电弧喷铝复合涂层工艺在南极磷虾船的实船应用

徐华磊，杜世进，江 晋，陈钰明，孙留银

(中船黄埔文冲船舶有限公司，广东 广州 510715)

1 工程简介

南极磷虾专业捕捞加工船“深蓝”号是我国第一艘也是国内最大最先进的新造远洋渔业加工一体船，可满足ICE-A冰区(冰厚度0.8 m)及-25℃低温环境的营运要求。极为恶劣的腐蚀环境，对船舶结构如何进行长效防腐提出了严峻的挑战。根据该船建造规格书要求，需对该船的加工舱室内地板及流水槽、外板水线上干舷、舷墙内外、露天甲板、上建外表等部位进行电弧喷铝复合涂层的工艺。该项工艺是我司在船舶建造上第一次实施，也是这条船涂装作业的重点和难点，因此为能很好地完成这一建造任务，施工方多方尝试，反复实验，针对性的编制了涂装工艺，在工前的策划、工艺技术的改进、安全措施的管控、设备及数据收集等各项工作上积累了丰富的经验。

1.1 涉及电弧喷铝复合涂层工艺的工程范围

南极磷虾专业捕捞加工船“深蓝”号涉及电弧喷铝复合涂层工艺的范围如下：

(1)加工区地板及水槽；

(2)船尾露天区域，包括拖网网板架、基座、舷墙；

(3)外部甲板；

(4)基座及平台；

(5)上层建筑，驾驶室除外；

(6)水线以上外板；

(7)舷墙内部；

(8)甲板捕捞绞车；

(9)吊机基座(甲板以上1.5 m)；

(10)A字架；舷外支架；

(11) 磷虾/鱼粉冷冻货舱内的行车轨道等；

涂装工序分为：分段喷砂，电弧喷铝，喷涂封闭漆，喷涂底漆，面漆，分段涂装完；在整船合拢后对合拢缝及涂层破损区域，涉及电弧喷铝复合涂层工艺的部位进行修补等涂装工作(工序同上)。

1.2 配套方案

涉及电弧喷铝复合涂层工艺的配套方案如下，以干舷为例，如表1。

表1 以干舷为例电弧喷铝复合涂层工艺的配套方案

2 电弧喷铝复合涂层工艺简介

2.1 总体施工方案

2.1.1 分段金属喷涂阶段

第一步：进棚前高压水冲洗除去油脂和盐份及相关污染物，确保无油污以及保证钢板表面盐份符合要求。

第二步：对金属喷涂区域进行整体冲砂，合拢边口留100～150 mm，完成报验后立刻运输到涂装房，启动湿度器将湿度控制在65%以下，4～6 h内完成金属喷涂裸露区域覆盖。

第三步：对金属喷涂区域进行涂层缺陷修复和以及膜厚不足部位加喷处理，进行附着力拉拔试验，喷涂封闭漆。

第四步：金属喷涂区域涂装检验合格后的分段须再次移入砂棚进行普通油漆区域的冲砂处理，运输时需对已金属喷涂区域进行保护，防止金属喷涂区域涂层机械损伤，分段普通油漆施工流程按在建工程船涂装执行。

2.1.2 船坞(船台)或码头金属喷涂阶段

第一步：核实金属喷涂区域及其四周(包括反面)的船体结构(包括舾装件、标志等的安装等)的完整性，做好交接确认。在经过完整性确认后，再进行金属喷涂的修补工作，以减少金属涂层的破坏。

第二步：用高水压冲洗盐分以及相关污染物，确保无油污以及盐份符合标准。

第三步：对不需金属喷涂的设备、仪器等用帆布等材料进行包扎等保护。

第四步：对金属喷涂区域进行分区分片冲砂，完成报验后2～4 h(需根据当天湿度条件决定)内完成金属喷涂施工，防止返锈，否则需重新检验或重新冲砂，视分区分片施工面积情况，原则上当天的打砂作业必须当天金属喷涂结束；

第五步：对金属喷涂区域进行测厚和涂层修复和膜厚不足部位加喷处理，进行附着力拉拔试验等，合格后及时修补封闭漆。

第六步：金属喷涂及封闭漆检验合格后的接下来的普通油漆施工，按在建工程船的油漆施工执行。

注意事项：

1)因船台码头交叉作业多，而金属喷涂属于明火作业需良好的施工环境；同时，因其本身作业对人的身体健康以及环境具有危害性，需合理安排相关工作以及邻近作业含涂装喷漆补涂作业，避免影响金属喷涂施工质量以及对周围的人、设备以及环境等造成影响。

2)在整体区域金属喷涂修补后，后面因火工作业产生金属涂层破坏的，程度超0.025 m2(约0.15×0.16 m)位置需进行打砂并进行金属喷涂修补，小于这个面积部位进行用动力工具进行打磨并修补含铝环氧底漆。

2.2 表面处理工艺及要求

2.2.1 表面净化

表面净化和活化程度：喷砂后的表面应无油、无脂、无污物、无轧制铁鳞、无腐蚀物、无油漆及其他外来物。对于金属基材，应露出均质的金属本色。这种表面被称之为“活化”的表面。

2.2.2 喷砂除锈

喷砂除锈时，基体表面要求清洁，且具有一定的粗糙度，除锈等级应符合《涂料和有关产品使用前的钢底材的处理》(ISO 8501-1)标准中规定的Sa2.5级。

1)环境控制：

钢材表面温度高于露点以上3℃、相对湿度低于85%。

2)喷砂施工应注意以下几点：

①距离：指喷砂嘴端面到基材表面的直线距离。随着喷砂距离的增加，磨料对基材表面的冲刷作用减弱，同时磨料分散。该参数的选择取决于喷砂方式、空气压力大小以及工件的具体情况。合适的距离既能使表面达到一定的粗糙度，又有较高的喷砂效率，同时要避免磨料给表面造成很大的压应力和避免工件发生变形。一般控制在100～300 mm的范围内。

②砂角度：指磨料喷射的轴线与基材表面的夹角，应保持在60～75°的范围内，要避免成90°。以防止砂粒嵌入表面。

③空气压力：喷砂用的压缩空气必须经冷却装置及油水分离器处理，以保证干燥、无油；油水分离器必须定期清理，以压缩空气为动力，供给喷砂装置进口的压力。随压力升高，磨料喷射速度增加，对表面冲刷作用加剧，磨料破碎率提高。因此压力的选择要考虑到磨料的粗细，工件厚薄及表面粗糙度的要求。压力式喷砂一般为0.3～0.5 MPa，压力式喷砂要考虑到喷砂管较长造成的压力损失，应适当提高压力。

④喷砂嘴孔径：在空气压力一定的情况下，喷嘴孔径加大，空气耗量和出砂量增加，喷砂效率提高。孔径的选择受空气供给量的制约，一般为8～15 mm。由于磨损，当喷砂嘴孔径增大25%时，应更换新喷嘴。

⑤喷砂枪的移动速度：通过喷砂枪和工件表面的相对移动来获得均匀的粗化面。移动速度无严格要求，主要视表面粗化的均匀性来控制喷砂时间，过长的喷砂时间会导致不希望的表面结构。

3)喷砂质量要求与控制：

喷砂质量直接影响到涂层的结合强度，因而在表面处理的喷砂质量技术要求标准中提出了严格要求，喷砂质量主要指标有以下三个方面。

①表面净化和活化程度，如上2.2.1要求。

②表面粗糙度：一般表面粗糙度为50～85 μm。

③喷砂后的表面不应再与人手等物体接触，防止再度污染。如发现钢材表面再污染或返锈，应重新处理到原除锈等级。施喷涂料前，应使用钢刷和真空吸尘器清除残留砂粒等杂物。作业人员应带纤维手套。若不慎用手触及已清理好的表面，应立即用溶剂清洗表面。

④表面处理完毕后，验收合格后，才能进行下道工序。

4)注意事项：

①喷砂施工开始前，对所有设备要进行全面检查，功能齐全，功率要能满足施工需要，动力设备严禁带病运行。

②各作业人员，按规定配带劳保护具，喷砂作业区周围设防护圈，设置警示牌，非作业人员不得入内。

③高空作业时，首先搭设登设设施，作业人员除按规定配带喷砂护具外，还要戴安全帽、系安全带，操作工具要系安全绳，设1名专职人员跟班监护。

5)喷砂质量检测、评定：

表面清洁度和表面粗糙度的评定，均应在良好的散射日光下或亮度相当的人工照明条件下进行。

①表面清洁度等级的评定：

将被检基体金属的表面与标准中相应的照片时行目视比较评定。

②表面粗糙度测量仪测定：

比较样块法：所示的粗糙度等级作为评定结果。将样块靠近被检表面的测定点进行目视比较，以基体金属表面外观最接近的样块

③喷射处理后的金属表面应呈均匀的粗糙度，除钢板原始锈蚀或机械损伤造成的凹坑外，不应产生肉眼明显可见的凹坑和飞刺，要求达到的粗糙度达到钢材表面除锈应达到ISO 8501-1的Sa2.5级标准。

④在不放大的情况下进行观察时，钢材表面应无可见的油脂和污垢，并且没有铁锈、涂料涂层和异物，任何残留的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微色斑。

⑤表面的盐分检测要求为≤20 mg/m2。

2.3 电弧喷铝工艺

此次金属喷铝主要是使用QD8型电弧设备(上海桦桦喷涂机械有限公司生产)根据试验施工铝丝Φ2 mm，在试验结果满足相关质量要求情况下，再得出如表2电弧设备参数情况。

表2 电弧设备参数

(1)表面喷砂处理后4～6 h(需根据涂装棚内湿度条件决定)之内进行喷铝施工，以免表面逐步氧化从而影响镀层与基体的附着力。

(2)使用电弧喷枪，选用的铝丝直径Φ2 mm，纯度要求99.5%及以上，无油污。

(3)喷镀环境和温度：

1)湿度低于 85%；

2)钢板表面温度大于露点3℃；

3)施工环境须控制在10℃以上；

4)防火防爆，保持有通风和灭火设备。

(4)操作前的准备

1)使用新的胶管时，应除管内积尘。

2)检查和调整金属丝输送速度。

3)检查油水分离器的作用是否良好，能否随时放水。

(5)操作工艺

1)将铝丝由导管放入，并伸出枪嘴8 mm，最长不得超过12 mm，擦去油脂。

2)空气压力控制在≥0.6 MPa，使铝层粒子获得较高的能量速度，致使铝层颗粒密度增加，减少孔隙，增加镀层附着结合力，提高腐蚀保护效果。

3)喷射距离：喷枪嘴至金属的垂直距离控制在100～150 mm。

4)喷镀角度：喷射角度尽可能与基体表面成直角，活动范围正负30°，以避免表面上的滑冲现象和驱散现象，从而得到致密附着力强的镀层。

5)送丝速度：送丝速度一般控制在120～150 mm/s。

6)喷枪移动速度：为了获得较均匀的镀层，喷枪移动速度必须适当。第一层较慢(第一层喷镀厚度应是总厚度的50%～60%)；第二层稍慢(同喷漆速度大致相同)；一般约为0.3～0.35 m/min。两层之间的喷镀方向应相互垂直。

7)喷束的重叠：金属表面喷镀时，根据喷砂处理后的面积分为若干小区。喷距在100～150 mm之间，喷束宽为4～5 cm，喷镀时喷束一般应重叠三分之一。

8)喷铝涂层总厚度为120 μm，分3道完成。前一层与后一层必须进行90°或45°交叉喷涂，相邻喷涂区应有1/3宽度的搭接。分层喷铝间隔时间不得超过1 h。喷铝时应防止工件表面有局部过热或涂层局部过厚等现象。

(7) 喷铝层检查

1)外观应均匀一致，涂层必须能够牢固粘附在底材上。喷涂后的表面必须是均匀的，不能有瘤子、松散的溅落金属、气泡、灰尘等的形成、缺陷和漏涂。

2) 铝层缺陷应及时修补，将缺陷部分铝层除去后重新喷铝达到规定的膜厚。

3)厚度检测：厚度要求：120 μm。

4)附着力检测：

附着力要求：7 MPa。

附着力仪器：附着力拉拔仪。

附着力测量检验标准：附着力测量为破坏性检测，建议在涂层边缘取点或另做样板取点。如果第一点达到要求，不再取点。如果达不到要求，再多检测两点，如还有一点(共两点)达不到要求则为不合格，如果后两点都达到要求则为合格。

2.4 封闭漆涂装

为保障铝层质量和后面油漆涂层质量，应在喷涂及认可的铝层表面上4 h内喷涂一度封闭漆，根据本船油漆配套要求，该封闭漆干膜厚度约50 μm，油漆商需在现场进行相关工艺指导，包括涂料的稀释程度、涂装间隔执行等。

(1)在施工封闭漆之前，用干净的空气吹去喷铝表面浮尘，时间间隔不能过长，防止喷铝层氧化。

(2)主要采用无气喷涂进行施工。

(3)喷涂封闭漆后，对一些难以喷涂的部位，如孔位、自由边、角焊缝等用刷涂方法进行修补。

(4)封闭漆要求不打影和不露底，出现这种情况需进行及时修补。

2.5 面漆涂装

封闭漆施工后，后续涂层按本船油漆配套及工艺要求进行。

(1)施工前应做好必要的防护及喷涂设备的检测工作。根据油漆商的产品说明选用相应的喷嘴及喷涂压力。

(2)现场施工时，根据船体结构的不同及时调整涂整施工方法，涂装过程中要经常用干、湿膜测厚仪检测漆膜厚度，保证每层油漆的漆膜厚度达到设计要求。

(3)施工环境按油漆厂家所推荐及要求环境下。

(4)涂装时，施工每道漆的涂敷间隔应严格按厂家提供的涂料产品说明书执行，要待上道漆膜达到表干后，再进行下道涂料的涂装；以防止出现漆膜起皱，桔皮等质量缺陷。出现质量问题后应先查明原因，再根据质量问题种类进行修补，修补完工合格后，再进行下道工序。

(5)施工时应按照从上到下的施工顺序。涂装时应精心操作，达到涂层涂刷均匀一致，无漏涂、起泡、变色、失光等缺陷。

2.6 质量检测与控制

2.6.1 质量检测要点

1) 金属喷铝前的表面处理；

2) 金属喷铝后的铝层厚度；

3) 铝层附着力；

4) 封闭漆的涂布闭合情况。

2.6.2 质量控制要素

1) 人员的控制：包括主管人员对作业的合理安排和调度；检验人员对质量要点和检测方法的掌握；施工人员对作业的熟练操作和能施工质量的掌控。

2) 环境及场地控制：使作业能在合适的施工环境和场地中实施。

3) 设备控制：包括设备能应用到位并能在作业中保持正常运转状态。

4) 材料控制：包括了对钢砂、铝丝、涂料等材料的采购验证，并要求厂家提供出厂合格证书等相关的材料合格资料。

3 结论

南极磷虾专业捕捞加工船“深蓝”号所采用的电弧喷铝复合涂层的工艺作为我司在船舶建造上第一次实施作业的重、难点工艺，施工方多方尝试，反复实验，最终克服了操作上的难点，针对性的编制了涂装工艺并进行现场技术交底，目前已经完成了分段和船台阶段的喷铝作业，保质保量完成任务，涂层质量达标、外观优美。