會(huì)給三峽工程帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。
(4)對(duì)三峽工程表面技術(shù)應(yīng)用的跟綜研究將水電工程或類似工程的應(yīng)用提供有價(jià)值的參考。三峽工程表面技術(shù)應(yīng)用廣泛，應(yīng)用材料品種之多，應(yīng)用對(duì)象工作壞境的千差萬(wàn)別，按照目前技術(shù)和工藝水平應(yīng)用的表面工程技術(shù)能否獲得預(yù)期效果，還有待長(zhǎng)期跟綜研究和改迸。毋容置疑，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，表面工程技術(shù)作為現(xiàn)代科學(xué)的一門新興的綜合學(xué)科，必將得到迅速的發(fā)展，三峽工程必將從中獲益。