腐蚀环境对起重机金属结构的影响及防护措施

张振柱

（福建省特种设备检验研究院龙岩分院，福建 龙岩 364000）

腐蚀环境对起重机金属结构的影响及防护措施

张振柱

（福建省特种设备检验研究院龙岩分院，福建 龙岩 364000）

本文主要就腐蚀环境对起重机金属结构的影响及防护措施进探究。分析了腐蚀环境对起重机臂架结构应力影响与改进措施，最后从选材、结构规划、涂装工艺环节对预防腐蚀起重机金属结构的有效措施进行探究，并建议使用单位重视腐蚀环境下起重机设备的日常维修与防护工作，从而使重机结构的承载性能得到切实的保障，为使用单位创造最佳的效益。

腐蚀环境；起重机；金属结构；影响；防护措施

起重机在应用过程中会被搁置于露天环境或潮湿腐蚀的环境中，其表皮油漆保护层经常会因损坏而丧失防护功能，使金属结构被腐蚀。通常情况下，作业环境的温度、湿度以及酸碱性介质排布状况均会影响起重机金属结构腐蚀程度与速率，其中湿度所产生的影响效果最为显著。相关统计资料记载，全世界每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料相当于当年金属产量的20%～40%。可见，深入对起重机金属结构腐蚀的防护措施进行研究是极为必要的。

1 描述某化工厂露天用起重机桁架臂

臂：31m；弦杆为角钢构造，尺寸：20.32cm×20.32cm×2.54cm；腹杆为管材构造，尺寸：φ6.03cm×0.039cm，φ7.3cm×0.52cm，φ8.089cm×0.55cm，φ10.16cm×0.58cm。臂架四个弦杆的应力受侧载影响而存在差异性，最大应力：276.817MPa，在臂架底节，为弦杆腐蚀点处；腹杆最大应力：96.851MPa，在臂架的中部，与440MPa应用压力标准相符合。

2 探究腐蚀环境对臂架结构应力影响

通过对铺管船用起重机腐蚀检测报告进行分析，发现其底节弦杆上存在很多腐蚀点，经测量腐蚀的最大深度为0.35cm，腐蚀点的形态可以被粗略的描述为圆柱形或倒锥形凹槽。所以，为了探究腐蚀点对弦杆受力的影响效果，参照圣维南原理，节取底节内长50.0cm的弦杆，构建实体有限元模型，在其上构建圆柱型凹槽模拟腐蚀结构，模型如图1所示。

基于不同腐蚀深度对弦杆应力影响效果存在差异性这一实况，在弦杆上分别构建直径为0.15cm与0.025cm深的凹槽（图1b）。因为腐蚀直径与弦杆受大小之间存在一定的关联性，所以对不同深度的凹槽施以整合对策，分别构建腐蚀直径为0.3cm与0.5cm的凹槽。腐蚀直径为0.3cm的模型采用圆柱型凹槽，腐蚀直径为0.35cm的模型采用倒锥形四槽，倾斜角度为30°。又因为模型处于被限制的情况，在弦杆模型的一端施加位移与角位移全限制，并将100MPa的均布压应力施加到对侧。

图1 弦杆实体模型

依照以上模型与限制以及载荷，开展有限元计算工作，对计算结果进行分析发现，在腐蚀深度不同的情况下测算出的应力分布状况存在相似性。基于腐蚀点周边应力汇聚这一实况，若其腐蚀直径为0.3cm，那么凹槽外侧会产生最大应力；腐蚀直径为0.5cm，那么锥型凹槽内部会产生最大应力。在腐蚀直径不断增加的情况下，腐蚀点位置的最大应力逐渐降低，在相关公式的协助下，其最大应力数值分别为225.225MPa与201.486MPa。

对不同腐蚀深度、不同直径的凹槽进行相关计算，并对结果进行全面而深度的分析，发现伴随着腐蚀直径的缩减与腐蚀深度的增加，应力呈现出增长的态势，应力汇集程度愈发显著。在腐蚀深度为0.35cm，腐蚀直径为0.3cm的情况下，其最大应力值可达到235MPa，此时其应力增大百分比高达135.35%。由此可见，起重机金属结构腐蚀点对应力产生的影响效果是极为显著的，应该受到制造商与使用者的高度关注。

起重机的局部腐蚀是指金属结构局部范围内发生的腐蚀。这种腐蚀最大的危害是压缩机械设备的有效截面积，从而造成设备作业过程中零部件结构的意外断裂，这一现象经常在螺栓上出现。局部腐蚀又可以被细化为孔腐蚀和晶间腐蚀两大类型，后者影响效果极为显著，其能够使晶体之间的衔接结构受到损伤，且在发现上存在较大的难度系数。

3 起重机金属结构腐蚀预防措施

3.1 选材

现阶段，型号为Q235B的钢材料多被制造成起重机金属结构，在一般条件下其满足施工标准。但是基于大部分施工环境中腐蚀性介质浓度处于较高层次上这一实况，起重机金属结构最好应用抗腐蚀性优良的合金钢，例如16MnCu等，其最大的应用优势在于优化了金属结构内部的晶体结构，从而使其化学稳定性处于较高层次上，有更大的能力与高浓度腐蚀性介质对抗。

3.2 结构规划

在湿度高或腐蚀性强的施工环境作业的起重机，对其结构进行规划过程中，应该格外重视的是降低死角区域的产生率，从而规避积水或无法进行喷涂现象的出现；衔接形式与焊接方法的明确化，是建立缝隙等过渡性区域产生的影响效果被充分考虑基础上，通常情况下，为了强化起重机金属结构的防腐性能，会选择截面表面积较小的圆管和方管这一形式，与此同时在截面封闭端口位置实施密封处理施工对策，以避免雨水等液体或SO2等多样化腐蚀性气体的侵袭，对其稳定性造成影响。

3.3 表面涂装

涂装工艺应用原理实质上就是借助涂料的屏蔽功能，涂料涂刷在起重机金属结构表皮就会有涂膜层产生，这在很大程度上延迟了金属的腐蚀速度。该种防护措施应用的劣势在于寻常油漆所发挥的屏蔽作用仅仅处于较低的层次上，涂膜层对金属结构的维护在时长上不占有太大的上优势，随着时间的推移，液体或者是腐蚀性气体会对涂膜层表面的完整性造成破坏，漆膜表层逐渐被腐蚀，出现起泡现象，最终使涂刷的油漆材质掉落。并且，油漆涂膜属于有机物范畴，外界环境因素对其性能影响较大，特别是在高温度与高湿度并存在的施工作业环境中，油漆涂膜老化速度大幅度提升，此时其对起重机金属结构发挥的维护作用也大幅度降低。

目前，表面涂层、表面喷涂等工艺技术在起重机行业内拥有较高的应用频率，其参照起重机设备多样化零部件以及施工环境的优劣程度，应用多养护的处理介质对起重机金属结构有目的性的施以防腐手段。在市政、民共建等一般施工条件下对钢丝绳表层采取镀锌措施，达到维护目标；而对于长期处于露天工作平台等湿度高、腐蚀介质浓度高的作业环境，对钢丝绳表层采取镀铬这一防护对策。铸锻件作为起重机基础性构件，对其表层的维护大多数应用热喷法，旨在达到最大限度提升其防腐蚀性能的目标，例如在起重机加速器表面施以粉末喷涂方法，与此同时为了强化金属结构的防腐性能，还可以对其采取另涂一层环氧漆的防护举措。

众所周知，主梁、端梁以及小车架等金属结构为起重机关键性受力装备，其防腐性能直接关系着起重机的整体质量与实用价值，对其采取防腐防护对策也是极为必要的。所以对主梁、端梁和小车架等构件，在对其应用涂装防护措施之前，应该做好工艺程序的编制以及工艺方法的选择工作。参与金属结构表层涂刷的技术人员可以借鉴以下的工艺步骤：首先，合理借用人工除锈、酸洗除锈、喷砂除锈等方法将上述构件表层的锈迹清除掉，从而使其符合金属表面涂装工艺清洁度与精细度标准；其次，对应起重机施工作业环境气候、土壤酸碱性等因素进行综合性分析，最后，选择最佳的涂料。通常情况下，长期在酸性介质环境下作业的起重机，在对其金属结构表皮处理时最好选择耐酸性能较好的酚醛树脂漆；在碱性介质环境下作业的起重机应该选择耐碱性能优良的环氧树脂漆对其金属表面进行防护处理。

3.4 优化车间布局

起重机设备制造单位应重视车间布局这项工作，对生产环境与生产工进行适度调整，例如对车间生产过程中形成的酸碱性气体等清除应体现出时效性，也可以对其应用隔绝处理的生产工艺，最大限度降低空气中飘散的腐蚀性介质浓度，从而将其对金属结构腐蚀程度降至最低水平。选址也是优质型车间构建的基础，制造单位应积极考虑风向以及雨水季节积水流动方向等因素，从而最大限度压缩自然环境环境中腐蚀性介质对起重机金属结构化学稳定性的影响程度。

4 结语

综上所述，造成起重机金属结构腐蚀的成因大体上可划分为两大类型，即化学腐蚀与电化学腐蚀。为了使起重机长期处于良好的运行状态中，对其金属结构实施防护对策是极为必要的。除了重视材料选择、施工工艺外，使用单位应加强对其性能检查工作，从而确保修复的及时性，从而将腐蚀现象消灭在扩散之前。当然，司机的技术水平也应不断的加强，最大限度的降低起重机金属结构被撞击与磕碰的次数，有助于优化金属结构防腐工作质量。

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TH21；TG174

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1671-0711（2017）06（下）-0030-02