高速鐵路接觸網(wǎng)設(shè)施腐蝕情況與應(yīng)對措施探討

摘 要：在分析了目前我國已開通部分高速鐵路存在的接觸網(wǎng)零部件及設(shè)備污染情況的基礎(chǔ)上，剖析零部件的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)特點和工作條件，結(jié)合目前國內(nèi)的防腐技術(shù)種類和特點，提出了不同情況下接觸網(wǎng)針對性防腐建議措施。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；接觸網(wǎng)；防腐

1 引言

我國高鐵自開通運營以來，高速鐵路沿線經(jīng)常面臨多種地方企業(yè)排放污染粉塵、工業(yè)氣體，嚴重影響設(shè)備絕緣強度的問題。雖然運營部分一方面加強自身的清潔力度和檢修管理，另一方面與建設(shè)單位溝通共同整治環(huán)境污染，但隨著高鐵運營的深入和外部環(huán)境的變化，接觸網(wǎng)設(shè)備的污染愈加嚴重，近期多條客專線路在對重污區(qū)設(shè)備檢查中發(fā)現(xiàn)重污區(qū)段除絕緣設(shè)備以外的接觸網(wǎng)零部件出現(xiàn)大面積的銹蝕、氧化、表面脫落嚴重威脅供電設(shè)備及行車安全，本文在武廣、鄭西等高速鐵路接觸網(wǎng)零部件研究的基礎(chǔ)上，分析了各種零件的工作情況和目前國內(nèi)幾種零部件防腐技術(shù)，在滿足施工、運營條件的基礎(chǔ)上提出了幾種接觸網(wǎng)零部件防腐措施的建議，對接觸網(wǎng)零部件設(shè)計、接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計及施工、運營等方面提出指導(dǎo)性建議。

2 接觸網(wǎng)零部件常見腐蝕情況

目前常見的接觸網(wǎng)設(shè)施腐蝕有以下幾種：

2.1 鋁合金零部件：斜拉線定位鉤、定位管、定位器氧化腐蝕、表面脫落較嚴重，拉線定位鉤與斜拉線鉸接部位明顯出現(xiàn)氧化腐蝕、磨損脫落。

2.2 銅合金零部件：彈吊線夾、吊弦線夾、吊弦線、承力索等氧化腐蝕嚴重，腐蝕后表面顏色呈綠色。

2.3 不銹鋼零部件：主要為緊固件，如吊弦線夾螺栓、彈吊螺栓、定位線夾螺栓、各類不銹鋼頂絲等均有不同程度銹蝕。

2.4 地腳螺栓及螺母：鋼柱基礎(chǔ)地腳螺栓螺帽腐蝕嚴重，表層已逐漸脫落。

3 接觸網(wǎng)工作條件及腐蝕機理

3.1 目前調(diào)差的重污染區(qū)的主要污染企業(yè)為水泥廠和化學(xué)制品廠，水泥工業(yè)對大氣所產(chǎn)生影響的主要污染源是粉塵和廢氣，粉塵的主要成分：CaCO3、CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO、Na2O、K2O等，其中，SiO2是粉塵中的重要成分，是人產(chǎn)生塵肺病的主要原因；廢氣中包括粉塵、SO2、NOX、CO2、HF等。化學(xué)制品廠除污染水質(zhì)外，主要是產(chǎn)生刺眼、刺鼻和嗆喉嚨的氣體和濃煙，如氨氣、硫化氫、SO2、甲硫醇。結(jié)合能譜，測試結(jié)果與實際情況基本一致。

接觸網(wǎng)鋁鑄鍛件長期暴露在大氣中，當表面存在粉塵時，在塵粒的沉積處就會造成縫隙，容易保持水膜的存在，為其它粉塵和廢氣溶于水創(chuàng)造了條件，形成電解質(zhì)溶液，液膜中的Cl-首先在鋁表面的活性位發(fā)生吸附，C1-的吸附是鋁發(fā)生點蝕的最初步驟，當鋁合金結(jié)構(gòu)表面涂層被破壞后，腐蝕介質(zhì)將直接與金屬基體接觸，一旦溶解開始，溶解區(qū)與臨近塵粒沉積處的鈍化區(qū)形成閉塞電池，進一步加劇點蝕的形成和發(fā)展，如果縫隙變大，腐蝕率會明顯加劇。

3.2 從圖5的CuNi2Si金相組織和CuNi2Si表面腐蝕產(chǎn)物的XRD衍射分析可知CuNi2Si材料主要以化學(xué)腐蝕為主，屬均勻腐蝕，Cu本身標準電極電位為正，CuNi2Si在大氣和電解質(zhì)溶液中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，本身被氧化，在腐蝕介質(zhì)中，發(fā)生電化學(xué)腐蝕幾率很小。

3.3 不銹鋼A2暴露在大氣中，由于氧氣和水的化學(xué)和電化學(xué)作用而引起腐蝕。不銹鋼靠表面形成的鈍化膜而耐蝕的，鈍化性能主要來自鉻，鈍化膜的穩(wěn)定性隨鉻含量而增高，理論上鉻含量達到12.5%足以在大氣中形成自發(fā)的鈍化膜，但實際使用中對鈍化膜的自修復(fù)能力不足。在實際中常使用含鉻17%以上的不銹鋼，鎳、鉬促進其鈍化膜穩(wěn)定性。

在大氣條件下，表面水膜的單一因素下，不銹鋼的鈍化膜不會破壞，即使破壞，也容易自修復(fù)。但是當表面存在灰塵時，在塵粒的沉積處就會造成縫隙，容易保持水膜的存在，同時阻礙了氧氣的補充，當溶解的氧濃度降到很低時，導(dǎo)致鈍化膜溶解，一旦溶解開始，溶解區(qū)與臨近塵粒沉積處的鈍化區(qū)形成閉塞電池，進一步加劇溶解過程，點蝕的形成和發(fā)展。當局部腐蝕坑產(chǎn)生后，坑蝕數(shù)量必然增加，變大，必將對宏觀腐蝕電位產(chǎn)生影響，造成零件電位下降。

不銹鋼A2螺栓端部局部腐蝕，去除表面附著物，有點蝕特征，坑蝕宏觀現(xiàn)象不明顯。

4 結(jié)論

4.1 AlSi7Mg0.6合金表面污染物是粉塵和腐蝕產(chǎn)物的混合物，混合物以粉塵（SiO2等）為主。

4.2 重污染區(qū)的大氣環(huán)境是接觸網(wǎng)零件腐蝕的根源。粉塵沉積和材料表面缺陷處，容易保持水膜的存在，為其它粉塵和廢氣溶于水創(chuàng)造了條件，是點蝕的起始點。

4.3 AlSi7Mg0.3、AlSi7Mg0.6、6082、不銹鋼A2和CuNi2Si上述牌號材料制備的接觸網(wǎng)零件均發(fā)生了腐蝕。AlSi7Mg0.3、AlSi7Mg0.6表面腐蝕腐蝕機理主要為點蝕和晶間腐蝕；6082材料表面腐蝕腐蝕機理以均勻腐蝕為主，部分部位出現(xiàn)點蝕和晶間腐蝕；CuNi2Si均勻腐蝕，主要機理為化學(xué)腐蝕；宏觀觀察，不銹鋼A2發(fā)生輕微點蝕。

4.4根據(jù)金屬材料耐蝕分類評級標準，6082材質(zhì)零件在該環(huán)境下“耐蝕”，耐蝕性級別為4級；CuNi2Si耐蝕性優(yōu)于6082材質(zhì)；AlSi7Mg0.3和AlSi7Mg0.6合金的耐蝕性低于6082材質(zhì)，耐蝕性級別為5級。

5 腐蝕整治設(shè)計建議措施

應(yīng)根據(jù)接觸網(wǎng)零部件功能、材質(zhì)、腐蝕機理等的不同，采取具有針對性和差異性的防腐加強措施。在采取防腐加強措施時，首先需保證零部件的機械性能和電氣性能滿足相關(guān)標準和相關(guān)規(guī)定及要求；其次，在采取新技術(shù)、新工藝或新材料，加強零部件的抗腐性后，其零部件應(yīng)該成熟、可靠，經(jīng)比選、驗證和相關(guān)評審，獲得允許上道資格后，方可投入線路上運用。

5.1 對鋁合金材質(zhì)的接觸網(wǎng)零部件防腐措施

在重污染區(qū)段，鋁合金零部件相對其它材質(zhì)的零部件腐蝕較嚴重。特別是在連接結(jié)構(gòu)處或在最薄弱的位置處使用的鋁合金零部件，如斜拉線定位鉤等，應(yīng)加強觀察和防腐治理。

目前對鋁合金零部件的防腐措施主要有：一是零部件表面涂層處理技術(shù)；二是接觸網(wǎng)零部件鈍化處理技術(shù)；三是陽極氧化處理技術(shù)。其中，對鋁合金管件，如腕臂等，采用陽極氧化處理技術(shù)，在哈大高鐵和京滬高鐵上進行了部分應(yīng)用；鋁合金鑄件采用鈍化處理技術(shù)，在哈大高鐵中部分應(yīng)用。但抗腐蝕的實際效果目前還無法確認，建議進行實地調(diào)研，以便進一步了解應(yīng)用效果。

針對本重污染區(qū)段，建議選用相同的鋁合金零部件，分別采用上述三種防腐處理后，在線路旁進行試掛。試掛一年后，分別對試掛的零部件進行檢測，包括物理性能檢測和化學(xué)性能檢測，經(jīng)比選及相關(guān)部門評估、評審后，確定本重污染區(qū)段接觸網(wǎng)鋁合金零部件的防腐措施。

5.2 對銅合金零部件的防腐措施

雖然銅合金耐腐蝕性相對較好，但在本重污染區(qū)段，銅合金零部件與其它區(qū)段的相同部件比較，存在明顯腐蝕。為確保接觸網(wǎng)運營安全、可靠，對重污染區(qū)段的銅合金零部件也需加強防腐。目前主要有兩種措施：一是零部件表面涂層處理技術(shù)；二是接觸網(wǎng)零部件鈍化處理技術(shù)。此兩種技術(shù)，在實際線路中均未運用過，同時銅合金零部件具有載流功能，在加強防腐處理時，不能影響載流。建議選用相同的銅合金零部件，分別采用上述兩種防腐處理，在線路旁進行試掛。同時需對零部件的載流影響進行試驗和分析，確定相關(guān)工藝要求。試掛一年后，分別對試掛的零部件進行檢測，包括物理性能檢測和化學(xué)性能檢測，經(jīng)比選及相關(guān)部門評估、評審后，確定本重污染區(qū)段接觸網(wǎng)銅合金零部件的防腐措施。

5.3 對不銹鋼零部件的防腐措施

接觸網(wǎng)緊固件一般采用304不銹鋼（06Cr19Ni10和12Cr18Ni9）。在《電氣化鐵路接觸網(wǎng)零部件》（TB/T 2075.1～2075.23-2010）中，接觸網(wǎng)零部件的緊固件材質(zhì)規(guī)定采用304不銹鋼。鑒于該重污染區(qū)段緊固件腐蝕的問題，建議采用比304不銹鋼更耐腐蝕的316L不銹鋼緊固件，在線路上進行部分試掛，試掛的同時加強監(jiān)測。試掛一年后進行評估分析，抗腐蝕效果明顯且滿足接觸網(wǎng)緊固相關(guān)要求后，可投入該重污染區(qū)段進行應(yīng)用。

5.4 對地腳螺栓的防腐處理

在重污染區(qū)段，現(xiàn)場鋼柱基礎(chǔ)及拉線基礎(chǔ)地腳螺栓腐蝕嚴重，直接影響接觸網(wǎng)支柱安全。本區(qū)段線路主要為橋梁，一旦接觸網(wǎng)基礎(chǔ)螺栓螺紋因銹蝕失效，是無法更換的。建議對該段接觸網(wǎng)H型鋼柱基礎(chǔ)（含拉線基礎(chǔ)）整治措施為：

5.4.1 對既有地腳螺栓（含螺母）進行防腐處理。首先去除地腳螺栓表面的鐵銹，然后進行噴鋅處理，最后涂防銹漆。

5.4.2 按照部通用參考圖《接觸網(wǎng)H型鋼柱》（圖號：通化（2008）1301）中通化（2008）1301-26圖中的要求，對鋼柱底板與基礎(chǔ)頂面間的空隙，采用C40級細石混凝土（微膨脹混凝土）進行澆灌，將支柱底板與基礎(chǔ)頂面間的空隙填塞，并填密實，基礎(chǔ)頂面的防水坡從支柱底板邊緣起坡。

參考文獻

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