青岛地铁电客车不锈钢车体氧化层清除工艺研究

刘剑飞,王继强,徐 燕

(青岛地铁集团有限公司运营分公司二中心车辆部,山东 青岛 266100)

0 引言

青岛地铁已开通运营6条线路,除3号线电客车采用铝合金车体外,其他线路电客车均为无涂装不锈钢车体。由于部分线路为地上高架线路,电客车车体长期暴露在外界环境下,过度氧化与新车形成色差,出现车体蜡黄现象。目前因1号线、2号线均为地下线路,8号线地上部分仅占13%且刚开通运用,均未出现上述现象。11号线和13号线高架线路占线路总长的91%和74%,且已运营满4年,车体蜡黄现象严重。其中11号线电客车穿越崂山景区,车体蜡黄对沿线景观和青岛地铁外部形象产生较大影响。为提升整车美观度及乘客乘车舒适度,消除电客车车体氧化层,以青岛地铁11号线电客车为研究对象,通过分析车体表面氧化蜡黄的原因,研究不锈钢车体氧化层清除低成本解决措施,为后续提升列车外观形象提供技术支持,具有一定的现实意义[1-2]。

1 原因分析

1.1 环境因素

11号线、13号线均为沿海线路,不锈钢车体曝露在外界环境下,经过日晒雨淋,且面临高盐、高湿的海洋气候,车体表面极易氧化,伴随着时间的推移,车体表面会生成一层较厚的氧化层,一般常规清洗方式难以清除(见图1)。

图1 11号线车体外表

1.2 车体因素

车体不锈钢板表面采用拉丝工艺,拉丝面呈沟槽状,沟槽尺寸为微米级,如图2所示。列车运行中飞溅起的尘土、集电靴及轮轨摩擦产生的铁锈和碳粉、油污等各类污垢,随列车运行附着于车体表面的凹槽内,随着时间推移车头表面颜色加深变黄。不锈钢表面氧化及变色过程为非线性,随着时间推移会逐渐趋于稳定,颜色不再加深。在车辆清洗过程中,氧化层外侧附着的灰尘被冲洗掉,但微观沟槽底部的尘土难以彻底清洗干净,日久沉积车体颜色由银灰色变为蜡黄色。

图2 不锈钢拉丝表面微观形貌

2 清除方式研究

针对上述问题,拟从物理清除和化学清除2个角度,对不锈钢车体氧化层的清除方法展开研究,并对清除后的防护措施一并予以考虑。

2.1 物理清除

物理清除一是人工砂纸打磨,二是激光表面清除,前者对车体外表损伤较大,一般为毫米级,后者则成本过高。物理法中的研磨会损坏不锈钢表面拉丝纹路,对不锈钢表面破坏严重。从车体的完整性、使用寿命和人工成本考虑,物理清除的局限性较为明显。

2.2 化学清除

化学清除主要是利用车体清洗剂,对氧化层进行清除,缺点是有一定的腐蚀风险,但成本相对较低。化学法中的酸洗,本身对不锈钢表面的腐蚀为纳米级别,损坏较小。根据高铁和地铁列车车体外表的清洗经验,用含缓释成分的酸性或碱性清洗剂对不锈钢车体进行酸洗,可以有效清除表面铁锈和其他污垢,清洁剂中的缓释成分,可保护不锈钢表面不受腐蚀。相对于物理清除,化学清除在确保将氧化层去除干净的同时,能够使表面达到高度清洁和平整,且不会损坏车体拉丝表面。因该种方式对车体的影响较小,优势相对明显,故采用化学方式清除车体氧化层。

2.3 清除后保护措施

不锈钢车体氧化层清除后,理论上经过一段时间会继续产生新的氧化层,因此一并考虑氧化层清除后的保护措施。通过调研,车体防护措施主要有车体打蜡、喷涂清漆和贴膜等防护形式。喷涂清漆需要有专用场地和设备,成本较高且需要满足环保要求,适用性较差;车体外表打蜡的蜡层容易受到破损,停留时间较短,实用性不强;车体贴膜价格昂贵,经测算贴膜的费用远高于每年1次的清洗费用,经济性不高,暂不考虑,价格对比如表1所示。

表1 价格对比表

3 清洗剂选择及工艺制定

3.1 清洗剂选择

目前市场上清洗剂种类繁多,性能差异也较大,所以清洗剂的选择至关重要。根据《车体检修手册》要求和生产厂家的技术指导,结合调研现场清洗剂使用情况,选择4种清洗剂样品,其中3种为酸性,1种为碱性,相关参数如表2所示。

表2 车体专用清洗剂性能试验结果

选用上述4种清洗剂分别对不锈钢车体表面进行测试,其清洗效果如图3～图6所示,经过测试对比产品A的清洗效果最佳。

图3 产品A清洗效果

图5 产品C清洗效果

3.2 清洗防护措施

化学清除采用酸性或碱性的清洗剂,均会对不锈钢车体和车窗密封处产生一定的腐蚀,因此需要稀释清洗剂原液,尽量将浓度降低,并在清除作业后用清水予以清洗。清洗结束后,使用pH试纸检测残液的pH值,若仍为弱酸性,须再次进行清水冲洗,确保将清洁剂冲洗干净,将氧化层清除作业的风险降至最低。此外,车体清洗作业也将波及转向架等车下部件,清洗前须将车体下沿贴好塑料膜或做好其他防护措施,确保车底转向架等部件不受清洗作业的影响[3-4]。

3.3 制定清洗工艺

试洗采用保洁人工清洗的方式,使用毛刷、喷壶、清洗剂等物料和工具对车体进行清洗工作,清洗完成后采用人工擦拭的方法进行残留清理,具体步骤如下。

(1)将含25%产品A的清洗剂溶液,用pH试纸进行检测,检测结果呈弱酸性。

(2)将清洗剂溶液喷涂到车体表面,停留2～3 min后,用刷子刷洗车体外表面,至黄色氧化层完全清除为止,如图7所示。

图7 清洗车体表面

(3)用清水冲刷车体表面,将表面的清洁剂及泡沫冲洗干净。

(4)使用pH试纸检测残液的pH值,确保清洗剂冲洗干净,检测是否有液体进入车体内部,特别是车窗、车门等缝隙。如有液体渗进,应继续清洗处理,避免酸性清洗剂残留造成腐蚀。

(5)上述作业完成12 h后,用抹布或拖布将车体表面水渍滴痕擦拭干净。

4 效果评估

4.1 清洗剂配比

清洗测试分别采用了产品A清洗剂的10%、20%、25%、30% 4种比例方式进行清洗。采用含10%产品A的清洗剂溶液进行清洗时,清洗效果不佳,有明显的竖条状黄色氧化层未去除。采用含20%产品A的清洗剂溶液进行清洗时,氧化层基本去除,但个别区域效果不佳。采用含25%产品A的清洗剂溶液进行清洗时,氧化层几乎去除。采用含30%产品A的清洗剂溶液进行清洗时,清洗效果最佳,表面未见锈点和其他异常。上述4种配比清洗剂试洗当晚和次日,在车体表面未发现锈蚀和其他异常。通过测试对比,25%和30%的水剂清洗效果相似,无明显差异,因此类清洗剂为酸性清洗剂,考虑酸性物质对金属的腐蚀性,故确定选用25%的配比进行清洗。

4.2 清洗效果

选取某列车进行车体表面试洗,清洗后的车体表面颜色变浅无蜡黄现象发生,通过6个月的效果跟踪,车体状态良好,车体表面拉丝沟槽尚未发现明显异常,车体表面也无返锈现象发生。其跟踪效果如表3所示。

表3 第一阶段车体状态跟踪验证情况

通过表3可以看出,清洗4个月后车体因附着尘土已开始轻微变色,采用人工清水清洗后,变色现象消失,状态恢复,其效果如图8所示。

图8 清水冲洗后的跟踪车体表面

5 结论

研究表明,采用含25%酸性清洗剂的水剂解决车体氧化蜡黄现象是可行有效的。结合11号线电客车运用情况,并考虑氧化层清洗作业对车体的安全风险,每年可在春季集中清洗一次,即旅游季时列车能以较好的外观形象投入运用。通过此次工艺研究,将酸性清洗剂清除不锈钢车体氧化层作业的风险有效降低,相较于地铁不锈钢车体贴膜等措施,每列车的清洗成本相对较低,对沿海地上高架线路不锈钢列车的氧化层清除有一定的参考推广意义。