表面處理國際標準的研究意見及建議

楊毅飛， 王 瑩， 陳松培， 沈 毅， 邢洪艷

(上海外高橋造船海洋工程設計有限公司， 上海 200137)

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表面處理國際標準的研究意見及建議

楊毅飛， 王 瑩， 陳松培， 沈 毅， 邢洪艷

(上海外高橋造船海洋工程設計有限公司， 上海 200137)

介紹了ISO 8501-1-2007國際標準的內容，分析了船舶建造領域應用該表面處理標準時存在的不足，并圍繞建造方的現(xiàn)場情況給出了相應建議。同時結合PSPC規(guī)范，深入探索了掃砂工藝的理論研究并記錄了后期模擬的效果。從經(jīng)濟效益、建造工藝、環(huán)境保護的角度進行了全面地分析，論證了大規(guī)模推廣掃砂工藝的可行性。

表面處理標準 掃砂工藝 節(jié)能減排 環(huán)保

0 前言

自ISO 8501-1國際標準(Preparation of steel substrates before application of paints and related products-visual assessment of surface cleanliness-Part 1:Rust grades and preparation grades of uncoated steel substrates and of steel substrates after overall removal of previous coatings)發(fā)布以來，世界造船行業(yè)關于鋼材表面處理的問題就有了參考標準，該標準包含未涂裝鋼材表面的銹蝕等級及去除舊有涂層的表面處理等級。

該ISO標準將鋼材表面的銹蝕程度分為A、B、C、D四個等級，并分別針對四個銹蝕等級作了沖砂、動力工具及火焰三種方法的清理，而每一種方法又進行了更加細致的沖砂等級(Sa1，Sa2，Sa2.5，Sa3)和打磨等級(St2，St3)處理。該標準與如今盛行的PSPC規(guī)范緊密聯(lián)系，成為了PSPC規(guī)范的重要理論依據(jù)。業(yè)主與承建方在前期合同談判時，常以此標準作為技術規(guī)格書中表面處理部分的技術要求。

1 國際標準在船舶建造中的應用與建議

1.1 國際標準的應用難點

該ISO標準為表面處理提供了依據(jù)，但隨著近年來船舶建造要求的不斷提高，國內行業(yè)在此方面遇到的問題也開始逐漸顯露。

首先，盡管該ISO標準對銹蝕處理等級作出定義并輔以圖片，但是定義描述與圖片的關聯(lián)不夠緊密，圖片本身也不夠清晰，導致監(jiān)造方和建造方產(chǎn)生較多爭議，圖1、圖2為ISO標準中的指導圖片。

圖1 B級板St2級表面處理 圖2 B級板St3級表面處理

其次，在實際建造中會遇到更多的標準未涵蓋的結構表面狀況，且現(xiàn)有的ISO標準內容過于籠統(tǒng)，缺乏更具針對性的指示，導致施工人員無法對照參考。

1.2 關于標準圖片指導的建議

鑒于1.1中所描述的問題，建造方意識到現(xiàn)有的ISO標準無法滿足施工需求，只有對內容進一步擴充，才能使其更具施工指導性，更符合建造的需要。

我公司在此方面進行了深入的調研并提出建議：首先，對待處理表面的所在階段進行劃分，分為預處理階段、分段階段、后階段。再根據(jù)不同的施工階段，逐項列出經(jīng)常需處理的表面的形式。然后針對具體的形式再去做相應的等級處理。表面處理后及時拍照，目的是以照片作為參考，為施工人員提供簡單清晰的操作依據(jù)。

表1～表3及圖3為我公司整理的表面處理表格及自制參考圖片的示例。

建造方應根據(jù)自身特點完善表面處理的形式，并配以準確的圖片。在貫徹ISO標準的同時，使其與建造方的實際施工柔性對接，為現(xiàn)場施工提供更加明確的指示，從而在項目的交驗過程中減少與監(jiān)造方的溝通難度。

表1 預處理階段

表2 表面破損至底材

表3 表面破損未至底材

圖3 火工燒損完工涂層原始與各級處理的圖片對比

2 關于國際標準中Sa1表面處理等級的研究

2.1 Sa1的定義及表現(xiàn)方式

在研究ISO 8501-1的過程中，我們發(fā)現(xiàn)在采用磨料噴射進行表面處理時，設有Sa1的處理等級。Sa1定義在不放大觀察下，表面應無可見的油脂和污垢，并且沒有附著不牢的氧化皮、鐵銹、油漆涂層和異物，也可簡單解釋為輕度沖砂處理，即通過噴射磨料進行掃砂處理。與沖砂相比，掃砂無需徹底清除鋼材表面可見物質，會留有車間底漆。

2.2 國內外掃砂工藝的現(xiàn)狀

目前，韓、日知名船廠在二次表面處理時已普遍運用掃砂工藝，國內的中遠川崎也已使用多年。掃砂工藝的推廣不僅為這些企業(yè)提高了生產(chǎn)效率，也貫徹了“綠色造船”的理念，提升了企業(yè)形象。反觀國內船廠在此環(huán)節(jié)依然延用從前的Sa2.5級沖砂處理(Sa2.5級的表面處理質量高于Sa1)。PSPC規(guī)范中提及：“在二次表面處理階段的壓載艙區(qū)域，完整車間底漆可以保留，僅需進行掃砂(Sa1)處理。”根據(jù)新規(guī)范推斷，繼續(xù)采用Sa2.5級處理勢必導致表面處理質量過剩。但該規(guī)范實施多年后，中國造船業(yè)關于掃砂工藝的開展并不理想，對掃砂工藝的研究時斷時續(xù)，僅有少數(shù)船廠做過掃砂試驗，且淺嘗輒止，從未有哪家船廠真正掌握完整、系統(tǒng)的掃砂工藝。

2.3 關于掃砂工藝的探索與發(fā)現(xiàn)

2.3.1 掃砂工藝的理論研究

車間底漆噴涂在經(jīng)過預處理流水線的鋼材表面可起到臨時保護的作用[1]。但在分段建造過程中，經(jīng)切割、焊接等建造工序，傳統(tǒng)車間底漆往往不斷遭受破壞，加之跟蹤補漆不及時等因素，分段表面易在二次表面處理之前產(chǎn)生大面積銹蝕，這種情況只能進行徹底的沖砂清理。圖4是車間底漆破壞后分段產(chǎn)生銹蝕的照片。

圖4 分段表面銹蝕

要使掃砂工藝得以推廣，對車間底漆在前道工序中的保留提出了非常高的要求。傳統(tǒng)車間底漆無法承受前道工序中的高溫破壞，導致破損嚴重。經(jīng)過研究，使用耐高溫車間底漆[2]代替?zhèn)鹘y(tǒng)車間底漆，可解決底漆的保留問題，從而建立掃砂工藝。

2.3.2 掃砂工藝的實地模擬

我公司對耐高溫車間底漆的性能進行了長時間的跟蹤調研。從試板試驗到實船應用都取得了成功，為未來掃砂工藝的大規(guī)模推廣打下根基。

(1) 耐高溫車間底漆的性能試驗。

通常現(xiàn)場用于火工校正的溫度為600℃，我公司試驗的耐高溫車間底漆最高承受溫度可達800℃。將經(jīng)過焙燒、焊接噴涂耐高溫車間底漆(本節(jié)簡稱試驗底漆)的試板放置在自然環(huán)境下六個月，對銹蝕情況進行觀察，發(fā)現(xiàn)試驗底漆表現(xiàn)出了良好的耐熱性和耐候性。

進入分段模擬期后，對指定分段噴涂試驗底漆。經(jīng)查看，使用試驗底漆的零件表面幾乎沒有銹蝕，但會有焊煙附著。后經(jīng)證實，焊煙不會影響試驗底漆對底材的保護，可通過掃砂去除，如圖5所示。

圖5 焊煙掃砂前后

除此之外，該分段只在未跟蹤補漆到位的焊縫區(qū)域出現(xiàn)銹蝕(見圖6(a))。試驗分段外板火工校正區(qū)域，試驗底漆保存完好(見圖6(b))。

為了更直觀地展示試驗底漆的保護性能，現(xiàn)場還挑選了噴涂傳統(tǒng)車間底漆的相同分段作為對比，如圖7所示。

圖6 噴涂試驗底漆的試驗結果

圖7 噴涂不同底漆的分段

在組立階段同樣經(jīng)過火工校正，試驗分段鋼板表面銹蝕情況優(yōu)于對應的傳統(tǒng)底漆分段。證明試驗底漆能夠保留良好，為下一步掃砂工藝的展開奠定基礎。

(2) 掃砂工藝試驗。

分段組立后被送到涂裝部，進入二次表面處理階段，并在該階段實施掃砂工藝。二次表面處理前，傳統(tǒng)車間底漆由于耐熱性差，經(jīng)火工校正底漆已被破壞，此時暴露區(qū)域已出現(xiàn)明顯銹蝕，故只能沖砂處理。經(jīng)觀察，噴涂試驗底漆的分段上，底漆大面積處于良好完整狀態(tài)，可采用掃砂工藝(除焊縫外)。掃砂處理后分段依舊留有車間底漆，無污跡、無銹蝕，達到了掃砂處理的預期效果。圖8為兩類分段表面處理前外觀對比，圖9為試驗分段掃砂前后的對比。

圖8 兩類分段表面處理前外觀對比

圖9 試驗分段掃砂前后的對比

2.3.3 掃砂工藝與傳統(tǒng)工藝的對比分析及總結

(1) 建造階段銹蝕情況平行對比(加工、組立階段)。

采用耐高溫底漆的分段，經(jīng)觀察，底漆大部分處于良好完整狀態(tài)，且耐候性及抗銹蝕性遠優(yōu)于經(jīng)前道工序被破壞嚴重的傳統(tǒng)車間底漆。圖10～圖12為不同區(qū)域使用不同車間底漆后的銹蝕情況對比。

圖10 大平面火工后狀態(tài)

圖11 焊縫銹蝕狀態(tài)

圖12 組立中火工區(qū)域銹蝕狀態(tài)

(2) 二次表面處理平行對比(涂裝階段)。

基于技術規(guī)格書與PSPC規(guī)范的要求：“完整的車間底漆可以保留，僅作掃砂處理(Sa1)；車間底漆破損處及鋼板銹蝕處需二次表面處理至St2/3或Sa2—Sa2.5(具體根據(jù)不同部位)”。對比分段底漆保留及鋼板銹蝕情況，耐高溫車間底漆分段采用掃砂方式處理，而傳統(tǒng)車間底漆采用常規(guī)沖砂方式處理。 圖13、圖14為表面采用不同的二次表面處理方法后的對比。

圖13 外板二次表面處理后狀態(tài)

圖14 壓載艙頂壁二次表面處理后狀態(tài)

(3) 施工效率平行對比。

為了比較傳統(tǒng)工藝(傳統(tǒng)底漆與沖砂處理)與掃砂工藝(耐高溫底漆與掃砂處理)的效率，就我公司試驗分段的車間底漆余留情況、表面處理時間、清理時間等方面進行了數(shù)據(jù)整理和分析，具體如表4所示。

表4 施工數(shù)據(jù)

續(xù)表4 施工數(shù)據(jù)

通過表4的現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)對比，掃砂工藝與傳統(tǒng)工藝相比在二次表面處理效率、清理效率都有明顯提升。

2.3.4 掃砂工藝的效益分析

(1) 經(jīng)濟效益分析。

ISO 8501-1標準中Sa1(掃砂)的概念蘊含著巨大的經(jīng)濟潛力。若掃砂工藝得到推廣，可以明顯節(jié)省船舶建造方的成本。表5是以面積為2 200 m2的單個分段為例其具體施工數(shù)據(jù)，表6是以涂裝部內場分段施工面積、預處理流水線噴涂車間底漆面積為50×104m2/月計算的成本數(shù)據(jù)。

表5 施工數(shù)據(jù)總結

表6 成本數(shù)據(jù)

根據(jù)表5～表6可以看出：掃砂工藝與傳統(tǒng)工藝相比施工時間可減少約47%。可節(jié)約成本約2 400萬元/年。

(2) 施工效益分析。

通過開展掃砂工藝，施工周期、交驗時間的廠房周轉率等方面得到進一步提升。根據(jù)我公司實船掃砂記錄分析，得出以下結論：

① 施工效率及周期提升約50%，如進行系統(tǒng)培訓，該施工效率可穩(wěn)定保持。

② 施工時間縮短，可使掃砂分段提至上午報驗，縮短各方等待報驗的時間。

③ 施工人員能夠有充足時間進行廠房“5S”清潔、整理工作，為后續(xù)工作做好準備。

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④ 促使油漆施工提前至下午進行(以往在晚間)，更易于控制施工的環(huán)境條件。

⑤ 提早進行油漆施工，可避免施工人員晚間作業(yè)帶來的安全隱患及疲勞引起的責任心降低，能夠更好地確保施工質量，規(guī)范作業(yè)流程，降低油漆消耗。

⑥ 掃砂分段車間底漆保留面積較大且粗糙度低，可避免二次除銹后鋼板粗糙度過大造成的油漆浪費，為降低后道涂層消耗系數(shù)提供依據(jù)。

⑦ 整體施工周期縮短，使施工場地周轉率明顯提高。

(3) 環(huán)保效益分析。

現(xiàn)代化造船以“綠色造船”理念為指導，提倡以人為本、保護環(huán)境、節(jié)能減排。掃砂工藝的實施對于“綠色造船”理念的貫徹，起到了積極的促進作用：

① 通過對數(shù)據(jù)記錄的分析，掃砂工藝與傳統(tǒng)工藝相比顯著降低了能耗，起到節(jié)能環(huán)保的作用。

② 掃砂工藝的推廣可以通過縮短施工時間，減少鋼砂、鋼丸的使用，從而降低粉塵對環(huán)境的排放及治理，更具有環(huán)保意義。

③ 改善施工人員的工作環(huán)境。施工時間縮短，減少施工人員接觸粉塵環(huán)境的時間，降低患有職業(yè)病的機率，提高了員工的健康指數(shù)。

④ 目前施工油漆時通常需要配合溶劑(VOC)的使用。分段掃砂后車間底漆的保留面積顯著增加，避免了除銹后鋼板粗糙度過大造成的油漆浪費。油漆使用的減少意味著VOC的排放也將降低。此舉不僅緩解了VOC排放對環(huán)境造成的壓力，并且根據(jù)最新的環(huán)保法規(guī)，有關部門將針對船廠VOC排放的數(shù)量進行收費，VOC排放的降低也會為船廠減少一筆可觀的支出。

⑤ 因耐高溫車間底漆良好的耐熱和抗銹蝕性，分段在正常周期流轉過程中不會出現(xiàn)大面積銹蝕，極大改善分段表面的感觀度，同時也提升了船廠形象。

3 結語

造船業(yè)是中國裝備制造業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，是國家發(fā)展戰(zhàn)略的重點，在世界造船領域也占有著極其重要的地位。而船舶工業(yè)快速發(fā)展的今天，世界市場的競爭越發(fā)激烈。中國造船要想在世界舞臺上長盛不衰，必須緊跟甚至趕超時代變革的步伐，努力在行業(yè)規(guī)范、標準中發(fā)出自己的聲音，從而更準確地掌握發(fā)展動向，為推動中國造船業(yè)做出積極的貢獻。

[1] 汪國平.船舶涂料與涂裝技術[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2006.

[2] 林安，周苗銀.功能性防腐蝕涂料及應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.

The Study and Suggestion on International Standards of Surface Preparation

YANG Yi-fei, WANG Ying, CHEN Song-pei, SHEN Yi, XING Hong-yan

(Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding and Offshore Design Co., Ltd., Shanghai 200137, China)

Based on the content of the ISO 8501-1 standard， the defects of this standard when applied to surface preparation in ship building were analyzed, and some suggestions to the builders according to the building circumstances were analyzed. Moreover,with the PSPC regulation, the theories of sweep-blasting(Sa1) technology and records thesimulation results were researched. Analyzing from the perspectives of economic returns,building technology and environmental protection, the feasibility of a large-scale application of the technology was demonstrated.

Surface treatment standard Sweep-blasting process Save energy sources Environmental protection

楊毅飛(1985-)，男，工程師，主要研究方向為先進涂裝工藝設計及研發(fā)。

U671

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