電弧噴鋁復合涂層工藝在南極磷蝦船的實船應用

徐華磊，杜世進，江 晉，陳鈺明，孫留銀

(中船黃埔文沖船舶有限公司，廣東 廣州 510715)

1 工程簡介

南極磷蝦專業捕撈加工船“深藍”號是我國第一艘也是國內最大最先進的新造遠洋漁業加工一體船，可滿足ICE-A冰區(冰厚度0.8 m)及-25℃低溫環境的營運要求。極為惡劣的腐蝕環境，對船舶結構如何進行長效防腐提出了嚴峻的挑戰。根據該船建造規格書要求，需對該船的加工艙室內地板及流水槽、外板水線上干舷、舷墻內外、露天甲板、上建外表等部位進行電弧噴鋁復合涂層的工藝。該項工藝是我司在船舶建造上第一次實施，也是這條船涂裝作業的重點和難點，因此為能很好地完成這一建造任務，施工方多方嘗試，反復實驗，針對性的編制了涂裝工藝，在工前的策劃、工藝技術的改進、安全措施的管控、設備及數據收集等各項工作上積累了豐富的經驗。

1.1 涉及電弧噴鋁復合涂層工藝的工程范圍

南極磷蝦專業捕撈加工船“深藍”號涉及電弧噴鋁復合涂層工藝的范圍如下：

(1)加工區地板及水槽；

(2)船尾露天區域，包括拖網網板架、基座、舷墻；

(3)外部甲板；

(4)基座及平臺；

(5)上層建筑，駕駛室除外；

(6)水線以上外板；

(7)舷墻內部；

(8)甲板捕撈絞車；

(9)吊機基座(甲板以上1.5 m)；

(10)A字架；舷外支架；

(11) 磷蝦/魚粉冷凍貨艙內的行車軌道等；

涂裝工序分為：分段噴砂，電弧噴鋁，噴涂封閉漆，噴涂底漆，面漆，分段涂裝完；在整船合攏后對合攏縫及涂層破損區域，涉及電弧噴鋁復合涂層工藝的部位進行修補等涂裝工作(工序同上)。

1.2 配套方案

涉及電弧噴鋁復合涂層工藝的配套方案如下，以干舷為例，如表1。

表1 以干舷為例電弧噴鋁復合涂層工藝的配套方案

2 電弧噴鋁復合涂層工藝簡介

2.1 總體施工方案

2.1.1 分段金屬噴涂階段

第一步：進棚前高壓水沖洗除去油脂和鹽份及相關污染物，確保無油污以及保證鋼板表面鹽份符合要求。

第二步：對金屬噴涂區域進行整體沖砂，合攏邊口留100～150 mm，完成報驗后立刻運輸到涂裝房，啟動濕度器將濕度控制在65%以下，4～6 h內完成金屬噴涂裸露區域覆蓋。

第三步：對金屬噴涂區域進行涂層缺陷修復和以及膜厚不足部位加噴處理，進行附著力拉拔試驗，噴涂封閉漆。

第四步：金屬噴涂區域涂裝檢驗合格后的分段須再次移入砂棚進行普通油漆區域的沖砂處理，運輸時需對已金屬噴涂區域進行保護，防止金屬噴涂區域涂層機械損傷，分段普通油漆施工流程按在建工程船涂裝執行。

2.1.2 船塢(船臺)或碼頭金屬噴涂階段

第一步：核實金屬噴涂區域及其四周(包括反面)的船體結構(包括舾裝件、標志等的安裝等)的完整性，做好交接確認。在經過完整性確認后，再進行金屬噴涂的修補工作，以減少金屬涂層的破壞。

第二步：用高水壓沖洗鹽分以及相關污染物，確保無油污以及鹽份符合標準。

第三步：對不需金屬噴涂的設備、儀器等用帆布等材料進行包扎等保護。

第四步：對金屬噴涂區域進行分區分片沖砂，完成報驗后2～4 h(需根據當天濕度條件決定)內完成金屬噴涂施工，防止返銹，否則需重新檢驗或重新沖砂，視分區分片施工面積情況，原則上當天的打砂作業必須當天金屬噴涂結束；

第五步：對金屬噴涂區域進行測厚和涂層修復和膜厚不足部位加噴處理，進行附著力拉拔試驗等，合格后及時修補封閉漆。

第六步：金屬噴涂及封閉漆檢驗合格后的接下來的普通油漆施工，按在建工程船的油漆施工執行。

注意事項：

1)因船臺碼頭交叉作業多，而金屬噴涂屬于明火作業需良好的施工環境；同時，因其本身作業對人的身體健康以及環境具有危害性，需合理安排相關工作以及鄰近作業含涂裝噴漆補涂作業，避免影響金屬噴涂施工質量以及對周圍的人、設備以及環境等造成影響。

2)在整體區域金屬噴涂修補后，后面因火工作業產生金屬涂層破壞的，程度超0.025 m2(約0.15×0.16 m)位置需進行打砂并進行金屬噴涂修補，小于這個面積部位進行用動力工具進行打磨并修補含鋁環氧底漆。

2.2 表面處理工藝及要求

2.2.1 表面凈化

表面凈化和活化程度：噴砂后的表面應無油、無脂、無污物、無軋制鐵鱗、無腐蝕物、無油漆及其他外來物。對于金屬基材，應露出均質的金屬本色。這種表面被稱之為“活化”的表面。

2.2.2 噴砂除銹

噴砂除銹時，基體表面要求清潔，且具有一定的粗糙度，除銹等級應符合《涂料和有關產品使用前的鋼底材的處理》(ISO 8501-1)標準中規定的Sa2.5級。

1)環境控制：

鋼材表面溫度高于露點以上3℃、相對濕度低于85%。

2)噴砂施工應注意以下幾點：

①距離：指噴砂嘴端面到基材表面的直線距離。隨著噴砂距離的增加，磨料對基材表面的沖刷作用減弱，同時磨料分散。該參數的選擇取決于噴砂方式、空氣壓力大小以及工件的具體情況。合適的距離既能使表面達到一定的粗糙度，又有較高的噴砂效率，同時要避免磨料給表面造成很大的壓應力和避免工件發生變形。一般控制在100～300 mm的范圍內。

②砂角度：指磨料噴射的軸線與基材表面的夾角，應保持在60～75°的范圍內，要避免成90°。以防止砂粒嵌入表面。

③空氣壓力：噴砂用的壓縮空氣必須經冷卻裝置及油水分離器處理，以保證干燥、無油；油水分離器必須定期清理，以壓縮空氣為動力，供給噴砂裝置進口的壓力。隨壓力升高，磨料噴射速度增加，對表面沖刷作用加劇，磨料破碎率提高。因此壓力的選擇要考慮到磨料的粗細，工件厚薄及表面粗糙度的要求。壓力式噴砂一般為0.3～0.5 MPa，壓力式噴砂要考慮到噴砂管較長造成的壓力損失，應適當提高壓力。

④噴砂嘴孔徑：在空氣壓力一定的情況下，噴嘴孔徑加大，空氣耗量和出砂量增加，噴砂效率提高?？讖降倪x擇受空氣供給量的制約，一般為8～15 mm。由于磨損，當噴砂嘴孔徑增大25%時，應更換新噴嘴。

⑤噴砂槍的移動速度：通過噴砂槍和工件表面的相對移動來獲得均勻的粗化面。移動速度無嚴格要求，主要視表面粗化的均勻性來控制噴砂時間，過長的噴砂時間會導致不希望的表面結構。

3)噴砂質量要求與控制：

噴砂質量直接影響到涂層的結合強度，因而在表面處理的噴砂質量技術要求標準中提出了嚴格要求，噴砂質量主要指標有以下三個方面。

①表面凈化和活化程度，如上2.2.1要求。

②表面粗糙度：一般表面粗糙度為50～85 μm。

③噴砂后的表面不應再與人手等物體接觸，防止再度污染。如發現鋼材表面再污染或返銹，應重新處理到原除銹等級。施噴涂料前，應使用鋼刷和真空吸塵器清除殘留砂粒等雜物。作業人員應帶纖維手套。若不慎用手觸及已清理好的表面，應立即用溶劑清洗表面。

④表面處理完畢后，驗收合格后，才能進行下道工序。

4)注意事項：

①噴砂施工開始前，對所有設備要進行全面檢查，功能齊全，功率要能滿足施工需要，動力設備嚴禁帶病運行。

②各作業人員，按規定配帶勞保護具，噴砂作業區周圍設防護圈，設置警示牌，非作業人員不得入內。

③高空作業時，首先搭設登設設施，作業人員除按規定配帶噴砂護具外，還要戴安全帽、系安全帶，操作工具要系安全繩，設1名專職人員跟班監護。

5)噴砂質量檢測、評定：

表面清潔度和表面粗糙度的評定，均應在良好的散射日光下或亮度相當的人工照明條件下進行。

①表面清潔度等級的評定：

將被檢基體金屬的表面與標準中相應的照片時行目視比較評定。

②表面粗糙度測量儀測定：

比較樣塊法：所示的粗糙度等級作為評定結果。將樣塊靠近被檢表面的測定點進行目視比較，以基體金屬表面外觀最接近的樣塊

③噴射處理后的金屬表面應呈均勻的粗糙度，除鋼板原始銹蝕或機械損傷造成的凹坑外，不應產生肉眼明顯可見的凹坑和飛刺，要求達到的粗糙度達到鋼材表面除銹應達到ISO 8501-1的Sa2.5級標準。

④在不放大的情況下進行觀察時，鋼材表面應無可見的油脂和污垢，并且沒有鐵銹、涂料涂層和異物，任何殘留的痕跡應僅是點狀或條紋狀的輕微色斑。

⑤表面的鹽分檢測要求為≤20 mg/m2。

2.3 電弧噴鋁工藝

此次金屬噴鋁主要是使用QD8型電弧設備(上海樺樺噴涂機械有限公司生產)根據試驗施工鋁絲Φ2 mm，在試驗結果滿足相關質量要求情況下，再得出如表2電弧設備參數情況。

表2 電弧設備參數

(1)表面噴砂處理后4～6 h(需根據涂裝棚內濕度條件決定)之內進行噴鋁施工，以免表面逐步氧化從而影響鍍層與基體的附著力。

(2)使用電弧噴槍，選用的鋁絲直徑Φ2 mm，純度要求99.5%及以上，無油污。

(3)噴鍍環境和溫度：

1)濕度低于 85%；

2)鋼板表面溫度大于露點3℃；

3)施工環境須控制在10℃以上；

4)防火防爆，保持有通風和滅火設備。

(4)操作前的準備

1)使用新的膠管時，應除管內積塵。

2)檢查和調整金屬絲輸送速度。

3)檢查油水分離器的作用是否良好，能否隨時放水。

(5)操作工藝

1)將鋁絲由導管放入，并伸出槍嘴8 mm，最長不得超過12 mm，擦去油脂。

2)空氣壓力控制在≥0.6 MPa，使鋁層粒子獲得較高的能量速度，致使鋁層顆粒密度增加，減少孔隙，增加鍍層附著結合力，提高腐蝕保護效果。

3)噴射距離：噴槍嘴至金屬的垂直距離控制在100～150 mm。

4)噴鍍角度：噴射角度盡可能與基體表面成直角，活動范圍正負30°，以避免表面上的滑沖現象和驅散現象，從而得到致密附著力強的鍍層。

5)送絲速度：送絲速度一般控制在120～150 mm/s。

6)噴槍移動速度：為了獲得較均勻的鍍層，噴槍移動速度必須適當。第一層較慢(第一層噴鍍厚度應是總厚度的50%～60%)；第二層稍慢(同噴漆速度大致相同)；一般約為0.3～0.35 m/min。兩層之間的噴鍍方向應相互垂直。

7)噴束的重疊：金屬表面噴鍍時，根據噴砂處理后的面積分為若干小區。噴距在100～150 mm之間，噴束寬為4～5 cm，噴鍍時噴束一般應重疊三分之一。

8)噴鋁涂層總厚度為120 μm，分3道完成。前一層與后一層必須進行90°或45°交叉噴涂，相鄰噴涂區應有1/3寬度的搭接。分層噴鋁間隔時間不得超過1 h。噴鋁時應防止工件表面有局部過熱或涂層局部過厚等現象。

(7) 噴鋁層檢查

1)外觀應均勻一致，涂層必須能夠牢固粘附在底材上。噴涂后的表面必須是均勻的，不能有瘤子、松散的濺落金屬、氣泡、灰塵等的形成、缺陷和漏涂。

2) 鋁層缺陷應及時修補，將缺陷部分鋁層除去后重新噴鋁達到規定的膜厚。

3)厚度檢測：厚度要求：120 μm。

4)附著力檢測：

附著力要求：7 MPa。

附著力儀器：附著力拉拔儀。

附著力測量檢驗標準：附著力測量為破壞性檢測，建議在涂層邊緣取點或另做樣板取點。如果第一點達到要求，不再取點。如果達不到要求，再多檢測兩點，如還有一點(共兩點)達不到要求則為不合格，如果后兩點都達到要求則為合格。

2.4 封閉漆涂裝

為保障鋁層質量和后面油漆涂層質量，應在噴涂及認可的鋁層表面上4 h內噴涂一度封閉漆，根據本船油漆配套要求，該封閉漆干膜厚度約50 μm，油漆商需在現場進行相關工藝指導，包括涂料的稀釋程度、涂裝間隔執行等。

(1)在施工封閉漆之前，用干凈的空氣吹去噴鋁表面浮塵，時間間隔不能過長，防止噴鋁層氧化。

(2)主要采用無氣噴涂進行施工。

(3)噴涂封閉漆后，對一些難以噴涂的部位，如孔位、自由邊、角焊縫等用刷涂方法進行修補。

(4)封閉漆要求不打影和不露底，出現這種情況需進行及時修補。

2.5 面漆涂裝

封閉漆施工后，后續涂層按本船油漆配套及工藝要求進行。

(1)施工前應做好必要的防護及噴涂設備的檢測工作。根據油漆商的產品說明選用相應的噴嘴及噴涂壓力。

(2)現場施工時，根據船體結構的不同及時調整涂整施工方法，涂裝過程中要經常用干、濕膜測厚儀檢測漆膜厚度，保證每層油漆的漆膜厚度達到設計要求。

(3)施工環境按油漆廠家所推薦及要求環境下。

(4)涂裝時，施工每道漆的涂敷間隔應嚴格按廠家提供的涂料產品說明書執行，要待上道漆膜達到表干后，再進行下道涂料的涂裝；以防止出現漆膜起皺，桔皮等質量缺陷。出現質量問題后應先查明原因，再根據質量問題種類進行修補，修補完工合格后，再進行下道工序。

(5)施工時應按照從上到下的施工順序。涂裝時應精心操作，達到涂層涂刷均勻一致，無漏涂、起泡、變色、失光等缺陷。

2.6 質量檢測與控制

2.6.1 質量檢測要點

1) 金屬噴鋁前的表面處理；

2) 金屬噴鋁后的鋁層厚度；

3) 鋁層附著力；

4) 封閉漆的涂布閉合情況。

2.6.2 質量控制要素

1) 人員的控制：包括主管人員對作業的合理安排和調度；檢驗人員對質量要點和檢測方法的掌握；施工人員對作業的熟練操作和能施工質量的掌控。

2) 環境及場地控制：使作業能在合適的施工環境和場地中實施。

3) 設備控制：包括設備能應用到位并能在作業中保持正常運轉狀態。

4) 材料控制：包括了對鋼砂、鋁絲、涂料等材料的采購驗證，并要求廠家提供出廠合格證書等相關的材料合格資料。

3 結論

南極磷蝦專業捕撈加工船“深藍”號所采用的電弧噴鋁復合涂層的工藝作為我司在船舶建造上第一次實施作業的重、難點工藝，施工方多方嘗試，反復實驗，最終克服了操作上的難點，針對性的編制了涂裝工藝并進行現場技術交底，目前已經完成了分段和船臺階段的噴鋁作業，保質保量完成任務，涂層質量達標、外觀優美。