腐蝕環(huán)境對起重機金屬結(jié)構(gòu)的影響及防護措施

張振柱

（福建省特種設(shè)備檢驗研究院龍巖分院，福建 龍巖 364000）

腐蝕環(huán)境對起重機金屬結(jié)構(gòu)的影響及防護措施

張振柱

（福建省特種設(shè)備檢驗研究院龍巖分院，福建 龍巖 364000）

本文主要就腐蝕環(huán)境對起重機金屬結(jié)構(gòu)的影響及防護措施進探究。分析了腐蝕環(huán)境對起重機臂架結(jié)構(gòu)應(yīng)力影響與改進措施，最后從選材、結(jié)構(gòu)規(guī)劃、涂裝工藝環(huán)節(jié)對預(yù)防腐蝕起重機金屬結(jié)構(gòu)的有效措施進行探究，并建議使用單位重視腐蝕環(huán)境下起重機設(shè)備的日常維修與防護工作，從而使重機結(jié)構(gòu)的承載性能得到切實的保障，為使用單位創(chuàng)造最佳的效益。

腐蝕環(huán)境；起重機；金屬結(jié)構(gòu)；影響；防護措施

起重機在應(yīng)用過程中會被擱置于露天環(huán)境或潮濕腐蝕的環(huán)境中，其表皮油漆保護層經(jīng)常會因損壞而喪失防護功能，使金屬結(jié)構(gòu)被腐蝕。通常情況下，作業(yè)環(huán)境的溫度、濕度以及酸堿性介質(zhì)排布狀況均會影響起重機金屬結(jié)構(gòu)腐蝕程度與速率，其中濕度所產(chǎn)生的影響效果最為顯著。相關(guān)統(tǒng)計資料記載，全世界每年由于腐蝕而報廢的金屬設(shè)備和材料相當(dāng)于當(dāng)年金屬產(chǎn)量的20%～40%。可見，深入對起重機金屬結(jié)構(gòu)腐蝕的防護措施進行研究是極為必要的。

1 描述某化工廠露天用起重機桁架臂

臂：31m；弦桿為角鋼構(gòu)造，尺寸：20.32cm×20.32cm×2.54cm；腹桿為管材構(gòu)造，尺寸：φ6.03cm×0.039cm，φ7.3cm×0.52cm，φ8.089cm×0.55cm，φ10.16cm×0.58cm。臂架四個弦桿的應(yīng)力受側(cè)載影響而存在差異性，最大應(yīng)力：276.817MPa，在臂架底節(jié)，為弦桿腐蝕點處；腹桿最大應(yīng)力：96.851MPa，在臂架的中部，與440MPa應(yīng)用壓力標(biāo)準(zhǔn)相符合。

2 探究腐蝕環(huán)境對臂架結(jié)構(gòu)應(yīng)力影響

通過對鋪管船用起重機腐蝕檢測報告進行分析，發(fā)現(xiàn)其底節(jié)弦桿上存在很多腐蝕點，經(jīng)測量腐蝕的最大深度為0.35cm，腐蝕點的形態(tài)可以被粗略的描述為圓柱形或倒錐形凹槽。所以，為了探究腐蝕點對弦桿受力的影響效果，參照圣維南原理，節(jié)取底節(jié)內(nèi)長50.0cm的弦桿，構(gòu)建實體有限元模型，在其上構(gòu)建圓柱型凹槽模擬腐蝕結(jié)構(gòu)，模型如圖1所示。

基于不同腐蝕深度對弦桿應(yīng)力影響效果存在差異性這一實況，在弦桿上分別構(gòu)建直徑為0.15cm與0.025cm深的凹槽（圖1b）。因為腐蝕直徑與弦桿受大小之間存在一定的關(guān)聯(lián)性，所以對不同深度的凹槽施以整合對策，分別構(gòu)建腐蝕直徑為0.3cm與0.5cm的凹槽。腐蝕直徑為0.3cm的模型采用圓柱型凹槽，腐蝕直徑為0.35cm的模型采用倒錐形四槽，傾斜角度為30°。又因為模型處于被限制的情況，在弦桿模型的一端施加位移與角位移全限制，并將100MPa的均布壓應(yīng)力施加到對側(cè)。

圖1 弦桿實體模型

依照以上模型與限制以及載荷，開展有限元計算工作，對計算結(jié)果進行分析發(fā)現(xiàn)，在腐蝕深度不同的情況下測算出的應(yīng)力分布狀況存在相似性?；诟g點周邊應(yīng)力匯聚這一實況，若其腐蝕直徑為0.3cm，那么凹槽外側(cè)會產(chǎn)生最大應(yīng)力；腐蝕直徑為0.5cm，那么錐型凹槽內(nèi)部會產(chǎn)生最大應(yīng)力。在腐蝕直徑不斷增加的情況下，腐蝕點位置的最大應(yīng)力逐漸降低，在相關(guān)公式的協(xié)助下，其最大應(yīng)力數(shù)值分別為225.225MPa與201.486MPa。

對不同腐蝕深度、不同直徑的凹槽進行相關(guān)計算，并對結(jié)果進行全面而深度的分析，發(fā)現(xiàn)伴隨著腐蝕直徑的縮減與腐蝕深度的增加，應(yīng)力呈現(xiàn)出增長的態(tài)勢，應(yīng)力匯集程度愈發(fā)顯著。在腐蝕深度為0.35cm，腐蝕直徑為0.3cm的情況下，其最大應(yīng)力值可達到235MPa，此時其應(yīng)力增大百分比高達135.35%。由此可見，起重機金屬結(jié)構(gòu)腐蝕點對應(yīng)力產(chǎn)生的影響效果是極為顯著的，應(yīng)該受到制造商與使用者的高度關(guān)注。

起重機的局部腐蝕是指金屬結(jié)構(gòu)局部范圍內(nèi)發(fā)生的腐蝕。這種腐蝕最大的危害是壓縮機械設(shè)備的有效截面積，從而造成設(shè)備作業(yè)過程中零部件結(jié)構(gòu)的意外斷裂，這一現(xiàn)象經(jīng)常在螺栓上出現(xiàn)。局部腐蝕又可以被細(xì)化為孔腐蝕和晶間腐蝕兩大類型，后者影響效果極為顯著，其能夠使晶體之間的銜接結(jié)構(gòu)受到損傷，且在發(fā)現(xiàn)上存在較大的難度系數(shù)。

3 起重機金屬結(jié)構(gòu)腐蝕預(yù)防措施

3.1 選材

現(xiàn)階段，型號為Q235B的鋼材料多被制造成起重機金屬結(jié)構(gòu)，在一般條件下其滿足施工標(biāo)準(zhǔn)。但是基于大部分施工環(huán)境中腐蝕性介質(zhì)濃度處于較高層次上這一實況，起重機金屬結(jié)構(gòu)最好應(yīng)用抗腐蝕性優(yōu)良的合金鋼，例如16MnCu等，其最大的應(yīng)用優(yōu)勢在于優(yōu)化了金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)，從而使其化學(xué)穩(wěn)定性處于較高層次上，有更大的能力與高濃度腐蝕性介質(zhì)對抗。

3.2 結(jié)構(gòu)規(guī)劃

在濕度高或腐蝕性強的施工環(huán)境作業(yè)的起重機，對其結(jié)構(gòu)進行規(guī)劃過程中，應(yīng)該格外重視的是降低死角區(qū)域的產(chǎn)生率，從而規(guī)避積水或無法進行噴涂現(xiàn)象的出現(xiàn)；銜接形式與焊接方法的明確化，是建立縫隙等過渡性區(qū)域產(chǎn)生的影響效果被充分考慮基礎(chǔ)上，通常情況下，為了強化起重機金屬結(jié)構(gòu)的防腐性能，會選擇截面表面積較小的圓管和方管這一形式，與此同時在截面封閉端口位置實施密封處理施工對策，以避免雨水等液體或SO2等多樣化腐蝕性氣體的侵襲，對其穩(wěn)定性造成影響。

3.3 表面涂裝

涂裝工藝應(yīng)用原理實質(zhì)上就是借助涂料的屏蔽功能，涂料涂刷在起重機金屬結(jié)構(gòu)表皮就會有涂膜層產(chǎn)生，這在很大程度上延遲了金屬的腐蝕速度。該種防護措施應(yīng)用的劣勢在于尋常油漆所發(fā)揮的屏蔽作用僅僅處于較低的層次上，涂膜層對金屬結(jié)構(gòu)的維護在時長上不占有太大的上優(yōu)勢，隨著時間的推移，液體或者是腐蝕性氣體會對涂膜層表面的完整性造成破壞，漆膜表層逐漸被腐蝕，出現(xiàn)起泡現(xiàn)象，最終使涂刷的油漆材質(zhì)掉落。并且，油漆涂膜屬于有機物范疇，外界環(huán)境因素對其性能影響較大，特別是在高溫度與高濕度并存在的施工作業(yè)環(huán)境中，油漆涂膜老化速度大幅度提升，此時其對起重機金屬結(jié)構(gòu)發(fā)揮的維護作用也大幅度降低。

目前，表面涂層、表面噴涂等工藝技術(shù)在起重機行業(yè)內(nèi)擁有較高的應(yīng)用頻率，其參照起重機設(shè)備多樣化零部件以及施工環(huán)境的優(yōu)劣程度，應(yīng)用多養(yǎng)護的處理介質(zhì)對起重機金屬結(jié)構(gòu)有目的性的施以防腐手段。在市政、民共建等一般施工條件下對鋼絲繩表層采取鍍鋅措施，達到維護目標(biāo)；而對于長期處于露天工作平臺等濕度高、腐蝕介質(zhì)濃度高的作業(yè)環(huán)境，對鋼絲繩表層采取鍍鉻這一防護對策。鑄鍛件作為起重機基礎(chǔ)性構(gòu)件，對其表層的維護大多數(shù)應(yīng)用熱噴法，旨在達到最大限度提升其防腐蝕性能的目標(biāo)，例如在起重機加速器表面施以粉末噴涂方法，與此同時為了強化金屬結(jié)構(gòu)的防腐性能，還可以對其采取另涂一層環(huán)氧漆的防護舉措。

眾所周知，主梁、端梁以及小車架等金屬結(jié)構(gòu)為起重機關(guān)鍵性受力裝備，其防腐性能直接關(guān)系著起重機的整體質(zhì)量與實用價值，對其采取防腐防護對策也是極為必要的。所以對主梁、端梁和小車架等構(gòu)件，在對其應(yīng)用涂裝防護措施之前，應(yīng)該做好工藝程序的編制以及工藝方法的選擇工作。參與金屬結(jié)構(gòu)表層涂刷的技術(shù)人員可以借鑒以下的工藝步驟：首先，合理借用人工除銹、酸洗除銹、噴砂除銹等方法將上述構(gòu)件表層的銹跡清除掉，從而使其符合金屬表面涂裝工藝清潔度與精細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)；其次，對應(yīng)起重機施工作業(yè)環(huán)境氣候、土壤酸堿性等因素進行綜合性分析，最后，選擇最佳的涂料。通常情況下，長期在酸性介質(zhì)環(huán)境下作業(yè)的起重機，在對其金屬結(jié)構(gòu)表皮處理時最好選擇耐酸性能較好的酚醛樹脂漆；在堿性介質(zhì)環(huán)境下作業(yè)的起重機應(yīng)該選擇耐堿性能優(yōu)良的環(huán)氧樹脂漆對其金屬表面進行防護處理。

3.4 優(yōu)化車間布局

起重機設(shè)備制造單位應(yīng)重視車間布局這項工作，對生產(chǎn)環(huán)境與生產(chǎn)工進行適度調(diào)整，例如對車間生產(chǎn)過程中形成的酸堿性氣體等清除應(yīng)體現(xiàn)出時效性，也可以對其應(yīng)用隔絕處理的生產(chǎn)工藝，最大限度降低空氣中飄散的腐蝕性介質(zhì)濃度，從而將其對金屬結(jié)構(gòu)腐蝕程度降至最低水平。選址也是優(yōu)質(zhì)型車間構(gòu)建的基礎(chǔ)，制造單位應(yīng)積極考慮風(fēng)向以及雨水季節(jié)積水流動方向等因素，從而最大限度壓縮自然環(huán)境環(huán)境中腐蝕性介質(zhì)對起重機金屬結(jié)構(gòu)化學(xué)穩(wěn)定性的影響程度。

4 結(jié)語

綜上所述，造成起重機金屬結(jié)構(gòu)腐蝕的成因大體上可劃分為兩大類型，即化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕。為了使起重機長期處于良好的運行狀態(tài)中，對其金屬結(jié)構(gòu)實施防護對策是極為必要的。除了重視材料選擇、施工工藝外，使用單位應(yīng)加強對其性能檢查工作，從而確保修復(fù)的及時性，從而將腐蝕現(xiàn)象消滅在擴散之前。當(dāng)然，司機的技術(shù)水平也應(yīng)不斷的加強，最大限度的降低起重機金屬結(jié)構(gòu)被撞擊與磕碰的次數(shù)，有助于優(yōu)化金屬結(jié)構(gòu)防腐工作質(zhì)量。

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TH21；TG174

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1671-0711（2017）06（下）-0030-02