鋁合金地鐵車體典型防腐問題研究

摘 要：文章介紹了鋁合金地鐵車體腐蝕產生的原因以及防腐工作對鋁合金地鐵應用的重要意義，提出了鋁合金地鐵車體設計結構中的典型問題，并針對性地提出了解決方法，通過相應措施的實施，有效避免或較大程度上減緩了鋁合金車體腐蝕問題帶來的危害。

關鍵詞：鋁合金；地鐵；車體；防腐

鋁合金地鐵車體通常采用大型中空擠壓鋁合金焊接結構，具有重量輕、強度高、剛度好等特點。但鋁合金是一種比較活潑的金屬材料，雖然在大氣中表面很快會生成耐腐蝕的氧化膜，由于地鐵車輛運行于各種不同類型的環境中，如雨雪天、洗車等，在水、氧氣及腐蝕性介質的共同作用下，仍可能發生化學或電化學反應進而發生腐蝕。同時，對于鋁合金車體局部結構，由于接口或空間限制，會采用鋁合金板材進行焊接，焊接結構設計不合理也將導致腐蝕問題的產生。另外，鋁合金車體仍不可避免的會采用碳鋼或不銹鋼材料，如碳鋼螺栓、碳鋼設備安裝梁等，這些結構的存在也可能引起車體密封不嚴、不同金屬的接觸等問題，進而導致車體腐蝕問題的出現，嚴重的甚至會造成結構的破壞。因此，提高車體結構耐腐蝕性對于延長車輛使用壽命、減少車輛維護成本、保證安全運營方面具有重要的意義。下面分析一下鋁合金地鐵車體防腐所涉及的典型問題。

1 車體主結構防腐

鋁合金地鐵車體主結構包括底架、側墻、車頂、端墻、司機室等主要承載結構。由于長期在各種不同類型的大氣環境中工作，車體主結構不可避免的會遇到腐蝕問題。車體主結構防腐即指底架、側墻、車頂、端墻、司機室等大面積外露表面的防腐，該類防腐問題的主要特點是工作量大且與車輛美工直接相關。基于該特點，目前車體主結構防腐方法中效率最高、經濟效益最好的是進行表面涂裝。鋁合金車體表面涂裝工藝包括車體基材處理和涂裝兩大過程，底材處理主要采用噴砂方法，該方法是最通用、效率最高的底材處理方法，特別適用于大面積、大批量作業，但是根據基材的材質和厚度不同，需要選擇合適的砂料。車體涂裝在基材處理后進行，需要完成多層涂層的施工，主要包括雙組份環氧底漆、雙組份聚酯彈性膩子、雙組份聚氨酯中間層和雙組份聚氨酯面漆。其中，雙組份環氧底漆的作用主要是強化涂層與車體間的附著力，提高車體防腐性能，因此其施工工藝控制非常重要。為減小轉向架和底架設備高頻振動對客室舒適性的影響或提高車輛防火能力，在底架下部在噴涂雙組份環氧底漆之后，通常還需噴涂阻尼槳或防火涂料。

2 焊接防腐

鋁合金地鐵車體主要采用焊接結構，車體主結構焊接接頭通常采用插接結構（圖1）且進行滿焊，因此車體主結構一般不會因為結構不當而導致腐蝕問題；但要注意在焊接時，選擇合適的焊接參數和填充材料（如焊絲），如果選擇不當，可能導致焊縫產生晶間腐蝕和應力腐蝕。

由于局部加強或設備安裝接口的需要，鋁合金車體非主結構中存在大量搭接、對接和T型焊接接頭，如果處理不當就可能導致焊接接頭腐蝕問題的產生。為了防止出現以上所述腐蝕問題，車體設計時應考慮通過雙面焊、封底焊或密封復合材料的方式保證焊縫背面的密封可靠性，否則在車輛的長期運行中，可能導致從焊縫背部開始腐蝕，當腐蝕累積到一定程度時，就可能導致焊接結構的破壞。例如對于對接單側焊縫，可采用背部封底焊或單面焊后背部使用密封膠填充的方式來進行防腐。采用密封膠填充時，為提高密封效果，可在打膠部位進行倒角處理（圖2）。

對于斷續焊，兩焊縫之間的空隙，通常可采用密封膠進行填充，防止水及腐蝕性雜質堆積引起焊縫腐蝕（圖3）。

3 緊固件防腐

鋁合金車體所用緊固件通常需承受較大載荷，材料選用不銹鋼或碳鋼，當碳鋼緊固件涂層選擇不當、不銹鋼緊固件與鋁合金直接接觸時均可能出現腐蝕現象，如果腐蝕長期積累，可能會產生結構的破壞，因此緊固件防腐蝕鋁合金車體防腐的重要方面。

為解決緊固件防腐問題，通常可采用如下三種方式。

（1）選用不銹鋼緊固件。雖然不銹鋼緊固件在與鋁合金車體以及保護不好的碳鋼墊片直接接觸時會發生雙金屬腐蝕，但只要結構設計合理，不銹鋼緊固件仍是解決緊固件腐蝕的方法之一。有試驗顯示，雙金屬腐蝕的程度跟作為陰陽極部件的接觸面積比值有直接關系，當比值趨于無限大時，雙金屬腐蝕基本可以忽略不計，因此在類似鋁合金車體的大面積的鋁結構上使用不銹鋼緊固件是可行的。

（2）選擇合適的涂層。緊固件涂層的選擇，首先應依據使用環境考慮，除要求良好的防腐性能外，還需考慮機械及物理和化學性能等方面，如涂層與基體應有足夠結合力、涂層須均勻一致以保證螺紋連接配合良好、涂層應具有始終的摩擦系數、涂層應具有良好的潤滑性能和抗咬死性能等，同時還應考慮是否適于批量生產及是否會造成環境污染等，經濟型和美觀性等因素。

基于以上考慮，對于應用環境相對較好的部位，如客室內部，可采用鍍鋅緊固件；對于直接暴露于外部環境的緊固件，可采用達克羅或交美特涂層，但這兩種涂層硬度較底，在運輸和緊固件擰緊過程中容易造成破壞，尤其是在螺牙、六角螺栓和螺母的尖角部位等。

對于經常拆裝、容易引起拆裝破壞的關鍵緊固件，可采用鋅鎳合金電鍍層。該種涂層耐磨性好，硬度高，可避免螺紋多次擰緊和拆卸時鍍層的破壞，同時不會引起氫脆，不改變材料機械性能。但是該涂層成本較高，經濟性較差。

（3）緊固件擰緊后進行二次防腐。緊固件安裝后（尤其是六角頭尖點和鉚釘斷口部位），可采用補漆、涂抹防銹油脂或防銹臘的方式進行二次防腐，該方式施工靈活、適應性強，是一種簡單有效的防腐方式。

4 車體和轉向架連接區域防腐

在車輛上體和轉向架連接時，為了保證四個空簧面承載均勻，會根據車輛四點稱重情況在空簧安裝面上部安裝調整墊。調整墊通常為不銹鋼材質，而空氣彈簧上表面和鋁合金車體枕梁下表面為鋁合金材料且無特殊的防腐處理，且該部位長期暴露于室外，應用環境相對較惡劣，如果不采取防腐措施，將導致調整墊與空氣彈簧和車體枕梁之間發生電化學腐蝕。

對于該處防腐，從實際運用效果和施工便利性考慮，可采用涂抹防電化學腐蝕膠的方式進行處理（圖4）；另外，轉向架和車體連接后，空氣彈簧安裝座上表面周邊裸露的枕梁機加工面，可均勻涂抹一層防銹蠟進行防腐。

5 底架設備安裝結構防腐

底架設備安裝結構屬于車體設計中最重要的環節之一，吊掛結構的強度對于列車的運行安全至關重要。出于結構強度考慮，吊掛結構多采用碳鋼結構，且常采用矩形鋼管作為承載梁，在大氣環境中耐腐蝕性較差，因此必須考慮防腐措施，尤其是鋼管內部防腐。

吊掛結構外部防腐通常采用表面涂裝方式進行防腐，施工過程與車體主結構防腐類似。但對于鋼管內部防腐，通常可采用兩種方法：（1）對于結構簡單的矩形鋼管，可采用空腔噴（防銹）蠟技術進行防腐，但在可能積水的部位，需要在結構上設計排水孔。（2）優化結構。對于采用開口鋼梁的結構（圖5），如果結構較復雜，型腔內部無法噴涂防銹蠟，則可將敞開式結構變更為封閉結構（圖6）。

6 結束語

文章總結了鋁合金地鐵車體運用過程中容易出現的典型腐蝕問題，通過對這些典型腐蝕問題產生的原因進行分析，提出了相應的防腐措施，對后續類似車體結構設計具有一定的借鑒意義。

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