腐蝕環境對起重機金屬結構的影響及防護措施

張振柱

（福建省特種設備檢驗研究院龍巖分院，福建 龍巖 364000）

腐蝕環境對起重機金屬結構的影響及防護措施

張振柱

（福建省特種設備檢驗研究院龍巖分院，福建 龍巖 364000）

本文主要就腐蝕環境對起重機金屬結構的影響及防護措施進探究。分析了腐蝕環境對起重機臂架結構應力影響與改進措施，最后從選材、結構規劃、涂裝工藝環節對預防腐蝕起重機金屬結構的有效措施進行探究，并建議使用單位重視腐蝕環境下起重機設備的日常維修與防護工作，從而使重機結構的承載性能得到切實的保障，為使用單位創造最佳的效益。

腐蝕環境；起重機；金屬結構；影響；防護措施

起重機在應用過程中會被擱置于露天環境或潮濕腐蝕的環境中，其表皮油漆保護層經常會因損壞而喪失防護功能，使金屬結構被腐蝕。通常情況下，作業環境的溫度、濕度以及酸堿性介質排布狀況均會影響起重機金屬結構腐蝕程度與速率，其中濕度所產生的影響效果最為顯著。相關統計資料記載，全世界每年由于腐蝕而報廢的金屬設備和材料相當于當年金屬產量的20%～40%。可見，深入對起重機金屬結構腐蝕的防護措施進行研究是極為必要的。

1 描述某化工廠露天用起重機桁架臂

臂：31m；弦桿為角鋼構造，尺寸：20.32cm×20.32cm×2.54cm；腹桿為管材構造，尺寸：φ6.03cm×0.039cm，φ7.3cm×0.52cm，φ8.089cm×0.55cm，φ10.16cm×0.58cm。臂架四個弦桿的應力受側載影響而存在差異性，最大應力：276.817MPa，在臂架底節，為弦桿腐蝕點處；腹桿最大應力：96.851MPa，在臂架的中部，與440MPa應用壓力標準相符合。

2 探究腐蝕環境對臂架結構應力影響

通過對鋪管船用起重機腐蝕檢測報告進行分析，發現其底節弦桿上存在很多腐蝕點，經測量腐蝕的最大深度為0.35cm，腐蝕點的形態可以被粗略的描述為圓柱形或倒錐形凹槽。所以，為了探究腐蝕點對弦桿受力的影響效果，參照圣維南原理，節取底節內長50.0cm的弦桿，構建實體有限元模型，在其上構建圓柱型凹槽模擬腐蝕結構，模型如圖1所示。

基于不同腐蝕深度對弦桿應力影響效果存在差異性這一實況，在弦桿上分別構建直徑為0.15cm與0.025cm深的凹槽（圖1b）。因為腐蝕直徑與弦桿受大小之間存在一定的關聯性，所以對不同深度的凹槽施以整合對策，分別構建腐蝕直徑為0.3cm與0.5cm的凹槽。腐蝕直徑為0.3cm的模型采用圓柱型凹槽，腐蝕直徑為0.35cm的模型采用倒錐形四槽，傾斜角度為30°。又因為模型處于被限制的情況，在弦桿模型的一端施加位移與角位移全限制，并將100MPa的均布壓應力施加到對側。

圖1 弦桿實體模型

依照以上模型與限制以及載荷，開展有限元計算工作，對計算結果進行分析發現，在腐蝕深度不同的情況下測算出的應力分布狀況存在相似性。基于腐蝕點周邊應力匯聚這一實況，若其腐蝕直徑為0.3cm，那么凹槽外側會產生最大應力；腐蝕直徑為0.5cm，那么錐型凹槽內部會產生最大應力。在腐蝕直徑不斷增加的情況下，腐蝕點位置的最大應力逐漸降低，在相關公式的協助下，其最大應力數值分別為225.225MPa與201.486MPa。

對不同腐蝕深度、不同直徑的凹槽進行相關計算，并對結果進行全面而深度的分析，發現伴隨著腐蝕直徑的縮減與腐蝕深度的增加，應力呈現出增長的態勢，應力匯集程度愈發顯著。在腐蝕深度為0.35cm，腐蝕直徑為0.3cm的情況下，其最大應力值可達到235MPa，此時其應力增大百分比高達135.35%。由此可見，起重機金屬結構腐蝕點對應力產生的影響效果是極為顯著的，應該受到制造商與使用者的高度關注。

起重機的局部腐蝕是指金屬結構局部范圍內發生的腐蝕。這種腐蝕最大的危害是壓縮機械設備的有效截面積，從而造成設備作業過程中零部件結構的意外斷裂，這一現象經常在螺栓上出現。局部腐蝕又可以被細化為孔腐蝕和晶間腐蝕兩大類型，后者影響效果極為顯著，其能夠使晶體之間的銜接結構受到損傷，且在發現上存在較大的難度系數。

3 起重機金屬結構腐蝕預防措施

3.1 選材

現階段，型號為Q235B的鋼材料多被制造成起重機金屬結構，在一般條件下其滿足施工標準。但是基于大部分施工環境中腐蝕性介質濃度處于較高層次上這一實況，起重機金屬結構最好應用抗腐蝕性優良的合金鋼，例如16MnCu等，其最大的應用優勢在于優化了金屬結構內部的晶體結構，從而使其化學穩定性處于較高層次上，有更大的能力與高濃度腐蝕性介質對抗。

3.2 結構規劃

在濕度高或腐蝕性強的施工環境作業的起重機，對其結構進行規劃過程中，應該格外重視的是降低死角區域的產生率，從而規避積水或無法進行噴涂現象的出現；銜接形式與焊接方法的明確化，是建立縫隙等過渡性區域產生的影響效果被充分考慮基礎上，通常情況下，為了強化起重機金屬結構的防腐性能，會選擇截面表面積較小的圓管和方管這一形式，與此同時在截面封閉端口位置實施密封處理施工對策，以避免雨水等液體或SO2等多樣化腐蝕性氣體的侵襲，對其穩定性造成影響。

3.3 表面涂裝

涂裝工藝應用原理實質上就是借助涂料的屏蔽功能，涂料涂刷在起重機金屬結構表皮就會有涂膜層產生，這在很大程度上延遲了金屬的腐蝕速度。該種防護措施應用的劣勢在于尋常油漆所發揮的屏蔽作用僅僅處于較低的層次上，涂膜層對金屬結構的維護在時長上不占有太大的上優勢，隨著時間的推移，液體或者是腐蝕性氣體會對涂膜層表面的完整性造成破壞，漆膜表層逐漸被腐蝕，出現起泡現象，最終使涂刷的油漆材質掉落。并且，油漆涂膜屬于有機物范疇，外界環境因素對其性能影響較大，特別是在高溫度與高濕度并存在的施工作業環境中，油漆涂膜老化速度大幅度提升，此時其對起重機金屬結構發揮的維護作用也大幅度降低。

目前，表面涂層、表面噴涂等工藝技術在起重機行業內擁有較高的應用頻率，其參照起重機設備多樣化零部件以及施工環境的優劣程度，應用多養護的處理介質對起重機金屬結構有目的性的施以防腐手段。在市政、民共建等一般施工條件下對鋼絲繩表層采取鍍鋅措施，達到維護目標；而對于長期處于露天工作平臺等濕度高、腐蝕介質濃度高的作業環境，對鋼絲繩表層采取鍍鉻這一防護對策。鑄鍛件作為起重機基礎性構件，對其表層的維護大多數應用熱噴法，旨在達到最大限度提升其防腐蝕性能的目標，例如在起重機加速器表面施以粉末噴涂方法，與此同時為了強化金屬結構的防腐性能，還可以對其采取另涂一層環氧漆的防護舉措。

眾所周知，主梁、端梁以及小車架等金屬結構為起重機關鍵性受力裝備，其防腐性能直接關系著起重機的整體質量與實用價值，對其采取防腐防護對策也是極為必要的。所以對主梁、端梁和小車架等構件，在對其應用涂裝防護措施之前，應該做好工藝程序的編制以及工藝方法的選擇工作。參與金屬結構表層涂刷的技術人員可以借鑒以下的工藝步驟：首先，合理借用人工除銹、酸洗除銹、噴砂除銹等方法將上述構件表層的銹跡清除掉，從而使其符合金屬表面涂裝工藝清潔度與精細度標準；其次，對應起重機施工作業環境氣候、土壤酸堿性等因素進行綜合性分析，最后，選擇最佳的涂料。通常情況下，長期在酸性介質環境下作業的起重機，在對其金屬結構表皮處理時最好選擇耐酸性能較好的酚醛樹脂漆；在堿性介質環境下作業的起重機應該選擇耐堿性能優良的環氧樹脂漆對其金屬表面進行防護處理。

3.4 優化車間布局

起重機設備制造單位應重視車間布局這項工作，對生產環境與生產工進行適度調整，例如對車間生產過程中形成的酸堿性氣體等清除應體現出時效性，也可以對其應用隔絕處理的生產工藝，最大限度降低空氣中飄散的腐蝕性介質濃度，從而將其對金屬結構腐蝕程度降至最低水平。選址也是優質型車間構建的基礎，制造單位應積極考慮風向以及雨水季節積水流動方向等因素，從而最大限度壓縮自然環境環境中腐蝕性介質對起重機金屬結構化學穩定性的影響程度。

4 結語

綜上所述，造成起重機金屬結構腐蝕的成因大體上可劃分為兩大類型，即化學腐蝕與電化學腐蝕。為了使起重機長期處于良好的運行狀態中，對其金屬結構實施防護對策是極為必要的。除了重視材料選擇、施工工藝外，使用單位應加強對其性能檢查工作，從而確保修復的及時性，從而將腐蝕現象消滅在擴散之前。當然，司機的技術水平也應不斷的加強，最大限度的降低起重機金屬結構被撞擊與磕碰的次數，有助于優化金屬結構防腐工作質量。

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TH21；TG174

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1671-0711（2017）06（下）-0030-02