集裝箱頂板損壞原因及對策

唐榮健　米琳

隨著全球貿(mào)易的發(fā)展和集裝箱運輸?shù)钠占?，集裝箱需求不斷增長，集裝箱維修費用也隨之大幅增長，尤其是集裝箱頂板維修費用的不斷增長引起了集裝箱所有人的焦慮。本文基于大規(guī)模數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析集裝箱頂板損壞類別及原因，以期為干貨集裝箱產(chǎn)品開發(fā)及改進提供參考。

1 集裝箱頂板損壞類別

根據(jù)堆場集裝箱維修數(shù)據(jù)統(tǒng)計，集裝箱頂板維修主要分為硬傷損壞維修和自然損壞維修。集裝箱頂板硬傷損壞主要表現(xiàn)為破裂（見圖1）、變形超標（見圖2）等。集裝箱頂板自然損壞幾乎均為銹蝕，主要表現(xiàn)形式有碰撞銹蝕（見圖3）、積水銹蝕（見圖4）、自然銹蝕（見圖5）等。由于集裝箱頂板硬傷損壞主要由作業(yè)人員操作不當引起，不可控制，本文對此不作深入分析。鑒于集裝箱頂板自然損壞（即銹蝕）占整箱自然損壞的比例高達40%，有必要就頂板銹蝕原因展開深入分析。

2 集裝箱頂板損壞原因

2.1 頂板碰撞頻繁

集裝箱吊裝多由目視定位，容易產(chǎn)生偏差；因此，在堆垛過程中，集裝箱頂板常常遭受上方集裝箱底架的碰撞，重則直接撞破頂板或令頂板嚴重變形，輕則令頂板受損變形（見圖6）或油漆遭破壞（見圖7）。若當時因未達到維修標準而不作修補，日后頂板會在積水、腐蝕等因素的作用下逐漸銹穿，形成自然損壞。

集裝箱堆存、裝卸、轉(zhuǎn)駁和維修等環(huán)節(jié)都需要進行吊裝作業(yè)，在頻繁吊裝過程中，頂板成為箱體碰撞最頻繁的部位。集裝箱頂板碰損主要表現(xiàn)為大面積的撞擊變形和連片密布的刮碰，尤其以角件周邊和波頭處最為嚴重。頂板遭碰撞后，因其油漆受損或材料變形，在日后使用過程中會逐步銹穿。此外，集裝箱頂板容易積水，雖然已將頂板設(shè)計為中部上拱，以便排水，但在碰撞、踩踏等因素的作用下，頂板因下凹而易積水，從而使鋼材料頂板易出現(xiàn)大面積銹穿。

2.2 頂板所處環(huán)境惡劣

試驗發(fā)現(xiàn)，在日曬、雨淋、鹽分、污染等不同環(huán)境下，材料的腐蝕速率差異較大。集裝箱不同部位（箱外、底架、箱內(nèi)）的環(huán)境差異主要表現(xiàn)為日曬、雨淋和鹽分的差異，例如，箱外容易沉積鹽分，底架和箱內(nèi)不容易沉積鹽分。

本文根據(jù)日曬、雨淋、鹽分等環(huán)境差異的相似性，將集裝箱箱外比作戶外的情況，將底架比作棚下的情況，將箱內(nèi)比作庫房的情況進行分析。廖國棟等[1]在西沙、海南、廣州3個試驗站的戶外、棚下和庫房進行鋼板曝露于自然環(huán)境下的腐蝕試驗，得出三地不同狀態(tài)下的腐蝕數(shù)據(jù)（見表1）。

由表1可見，鋼板曝露在戶外、棚下和庫房的腐蝕速率之比在西沙約為64∶4∶1，在海南約為31∶ 10∶1，在廣州約為84∶6∶1，平均約為50∶5∶1。這表明，鋼板處于棚下的腐蝕速率遠低于戶外，處于庫房的腐蝕速率遠低于棚下，更遠低于戶外。若將集裝箱箱外比作戶外的情況，將底架比作棚下的情況，將箱內(nèi)比作庫房的情況，則可知集裝箱箱外、底架、箱內(nèi)在不同環(huán)境下的腐蝕速率之比約為50∶ 5∶1。由此可見，集裝箱各部位因所處環(huán)境不同，其腐蝕速率大不相同：箱外因腐蝕環(huán)境最惡劣，其腐蝕速率最大，底架次之，箱內(nèi)的腐蝕速率最小。集裝箱頂板不但處于箱外，而且容易積聚雨水和鹽分，加之溫度較高（夏天日照下頂板溫度高達70℃），頂板極易遭受腐蝕。

2.3 頂板成形缺陷較多

干貨集裝箱主要零件基本采用折彎或羅拉成形工藝，僅頂板采用拉延成形工藝。集裝箱頂板為帶有許多縱向長壓筋的鋼板（見圖8），由于軋制的鋼帶寬度受限，只能將集裝箱頂部鋼板設(shè)計為由5張（20英尺集裝箱）或11張（40英尺集裝箱）頂板橫向拼接而成，單張頂板的寬度為，長度為，中間均布5個同樣的拱形長壓筋，以提高頂板強度，避免集裝箱頂部積水。

傳統(tǒng)集裝箱頂板加工流程如下：先將板料按毛坯長度剪斷成單張鋼板，再采用拉延模具將5個壓筋逐個拉延成形，最后按頂板尺寸要求修剪四邊。隨著集裝箱生產(chǎn)線的不斷升級換代，生產(chǎn)效率大幅提高，頂板5個壓筋逐個成形的加工方式明顯效率偏低。為此，箱廠逐步引入頂板全自動生產(chǎn)線，采用在連續(xù)板料上將5個壓筋一次整體成形后，再按頂板長度剪斷板料，最后修剪兩側(cè)邊的流線加工方式。集裝箱頂板成形工藝具有以下特點：

（1）頂板拉延過程多為拉深、脹形的復(fù)合過程。在頂板拉延成形過程中的毛坯變形并不是簡單的拉深，而是拉深和脹形同時存在的復(fù)合成形。通常，在拉延模中，壓料面變形區(qū)上的板料變形形式為拉深（即徑向受拉、切向受壓）；而在頂板內(nèi)部，特別是鄰近凸模沖頭的中心區(qū)域，坯料的變形形式為脹形變形（即徑向和切向皆受拉）。

（2）拉延過程中板料發(fā)生局部變形。通常情況下，在拉延開始后，壓料面上的板料受到壓邊圈的擠壓和模具的牽引，該部分材料產(chǎn)生變形并向凹模腔內(nèi)流動；當凹模下行到一定深度時，局部凸狀開始成形，并在成形過程的最終時刻全部貼模。材料變形性質(zhì)多屬于脹形成形，可能出現(xiàn)的成形缺陷主要為壓筋四周進料不足導(dǎo)致減薄，進而造成破裂。[2]

集裝箱頂板的成形特點注定頂板材料容易減薄，且易產(chǎn)生裂紋和應(yīng)力集中。盡管頂板波頭和棱邊等殘余應(yīng)力集中的地方經(jīng)過打砂處理會有一定改善，但對漆膜仍有較大影響。在集裝箱使用過程中，伴隨著鋼結(jié)構(gòu)的不斷柔性變形，波頭和棱邊處的殘余應(yīng)力不斷作用于漆膜，并與漆膜內(nèi)部的應(yīng)力相互作用，對漆膜產(chǎn)生較大的破壞作用，致使微小裂紋不斷擴展，進而導(dǎo)致漆膜開裂或脫落，大大降低頂板的疲勞強度、抗應(yīng)力腐蝕能力和使用壽命。此外，頂板拉筋波形角度較陡，使得油漆的有效保護面積相對減少，保護力度較弱。綜上所述，頂板的波形設(shè)計和成形工藝導(dǎo)致頂板自身缺陷較多且抗銹蝕能力較弱。集裝箱頂板波頭和棱邊出現(xiàn)自然銹蝕的現(xiàn)象如圖9所示。

3 集裝箱頂板損壞對策

針對上述集裝箱頂板損壞原因采取優(yōu)化方案，以預(yù)防頂板銹蝕，降低頂板維修費用。

（1）進一步加強頂角件周邊部位的保護；優(yōu)化波頭位置，降低其被刮碰的幾率；提高頂板整體剛性，避免出現(xiàn)下凹現(xiàn)象。

（2）根據(jù)集裝箱各部位腐蝕速率的差異，優(yōu)化涂層設(shè)計，增強對頂板外側(cè)油漆的保護。

（3）優(yōu)化頂板波形設(shè)計，改進頂板成形工藝參數(shù)，避免成形缺陷，減少應(yīng)力腐蝕。

參考文獻：

[1] 廖國棟，吳國華，蘇少燕. 金屬材料曝露試驗與人工加速試驗腐蝕速率的研究[J]. 電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗，2005，12（S）：13-15.

[2] 崔令江. 汽車覆蓋件沖壓成形技術(shù)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2015-11-10）