热浸锌防腐工艺在港口工程中的应用

闫伟，李梦佳

热浸锌防腐工艺在港口工程中的应用

闫伟，李梦佳

（中交一航局第五工程有限公司，河北秦皇岛066002）

钢结构热浸锌是一种重要的防腐工艺，但在设计阶段和制造工艺的制定过程中，常由于对热浸锌工艺不了解，造成结构变形和表面缺陷，甚至危害结构整体安全。结合热浸锌工艺，对钢结构设计、制造中应注意的相关技术进行探讨，有助于提高钢结构整体加工质量和结构使用寿命。

热浸锌；钢结构；设计；制造

0 引言

在港口码头工程中，防风网、护轮坎、沟槽的护边角钢、井盖板等钢结构经常处于海浪、高温、高湿、盐雾等条件恶劣的海洋氯化物环境中，防腐蚀要求较高，普通的油漆防腐难以满足构件耐久性要求，近年来，上述钢结构和构件多采用热浸锌防腐工艺，美观实用，效果较好。

热浸锌又称热浸镀锌，是一种经济高效的钢结构防腐方式，它具有耐久时限长、镀层受损仍具有防腐蚀能力等优点，已被广泛用于各行业的钢结构防腐[1]。

在钢结构设计和制造过程中，往往由于对结构的形状、尺寸等方面影响考虑不周，在热浸锌过程中，构件出现变形扭曲、镀层不良等质量问题，甚至产生封闭结构爆炸，造成作业人员遭受物体打击、烧烫伤等事故。热浸锌也会造成材料强度降低，钢结构整体的强度和稳定性下降，可能造成安全隐患。因此，针对热浸锌钢结构，必须认真研究，合理设计并制定加工制造工艺，选择合适的热镀锌厂，控制镀锌质量和运输费用。

1 热浸锌工艺及相关影响因素

1.1 工艺流程

热浸锌的工艺流程为：脱脂→水洗→酸洗→水洗→浸助镀剂→烘干预热→热镀锌→整理→冷却→钝化→漂洗→干燥→检验。

由工艺可见，钢结构在热浸锌过程中，要经过加热、冷却，接触各种酸、碱、水等介质，有时为保证镀锌层的厚度均匀，甚至需要进行锤击、空气吹扫等处理。钢结构设计制造过程中，均需要考虑热浸锌工艺流程每一环节的影响。

1.2 热浸锌对镀件结构影响

1.2.1 对构件尺寸、重量的限制性

热浸锌的过程是将钢构件完全浸入到酸液、碱液、锌液、水等介质的过程。因此，对于大型钢结构，在确定制造工艺时需要考虑两个方面：一是构件不超过尺寸限制能全部进入锌池中；二是构件的重力大于构件完全进入锌液时产生的浮力，顺利沉没于熔融锌液。

1.2.2 气孔渗液

构件热浸锌前需经过酸洗、水洗等流程，钢材表面的铁锈、氧化皮等与酸液反应后去除，如果在构件未焊接部位的空隙或焊接部位存在气孔等缺陷，热浸锌完毕后含锌、铁等元素的酸性溶液会从缺陷部位流出，在镀锌构件表面形成“流黄水”现象。

1.2.3 锌液爆溅

热浸锌温度一般为430~500℃，热浸锌的过程也是一个高温加热的过程。钢结构在焊接质量差的情况下，表面存在裂纹、气孔、夹渣等缺陷，在热浸锌过程高温作用下，夹层内的空气经受热膨胀，沿焊缝裂纹和气孔崩出，同时带动锌液急速飞溅，对镀锌作业人员存在极大的安全隐患，同时使焊缝部位产生漏镀锌缺陷。

1.2.4 构件变形

热浸锌高温容易使H型钢、角钢、冷轧钢板等构件产生弯曲、扭曲变形，产生扭曲变形的构件极难矫正[2]。

由于花纹钢板表面有菱形或豌豆形花纹，在其轧制过程中存在较大的内应力，且分布不规则，因此带有花纹钢板的热浸锌构件，经常出现扭曲变形。

1.2.5 常见表面质量缺陷

1）局部灰暗

热浸镀锌时，锌铁分子交互扩散，形成锌铁合金。钢材中硅元素加速锌铁相互扩散，在镀件水冷前，合金生长到锌层表面。锌色泽光亮，锌铁合金色泽灰暗，合金形成不均匀，就在镀层表面形成网状花纹或局部灰暗。

在实际操作中，温度控制不好，镀锌温度过高，合金反应加快，灰暗加重；出水冷却太快，镀锌表面出现龟裂纹。热浸镀锌时应控制好温度，把握好出水冷却的时间，控制好降温速率，既不能太快也不能太慢，尽可能减少灰暗镀层出现。

2）表面锌粒较多

热浸镀锌温度太低、锌层夹入镀渣微粒、工件从锌液中提出速度太快等造成构件表面粗糙、表面锌粒较多。

3）锌层上长出白锈

白锈又称湿锈，堆放的镀件在潮湿天气或淋雨后不通风干燥，表面出现白色痕迹。镀锌完成后，构件堆放时，除两端垫方木外，场地要排水通畅。

4）锌层表面有溶剂夹杂或露铁现象

主要是由于构件在镀锌前酸洗除脂不净，或处理后又被溶剂污染造成。溶剂对镀锌层有腐蚀作用，必须清除。

热浸锌外观质量缺陷一般是由镀锌厂人员操作不当引起的，这就要求热浸锌作业人员严格按照工艺纪律实施，把好质量关。

1.3 构件工艺质量缺陷

由设计、制作等工艺引起的质量问题主要有构件漂浮、漏镀、流黄水、构件镀锌后变形、流挂、锌层过厚、过薄等，可以通过对热浸锌钢构件进行合理设计、优化加工工艺、加强过程控制的方法予以解决。

2 构件工艺质量缺陷预防措施

2.1 热浸锌构件设计

2.1.1 设计时构件封闭空间处理

铁与锌的密度差相差不大，在热浸锌时，有封闭空间的钢构件也会因浮力大，构件不能完全进入到锌液中，此时，如果强行使工件进入到锌液中，构件内的气体受热膨胀后，容易出现爆炸危险。

构件设计时应避免带有封闭空间，如果封闭空间不可避免，则必须考虑热浸锌时使锌液能顺利从钢结构内流进、流出，开设进出锌工艺孔，见图1。

图1 管、桁架结构开孔工艺图Fig.1Portiforium of pipe and truss structures

2.1.2 设计结构时构件端部半封闭结构处理

有些构件虽然能够沉入锌池，但如果构件存在端部半封闭结构，钢构件从锌池中捞起时，锌液不能快速从构件上流入到锌池中，就会出现镀层厚度不均、镀层过厚、流挂等缺陷，在设计时应允许在端角部位开泄锌工艺孔，以避免半封闭结构。

2.1.3 设计结构时贴合面处理

如贴合面的构件板厚不一致，经热浸锌高温后，不同板厚的构件热变形不同，有可能使贴合面焊缝崩裂。角钢或槽钢等与钢板贴合面，一般只需将贴合面的纵向焊缝焊接，横向焊缝不焊接，这样在热浸锌过程中就容易出现“流黄水”现象，因此，这类结构设计时应注明形成封闭焊缝[3]。

2.2 热浸锌构件制作

2.2.1 制定合理的钢结构制作工艺

1）根据镀锌厂锌池尺寸大小，确定构件制作大小，对大型构件可考虑分段制作，分段镀锌，安装现场拼装成整体。

3）如果工件有不易于熔融锌流泻的部位，须开设进出锌工艺孔，并确定工艺孔位置及大小，使锌液快速从工件上流入锌池。

4）综合考虑热浸锌厂与制作单位之间的距离、运输条件、工程量、构件尺寸等，制定合理的钢结构制作工艺。

2.2.2 制定合理的钢结构焊接工艺

1）提高焊接质量，使焊缝无表面缺陷[3]。焊接后，清除焊接产生的药皮、飞溅及熔渣等，否则镀锌时，熔融锌液会由于药皮的阻隔产生漏镀现象。

2）采用连续封闭焊缝，避免因间断焊接而出现的流黄水现象。

3）尽量采取对称焊接、双面焊接的焊接工艺，减少因热浸锌高温产生的变形。

4）对于贴合面，需将贴合面全部连续焊接，使酸液、水、锌液等不能进入到贴合面内部，见图2。

2.2.3 释放应力

泡沫混凝土作为一种新型材料，在建筑工程方面已得到广泛应用[15-16]。其轻质、水下不分散的特殊性能[17-18]是普通混凝土不能胜任的。在复杂的岩溶地质环境条件下，采用泡沫混凝土充填溶洞形成复合地基，可有效防止溶洞坍塌。

对于构件内部应力较大的钢板、型钢等，应先释放应力，采取热处理、振动时效、自然时效、锤击等措施[3]后再进行热浸锌。

图2 贴合面部位连续焊接Fig.2All-welded binding faces

2.3 构件热浸锌

为了提高热浸锌构件的观感质量，使构件锌层厚度能满足设计及规范要求，在钢结构热浸锌时，应明确要求镀锌厂采取以下处理措施，并重点监控：

1）严格按照热浸锌工艺流程操作，控制好各工序的温度、时间等。

2）锌液中可增加铝元素，锌液中加入＜1%的铝，提高镀锌层表面光亮性，减少锌液面的氧化，提高镀层塑性和黏附性。

3）对存在质量缺陷的部位及时采取镀锌修补措施。

3 热浸锌在港口工程的应用

3.1 防风网结构

唐山港曹妃甸港区煤码头续建工程，防风网结构要求热浸锌防腐。防风网支架宽3.6 m，高23 m，立柱为H形，柱间支撑和其它杆件为焊接钢管，见图3。

图3 防风网钢结构图Fig.3Steel structural diagram of windbreak net

构件特点分析：

1）构件尺寸较大，钢结构加工厂附近无长度超过15 m的大型镀锌池，不能整体一次完成镀锌工序。

2）构件焊接量大，如镀锌后再焊接，补锌量大。

3）主体H形钢结构为标准H形钢，与支撑等焊接成整体后，经热浸锌变形不大。

4）中间斜撑为管结构，管的两端加堵头板封闭，形成了封闭空间。

针对以上特点，钢构件分成上下两部分制作，每段长约12 m，分段镀锌后再整体拼接。管斜撑两端的堵头板暂不封堵，使锌液能流进流出管内，待整体镀锌完毕后，再进行堵头板的焊接，焊口补锌处理。

分段整体镀锌既减少了焊口补锌工作量，也使得焊缝部位镀层质量稳定，减少了吊装过程的锌层破坏，钢构件整体防腐质量得到保证。

3.2 钢制沟盖板、电缆支架等构件

钢制沟盖板、电缆支架等构件[4]存在死角、贴合面现象。

对于沟盖板之类不易于漏锌流泄的构件，在制作时，需在可能存锌部位设泄锌工艺孔，工艺孔一般不小于存锌部位的1/3截面面积。

电缆支架构件一般存在角钢与角钢的贴合面，按照以往的加工工艺，只需焊接横撑角钢的2边焊缝即可满足电缆支架强度，但对于热浸锌构件来说，必须将角钢与角钢贴合面的四周焊缝全部连续焊接[1]。

3.3 其它结构

码头护轮坎外包钢板、电缆沟和轨道槽护边角钢、预埋件定位钢板等截面形式不太复杂的钢构件[4]，热浸锌时只需考虑选择合适的吊点，保证构件外形，减小变形即可。

护轮坎外包钢板和预埋件定位钢板构件截面小，长度短，结构经热浸锌时，采取简单防护措施，构件产生变形在可控范围。

护边角钢等截面形式简单或对称构件，截面尺寸和规格小，热浸锌引起的变形易矫正，加工完毕后可直接进行热浸锌处理。

该类构件重点控制镀层表面质量，如有缺陷，要及时进行修补和打磨，以保证码头工程整体观感质量。

4 结语

通过对热浸锌工艺的分析研究，从设计、加工制造和热浸锌过程三个方面处理，使钢构件适合热浸锌工艺，避免出现钢构件端部半封闭结构存锌、贴合面崩裂等现象；在加工制作过程中焊缝应采取全封闭连续焊接、对称焊接、双面焊接，开设进出锌工艺孔避免形成带有空腔的封闭结构，确保锌液能从封闭构件中流进、流出；对大型钢构件的整体热浸锌应考虑分段制作、整体组拼的加工工艺；确保钢构件在热浸锌各工艺流程中的温度、时间等满足工艺要求，保证镀件观感质量、镀层厚度均匀；对重要受拉和受弯等主要受力构件，要充分考虑热浸锌对结构强度的影响。

通过对港口工程中常见钢结构热浸锌防腐工艺的研究和实践，确保了港口高腐蚀环境钢结构的防腐效果，提高热浸锌构件的观感质量，取得良好效果，在类似工程中具有一定的借鉴作用。

[1]王泓.钢铁防腐新材料-涂镀锌的应用分析[J].装备制造技术，2006（4）：192-194. WANG Hong.Analysis of application of the new antiseptics for steel-zinc coating[J].Equipment Manufacturing Technology,2006 (4):192-194.

[2]杨变英.热镀锌的钢结构件制造要点[J].电镀与精饰，2002，24（6），15-21. YANG Bian-ying.Key points for hot galvanized steel structural parts production[J].Plating and Finishing，2002,24(6):15-21.

[3]GB 50661—2011，钢结构焊接规范[S]. GB 50661—2011,Code for welding of steel structures[S].

[4]JST 257—2008，水运工程质量检验标准[S]. JST 257—2008,Standard for quality inspection of port and waterway engineering construction[S].

Application of hot dip galvanizing for anticorrosion in harbor works

YAN Wei,LI Meng-jia
（No.5 Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Qinhuangdao,Hebei 066002,China）

Hot dip galvanizing is an important anticorrosion technology for the steel structures.Commonly,it results in structural deforming or surface defects,even hazards to the safety of steel structure because of the lack of understanding of the hot dip galvanizing technique in the formulation of the process design stage and manufacturing process.Based on the technology of hot dip galvanizing,we discussed the relevant techniques in the design and manufacture of steel structure,which is helpful to improve the integral quality of steel structure and extend its operating life.

hot dip galvanizing;steel structures;design;manufacture

U654

B

2095-7874（2017）08-0085-04

10.7640/zggwjs201708020

2017-05-12

闫伟（1968—），男，河北蔚县人，高级工程师，副总工程师，主要从事港口工程机电安装、钢结构和设备制造管理。E-mail：hwyanwei@126.com