雷達天線骨架涂裝工藝

李敏風(fēng)

（中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會防火防腐分會，上海 200029）

2011 年起，上海滬能涂裝工程公司承接了為某單位雷達裝置中天線骨架、天線主塊、天線左右塊等鋼結(jié)構(gòu)件進行涂裝施工的業(yè)務(wù)。雷達產(chǎn)品的涂裝是雷達制造的關(guān)鍵工藝，它關(guān)系到雷達的制造質(zhì)量和使用壽命，也與降低成本，提高經(jīng)濟效益密切相關(guān)。由于該產(chǎn)品在業(yè)主、用途、材料構(gòu)成、加工工藝等方面與普通鋼結(jié)構(gòu)不同，因此在涂層配套、涂料類型上也具有特殊性，系列涂裝施工的條件也與普通鋼結(jié)構(gòu)有很大的差異。為保證涂裝質(zhì)量，筆者進行了詳細的涂裝設(shè)計。本文主要介紹雷達天線骨架的涂裝施工。

1 涂層配套方案

業(yè)主及總包單位除了規(guī)定涂層配套和膜厚(見表1)外，還指定了涂料生產(chǎn)廠家。該配套方案對照ISO 14713-1國際標(biāo)準，在C3、C4 的腐蝕環(huán)境下，涂層有20 a 的使用壽命。也就是說，20 a 后，配套涂層的銹蝕達到ISO 4628標(biāo)準的Ri3 級，銹蝕面積約為1%。

表1 雷達天線骨架的防腐配套方案Table 1 Scheme for corrosion protection of radar antenna framework

2 涂裝工藝

2.1 涂裝工藝流程

根據(jù)涂層配套和上海滬能涂裝工程公司涂裝流水線實際，設(shè)計的涂裝工藝流程見圖1。經(jīng)過3 a 的實踐證明，這個涂裝工藝流程是合理可行的。

圖1 天線骨架涂裝工藝流程Figure 1 Process flow for coating radar antenna framework

2.2 涂裝工藝說明

2.2.1 表面處理及噴砂

2.2.1.1 噴砂前鋼材表面的調(diào)查

這包括4 個方面的內(nèi)容。第一，按我國國標(biāo)GB/T 14977–1994《熱軋鋼板表面質(zhì)量的一般要求》和美國ASTM A6“熱軋鋼材、型鋼、鋼柱等通用技術(shù)條件”的要求，調(diào)查鋼材表面缺陷的種類[1](如鋼材表面結(jié)巴、裂紋、拉裂、折疊、夾質(zhì)、壓入氧化皮等)及影響面積，按規(guī)定提出修正要求。第二，按ISO 8501-1 判定鋼材的腐蝕等級，腐蝕嚴重的D 級鋼材不能用于雷達的制造。第三，對于雷達鋼結(jié)構(gòu)的表面缺陷也按ISO 8501-3“焊縫、切割邊和其他表面缺陷的處理等級”進行處理，因為它們與ISO 12944-2 標(biāo)準所規(guī)定的鋼結(jié)構(gòu)暴露的腐蝕環(huán)境有一定的聯(lián)系。第四，雷達處于C4 腐蝕環(huán)境，鋼結(jié)構(gòu)處理等級必須達到P2 級以上。ISO 8501-3 標(biāo)準中對于鋼材表面的處理級別，適用涂料施工的共分3 個等級：P1──輕微的處理，涂漆前需要考慮的最小處理；P2──徹底的處理，涂漆的大多數(shù)表面缺陷要修正和進行表面處理；P3──非常徹底的處理，表面沒有可見的缺陷。鋼結(jié)構(gòu)表面缺陷處理級別與腐蝕環(huán)境的關(guān)系見表2。

表2 鋼結(jié)構(gòu)表面缺陷處理級別與腐蝕環(huán)境的關(guān)系Table 2 Relationship between treatment grade of surface defect of steel structure and corrosion environment

因此，在雷達天線骨架涂裝前處理中，采用了合適的清洗劑和溶劑去除油脂和其他污物，并用滴水法進行測試。

2.2.1.2 磨料

上海滬能涂裝工程公司有專門的噴砂房，采用鋼丸與棱角鋼砂的混合磨料，顆粒度為0.8 ~ 1.2 mm，混合比例40∶60。

金屬磨料必須清潔、干燥、無油、無雜質(zhì)，符合SSPC AB-1 和AB-3 標(biāo)準要求，磨料的導(dǎo)電率不高于250 μS/cm。金屬磨料的供應(yīng)商必須提供磨料化學(xué)成分、硬度、顆粒度分析等系列檢驗報告以及環(huán)保要求的MSDS 證書。在進貨時，需要對磨料抽樣檢驗，以確保磨料質(zhì)量。

2.2.1.3 噴砂噴嘴

噴嘴的技術(shù)參數(shù)包括噴嘴孔徑、內(nèi)孔結(jié)構(gòu)和材質(zhì)，它們決定噴嘴噴砂處理的效率。本工藝選擇特殊耐磨的合金噴嘴，內(nèi)孔結(jié)構(gòu)為高速型，即二次進風(fēng)型。一般選擇9 ~ 11 mm 的口徑。當(dāng)經(jīng)過長期使用，口徑大于14 mm時，會嚴重影響噴砂質(zhì)量，應(yīng)及時更換。不同口徑噴嘴及其噴砂參數(shù)[2]見表3。

表3 不同口徑噴嘴及其噴砂參數(shù)Table 3 Sand blasting parameters when using the nozzles with different diameters

2.2.1.4 空氣壓力

空氣壓力指噴嘴出口處的壓力，它與清理效率成正比?？諝鈮毫Φ姆秶话阍?.55 ~ 0.75 MPa[3]，最佳空氣壓力為0.70 MPa?？諝鈮毫μ?，磨料破損率較高，鋼材切蝕過量，噴射距離與空氣紊流會影響噴砂效率，磨料嵌入鋼材表面概率高，影響質(zhì)量；空氣壓力太低，噴砂效率下降，浪費能源。

2.2.1.5 空氣軟管要求

空氣軟管將空氣從空壓機運送到噴砂機。它的內(nèi)徑應(yīng)為噴嘴孔徑的3 ~ 4 倍，空氣管的直徑不應(yīng)小于1.25 in(約3.1 cm)。

2.2.1.6 噴砂技術(shù)要求

環(huán)境條件：相對濕度<80%，噴砂房高度2 ~ 4 m，溫度>15 °C。

2.2.2 電弧噴鋅

在電弧噴鋅中，必須掌握下列工藝：

(1) 在表面處理達到ISO 8501 Sa3 級、ISO 8503 Rz= 75 ~ 100 μm 后4 h 內(nèi)，必須進行電弧噴鋅；

(2) 在電弧噴鋅時，大氣中的相對濕度必須小于80%；

(3) 設(shè)置空氣壓縮機的油水分離器，保證壓縮空氣無油、無水；

(4) 鋅絲純度為99.99%，直徑為2 ~ 3 mm。供貨單位出具鋅絲純度、化學(xué)成分檢測報告和MSDS 證書；

(5) 電弧噴鋅工藝參數(shù)見表4。在電弧噴鋅設(shè)備正常工作的前提下，嚴格按照電弧噴涂工藝參數(shù)操作。

表4 電弧噴鋅工藝參數(shù)Table 4 Process parameters of zinc arc spraying

(6) 電弧噴鋅質(zhì)量要求：外觀要求平整，色澤均勻，鋅層的粗粒直徑不超過1.1 mm，高度不超過噴涂層的0.6 mm，鋅層表面粗糙度<90 μm；涂層孔隙率<7%；涂層硬度不小于35 HRC；附著力按ISO 4626 標(biāo)準用拉開法測試，要求至少達到3.5 MPa；鋅層厚度達到100 μm。

2.2.3 噴漆

按業(yè)主及總包規(guī)定的配套和膜厚進行噴漆施工。

(1) 預(yù)涂。這是噴涂前必不可少的工藝環(huán)節(jié)，在雷達產(chǎn)品鋼結(jié)構(gòu)的某些部位，如焊縫、切割邊、拐角等處，必須進行預(yù)涂。

(2) 無氣噴漆。無氣噴漆法具有涂裝效率高、涂層質(zhì)量好、對環(huán)境污染少的優(yōu)點。噴漆采用Graco 無氣噴漆機，壓縮比為45∶1。底漆、面漆均采用無氣噴漆法，噴漆壓力為13.0 ~ 15.0 MPa，無氣噴漆機的進風(fēng)壓力為2.8 ~ 3.0 MPa。噴嘴的選擇有兩個技術(shù)參數(shù)，即在噴距為30 ~ 35 cm 條件下的噴幅及孔徑。噴嘴選擇正確，不僅保證漆膜質(zhì)量，而且是控制漆耗的最好措施。表5 為不同噴涂工藝中噴嘴的選擇。

表5 不同噴涂工藝中噴嘴的選擇Table 5 Selection of nozzles for different spraying processes

(3) 施工環(huán)境條件。噴涂施工環(huán)境條件見表6。噴漆完成后，在25 ~ 30 °C 條件下自然干燥。

3 體會與建議

經(jīng)過雷達天線骨架涂裝工藝設(shè)計和3 年多來的施工實踐，筆者深有體會，對涂層配套、涂料的施工性能，以及涂料涂裝的環(huán)保、節(jié)能措施提出幾點建議，無疑有益于雷達制造質(zhì)量的提高，降低制造成本。

表6 噴涂施工環(huán)境條件Table 6 Environmental conditions of spraying construction

3.1 涂層配套設(shè)計的改變

(1) 增加電弧噴鋅層的封閉涂層。電弧噴鋅層的表面一般有7%左右孔隙率，電弧噴鋁更高，封閉漆大多為環(huán)氧類，也可以是聚氨酯類，膜厚為25 ~ 30 mm，不能計入規(guī)定膜厚的范圍。封閉漆滲透性好，若不噴涂封閉漆，復(fù)涂的環(huán)氧類中層漆、面漆易起泡、脫落。根據(jù)有關(guān)報道，有的雷達制造廠甚至在熱噴涂鋅、鋁層表面用磷化底漆(10 ~ 15 mm)，效果既不好，而且內(nèi)含六價鉻，有悖于環(huán)保。

(2) 適當(dāng)增加鋅層上中層漆和面漆的膜厚。本雷達天線骨架等涂層配套在C3、C4 腐蝕環(huán)境條件下有20 a左右的涂層使用壽命。但雷達在使用過程中處于C5 甚至C5M 的嚴重腐蝕大氣環(huán)境的概率非常高，會使涂層使用壽命縮短。因此，筆者建議天線骨架等涂層配套設(shè)計如表7 所示。

表7 雷達天線骨架防腐配套方案建議Table 7 Recommendation on corrosion protection scheme of radar antenna framework

3.2 關(guān)于涂料生產(chǎn)廠家的確定

根據(jù)國內(nèi)外涂裝工程的操作慣例，業(yè)主(或PMC)可推薦3 家以上涂料公司產(chǎn)品供涂裝工程公司選擇。涂裝施工單位可選擇其中的一家，而且底、中、面漆的配套必須是同一涂料公司的產(chǎn)品，否則一旦涂層質(zhì)量出了問題，很難界定責(zé)任所在。本工程中，指定采用3 家涂料公司的產(chǎn)品，輪番配套，隨意性較大。涂料公司提供的涂料說明書中無施工技術(shù)參數(shù)，如涂裝間隔、混合使用期。無氣噴涂的技術(shù)參數(shù)等等，更沒有技術(shù)服務(wù)人員進行現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)。

3.3 推廣、采用先進的涂裝工藝

(1) 采用電弧噴鋅法。筆者在雷達制造廠中了解到，噴鋅工藝大部分采用火焰噴鋅方法，以瓶裝氣體為能源，操作極為不便，更主要的是鋅層孔隙率高。本文采用了先進的電弧噴鋅工藝，不僅工作效率高，能耗低，而且鋅層孔隙率低于7%，鋅層膜厚均勻。

(2) 推廣使用“拋丸”的表面處理法。從環(huán)保、節(jié)能、表面處理質(zhì)量角度出發(fā)，應(yīng)大力推廣拋丸除銹法。拋丸除銹與噴砂除銹工藝對比見表8。在蘇、浙、滬等地，有很多代加工的鋼材與處理廠如今都已使用拋丸除銹法。

表8 拋丸與噴砂除銹方式的比較Table 8 Comparison between shot blasting and sand blasting for rust removal

(3) 無氣噴漆法是保證涂層質(zhì)量的關(guān)鍵。無氣噴漆不僅效率高，更是保證涂層質(zhì)量，提高環(huán)保效益的有力措施。在雷達天線骨架等的涂裝工藝中，除了手刷預(yù)涂電焊縫、切口、死角等部位外，均采用無氣噴漆法。

(4) 堅持環(huán)保、節(jié)能為第一的原則，努力將“三廢”的影響降低到最低水平。雷達天線骨架涂裝中應(yīng)使用低VOC 的環(huán)氧底漆和丙烯酸聚氨酯面漆，而且應(yīng)不含Pb、Cr、Hg、Cd 等重金屬離子。涂料廠家應(yīng)出具此方面的證明材料。

[1] 過石正.某雷達涂裝工藝設(shè)計技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].現(xiàn)代涂料與涂裝, 2013, 16 (9): 39-41.

[2] 劉新.防腐蝕涂料與涂裝應(yīng)用[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008.

[3] 李榮俊.重防腐涂料與涂裝[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2014.