變電站鋼結(jié)構(gòu)鍍鋅層測(cè)厚技術(shù)初步研究

高 健，王 斌，李 軍

(國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅蘭州730050)

變電站鋼結(jié)構(gòu)鍍鋅層測(cè)厚技術(shù)初步研究

高 健，王 斌，李 軍

(國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅蘭州730050)

針對(duì)電力系統(tǒng)變電站鋼結(jié)構(gòu)鍍鋅層厚度的測(cè)量與判定比較困難的現(xiàn)狀，采用微觀金相法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)截取試樣進(jìn)行了試驗(yàn)研究。該方法能夠以金相照片的形式直觀的顯示鍍層厚度的連續(xù)變化過(guò)程，可應(yīng)用于電力鋼結(jié)構(gòu)鍍鋅層厚度的精確測(cè)量及均勻性判定。此外，微觀金相法還可以用于對(duì)其他鍍層測(cè)厚方法測(cè)量結(jié)果的驗(yàn)證，具有較大的實(shí)際意義。

鍍鋅層測(cè)厚;電力鋼結(jié)構(gòu);微觀金相法

0 引言

近幾年，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，變電站的建設(shè)也在穩(wěn)步發(fā)展。根據(jù)變電站建設(shè)中的節(jié)能、環(huán)保、抗震、標(biāo)準(zhǔn)化的要求，鋼結(jié)構(gòu)作為一種新型建筑材料憑借其在使用功能、材料性能、受力特點(diǎn)、設(shè)計(jì)、施工工藝和工期、環(huán)保節(jié)能以及綜合經(jīng)濟(jì)等方面的優(yōu)越的特性，逐步取代了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，成為變電站建筑發(fā)展的一個(gè)新方向［1－3］。但是鋼材耐腐蝕性較差，據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家的不完全統(tǒng)計(jì)，每年由于鋼材腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的4%。鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕帶來(lái)巨大的安全隱患，由于鋼銹蝕而導(dǎo)致的工程事故也屢見(jiàn)不鮮。近年來(lái)，由于鋼結(jié)構(gòu)腐蝕原因?qū)е螺斪冸娋€路故障的情況時(shí)有發(fā)生。因此，考慮到經(jīng)濟(jì)性及現(xiàn)場(chǎng)安裝要求等因素，目前輸變電線路鋼結(jié)構(gòu)基體通常采用熱鍍鋅的方法來(lái)達(dá)到防腐目的［4－7］。

1 鍍鋅層的厚度要求及其測(cè)量方法

由于生產(chǎn)工藝良莠不齊，部分鋼結(jié)構(gòu)的鍍鋅層厚度不能滿足使用要求。如果鍍鋅層太薄，就易于產(chǎn)生起皮、破損等缺陷，不具備較好的防腐作用。根據(jù)《金屬覆蓋層鋼鐵制件熱侵入鍍鋅層技術(shù)要求及實(shí)驗(yàn)方法》(GB/T 13912－2002)的要求，電力鋼結(jié)構(gòu)鍍鋅工件主要表面試驗(yàn)測(cè)得鍍鋅層厚度應(yīng)達(dá)到表1的要求。

表1 鋼結(jié)構(gòu)鍍鋅層厚度基本要求

目前，鍍鋅層厚度常用金屬涂層測(cè)厚儀測(cè)試方法檢測(cè)，其測(cè)量分為以下兩種情況:

(1)對(duì)于主要表面面積＞2m2的制件(即大件)，樣本中每個(gè)制件的所有基本測(cè)量面內(nèi)測(cè)得的鍍層平均厚度應(yīng)不低于表1中相應(yīng)的平均鍍層厚度的最小值;

(2)對(duì)于主要表面面積≤2m2的制件，在每個(gè)基本測(cè)量面內(nèi)測(cè)得的局部鍍層厚度應(yīng)不小于表1中局部厚度最小值，在樣品的所有基本測(cè)量面測(cè)得的鍍層平均厚度應(yīng)不低于表1平均厚度最小值。鍍鋅層的厚度采用涂層測(cè)厚儀測(cè)量。

2 對(duì)比測(cè)量試驗(yàn)

為了進(jìn)行針對(duì)性的對(duì)比測(cè)量試驗(yàn)，選取兩個(gè)從變電站鋼結(jié)構(gòu)中截取的試樣，其基體厚度均為8mm。試樣1為大型工件上切取的板形試件，雙面鍍鋅，在試樣上選取了3個(gè)位置進(jìn)行了鍍鋅層厚度測(cè)量，所有位置均進(jìn)行了正、反兩個(gè)面的測(cè)量。測(cè)量前對(duì)上述測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行了標(biāo)注，以保證其后的微觀金相法測(cè)量時(shí)的取樣部位與測(cè)點(diǎn)的一致性，如圖1所示。試樣2為環(huán)形試件整體，環(huán)體內(nèi)外側(cè)及兩側(cè)端頭均為鍍鋅層;在試樣的同一圓周上選取了4個(gè)位置進(jìn)行了鍍鋅層厚度測(cè)量，每個(gè)位置相隔90度圓周，所有位置也進(jìn)行了內(nèi)、外兩個(gè)面的測(cè)量，測(cè)量前同樣對(duì)上述測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了標(biāo)注，如圖2所示。

圖1 試樣1測(cè)點(diǎn)布置

圖2 試樣2測(cè)點(diǎn)布置

2.1 常規(guī)涂層測(cè)厚儀測(cè)量試驗(yàn)

試驗(yàn)采用德國(guó)尼克斯QNIX4500型涂層測(cè)厚儀，對(duì)上述2個(gè)試樣進(jìn)行了鍍鋅層厚度測(cè)量。測(cè)量結(jié)果如表2所示。

從測(cè)量數(shù)據(jù)可知，使用常規(guī)涂層測(cè)厚儀對(duì)上述兩個(gè)試樣共計(jì)7個(gè)位置14個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行鍍鋅層測(cè)厚，其測(cè)量結(jié)果有一定的波動(dòng)范圍，但總體較為穩(wěn)定，數(shù)據(jù)比較可靠，可以作為測(cè)點(diǎn)位置鍍鋅層厚度的參考。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)可以初步判斷:試樣1的鋅層厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求，而且鍍鋅層厚度很不均勻，鍍鋅質(zhì)量較差;試樣2的鋅層厚度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，鍍鋅層厚度比較均勻，鍍鋅質(zhì)量較好。

表2 涂層測(cè)厚儀測(cè)量結(jié)果

但是，上述測(cè)量方法得出的僅僅是隨機(jī)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，無(wú)法反映連續(xù)的鋅層厚度變化過(guò)程;而且對(duì)鋅層的不均勻程度的表述只是依靠一些枯燥的數(shù)據(jù)，缺乏直觀形象的描述。雖然現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)可通過(guò)多次測(cè)量獲得近似連續(xù)的鍍鋅層厚度數(shù)值，但其工序過(guò)于繁瑣且精度較低。

2.2 微觀金相法測(cè)量試驗(yàn)

金相是指金屬或合金的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即金屬或合金的化學(xué)成分以及各種成分在合金內(nèi)部的物理狀態(tài)和化學(xué)狀態(tài)。所謂“相”就是合金中具有同一化學(xué)成分、同一結(jié)構(gòu)和同一原子聚集狀態(tài)的均勻部分。不同相之間有明顯的界面分開(kāi)。這些相及其界面可以通過(guò)化學(xué)侵蝕使其顯示。因此我們可以通過(guò)對(duì)經(jīng)侵蝕后金屬或合金微觀組織的觀察和分析(即金相分析技術(shù))來(lái)預(yù)測(cè)和判斷金屬的性能，此過(guò)程即微觀金相法。

為了驗(yàn)證前述方法測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性并進(jìn)行深入研究，筆者在上述測(cè)點(diǎn)附近截取小塊試樣，經(jīng)鑲嵌、拋光、侵蝕后進(jìn)行了金相分析，將金相法應(yīng)用在鍍鋅層測(cè)量試驗(yàn)中。試樣1位置測(cè)點(diǎn)金相分析、試樣2位置3下側(cè)測(cè)點(diǎn)金相分析見(jiàn)圖3、圖4。從圖3、圖4可知，金相法所得數(shù)據(jù)包含了前述涂層測(cè)厚儀的測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量結(jié)果也一致。而且金相照片直觀的顯示了一定范圍內(nèi)鍍層厚度的所有變化信息，其界限清晰，鍍層厚度變化趨勢(shì)清楚明了。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

(1)從表1以及圖1、圖2的測(cè)量數(shù)據(jù)可知，微觀金相法測(cè)得的結(jié)果與常規(guī)方法涂層測(cè)厚儀測(cè)量所得數(shù)據(jù)非常接近，完全可以滿足鍍鋅層厚度測(cè)量的基本要求。

(2)涂層測(cè)厚儀測(cè)得的數(shù)據(jù)只是隨機(jī)測(cè)量的一些數(shù)值，對(duì)于把握其鍍鋅層的厚度變化趨勢(shì)以及變化范圍無(wú)能為力;而從微觀金相法所得的照片中(圖3和圖4)，可以清晰的分辨出鍍層與基體的界限，能夠非常直觀的顯示出鍍層厚度的變化過(guò)程以及兩側(cè)邊界線的走向，能夠得到連續(xù)變化的鍍鋅層厚度值;微觀金相法可以實(shí)現(xiàn)一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)的鍍鋅層厚度的精確測(cè)量(例如圖3中的119.23μm和圖4中的596.75μm)，這對(duì)鍍鋅層厚度不均勻程度的描述具有很大的幫助。

圖3 試樣1位置2上側(cè)測(cè)點(diǎn)金相測(cè)量示意(500倍)

圖4 試樣2位置3下側(cè)測(cè)點(diǎn)金相測(cè)量示意(100倍)

3 結(jié)語(yǔ)

(1)微觀金相法作為一種精確的鍍鋅層厚度測(cè)量方法，可以用于對(duì)其他方法(例如涂層測(cè)厚儀測(cè)厚法)測(cè)量數(shù)據(jù)的驗(yàn)證測(cè)量。

(2)利用微觀金相法取得的金相照片，可以直觀顯示鍍鋅層厚度變化趨勢(shì)，并且能夠根據(jù)需要測(cè)量照片中任意位置的鍍層厚度，測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單快速。

(3)由于微觀金相法獲得的照片可以長(zhǎng)期保存，并且照片中鍍層與基層界限清晰，數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，可以為法律仲裁提供有力證據(jù)。

［1］魯先龍，程永鋒.我國(guó)輸電線路基礎(chǔ)工程現(xiàn)狀與展望.電力建設(shè)［J］.2005，11(23):25－27.

［2］張蕾.輸變電項(xiàng)目竣工環(huán)保驗(yàn)收存在的問(wèn)題及對(duì)策分析［J］.電力科技與環(huán)保，2011，1(27):1－4.

［3］樊志彬，李辛庚.輸電桿塔鋼構(gòu)件腐蝕防護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)［J］.山東電力技術(shù)，2013(1):52－56.

［4］陳云，強(qiáng)春媚，王國(guó)剛，等.輸電鐵塔的腐蝕與防護(hù)［J］.電力建設(shè)，2010(8):5－7.

［5］Lugschitz H，Emst A，Gros T.Corrosion protection of steel towers and camouflage of lines using the DUPLEX－system［J］.E＆I Elektrotechnik und Informationstechnik，2004(12):452－454.

［6］默增祿，程志云.輸電線路桿塔的腐蝕與防治對(duì)策［J］.電力建設(shè)，2004(1):22－23.

［7］Edavan R P，Kopinski R.Corrosion resistance of painted zinc alloy coated steels［J］.Corrosion Science，2009(10):2429－2442.

［8］盧錦堂，孔綱，陳錦虹.熱浸鍍鋅性能及質(zhì)量要求［J］.材料保護(hù)，2000(3):21－23.

［9］宋煥東.淺議高壓輸電線路的防腐措施［J］.民營(yíng)科技，2010(1): 28－30.

［10］Belghazi A，Bohm S，Sullivan J.Zinc runoff from organically coated galvanised architectural steel［J］.Corrosion Science，2002(8):1639－1653.

［11］張成濤，唐小輝.輸配電鐵塔的腐蝕與防護(hù)［J］.全面腐蝕控制，1998(3):11－15.

［12］Haselmair H.Stress corrosion cracking of type 303 stainless steel in a road tunnel atmosphere［J］.Materials Performance，1992(6):60－63.

［13］李雪亮，朱庚富，李曉琴.輸變電工程建設(shè)的環(huán)保要求及其變化趨勢(shì)分析［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2008，24(6):52－54.

［14］王冠，陳棟梁，郭弘.輸變電工程的環(huán)境保護(hù)［J］.電力科技與環(huán)保，2014，30(3):4－7.

［15］羅超，查智明，姚為方.高壓輸變電工程中的環(huán)境問(wèn)題及其管理和應(yīng)對(duì)［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2012，37(3):11－13.

［16］陳偉，魏化軍，溫如春，等.高壓交流，直流輸電線路環(huán)境電場(chǎng)對(duì)比研究［J］.電力科技與環(huán)保，2014，30(1):1－4.

Research on thickness measurement technology of galvanizing layer in substation steel structure

For the situation of thickness measurement technology of galvanizing layer and judgement of uniformity in steel structure of substation is difficult，experimental research is taken by use of microscopic metallographic method.This method can display continuously changing of thickness of the coating process intuitively，so it can be applied to accurately measure and uniformity of judgement in galvanizing layer of power structure.Besides that it can be used to verified the measurement result from other methods and has great practical significance.Key words:galvanizing layer;power steel structure;microscopic metallographic method

X591

B

1674－8069(2016)04－025－03

2016-01-10;

2016-02-16

高健(1980-)，男，工程碩士，高級(jí)工程師，主要從事電網(wǎng)設(shè)備及材料失效分析和研究工作。E－mail:dust661@163.com