分段掃砂模式在造船廠的推廣應用

李甲兵

（揚州中遠海運重工有限公司，江蘇揚州 225211）

0 引言

隨著國家2018年7月國務院《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》文件的出臺，以及振華港機對待VOCs排放未認真執行而遭到中央生態環保督察組的全國通報，環保嚴密監管對造船企業的油漆使用總量的管控提出了嚴峻挑戰。一方面由于可替代現有有機溶劑揮發性為主要特性的水性油漆，使用范圍較小還不是特別成熟；另一方面對于造船利潤壓縮至低位的船企，價格因素使之望而卻步。為了在現有條件下壓縮油漆使用總量，除了減少顯性浪費，還可以從分段掃砂、預涂槍使用、噴漆距離控制、噴槍槍嘴選型配套、油漆配套工藝優化等多條途徑進行本質上的降低，其中分段掃砂是最為有效的途徑。

1 船廠分段二次除銹工藝現狀

目前船廠分段的二次除銹主要分為2種：一是采用鋼絲盤或砂輪片進行除銹作業，常見于上建分段；二是采用鋼砂噴射除銹，這也是目前船廠主流的除銹方式；三是高壓水除銹，主要用于船舶修理改裝。

鋼砂噴射作業又分為掃砂與沖砂2種作業模式，目前日韓已基本實行了掃砂作業模式，中國95%以上的造船廠還是以沖砂為主。掃砂主要是采用手工操縱的快速掃掠式的輕度磨料噴射，清理鋼板已有底漆或涂層的膚淺表層，在表面上產生一定的粗糙度，并去除表面除油污與銹跡外幾乎所有的污染物。沖砂則是對無論車間底漆是否完整，全部予以去除。

隨著國家對環境污染治理的進一步加大，高能耗高污染企業的節能減排被提上日程。掃砂作業應是目前狀態下造船廠涂裝作業最易實現節能減排降本增效的有效措施之一。首先，掃砂對于壓縮空氣壓力的要求低于沖砂壓力；其次，掃砂對于車間底漆的保留遠勝于沖砂；再次，重新復涂油漆的量也會大幅降低。通過推廣掃砂作業模式，不僅可以降低砂灰產生量減少危廢處理，還可以大幅降低油漆使用總量，達到降低VOC排放總量的目的。

2 分段掃砂先決條件

根據“中國造船質量標準”（China Shipbuilding Quality Standard，CSQS）中對于二次除銹清潔度的要求可知：對于車間底漆受損部位如焊縫區、火工區、自然銹蝕區，噴射處理至Sa 2.5，對于車間底漆完好表面只要除去粉化塵、浮銹、油脂污物即可。這就為掃砂作業提供了基準要求。

分段掃砂需要從文件準備、預處理、分段建造周期、作業基準制定4個方面進行系統性策劃與執行。文件準備方面應該從技術規格書與三方協議中予以明確，其余主要措施如下：

1）獲得車間底漆與配套第一度漆的兼容性試驗認可證書以及對應船級社的相應的型式認可證書。

2）鋼板在拋丸預處理階段需要沖砂至 ISO Sa 2.5，滿足清潔度要求，產生30 μm～75 μm的粗糙度，覆蓋（20±5）μm的車間底漆。

3）對壓載艙分段推薦使用銹蝕等級為A或B的鋼板，以確保在免除使用粗糙度儀的情況下，可得到規定的粗糙度30 μm～75 μm的范圍。

4）在分段預制階段火焰切割的自由邊、焊縫和破損區域，T型材自由邊，組立焊縫等需要盡可能地根據船廠的實際情況進行跟蹤補涂。

5）從下料至分段交涂的周期應壓縮在3個月內，過程中應做好車間底漆的跟蹤補涂工作，以確保分段整體不會大面積產生銹蝕。

具體的重點關注步驟及品質要求如下：

第1步。鋼材與型材在預處理階段實施的首次拋丸沖砂品質等級≥Sa 2.5，噴涂的車間底漆漆膜均勻，DFT干膜厚度應保持在15 μm～25 μm之間，無明顯的過噴、漏噴以及噴漆未干造成的輥道印跡。原則上除了試片比對外，應根據船廠自身預處理量加強對鋼材預處理膜厚的抽查頻率。推薦干膜抽測頻率為每次啟工時的第1至第2塊鋼板，如圖1所示，在滿足品質要求后方可進行連續生產。反之，應繼續調整設備至滿足要求。

圖1 預處理流水線每次啟工前的品質參數抽測

第2步。在小組立與組立階段嚴格實施跟蹤補涂措施。應重點對組立焊縫（圖2）、型材自由邊（圖3）、火工校正部位（圖4）在自檢合格后及時刷涂車間底漆。補涂一般推薦刷涂1遍，滾涂2遍，膜厚可略厚于車間底漆噴涂的干膜厚度。

圖2 組立階段的焊縫跟蹤補涂

圖3 組立階段的型材自由邊跟蹤補涂

圖4 組立階段的火工校正部位跟蹤補涂

在整個措施實施的過程當中，絕大多數船廠實施難點就在第 2步，即鋼材預處理滿足 PSPC（Performance Standard of Protective Coatings，船舶專用海水壓載艙和散貨船雙舷側處所保護涂層性能標準）與國際海事組織（IMO）規范要求。由于絕大多數船廠都習慣于分段沖砂，所以對于鋼材預處理的品質往往疏于管理，總是寄希望于沖砂作業模式來滿足底線要求。

在預處理階段的問題主要集中在以下幾個方面：

1）鋼材正反表面水、油脂、雜屑處理的問題；

2）型材經拋丸室處理后部分區域仍存在銹點與氧化皮的問題（圖5）；

圖5 鋼材與型材經過拋丸處理后存在部分銹點與氧化皮未清理干凈

3）拋丸室參數設置過快以及拋丸比例配置不佳產生表面粗糙度不足的問題；

4）底漆噴涂結束后，車間底漆的干膜厚度不均，存在低于標準值的問題（圖6）。

圖6 車間底漆漆膜超出規定范圍（15 μm～25 μm）的現象較為普遍

為了解決以上問題可采用如下對應措施：

1）采用預熱噴火裝置去除水分與油脂，采用空氣管吹除雜物（圖7）；

圖7 鋼材預處理吹雜噴火去濕除油工作

2）調試拋丸槍嘴角度、砂丸比例以滿足清潔度要求；

3）調整輥道速度以滿足粗糙度要求；

4）合理配比車間底漆濃度與噴漆槍行槍速度。

3 分段掃砂與沖砂對油漆用量的影響

第1步：試板原材料取自經過預處理線處理過的同一塊鋼板以盡可能確保拋丸后的粗糙度、清潔度以及車間底漆膜厚一致。

第2步：從鋼板上取樣2塊300 mm×300 mm的試板，分別進行如圖8所示的沖砂作業（底漆去除90%以上，鋼板出白，粗糙度達到≈120 μm）與掃砂作業（保留車間底漆完整區域，去除銹跡，粗糙度平均值≈90 μm）。如圖9所示，通過比對標準樣板或使用復制膠帶進行粗糙度測量，可知掃砂與沖砂的粗糙度值一般至少保持在≥30 μm的差距。

圖8 試板沖砂與掃砂后狀態對比

圖9 試板沖砂與掃砂粗糙度對比

第3步：保留沖砂與掃砂的對比面，如圖10所示，采用塑料膠帶保護，裸露其余掃砂與沖砂區域，進行噴漆作業。

圖10 試板沖砂與掃砂對比面保留

第4步：如圖11所示，為降低人為誤差，將2塊試板置于同一水平面，由同一槍手在同一水平距離（≈300 mm）進行平移油漆噴涂作業，確保油漆區域漆膜覆蓋一次成型。

圖11 試板噴漆

第5步：靜止油漆完工試板至油漆干燥。

第6步：分別在同一位置取樣，測量沖砂試板與掃砂試板的油漆干膜厚度。

為減少人工測量誤差以及取點誤差，如圖12所示，對2塊試板從起槍與回槍位置分別距中50 mm，從沖砂與掃砂保留對比面開始向下量取100 mm，作為油漆膜厚取點的測試面（200 mm×100 mm），按照每10 mm×10 mm作為1個取樣點，可分別測得200個數據點（圖12）。按照“之”字形測點分別得到沖砂與掃砂后200個點的膜厚數據，如表1所示。其正態分布圖如圖13所示，通過對比可知，掃砂試板比沖砂試板的平均膜厚至少可提高21.5 μm。

圖12 試板膜厚取樣

表1 沖砂試板與掃砂試板干膜厚度統計表

圖13 沖砂試板與掃砂試板干膜厚度正態分布對比圖

以年處理3 000 000 m2的分段面積，第一度底漆體積固體含量為75%計算，其節省下來21.5 μm，按平均30元/升的油漆價格計算，一年至少可節省油漆2 580 000元，計算公式見式（1）。

式中：

S

為分段面積，m；

η

為第1度底漆節省膜厚，μm；

μ

為第1度底漆固體含量；

K

為第1度底漆單價，元/升；

M

為直接節約油漆成本，元。

4 分段掃砂作業基準的建立

安全準備工作：由班組長或指定人員對分段腳手搭設進行檢查。

動能配套工作：掃砂壓縮空氣壓力由沖砂的0.8 MPa降低為0.7 MPa。

物量人員配套：二次除銹人員作業面積由每人170 m2提高到每人320 m2，根據出勤人數安排作業分段。

分段車間底漆清潔破損評估：

1）清除分段上的殘水、垃圾、油污。

2）班組長檢查評估分段銹蝕狀態，對需要進行沖砂位置采用石筆予以標記。

3）檢查預裝管系油漆破損情況并對需要掃砂位置采用油性筆進行標記。

4）沖砂部位的確定。采取沖砂作業主要針對分段銹蝕較為嚴重的部位，如在制造過程中嚴格執行了車間底漆的跟蹤補涂工作，則可進行掃砂作業。如圖14所示的常規沖砂位置，諸如T排焊縫及自由邊、球扁鋼球頭面、組合件自由邊、流水孔、透氣孔、R孔等各類貫穿孔，銹蝕焊縫，火工校正位置，還包括諸如圖15所示的各類鐵舾、電舾、管舾穿艙腹板等焊接且未進行跟蹤補涂部位。對于如圖16所示各類使用化學試劑或化學漿糊進行探傷的位置，考慮到鹽分會超標且執行跟蹤補涂比較困難，推薦執行沖砂作業。

圖14 常規沖砂位置的確認

圖15 舾裝件沖砂位置的確認

圖16 UT、MT、PT探傷受化學品或鹽分污染較重區域沖砂位置的確認

5）掃砂位置的確認。對于車間底漆保存完整或有進行過跟蹤補涂的位置，如圖17所示的肋板、縱桁、內外底板、貨艙或其他有車間底漆保護位置，如圖18所示在預裝過程中的油漆破損部位；如圖19所示的各類分段在進涂前還未出現銹蝕的部位，皆推薦采取掃砂作業。

圖17 分段內部采用掃砂作業的主要構件

圖18 預裝管道局部破損處

圖19 進涂前未生銹的焊接位置可采用掃砂作業

6）掃砂位置與沖砂位置的品質檢查。對于分段內部的主要結構件諸如肋板、縱桁、頂板、底板等大面可掃砂至如圖20所示的品質等級，整體呈現花狀且無明顯肉眼可見銹蝕。對于焊縫由于其表面粗糙度較大易成為掃砂的死角盲區，為確保油漆不會因為銹蝕導致脫落，所以推薦對于焊縫位置達到如圖21所示沖砂出白的品質要求。對于其他各類舾裝品焊接位置則只需滿足如圖22所示目視無銹即可。

圖20 分段內部主要結構件的掃砂品質等級

圖21 焊縫位置的掃砂品質等級

圖22 自由邊/貫穿孔、管舾、鐵舾、電舾等焊接位置的掃砂品質等級

5 結論

通過掃砂與沖砂的對比可知，人工單位時間效能可提高88.23%，壓縮空氣壓力可降低14.3%，每平方米油漆可節省0.028 7 L（約0.86元），僅此3項就可以為造船廠的降本增效作出巨大貢獻。但是，在實施掃砂作業前一定要循序漸進按照本文提到的程序重點，從文件準備開始，著重關注預處理品質，加強跟蹤補涂程序實施，壓縮分段制造周期，可先從品質要求較低的非PSPC分段如機艙分段與上建分段開始實施，最終建立符合工廠自身的掃砂作業基準，以實現分段掃砂模式的持續推進和固化。