軌道車輛用車輪防腐涂裝工藝研究

吳 爭(zhēng)，王志剛

(馬鋼股份公司車輪公司 安徽馬鞍山 243000)

1 馬鋼車輪生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

馬鋼車輪公司(以下簡(jiǎn)稱車輪公司)是20世紀(jì)60年代初在鄧小平同志親自決策下建成的我國(guó)第一家火車車輪輪箍生產(chǎn)廠，它的建成，結(jié)束了我國(guó)車輪輪箍長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的歷史。車輪公司經(jīng)過50年不斷創(chuàng)新努力，已成為全球規(guī)模最大的車輪輪箍生產(chǎn)基地。自2008年車輪三線正式投產(chǎn)以來，車輪公司目前擁有兩條車輪生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力80萬件[1]。其工藝流程如下：

鋼錠切割→鋼錠加熱→軋制成型→等溫緩冷→熱處理→半成品檢驗(yàn)→機(jī)加工→冷打字→超聲波探傷→磁粉探傷→拋丸→鉆鏜注油孔→成品檢查→防腐、包裝→入庫

2 車輪公司車輪防腐工藝發(fā)展過程

車輪公司早期生產(chǎn)的車輪主要以鐵標(biāo)車輪為主，材質(zhì)為CL60鋼。當(dāng)時(shí)由于人們對(duì)防腐工藝未加以重視，往往忽略過程防銹或以機(jī)油防銹，成品最終防銹尚未引入各類型防銹油，多以鐵標(biāo)要求的各類防銹清漆涂抹于車輪表面作為防銹手段。自2000年以后，世界知名表面防腐和涂裝企業(yè)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，越來越多的表面防腐材料和工藝被人們接受和應(yīng)用。尤其是在2003年公司提出并迅速新建國(guó)內(nèi)先進(jìn)的噴漆烘烤線之后[2]，車輪公司形成了“過程防銹、最終防銹、防銹包裝”一體化的防腐工藝，很好的消除了車輪在生產(chǎn)、交貨、使用過程中的表面銹蝕隱患。

3 車輪銹蝕的原因分析

3.1 內(nèi)部原因

3.1.1 工序間銹蝕

車輪在粗加工、精加工后往往由于生產(chǎn)安排未能及時(shí)跟上探傷等后續(xù)工序，造成滯留待檢等情況，工序間停留時(shí)間較長(zhǎng)，如果空氣濕度大，一個(gè)星期甚至兩三天后車輪表面即產(chǎn)生銹蝕。同時(shí)，精加工時(shí)乳化液的濃度過低，防銹添加劑少，也會(huì)引起精加工后的車輪過快銹蝕。

3.1.2 防腐和包裝工藝設(shè)計(jì)失誤

在設(shè)計(jì)防腐和包裝工藝時(shí)，工藝員未能按照客戶的要求使用相應(yīng)的防腐手段，例如防銹油選用不當(dāng)、車輪包裝未加裝防雨袋遮蓋、運(yùn)輸車輪的車輛未加裝防雨布整體遮蓋等均造成車輪銹蝕。

3.1.3 人員因素

由于車輪在涂油前需要做相應(yīng)的前處理，將車輪表面的水分、灰塵、油污清理干凈，有些操作人員責(zé)任心不強(qiáng)，未能將車輪表面污物清理干凈就涂刷防銹油，造成防銹油過早失效，銹蝕產(chǎn)生。

另外，噴漆烘烤線上表面處理時(shí)脫脂劑、防銹劑添加過少，清洗后的車輪未達(dá)到清洗標(biāo)準(zhǔn)，噴涂油漆后附著力不夠，造成油漆脫落，銹蝕亦會(huì)產(chǎn)生。

3.1.4 外協(xié)、外購件方面的原因

外協(xié)、外購件的油漆質(zhì)量一直存在不穩(wěn)定問題，有的油漆達(dá)不到環(huán)保要求，給操作人員及操作環(huán)境帶來危害；有的油漆達(dá)不到國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量存在嚴(yán)重問題，造成油漆過早脫落。

3.2 外部因素

3.2.1 車輪運(yùn)行環(huán)境方面的原因

列車高速運(yùn)行時(shí)離地面近的部位容易受到鐵道上砂石撞擊，防腐涂層易脫落；車輪離地面近，環(huán)境的相對(duì)濕度較大，水氣含量高，這樣容易導(dǎo)致鋼鐵的電化學(xué)腐蝕。

3.2.2 客戶使用、維護(hù)方面的原因

有些車輪使用商要求我們出廠的車輪給其做簡(jiǎn)單的防銹處理，車輪到站后自行清洗并重新做表面防腐處理，這就會(huì)出現(xiàn)一系列的問題，比如原有的防銹涂層未清理干凈即重新涂油刷漆；涂裝時(shí)除銹能力明顯不足，導(dǎo)致工件帶銹涂裝造成涂層附著力不足；涂裝時(shí)存在漏涂漏刷現(xiàn)象，膜厚不達(dá)標(biāo)等情況均會(huì)使車輪銹蝕[3]。

4 車輪公司目前防腐工藝方法

4.1 工序間防銹

自引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)強(qiáng)力數(shù)控立車以來，車輪公司先后建立了兩個(gè)大型乳化液工作站(容量為165m2和55m2)，選用國(guó)際知名的金屬加工液供應(yīng)商，每天檢測(cè)乳化液的pH和濃度，一個(gè)月做一次乳化液的全分析，全力控制乳化液的即時(shí)狀態(tài)，確保下線產(chǎn)品質(zhì)量和工序間防銹性能。

另外，對(duì)于工序間滯留待檢產(chǎn)品或生產(chǎn)工序異常產(chǎn)品，選用水溶性防銹劑，該防銹劑為乳化型產(chǎn)品，防銹周期為一個(gè)月，可有效解決不及時(shí)進(jìn)行最終防銹帶來的各種弊病。

4.2 采用各類防銹油作為最終防銹手段

目前車輪公司使用的各類防銹油有10種左右，其中常用的有5-6種，均為國(guó)內(nèi)外知名品牌，且在行業(yè)內(nèi)有較高的口碑。

4.2.1 透明快干型硬膜防銹油

快干硬膜防銹是我公司最為普遍使用的一類防銹油，其特點(diǎn)是干燥速度快，對(duì)于最終檢驗(yàn)合格的車輪，用干凈的布將車輪表面殘留的灰塵、水分等擦干后，即可涂刷此防銹油，10 min表干，可直接包裝?？旄捎材し冷P油能在車輪表面形成堅(jiān)硬的樹脂膜，膜厚20 um以上，室內(nèi)防銹達(dá)兩年之久，也適用于存儲(chǔ)條件惡劣的室外環(huán)境，該油膜可抵御灰塵、雨水的侵蝕，但清洗較為復(fù)雜、耗時(shí)。該防銹油主要用于鐵標(biāo)產(chǎn)品、最終防銹(發(fā)貨至使用時(shí)不再做二次涂裝)、存儲(chǔ)條件惡劣等車輪的防銹處理。

4.2.2 溶劑稀釋型防銹油

溶劑稀釋型是我公司防腐材料的重要組成部分，其主要應(yīng)用于非油漆噴涂部位的防腐處理，如精加工后的輪轂孔、踏面。該類防銹油的特點(diǎn)是能在工件表面形成易清洗的油膜，車輪到站后采用石油溶劑清洗后即可裝配，適用于長(zhǎng)期室內(nèi)存儲(chǔ)或出口防銹，防銹期限可達(dá)1-2年。

4.3 油漆噴涂

車輪公司于2004年2015年分別新建了一條國(guó)內(nèi)先進(jìn)的自動(dòng)噴漆烘烤線，采用懸掛吊鉤式運(yùn)輸機(jī)流水作業(yè)，雙面人工同時(shí)噴涂，設(shè)計(jì)年產(chǎn)50000件，機(jī)加工后的車輪表面粗糙度為Ra12.5，部分車輪輻板需拋丸處理，其噴涂工藝流程及說明如下：

序號(hào)工序名稱工序說明1上線采用單臂吊配合卡鉗上線2脫脂采用熱水添加脫脂劑的方式清洗，清洗溫度65℃3熱水洗清洗溫度60℃4水洗常溫添加防銹劑水洗5烘干蒸汽+搪瓷遠(yuǎn)紅外(輔助)加熱式組合烘道，烘干溫度50-80℃6冷卻常溫冷卻7噴漆兩個(gè)水簾噴漆室同時(shí)噴涂，含凈化送風(fēng)裝置8流平常溫進(jìn)行9烘干在烘道內(nèi)80-100℃烘干10下線采用單臂吊配合卡鉗下線

該工藝主要的優(yōu)點(diǎn)在于：

1)該工藝采用流水化作業(yè)，設(shè)計(jì)鏈速0.8 m/min，從第一塊車輪上線到第一遍烘干完成大約耗時(shí)2 h，漆膜可表干，接近實(shí)干，工作效率高。

2)實(shí)現(xiàn)涂裝前的前處理，保證噴漆前車輪表面的清潔度。本工藝前處理采用三道工序，清洗表面時(shí)分別添加脫脂劑和防銹劑，并采用高壓噴淋的供水方式(噴嘴流量0.5 m3/hr，噴射壓力0.12 Mpa)，此法可有效去除車輪表面油污、灰塵、少量浮銹，車輪清洗后需采用人工高壓空氣吹水將車輪表面和輪轂孔殘留的水分快速吹干。經(jīng)以上前處理后的車輪表面可完全達(dá)到涂裝要求。

3)噴涂工具全部采用美國(guó)固瑞克無氣噴涂設(shè)備，操作人員均至少從事噴漆工作三年以上，經(jīng)驗(yàn)豐富，能保證漆膜總厚度的均勻一致，而且能夠做到噴涂嚴(yán)密無遺漏。

4)噴漆室采用水簾設(shè)計(jì)，噴漆時(shí)，漆霧碰到水簾即被水吸附?jīng)_至下部水池積存。另外配有上送風(fēng)、側(cè)抽風(fēng)裝置將漆霧和揮發(fā)的溶劑與水充分混合，充分清洗，確保操作人員呼吸空氣的清潔度，減少了漆霧飛散，提高了涂料的利用率，保證了涂裝質(zhì)量。

5)采用蒸汽+搪瓷遠(yuǎn)紅外(輔助)加熱式組合烘道，烘干溫度50-80 ℃。烘道內(nèi)的熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)為上送風(fēng)、上回風(fēng)的方式，有效利用了工件掛具肩部空間，避免使用底部風(fēng)管，便于清理。送風(fēng)管均設(shè)有調(diào)節(jié)閥，保證了內(nèi)部溫度場(chǎng)均勻。烘干風(fēng)道配有5.5 kW熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)機(jī)一臺(tái)，固化風(fēng)道配有11 kw熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)機(jī)一臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)前處理后車輪表面快速干燥、漆膜的快速干燥和固化，大大提高了生產(chǎn)效率。

4.4 包裝材料

車輪公司在車輪成品包裝時(shí)，通常對(duì)于在車輪外加氣相防銹袋及防雨袋加以保護(hù)。氣相防銹袋是金屬防銹領(lǐng)域的新型產(chǎn)品，將需防銹的金屬密封保存于氣相防銹袋中時(shí)，防銹袋中的防銹粒子氣化成氣體，在被保護(hù)金屬的表面上形成保護(hù)膜，切斷金屬離子與水、氧氣接觸的可能性，從而達(dá)到防銹的效果。此法對(duì)保證車輪在運(yùn)輸和存儲(chǔ)過程中不被銹蝕可起到良好的效果。

5 結(jié)語

自從車輪公司采用以上防腐工藝方法后，隨著工藝手段的不斷完善以及職工的操作水平和熟練程度提高，車輪的防腐涂裝質(zhì)量也得到不斷改進(jìn)和完善。在標(biāo)準(zhǔn)的工藝條件下進(jìn)行涂裝作業(yè)，使車輪的防腐能力得到了保證，至今尚無一起油漆涂裝質(zhì)量異議。

但仍有很多問題亟待解決，比如乳化型水溶性防銹劑會(huì)影響車輪后續(xù)探傷過程，需要挑選不含油脂水溶性防銹劑，即水基防銹劑；采用卡鉗上下料會(huì)造成下線時(shí)漆膜的破壞；現(xiàn)階段使用的防雨袋強(qiáng)度和韌性不夠，容易破裂等等。

[1] 許章澤，安濤.馬鋼第三條輾鋼車輪生產(chǎn)線及其工藝技術(shù)水平分析[C].實(shí)踐 開拓 創(chuàng)新—2008年快速重載車輛轉(zhuǎn)向架與輪軸學(xué)術(shù)研討會(huì)論文匯編.濟(jì)南：中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)車輛委員會(huì)，2008

[2] 張高萍，武立倉，劉會(huì)強(qiáng).馬鋼火車輪生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)改造[J].軋鋼.2008，17(8)：34-36

[3] 尹立成.轉(zhuǎn)向架防腐涂裝工藝研究[J].城市軌道交通研究.2008，11(5)：35-38