青島地鐵電客車不銹鋼車體氧化層清除工藝研究

劉劍飛,王繼強(qiáng),徐 燕

(青島地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司二中心車輛部,山東 青島 266100)

0 引言

青島地鐵已開通運(yùn)營6條線路,除3號線電客車采用鋁合金車體外,其他線路電客車均為無涂裝不銹鋼車體。由于部分線路為地上高架線路,電客車車體長期暴露在外界環(huán)境下,過度氧化與新車形成色差,出現(xiàn)車體蠟黃現(xiàn)象。目前因1號線、2號線均為地下線路,8號線地上部分僅占13%且剛開通運(yùn)用,均未出現(xiàn)上述現(xiàn)象。11號線和13號線高架線路占線路總長的91%和74%,且已運(yùn)營滿4年,車體蠟黃現(xiàn)象嚴(yán)重。其中11號線電客車穿越嶗山景區(qū),車體蠟黃對沿線景觀和青島地鐵外部形象產(chǎn)生較大影響。為提升整車美觀度及乘客乘車舒適度,消除電客車車體氧化層,以青島地鐵11號線電客車為研究對象,通過分析車體表面氧化蠟黃的原因,研究不銹鋼車體氧化層清除低成本解決措施,為后續(xù)提升列車外觀形象提供技術(shù)支持,具有一定的現(xiàn)實(shí)意義[1-2]。

1 原因分析

1.1 環(huán)境因素

11號線、13號線均為沿海線路,不銹鋼車體曝露在外界環(huán)境下,經(jīng)過日曬雨淋,且面臨高鹽、高濕的海洋氣候,車體表面極易氧化,伴隨著時間的推移,車體表面會生成一層較厚的氧化層,一般常規(guī)清洗方式難以清除(見圖1)。

圖1 11號線車體外表

1.2 車體因素

車體不銹鋼板表面采用拉絲工藝,拉絲面呈溝槽狀,溝槽尺寸為微米級,如圖2所示。列車運(yùn)行中飛濺起的塵土、集電靴及輪軌摩擦產(chǎn)生的鐵銹和碳粉、油污等各類污垢,隨列車運(yùn)行附著于車體表面的凹槽內(nèi),隨著時間推移車頭表面顏色加深變黃。不銹鋼表面氧化及變色過程為非線性,隨著時間推移會逐漸趨于穩(wěn)定,顏色不再加深。在車輛清洗過程中,氧化層外側(cè)附著的灰塵被沖洗掉,但微觀溝槽底部的塵土難以徹底清洗干凈,日久沉積車體顏色由銀灰色變?yōu)橄烖S色。

圖2 不銹鋼拉絲表面微觀形貌

2 清除方式研究

針對上述問題,擬從物理清除和化學(xué)清除2個角度,對不銹鋼車體氧化層的清除方法展開研究,并對清除后的防護(hù)措施一并予以考慮。

2.1 物理清除

物理清除一是人工砂紙打磨,二是激光表面清除,前者對車體外表損傷較大,一般為毫米級,后者則成本過高。物理法中的研磨會損壞不銹鋼表面拉絲紋路,對不銹鋼表面破壞嚴(yán)重。從車體的完整性、使用壽命和人工成本考慮,物理清除的局限性較為明顯。

2.2 化學(xué)清除

化學(xué)清除主要是利用車體清洗劑,對氧化層進(jìn)行清除,缺點(diǎn)是有一定的腐蝕風(fēng)險,但成本相對較低?；瘜W(xué)法中的酸洗,本身對不銹鋼表面的腐蝕為納米級別,損壞較小。根據(jù)高鐵和地鐵列車車體外表的清洗經(jīng)驗(yàn),用含緩釋成分的酸性或堿性清洗劑對不銹鋼車體進(jìn)行酸洗,可以有效清除表面鐵銹和其他污垢,清潔劑中的緩釋成分,可保護(hù)不銹鋼表面不受腐蝕。相對于物理清除,化學(xué)清除在確保將氧化層去除干凈的同時,能夠使表面達(dá)到高度清潔和平整,且不會損壞車體拉絲表面。因該種方式對車體的影響較小,優(yōu)勢相對明顯,故采用化學(xué)方式清除車體氧化層。

2.3 清除后保護(hù)措施

不銹鋼車體氧化層清除后,理論上經(jīng)過一段時間會繼續(xù)產(chǎn)生新的氧化層,因此一并考慮氧化層清除后的保護(hù)措施。通過調(diào)研,車體防護(hù)措施主要有車體打蠟、噴涂清漆和貼膜等防護(hù)形式。噴涂清漆需要有專用場地和設(shè)備,成本較高且需要滿足環(huán)保要求,適用性較差;車體外表打蠟的蠟層容易受到破損,停留時間較短,實(shí)用性不強(qiáng);車體貼膜價格昂貴,經(jīng)測算貼膜的費(fèi)用遠(yuǎn)高于每年1次的清洗費(fèi)用,經(jīng)濟(jì)性不高,暫不考慮,價格對比如表1所示。

表1 價格對比表

3 清洗劑選擇及工藝制定

3.1 清洗劑選擇

目前市場上清洗劑種類繁多,性能差異也較大,所以清洗劑的選擇至關(guān)重要。根據(jù)《車體檢修手冊》要求和生產(chǎn)廠家的技術(shù)指導(dǎo),結(jié)合調(diào)研現(xiàn)場清洗劑使用情況,選擇4種清洗劑樣品,其中3種為酸性,1種為堿性,相關(guān)參數(shù)如表2所示。

表2 車體專用清洗劑性能試驗(yàn)結(jié)果

選用上述4種清洗劑分別對不銹鋼車體表面進(jìn)行測試,其清洗效果如圖3～圖6所示,經(jīng)過測試對比產(chǎn)品A的清洗效果最佳。

圖3 產(chǎn)品A清洗效果

圖5 產(chǎn)品C清洗效果

3.2 清洗防護(hù)措施

化學(xué)清除采用酸性或堿性的清洗劑,均會對不銹鋼車體和車窗密封處產(chǎn)生一定的腐蝕,因此需要稀釋清洗劑原液,盡量將濃度降低,并在清除作業(yè)后用清水予以清洗。清洗結(jié)束后,使用pH試紙檢測殘液的pH值,若仍為弱酸性,須再次進(jìn)行清水沖洗,確保將清潔劑沖洗干凈,將氧化層清除作業(yè)的風(fēng)險降至最低。此外,車體清洗作業(yè)也將波及轉(zhuǎn)向架等車下部件,清洗前須將車體下沿貼好塑料膜或做好其他防護(hù)措施,確保車底轉(zhuǎn)向架等部件不受清洗作業(yè)的影響[3-4]。

3.3 制定清洗工藝

試洗采用保潔人工清洗的方式,使用毛刷、噴壺、清洗劑等物料和工具對車體進(jìn)行清洗工作,清洗完成后采用人工擦拭的方法進(jìn)行殘留清理,具體步驟如下。

(1)將含25%產(chǎn)品A的清洗劑溶液,用pH試紙進(jìn)行檢測,檢測結(jié)果呈弱酸性。

(2)將清洗劑溶液噴涂到車體表面,停留2～3 min后,用刷子刷洗車體外表面,至黃色氧化層完全清除為止,如圖7所示。

圖7 清洗車體表面

(3)用清水沖刷車體表面,將表面的清潔劑及泡沫沖洗干凈。

(4)使用pH試紙檢測殘液的pH值,確保清洗劑沖洗干凈,檢測是否有液體進(jìn)入車體內(nèi)部,特別是車窗、車門等縫隙。如有液體滲進(jìn),應(yīng)繼續(xù)清洗處理,避免酸性清洗劑殘留造成腐蝕。

(5)上述作業(yè)完成12 h后,用抹布或拖布將車體表面水漬滴痕擦拭干凈。

4 效果評估

4.1 清洗劑配比

清洗測試分別采用了產(chǎn)品A清洗劑的10%、20%、25%、30% 4種比例方式進(jìn)行清洗。采用含10%產(chǎn)品A的清洗劑溶液進(jìn)行清洗時,清洗效果不佳,有明顯的豎條狀黃色氧化層未去除。采用含20%產(chǎn)品A的清洗劑溶液進(jìn)行清洗時,氧化層基本去除,但個別區(qū)域效果不佳。采用含25%產(chǎn)品A的清洗劑溶液進(jìn)行清洗時,氧化層幾乎去除。采用含30%產(chǎn)品A的清洗劑溶液進(jìn)行清洗時,清洗效果最佳,表面未見銹點(diǎn)和其他異常。上述4種配比清洗劑試洗當(dāng)晚和次日,在車體表面未發(fā)現(xiàn)銹蝕和其他異常。通過測試對比,25%和30%的水劑清洗效果相似,無明顯差異,因此類清洗劑為酸性清洗劑,考慮酸性物質(zhì)對金屬的腐蝕性,故確定選用25%的配比進(jìn)行清洗。

4.2 清洗效果

選取某列車進(jìn)行車體表面試洗,清洗后的車體表面顏色變淺無蠟黃現(xiàn)象發(fā)生,通過6個月的效果跟蹤,車體狀態(tài)良好,車體表面拉絲溝槽尚未發(fā)現(xiàn)明顯異常,車體表面也無返銹現(xiàn)象發(fā)生。其跟蹤效果如表3所示。

表3 第一階段車體狀態(tài)跟蹤驗(yàn)證情況

通過表3可以看出,清洗4個月后車體因附著塵土已開始輕微變色,采用人工清水清洗后,變色現(xiàn)象消失,狀態(tài)恢復(fù),其效果如圖8所示。

圖8 清水沖洗后的跟蹤車體表面

5 結(jié)論

研究表明,采用含25%酸性清洗劑的水劑解決車體氧化蠟黃現(xiàn)象是可行有效的。結(jié)合11號線電客車運(yùn)用情況,并考慮氧化層清洗作業(yè)對車體的安全風(fēng)險,每年可在春季集中清洗一次,即旅游季時列車能以較好的外觀形象投入運(yùn)用。通過此次工藝研究,將酸性清洗劑清除不銹鋼車體氧化層作業(yè)的風(fēng)險有效降低,相較于地鐵不銹鋼車體貼膜等措施,每列車的清洗成本相對較低,對沿海地上高架線路不銹鋼列車的氧化層清除有一定的參考推廣意義。