电弧喷铝防腐技术在钢拱桥中的应用

电弧喷铝防腐技术在钢拱桥中的应用

付新利　杨宇泽　李　涛　郝志国

(包头恒久钢构有限公司， 内蒙古包头　014060)

摘　要：电弧喷铝的原理是利用燃烧于两根连续送进的铝丝之间的电弧来熔化金属，电弧使每一个喷涂的金属粒子都达到熔融状态，用高速气流把熔化的金属雾化，并对雾化的金属粒子加速使它们喷向构件外表面形成涂层。电弧喷铝是钢结构表面防腐蚀工程中最普遍使用的一种喷涂方法。经过电弧喷铝得到的铝涂层，因铝液凝结之后形成的微孔必须选用电弧喷涂纳米改性环氧封闭漆才能体现其优越的防腐蚀性能。经电弧喷铝工艺处理过的钢拱桥，外形美观大方，具有较强的抗腐蚀能力，延长了该桥梁的使用寿命。

关键词：电弧喷铝； 钢拱桥； 防腐

1　工程概述

本工程为内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗大路新区煤电铝一体化基地至新区连接线项目跨呼大高速桥梁工程。采用单提篮下承式拱梁组合桥，桥梁全长为89.46 m，横向采用双向六车道布置，两侧分别设置紧急停车带和人行道。横断面设计宽为38.74 m，包括2.0 m(人行道)+2.37 m(吊杆区)+3.0 m(紧急停车道)+11.25 m(机动车道)+1.5 m(中间带)+11.25 m(机动车道)+3.0 m(紧急停车道)+2.37 m(吊杆区)+2.0 m(人行道)。纵断面设计：主跨中心桩号为K13标高+488.989 m，桥面设置R=10 000 m的竖曲线，从主跨中心向两侧分别设置1.508%的对称纵坡。

上部结构为单提篮下承式拱梁组合结构，拱肋计算跨度为80 m，矢跨比1∶4，两道拱肋向道路中心线方向倾斜，倾斜角度为10°。拱肋为变截面箱形，两道拱肋之间设置风撑梁，风撑梁之间设置装饰板。桥梁效果见图1。钢拱桥的防腐设计方案见表1。

图1　桥梁效果

2　电弧喷铝前钢拱桥外表面防腐工艺流程及处理

表面处理的主要目的是将待喷涂表面除油、去污、除锈等。在钢拱桥表面进行电弧喷铝之前，其表面的处理对于电弧喷铝涂层的附着力起着重要的作用，钢拱桥外表面防腐工艺流程见图2。

表1　钢拱桥防腐设计方案

部位涂装要求设计值参照标准钢拱桥外表面表面净化处理无油、干燥表面喷砂处理Sa3级,Rz60-100μm大功率二次雾化电弧喷铝180μm电弧喷涂纳米改性环氧封闭漆1×50μm环氧云铁中间漆2×150μm氟碳面漆1×40μm氟碳面漆1×40μmGB/T8923.2—2011GB11373—89GB/T9793—1997GB/T9286—1998GB/T4956—2003钢拱桥内表面表面喷砂处理Sa2.5级,Rz25-60μm环氧富锌底漆1×80μm环氧厚浆漆2×300μmGB/T8923.2—2011GB/T9286—1998GB/T4956—2003

图2　钢拱桥外表面防腐工艺流程

2.1　净化处理

清除构件表面残留的焊渣、焊瘤、飞溅等杂物，用脱脂剂擦除构件基体表面油脂，对于较大面积的浮尘，采用干燥的压缩空气吹扫干净。

2.2　喷砂除锈

喷砂除锈是利用压缩空气，借助压力式喷砂装置喷射磨料，对构件基体表面实施清洁和粗化的处理，直至基体表面呈灰白色的金属外观和均匀的粗化面。

1)压缩空气的要求。压缩空气的干燥与否，是对构件表面处理的关键之处。所以必须对空压机的输出压缩空气进行必要的处理，一般采取冷却器和油水分离器进行净化处理，以保证施工所用的压缩空气干燥(不含水)、清洁(不含油及其他杂质)。另外，采用大功率空压机和高效移动式喷砂机进行喷砂作业，其压缩空气经过滤、冷却、油水分离达到清洁、干燥的要求，喷枪出口的空气压力达0.65 MPa以上，因此喷砂除锈的质量更加可靠。

2)磨料的要求。磨料的要求必须清洁干燥、无污染、无杂质，且必须有质保书和相应的抽样检验报告。磨料选用比重大、质地坚硬、精细粒状的金刚砂或硅质河砂。

由于电弧喷铝工艺对于钢拱桥表面的清洁度和粗糙度都有着严格的要求，因此，在喷砂除锈时，采用相对较细、带棱角的磨料容易达到GB/T 18839.2—2002《涂覆涂料前钢材表面处理 表面处理方法 磨料喷射清理》规范要求的清洁度；采用相对较粗、弧面的磨料容易达到GB/T 18839.2—2002要求的粗糙度。故而想要达到电弧喷铝工艺要求的喷砂除锈质量，必须进行两次喷射，一次进行清洁度的处理，一次进行粗糙度的处理。

3)工艺要求。本钢拱桥喷砂除锈的质量等级为GB/T 8923.2—2011《涂覆涂料前钢材表面处理 表面清洁度的目视评定》[1]规定的Sa3级，即表面应无可见的油、脂和污物，并且应无氧化皮、铁锈、涂层和外来杂质。构件表面应具有均匀的金属光泽，粗糙度为Rz60-100 μm。

在喷砂除锈时，其所要求的湿度应≤80%，温度5～35 ℃。在喷砂除锈设备连结调试完毕后进行喷涂作业。压缩空气经冷却、油水分离器及气包后进入砂罐和喷砂枪，压力不得低于0.65 MPa。在确保砂罐内压力为0 MPa后，在砂罐里面装满磨料，持枪、启动空压机向砂罐内送气，依次打开气阀、砂阀，并根据出砂量的大小调整砂阀气阀，使其达到最佳状态。喷砂时，喷嘴与构件表面的距离以80～200 mm为宜，喷射方向与构件表面法线之间夹角以15～30°为宜。当喷嘴口因磨损直径增大25%时更换喷嘴。在喷砂过程中，必须根据空气压力、喷嘴直径、构件表面锈蚀状态等情况经常而及时的加以调整，避免漏喷、复喷。

4)质量要求。经喷砂除锈处理后，构件表面的油污、氧化皮、锈蚀物等一切杂质均应清除干净，无任何可见残留物，呈现均匀的金属本色，基体表面的粗糙度应达到Rz60-100 μm。

3　电弧喷铝

电弧喷铝的原理是利用燃烧于两根连续送进的铝丝之间的电弧来熔化金属，电弧使每一个喷涂的金属粒子都达到熔融状态，用高速气流把熔化的金属雾化，并对雾化的金属粒子加速使它们喷向构件外表面形成涂层。电弧喷涂时，熔滴温度可达6 000 ℃以上，微熔滴加热温度、喷射速度都比火焰喷涂时高，因此粒子的动能和热能都比较高，从而获得较高的结合强度和涂层强度。试验证明:电弧喷涂的结合强度约是火焰喷涂层的2.5倍。因此，电弧喷铝是钢结构表面防腐蚀工程中最普遍使用的一种喷涂方法。

1)环境要求。在经过喷砂除锈达到合格标准后，应尽快进行电弧喷铝作业，其间隔时间越短越好。晴天不得超过12 h；雨天、潮湿或雾天时，间隔时间不得超过2 h。如若在喷砂处理后，因其他原因造成构件基体表面返锈，应重新喷砂处理以达到质量要求。喷涂过程中构件基体表面温度小于200 ℃，喷涂气温5～35 ℃，湿度小于80%。

2)喷涂材料要求。采用直径为φ3的铝丝，纯度>99.5%，且必须有材质合格证及化验分析单。铝丝表面无油污、干燥且无折痕。

3)设备要求。电弧喷涂设备由电弧喷涂枪、控制箱、电源、送丝装置及压缩空气系统等组成。 电弧喷枪是电弧喷涂设备的关键装置。其作用是将连续送进的丝材在喷枪前部一定的角度相交，由于丝材各自接于直流电源的两极而产生电弧，从喷嘴喷射出的压缩空气流对着熔融金属吹散形成稳定的雾化金属粒子流。国外近年来电弧喷涂电源均采用平特性电源。过去采用直流电焊机作为电弧喷涂电源，由于电焊机具有陡降的外特性，电弧工作电压在40V以上，使喷涂过程中碳烧损大，降低涂层硬度。平性电弧喷涂电源可以在较低的电压下喷涂，使涂层中碳的烧损大为减少(约减少50%)，可以保持良好的弧长自调节作用，能有效的控制电弧电压。平特性的电源在送丝速度变化时，喷涂电流迅速变化，维持稳定的电弧喷涂过程。根据喷涂丝材选择一定的空载电压，改变送丝速度可以自动凋节电弧喷涂电流，从而控制电弧喷涂的生产率。

电弧喷铝工艺中与喷砂除锈工艺同样重要的是压缩空气的清洁度和干燥度，必须保证压缩空气是无油、无水的洁净空气。在保证防护涂层质量的同时也可以保证喷涂施工的顺利进行，否则铝金属与构件基体之间的附着力会降低。当压缩空气中含水量过高时，电弧喷铝在作业过程中会出现频繁断弧现象，从而影响作业进度和浪费材料。为了得到厚度均匀、质量优良的金属铝面涂层，在喷涂作业过程中必须为电弧喷铝设备提供稳定的工作电流、稳定的工作电压和稳定的走丝速度。另外，不稳定的压缩空气压力会得到不同质量的金属铝面涂层。压力低，铝涂层粗糙；压力高，铝涂层细实。应根据实际情况及时调整压缩空气的压力。

4)工艺要求。在喷砂除锈后，利用干净清洁的压缩空气将构件表面吹扫干净，应立即进行电弧喷铝作业。在确认各送丝软管、压缩空气胶管等连接牢靠等准备工作完成后，接通电源、打开送丝开关，要求两侧送丝速度一致。启动压缩空气，压力为0.5～0.7 MPa。打开喷枪手柄上的开关开始进行喷涂，工作电流150～200 A，工作电压26～32 V。喷涂作业过程中，喷枪应尽量保持同构件表面垂直，在特殊情况下，喷涂角度不宜小于60°。喷枪出口处与构件距离宜在80～200 mm之间，喷枪移动速度宜在100～150 mm/s之间。一次喷涂厚度宜在60～80 μm之间，且在相邻喷涂带之间应有1/3的宽度重叠。由于本工程要求铝涂层厚度为180 μm，故应分层喷涂，前一层与后一层必须垂直或45°交叉喷涂，分层喷涂间隔不得大于2 h。注意防止构件表面喷涂层局部过厚的现象。在停止喷涂时，先停止送丝，再关闭喷枪开关，最后关闭压缩空气，并使各个开关位置处于停止、安全状态。另外，构件现场焊缝处两侧预留50 mm用薄铁皮或硬木板压贴保护。

5)质量要求。电弧喷铝完成后，进行质量检查。喷涂铝层与构件基体粘附牢固，表面应具有均匀的外观，不能有杂质、气泡、孔洞、裂纹及起层、脱壳、漏喷等现象存在。根据GB/T 1527—2011《铁路钢桥保护涂装》规定，喷涂铝层最小厚度不得小于设计厚度的75%，铝涂层厚度采用无损磁性测厚仪进行测量。铝涂层的结合性能检测采用划格试验法进行，试验结果在方格形切样内不能出现铝涂层与构件基体剥离的现象。

4　封闭涂装

由于电弧喷铝涂层具有3%～10%的孔隙率(铝液凝结之后形成的微孔)，因铝液凝结之后形成的微孔必须得到有效的封闭才能体现其优越的防腐蚀性能。对喷铝涂层进行封闭处理，其目的是尽可能地将涂层孔隙堵住，并填平其凹坑，以延长铝涂层的寿命。本工程中，封闭材料选用电弧喷涂纳米改性环氧封闭漆。该漆是一种无机纳米材料进行改性的低粘度双组份环氧类油漆，其漆膜致密、抗腐蚀渗透能力强，具有良好的附着力和极强的耐蚀性，能有效地增强防腐蚀涂装效果。

封闭层的涂装必须在施工温度5～35 ℃，湿度小于80%时进行。封闭漆涂装均匀，厚度一致。不得出现漏涂、流挂等现象。

5　结束语

跨呼大高速钢拱桥工程中电弧喷铝工艺难度较大，质量要求高，必须针对性地制定工艺规程，采用有效措施，解决各种因素对电弧喷铝涂层质量的影响，保证钢拱桥涂装精度及涂装外观和内在质量。经电弧喷铝工艺处理过的钢拱桥，外形美观大方，具有较强的抗腐蚀能力，延长了该桥梁的使用寿命。

参考文献

[1]　GB/T 8923—2011　涂覆涂料前钢材表面处理 表面清洁度的目视评定[S].

[2]　GB/T 1527—2011　铁路钢桥保护涂装[S].

[3]　易春龙.电弧喷铝技术[M].北京：化学工业出版社,2006：125-143.

[4]　雷正民.钢结构电弧喷铝的施工工艺[J].西铁科技,2004(S1)：89-90.

[5]　李雄晖.军山长江大桥钢梁电弧喷铝长效防腐技术[J].桥梁建设,2000(4)：38-41.

[6]　戚所，肖启雄.电弧喷铝及其应用[J].电刷镀技术,1994(4)：46-49.

[7]　易春龙，张胜利，洪伟，等.电弧喷涂纳米封闭复合涂层在钢桥梁工程的应用[J].热喷涂技术,2009(2)：64-67.

APPLICATION OF ELECTRIC ARC SPRAYED ALUMINUM ANTICORROSIVE TECHNOLOGY IN STEEL ARCH BRIDGE

Fu Xinli　Yang Yuze　Li Tao　Hao Zhiguo

(Baotou Hengjiu Steel Building Co. Ltd， Baotou 014060, China)

ABSTRACT：The principle of arc spraying aluminum is molten metal by burning the electric arc between two continuous feeding aluminium wires, so that every one of the metal particles can reach molten state.High speed air was used to atomize molten metal, and sprayed accelerated atomizing metal particles to the surface of members which could form the outer surface coating.Arc sprayed aluminum is one of the most commonly used methods for the surface corrosion protection engineering of steel structure.After the arc spraying aluminum coating, the micro pores formed by the condensation of the aluminum liquid must be selected by the arc spraying nano-modified epoxy sealing paint to reflect its superior corrosion resistance. The steel arch bridge which had been processed by the electric arc spraying process has a beautiful appearance, excellent corrosion resistance and long service life.

KEY WORDS：arc spraying aluminum; steel arch bridge; anticorrosive

收稿日期：2015-10-10

DOI:10.13206/j.gjg201605024

第一作者：付新利，男，1985年出生，助理工程师。

Email:[e-mail]