钢板预处理工艺与车间底漆涂装

钢板预处理工艺与车间底漆涂装

王寅樑 上海华生古象涂料有限公司 

李敏风 中国涂料工业协会专家委员会

0. 引言

       钢材预处理是指对建造船舶、集装箱、桥梁用的钢材在落料加工以前的原材料阶段，采用机械除锈、自动喷车间底漆、烘干流水线作业的过程。使钢材有三至六个月的临时防锈能力。

        预处理流水线有钢材预处理和型钢流水线两种，两者的工作原理是一致的，但型钢结构复杂，抛丸位置应有特定的角度，辊道的宽度小于钢板流水线的宽度，一般不喷车间底漆。      

        有效地使用现代化的车间底漆已经成为钢结构制造中涂装的主要工艺。表面处理质量、车间底漆漆膜质量都由流水线各工位的工艺参数、车间底漆的技术和施工性能所决定的。

1.钢板预处理设备：

1.1.钢板校平

        钢板在运输前过程中或经长期的堆积后，会发生形变，从而影响加工精度，因此钢材预处理之前（或之后）应对钢板做校平处理。

        校平机一般设置在预处理工作之前，通常采用七星辊和九星辊校平机，一般校平4~30 mm厚的钢板，不适用于型钢预处理机。

1.2.钢板输送

        钢材预处理流水线中各工序的传送由辊道完成。辊道两端有轴承，辊道间距为500~750mm。为防止车间底漆的漆膜受到破坏，常采用链式点接触型的结构或者辊道结构形式采用八字形的轨道。

        为了保证钢板在抛丸时不变形，抛丸机内辊道距离应小于其他工作中辊道距离，一般不大于500 mm。当抛头数量多，钢板传输速度快，辊道的数量应多一些，喷漆工序后，辊道数量多，保证车间底漆有足够的时间干燥。

1.3.预热

        预热的目的是为了在抛丸前将钢板升温，除去钢材表面的水分和部分油污；也有利于车间底漆的干燥；但温度太高，不仅浪费能源，又易使车间底漆起泡。预热的温度通常控制在40度左右。

1.4.抛丸

        抛丸在封闭抛丸室内完成。抛丸室安装有抛丸器（抛头）、磨料循环装置、磨料清扫装置、通风除尘装置等。

（1）抛丸器：

        由叶轮、护罩、定向套、分丸轮、轴承座等组成。叶轮由电动机带动作高速旋转（2200~2600 r/min），产生强大的离心力，当磨料经过丸管吸入分丸轮中时，在离心力的   作用下，沿叶片长度方向加速运动直至以60~80 m/s的速度抛出，磨料是扇形流速，打击在钢板表面以除去氧化皮锈蚀。抛丸器根据叶轮结构不同分成双叶盘型和单叶盘型。目前国内标准产品多数为双叶盘型。

（2）磨料循环系统

        有机械及气动输送两种方式。随着磨料输送量的提高，近期设计以采用机械输送方式为主如螺旋输送机加斗式提升机等，效果较好。

（3）磨料清扫装置

        抛丸处理后需清除钢材表面的大量磨料。整机吸尘部分由吸尘管直接接入除尘器内。

（4）磨料

        用于抛丸处理抛料既要处理效果好，又要便于回收，大体上分成铁丸、钢丸、钢丝段、菱角钢砂、四种。各有优缺点。理想的磨料是钢丸：钢丝切段=1：1；钢丸：钢砂=2：1，磨料的直径决定了钢材表面粗糙度。按照桥梁钢材的厚度和规定膜厚，处理后钢材表面粗糙度在50~75 um。磨料的直径应控制在1.0~1.2 mm为主。

（5）喷漆

        抛丸处理后的钢材表面需立即涂覆车间底漆。喷漆以自动化方式进行。整个涂漆装置由无气喷漆机、自动喷枪、通风去漆雾装置等组成。

        自动喷枪的移动用链条式气缸传动。以行程开关来控制喷枪的启动和停止。喷枪在钢板的上下两边各置一把，两者的立行方向相反。喷枪与钢板之间的距离一般为30 cm，下喷枪的距离应略小于上喷枪的距离。

        为防止污染，喷枪房设置吸风管道、漆雾过滤器、风机及排气管道。排风量的大小取决于车间底漆的溶剂挥发量和允许排放的溶剂气体浓度。

（6）烘干

         对于某些干燥性能良好的无机硅酸锌车间底漆或在气温较高时可以不开启烘干装置，一般的温度为65度左右。采用远红外辐射或蒸汽的热源，同时设置排风装置。

2.车间底漆

        在钢板预处理机上应用的底漆称为车间底漆（shipprimer）常用的有环氧富锌、环氧铁红、无机硅酸锌，三种车间底漆。最多使用的是无机硅酸锌车间底漆；它的主要作用是对经过抛丸的钢材表面进行保护，防止钢材在加工、组装过程中产生锈蚀，以最大限度减轻各工序涂装表面处理工作量，达到节能环保之作用。

2.1.车间底漆的性能与特点

（1）对焊接与切割无不良影响：

        带漆钢材进行焊接时，焊接质量与焊缝的机械强度不受影响；切割速度不应受到明显影响，切割边缘平滑光洁；因此车间底漆必须获得船舶检验局或船级社的认可。

（2）单层漆膜防锈能力具有一定时限：

        车间底漆干膜厚度范围为15~25微米。在C4~C5腐蚀大气环境条件下，钢材至少具有三个月到六个月的防锈能力。

（3）涂层具有快干性。

        在常温下，能在5分钟内干燥，以适应在自动化流水线连续生产。

（4）涂层的配套性能好

        车间底漆涂层兼容性能好，能适应大部分涂料的复涂（富锌底漆漆膜上不能复涂油性或醇酸涂料）。

（5）涂层综合性能优异

        涂层有良好的耐热性、耐冲击性、耐水、耐溶剂型、对于船舶用车间底漆还必须具备一定的耐电位性，以适应船舶的阴极保护。

（6）安全、低毒性

        尤其在电焊，切割时，漆膜受热分介不应产生过多的有毒气体，浓度低于国家卫生标准规定范围。

        综上所述车间底漆技术指标应符合GB/T 6747-2008标准。

2.2.车间底漆的喷涂

（1）车间底漆的混合和稀释 

        车间底漆均为双组份，因为流水线作业，需用较大的搅拌机和储漆装置。调漆时，按规定的比例，将A、B组份混合，充分搅拌。具体稀释量按规定的比例，确定一定温度下的车间底漆施工粘度。

        稀释剂分冬用和夏用稀释剂及春秋型稀释剂，以保证车间底漆涂层正常干燥。

        一般无机硅酸锌车间底漆的混合使用期为8 h超过了混合使用期的涂料必须丢弃。

（2）车间底漆无气喷漆技术

        车间底漆喷漆工艺参数见表1。

（3）传送速度和喷枪移动速度

       传送速度要根据流水线的具体实际而定，一般控制在3~5m/min，喷枪移动速度0.5~1.2m/s，以保证获得均匀的膜厚。

2.3.车间底漆的发展方向

        溶剂型车间底漆存在的主要问题是含有机物含量太高，在固含量在25%时，VOC高达660 g/L。随着国家对环保法规的加强，我国很多单位研发了高固体分的水性无机硅酸锌车间底漆，不含溶剂，VOC含量为0；水性无机硅酸锌车间底漆的固化机理是自固化，固化速度极快；该漆是不可燃的，不存在起火和爆炸的危险。但水性无机硅酸锌车间底漆受到成本和目前流水线设备的限制，还不能大量应用。

3.质量控制

        在钢板预处理流水线中，需抓住两方面的质量控制点：

3.1.抛丸后的表面处理质量

        抛丸有利于腐蚀应力的析放。抛丸后表面处理等级达到ISO 8501-1 Sa2级（相当于GB8923-的Sa2级），用标准照片对照比较；另外车间底漆的力学物理性能、附着力以及防腐蚀性能很大程度上取决于抛丸后的粗糙度。在实际中，常用ISO8503-1粗糙度样板来对照比较，钢材表面车间底漆预处理粗糙度范围为Rz=40~75 um。

3.2.车间底漆的漆膜厚度的测定

        施工中，应掌握好必须的车间底漆厚度，膜厚太薄，影响工序间防锈能力；膜厚太厚，在电焊切割时会造成zho超标，污染环境；一般为15~20 um。

测试车间底漆干膜厚度时，不能直接用漆膜测厚仪，因为抛丸后的钢板表面存在粗糙度。必须采用光滑的小板样板法。样板的外形尺寸为50cm×10cm×0.2cm。每块样板上要求测量10个点，85%的读数要求在±3 um，才算符合要求。

（详情请见《现代涂料与涂装》2016-4期）