1 前言
根據2006年8月國務院常務會議通過的《船舶工業中長期發展規劃》，全球最大造船基地中船長興造船基地一期工程于2008 年順利竣工，年生產能力450萬載重噸。大型船塢龍門吊是長興基地的關鍵設備，其主體是有主梁、剛性腿、柔性腿、平衡梁、車架等鋼結構組成。中船江南重工公司作為國內最具實力的鋼結構制造企業之一，承建了基地中最大的800 噸龍門吊。長興島地處東海之濱，為典型的海洋性氣候，日照強，空氣濕潤，近海岸大氣中Cl- 含量較高。根據800 噸龍門吊所處地理位置，龍門吊室外腐蝕環境（鋼結構外表面）定義為C4，即腐蝕較為嚴重的工業及沿海區域環境；其內部腐蝕環境（鋼結構內表面）定義為C2，即中性環境[1]。而碳鋼在海洋大氣環境中穿透深度最大約為0.08mm/a[2]。如考慮其他腐蝕因素，腐蝕量會呈幾何級增長。因此選擇合理的鋼結構防腐方案是保證龍門吊安全性和
技術可靠性的重要因素。
通過調研，在800 噸龍門吊前期準備階段，筆者提出800噸龍門吊鋼結構防腐方案是一個系統工程，必須從涂裝體系選擇，鋼結構焊接工藝、表面處理、涂裝工藝等各要素進行優化，又要兼顧經濟性。
2 涂裝體系優化
涂裝體系優化主要依據涂裝設計壽命、鋼結構所處腐蝕環境、涂裝使用調研和不同部位防腐要求不同，并結合工程造價、經濟性分析和防腐性能分析等進行。優化流程見下圖1。涂裝壽命是指涂裝的耐久性，
即涂裝系統在進行第一次大修之前所期望的保護年限[1]。800 噸龍門吊涂裝設計壽命為10年。如何確定具體涂料品種以及涂層膜厚以保證10 年的設計壽命是優化的重點。
2.1 涂裝底漆
防銹底漆主要分2 大類：熱噴涂鋁、鋅、鋅鋁合金的金屬防蝕鍍層；無機和有機（環氧）富鋅底漆。傳統紅丹底漆由于防腐耐久性差和鉛污染已經日趨淘汰。金屬熱噴涂產生于上世紀40年代，其原理是在鋼材表面熱噴涂金屬鋁、鋅粉，使其作為陽極，達到陰極保護作用。一般大氣環境下，熱噴涂至少可以保證鋼結構30年的有效使用期[3]。但熱噴涂成本較高，施工復雜，工程造價大幅上升。富鋅底漆是另一類高效防銹底漆，其機理也是利用鋅粉對鋼材表面的陰極保護作用。Zn的電化學活性（標準電極電位-0.763V）比Fe（-0.409V）活躍，在腐蝕介質的作用下，形成Zn-Fe 電池，Zn 作為陽極被犧牲掉，從而保護陰極Fe。富鋅底漆分為無機和有機（環氧）兩種，防腐效果均比較優異，在C4（工業和海洋大氣）環境中有10年以上的使用經驗[4]。由于厚膜型無機富鋅底漆表面粗糙，需加粘度較稀中間封閉漆，施工成本高于環氧富鋅底漆。
2.2 中間漆
中間漆起到隔絕防護的作用，目前常用環氧云鐵漆。該漆以云母氧化鐵（λFe2O3）為組分，其鱗片狀結構類似云母，在涂膜中呈層層疊積狀排列，可有效阻擋水分、氧氣及其他腐蝕介質滲透，又因為云
母氧化鐵光敏性弱，化學穩定性好，具有較好的耐候性和抗紫外線的性能。此外，云母氧化鐵具有一定粗糙度，有利于底漆和面漆的結合。
2.3 面漆
面漆要兼具防腐和美觀。目前常用氯化橡膠面漆、聚氨酯面漆和氟碳面漆。其防腐效果和保色保光性能依次遞增。氯化橡膠面漆使用時間最早，在上海地區有著多年成功使用經驗，價格低；聚氨酯面漆
保色保光性能優異，抗紫外線、抗老化、耐候性強，復涂性好，價格適中；氟碳涂料以氟樹脂為主要成膜物質的涂料，由于氟元素電負性大，碳氟鍵能強，具有特別優越的耐候性、耐熱性、耐低溫性、耐化
學藥品性，以及獨特的不粘性和低磨擦性，但價格較高。
2.4 漆膜膜厚
涂層的漆膜膜厚是保證防腐蝕效果的關鍵因素。文獻[1]根據鋼結構所處腐蝕環境和使用壽命對漆膜厚度作出了具體規定如表1。按上述規定，使用壽命10年的漆膜厚度應不低于150μm（C2）和200μm（C2）。
2.5 涂裝體系確定
通過涂料配套試驗，最終涂裝體系如表2，即滿足了使用壽命要求，又兼顧了經濟性。
3 鋼結構焊接工藝優化
焊接是鋼結構制造基礎工藝，如果焊接處理不好，容易導致鋼結構腐蝕發生。常見腐蝕有：雙金屬腐蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕。
3.1 結構設計和焊接方法優化在制定焊接工藝時，從避免局部應力集中考慮，應盡量減少交叉焊縫；多層多道焊縫應相互錯開；焊縫接頭避免Y形交接；保留適當的焊縫余高或徹底去除余高。為避免縫隙腐蝕和表面處理考慮，應盡量采用對接焊和連續焊，避免搭接焊和間斷焊；為避免焊接缺陷，主焊縫和對接焊縫，采用CO2保護焊打底，X坡口，埋弧焊，無鈍邊；腹板與翼緣板角焊縫焊接采用CO2保護焊打底，雙邊坡口，埋弧焊；筋板角焊縫，CO2保護焊。既避免了單純單面焊和背面清根，又保證了焊縫質量和平滑度，避免了縫隙腐蝕。
3.2 焊接工藝優化合理選擇焊絲和焊條，使焊縫熔敷金屬與母材的化學成分和機械性能近似，避免焊后焊縫金屬與母材電位差較大，而產生雙金屬腐蝕。同時應嚴格規定焊接電流、焊接速度，控制焊接線能量。防止由于電流過大，造成咬邊，造成縫隙腐蝕隱患。焊前對厚板（>34mm）進行預熱，焊后立即進行熱處理以消除焊接殘余應力，減少在特定環境下產生應力腐蝕的風險。
3.3 加強焊縫部位的預涂裝由于焊接后，焊縫附近的車間底漆已被破壞，因此加強焊縫預涂裝是彌補焊縫腐蝕的有效途徑。焊縫預涂裝要點：（1）清理焊縫，去除焊接產生的飛濺、焊渣等，打磨手工焊縫，消除余高，并使其平滑，漏焊、針孔和咬邊需進行補焊處理。對于搭接焊縫，應采用環氧類堵縫材料進行封堵；（2）預涂底漆采用相同環氧富鋅底漆；（3）預涂長條焊縫采用無氣噴涂，難以進行無氣噴涂的焊縫采用手工刷涂。
4 表面處理優化
鋼結構焊接表面處理主要有三個目的：（1）清理表面，為涂裝作準備；（2）提供合適的表面粗糙度，增加底漆附著力：（3）改善鋼板應力水平，降低應力腐蝕風險。根據龍門吊鋼結構的特殊性，優化的表
面處理要求如下：
4.1 鋼材表面預處理
鋼材表面預處理前清理表面積水、油污及雜物。鋼材在下料前應經拋丸預處理，達到GB 8923-88 標準的Sa2.5 級，表面粗糙度達到40-80μm，噴涂環氧富鋅車間底漆15-20μm；型材不能進行拋丸處理時，應采用噴丸處理，達到上述要求。經機械和手工除銹處理的，處理后表面質量達到St3級。構件成形后作除銹處理的，處理后各表面質量達到Sa2.5級。機械設備罩殼、減速箱外殼、卷筒內壁、開式齒輪兩側等采用噴丸或拋丸除銹。不能用噴丸或拋丸除銹的，采用酸洗除銹或機械手工除銹。
4.2 二次除銹
主梁、鋼性腿、柔性腿分段結構；上下小車車架，行走機構平衡梁，車架，維修吊主柱、橫粱及其它結構件在二次噴丸除銹前應預先打磨清除結構表面的焊瘤、飛濺、毛刺，自由邊銳角均應打磨至R2，并進行預涂。各平臺、機架等零星構件如不采用二次噴丸除銹則可采用動力工具進行除銹，除銹等級達到St3 級。
4.3 表面清潔處理
涂裝下道涂層前，對除銹過的表面或前道涂層表面進行清潔處理，清除表面沾污的油脂、灰塵、水分、鹽分、焊接煙塵、粉筆或油漆記號。各分段、組件結構車間底漆完整的區域,應除去表面鋅鹽、垃圾、污物、油污等。
5 涂裝工藝優化
涂裝工藝優化重點在于控制漆膜厚度和均勻度，避免涂裝質量缺陷，提高經濟性。前述涂料的無氣噴涂工藝已經非常成熟，在此只分析優化要點：
5.1 加強預涂裝
預涂裝是保證膜厚均勻的關鍵。除前述焊縫預涂外，銳邊、外角處必須預涂，該處通常無法保證正常膜厚；另外，鋼結構內角、鉚釘、螺栓、螺母等連接處，加強型材的背面也必須進行預涂裝。為保
證質量，底漆預涂不能采用輥涂。
5.2 噴嘴口徑控制與噴幅
噴嘴口徑大，膜厚就厚，在實際操作中，不能僅依據說明書來指導施工，應根據現場實際環境（如溫度、風力、構件噴涂作業條件等）對泵的壓力、涂料粘度以及噴距進行檢查、試噴，確定可正常操作后進行大面積噴涂。環氧富鋅底漆噴嘴易磨損，應及時更換，否則影響膜厚均勻。對于主梁等大平面，應增大噴嘴噴幅，提高效率；對于型材等狹窄鋼結構，應調小噴幅，可以有效提高涂層均勻度。在無氣噴涂時，應掌握噴幅1/2 重疊原則，噴幅重疊多，造成浪費及膜厚不均；重疊少，造成漏噴。
5.3 濕膜現場檢驗
施工人員在施工后，應立即進行濕膜自檢，達到有效控制膜厚，以便及時采取措施，防止補涂，造成質量缺陷。濕膜檢測采用梳齒濕膜測厚儀，每1m2 均布5 點，各測3 次，取平均值，然后通過涂料的
體積固含比和稀釋比換算為干膜厚度。通過施工自檢，可以隨時調整噴涂量，既保證了涂層質量，又節約了成本。需要提醒的是，濕膜測厚儀不能用于無機富鋅（溶劑揮發快，檢測不準）和聚氨酯面漆/ 氯
化橡膠面漆二道涂料（溶解前道涂料）的檢測。
6 結語
上述防腐方案順利通過了專家評審及監理公司的認可，并得以順利實施。800噸龍門吊已于2008年初交付使用。經過一年多使用情況反饋，涂裝質量良好，完全達到了預期效果。該龍門吊鋼結構的防腐
優化方案為今后類似產品提供了有益借鑒。
