变电站钢结构镀锌层测厚技术初步研究

高 健，王 斌，李 军

(国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃兰州730050)

变电站钢结构镀锌层测厚技术初步研究

高 健，王 斌，李 军

(国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃兰州730050)

针对电力系统变电站钢结构镀锌层厚度的测量与判定比较困难的现状，采用微观金相法对现场截取试样进行了试验研究。该方法能够以金相照片的形式直观的显示镀层厚度的连续变化过程，可应用于电力钢结构镀锌层厚度的精确测量及均匀性判定。此外，微观金相法还可以用于对其他镀层测厚方法测量结果的验证，具有较大的实际意义。

镀锌层测厚;电力钢结构;微观金相法

0 引言

近几年，随着电网规模的不断扩大，变电站的建设也在稳步发展。根据变电站建设中的节能、环保、抗震、标准化的要求，钢结构作为一种新型建筑材料凭借其在使用功能、材料性能、受力特点、设计、施工工艺和工期、环保节能以及综合经济等方面的优越的特性，逐步取代了钢筋混凝土结构，成为变电站建筑发展的一个新方向［1－3］。但是钢材耐腐蚀性较差，据发达国家的不完全统计，每年由于钢材腐蚀造成的经济损失约占国民经济总产值的4%。钢结构的腐蚀带来巨大的安全隐患，由于钢锈蚀而导致的工程事故也屡见不鲜。近年来，由于钢结构腐蚀原因导致输变电线路故障的情况时有发生。因此，考虑到经济性及现场安装要求等因素，目前输变电线路钢结构基体通常采用热镀锌的方法来达到防腐目的［4－7］。

1 镀锌层的厚度要求及其测量方法

由于生产工艺良莠不齐，部分钢结构的镀锌层厚度不能满足使用要求。如果镀锌层太薄，就易于产生起皮、破损等缺陷，不具备较好的防腐作用。根据《金属覆盖层钢铁制件热侵入镀锌层技术要求及实验方法》(GB/T 13912－2002)的要求，电力钢结构镀锌工件主要表面试验测得镀锌层厚度应达到表1的要求。

表1 钢结构镀锌层厚度基本要求

目前，镀锌层厚度常用金属涂层测厚仪测试方法检测，其测量分为以下两种情况:

(1)对于主要表面面积＞2m2的制件(即大件)，样本中每个制件的所有基本测量面内测得的镀层平均厚度应不低于表1中相应的平均镀层厚度的最小值;

(2)对于主要表面面积≤2m2的制件，在每个基本测量面内测得的局部镀层厚度应不小于表1中局部厚度最小值，在样品的所有基本测量面测得的镀层平均厚度应不低于表1平均厚度最小值。镀锌层的厚度采用涂层测厚仪测量。

2 对比测量试验

为了进行针对性的对比测量试验，选取两个从变电站钢结构中截取的试样，其基体厚度均为8mm。试样1为大型工件上切取的板形试件，双面镀锌，在试样上选取了3个位置进行了镀锌层厚度测量，所有位置均进行了正、反两个面的测量。测量前对上述测点位置进行了标注，以保证其后的微观金相法测量时的取样部位与测点的一致性，如图1所示。试样2为环形试件整体，环体内外侧及两侧端头均为镀锌层;在试样的同一圆周上选取了4个位置进行了镀锌层厚度测量，每个位置相隔90度圆周，所有位置也进行了内、外两个面的测量，测量前同样对上述测点进行了标注，如图2所示。

图1 试样1测点布置

图2 试样2测点布置

2.1 常规涂层测厚仪测量试验

试验采用德国尼克斯QNIX4500型涂层测厚仪，对上述2个试样进行了镀锌层厚度测量。测量结果如表2所示。

从测量数据可知，使用常规涂层测厚仪对上述两个试样共计7个位置14个测点进行镀锌层测厚，其测量结果有一定的波动范围，但总体较为稳定，数据比较可靠，可以作为测点位置镀锌层厚度的参考。根据测量数据可以初步判断:试样1的锌层厚度远远低于标准要求，而且镀锌层厚度很不均匀，镀锌质量较差;试样2的锌层厚度符合标准要求，镀锌层厚度比较均匀，镀锌质量较好。

表2 涂层测厚仪测量结果

但是，上述测量方法得出的仅仅是随机测点数据，无法反映连续的锌层厚度变化过程;而且对锌层的不均匀程度的表述只是依靠一些枯燥的数据，缺乏直观形象的描述。虽然现场测量时可通过多次测量获得近似连续的镀锌层厚度数值，但其工序过于繁琐且精度较低。

2.2 微观金相法测量试验

金相是指金属或合金的内部结构，即金属或合金的化学成分以及各种成分在合金内部的物理状态和化学状态。所谓“相”就是合金中具有同一化学成分、同一结构和同一原子聚集状态的均匀部分。不同相之间有明显的界面分开。这些相及其界面可以通过化学侵蚀使其显示。因此我们可以通过对经侵蚀后金属或合金微观组织的观察和分析(即金相分析技术)来预测和判断金属的性能，此过程即微观金相法。

为了验证前述方法测量结果的准确性并进行深入研究，笔者在上述测点附近截取小块试样，经镶嵌、抛光、侵蚀后进行了金相分析，将金相法应用在镀锌层测量试验中。试样1位置测点金相分析、试样2位置3下侧测点金相分析见图3、图4。从图3、图4可知，金相法所得数据包含了前述涂层测厚仪的测量数据，测量结果也一致。而且金相照片直观的显示了一定范围内镀层厚度的所有变化信息，其界限清晰，镀层厚度变化趋势清楚明了。

2.3 试验结果分析

(1)从表1以及图1、图2的测量数据可知，微观金相法测得的结果与常规方法涂层测厚仪测量所得数据非常接近，完全可以满足镀锌层厚度测量的基本要求。

(2)涂层测厚仪测得的数据只是随机测量的一些数值，对于把握其镀锌层的厚度变化趋势以及变化范围无能为力;而从微观金相法所得的照片中(图3和图4)，可以清晰的分辨出镀层与基体的界限，能够非常直观的显示出镀层厚度的变化过程以及两侧边界线的走向，能够得到连续变化的镀锌层厚度值;微观金相法可以实现一定长度范围内的镀锌层厚度的精确测量(例如图3中的119.23μm和图4中的596.75μm)，这对镀锌层厚度不均匀程度的描述具有很大的帮助。

图3 试样1位置2上侧测点金相测量示意(500倍)

图4 试样2位置3下侧测点金相测量示意(100倍)

3 结语

(1)微观金相法作为一种精确的镀锌层厚度测量方法，可以用于对其他方法(例如涂层测厚仪测厚法)测量数据的验证测量。

(2)利用微观金相法取得的金相照片，可以直观显示镀锌层厚度变化趋势，并且能够根据需要测量照片中任意位置的镀层厚度，测量过程简单快速。

(3)由于微观金相法获得的照片可以长期保存，并且照片中镀层与基层界限清晰，数据真实可靠，可以为法律仲裁提供有力证据。

［1］鲁先龙，程永锋.我国输电线路基础工程现状与展望.电力建设［J］.2005，11(23):25－27.

［2］张蕾.输变电项目竣工环保验收存在的问题及对策分析［J］.电力科技与环保，2011，1(27):1－4.

［3］樊志彬，李辛庚.输电杆塔钢构件腐蚀防护技术现状和发展趋势［J］.山东电力技术，2013(1):52－56.

［4］陈云，强春媚，王国刚，等.输电铁塔的腐蚀与防护［J］.电力建设，2010(8):5－7.

［5］Lugschitz H，Emst A，Gros T.Corrosion protection of steel towers and camouflage of lines using the DUPLEX－system［J］.E＆I Elektrotechnik und Informationstechnik，2004(12):452－454.

［6］默增禄，程志云.输电线路杆塔的腐蚀与防治对策［J］.电力建设，2004(1):22－23.

［7］Edavan R P，Kopinski R.Corrosion resistance of painted zinc alloy coated steels［J］.Corrosion Science，2009(10):2429－2442.

［8］卢锦堂，孔纲，陈锦虹.热浸镀锌性能及质量要求［J］.材料保护，2000(3):21－23.

［9］宋焕东.浅议高压输电线路的防腐措施［J］.民营科技，2010(1): 28－30.

［10］Belghazi A，Bohm S，Sullivan J.Zinc runoff from organically coated galvanised architectural steel［J］.Corrosion Science，2002(8):1639－1653.

［11］张成涛，唐小辉.输配电铁塔的腐蚀与防护［J］.全面腐蚀控制，1998(3):11－15.

［12］Haselmair H.Stress corrosion cracking of type 303 stainless steel in a road tunnel atmosphere［J］.Materials Performance，1992(6):60－63.

［13］李雪亮，朱庚富，李晓琴.输变电工程建设的环保要求及其变化趋势分析［J］.电力环境保护，2008，24(6):52－54.

［14］王冠，陈栋梁，郭弘.输变电工程的环境保护［J］.电力科技与环保，2014，30(3):4－7.

［15］罗超，查智明，姚为方.高压输变电工程中的环境问题及其管理和应对［J］.环境科学与管理，2012，37(3):11－13.

［16］陈伟，魏化军，温如春，等.高压交流，直流输电线路环境电场对比研究［J］.电力科技与环保，2014，30(1):1－4.

Research on thickness measurement technology of galvanizing layer in substation steel structure

For the situation of thickness measurement technology of galvanizing layer and judgement of uniformity in steel structure of substation is difficult，experimental research is taken by use of microscopic metallographic method.This method can display continuously changing of thickness of the coating process intuitively，so it can be applied to accurately measure and uniformity of judgement in galvanizing layer of power structure.Besides that it can be used to verified the measurement result from other methods and has great practical significance.Key words:galvanizing layer;power steel structure;microscopic metallographic method

X591

B

1674－8069(2016)04－025－03

2016-01-10;

2016-02-16

高健(1980-)，男，工程硕士，高级工程师，主要从事电网设备及材料失效分析和研究工作。E－mail:dust661@163.com