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根据钢材表面预处理的目标,钢材表面的初始状况决定了施工过程中的工作量、施工时间和施工成本。
从钢材表面清除完整的氧化皮比清除锈蚀要容易的多。
因此,我们根据钢材表面的氧化皮、锈、已有的涂层、表面污物和缺陷的情况,钢材表面状况大致可分为三类:
新结构——未油漆过的钢材
维修保养——已经油漆过的钢材
不完美表面——兼有以上二者特点的钢材
根据SSPC—Vis1—89(喷砂处理钢材表面的目测标准),以钢材上的锈蚀程度为标准,将钢材表面的初始状态分为四种:
A.几乎完全是氧化皮,很少或无锈钢材表面(SSPC—Vis1—89,RustA)
B.同时存在氧化皮和锈的钢材表面(SSPC—Vis1—89,RustB)
C.几乎完全是锈,少或很少点蚀的钢材表面(SSPC—Vis1—89,RustC)
D.完全是锈,且有可见的点蚀的钢材表面(SSPC—Vis1—89,RustD)
SSPC—Vis3(动力工具表面清理和手动工具表面清理的目测标准)以图示的方式定义了已经事先经过清理的钢材表面状况的三种情况:
E.在经过喷砂处理的表面上涂装有浅色油漆,油漆基本上是致密的。
F.在经过喷砂处理的表面上涂装有富锌油漆,油漆基本上是致密的。
G.在有氧化皮的钢材表面上的涂层,完全暴露在空气中,涂层全面起泡或受到污染
在保养性重新涂装中,表面预处理需达到的标准决定于新涂层的种类及待涂表面的剥蚀程度。
SSPC—Vis2(ASTMD610(已涂表面涂装质量的评价方法))将表面锈蚀程度分为0—10级,其中10代表钢材表面完全无锈,0表示全锈。
2.3不完美表面
当环境条件恶劣时,不完美的表面可能导致涂层的过早失效。
油漆易于从尖角及连接部位处剥落,这样就会导致留下没有或几乎没有油漆在保护裸露的钢材表面。
下面将讨论其它的一些不能完全用油漆覆盖的结构,诸如裂缝、焊缝气孔、迭片结构等。
由于对不完美表面的修补的费用非常高,所以要权衡一下边角修圆、焊接飞溅与潜在的涂层失效之间的利益。
一些附着较弱的污染物如焊渣、松的焊接飞溅以及一些小的表面的层叠结构(lamination)可以在正式的表面清理过程(如喷砂清理)中除去。
然而,其它一些表面缺陷如钢板的迭片结构、焊缝气孔、或者是较深的腐蚀点只有在表面清理工作完成以后才能明显的显现出来。
因此,这样一些的表面清理就应当可能在最初的表面清理工作之前、之中或之后。
2.3.1焊接飞溅:
焊接飞溅应当在表面喷砂清理之前除去。
大多数的焊接飞溅可以用除垢锤、积污清除铲、或刮刀除去。
一些粘着特别紧的焊接飞溅应当打磨除去。
2.3.2焊接气孔:
根据美国焊接协会的AWSD1.1的规范要求,单位面积中的焊接气孔的比例超出规定标准的应当在涂装前用适当的填充或用针枪、压边陲封死。
一些在规定标准以内的焊缝、引弧、焊缝清理也在第三部分的“焊缝结构编码”AWSD1.1中有所描述。
2.3.3尖角:
在热轧的钢结构件或钢板的气炬切割、焊接、打磨、尤其是在剪切过程中产生的尖角可以用如下方法去处:
如打磨、机械砂纸打磨、锉等。
应当注意的是在尖角的的修正过程中不应产生新的尖角。
2.3.4凹坑:
较深的腐蚀凹坑、凿空以及夹痕或其它表面缺陷应当在涂装之前打磨。
表面要求补焊。
2.3.5迭片结构(lamination)、长条结构:
钢板轧制造成的不连续可能造成较突出的尖角和较深的缝。
这些表面缺陷必须在涂装之前除去。
各种方法都可以用来除去较小的薄片(如铲或打磨等)。
所有的尖锐突出都必须除去。
2.3.6缝隙:
一些由于设计中未能考虑到防腐的结构,如铆钉连接或点焊连接除,角背间距及裂缝等应当给予特别的重视。
允许的话,这类缺陷应当修改设计。
否则,应当尽可能的将这类缺陷的危害降低到最小程度。
2.4不同表面对应的处理方法
SSPC—PAGuide4(以油或醇酸树脂为基底的表面的表面重涂)给出对应于不同锈蚀程度的表面需进行的最起码的表面处理程度的标准。
表1表面清理说明书汇总
表面预处理说明书汇总
SSPC说明书
SSPC-Vis1-89目视标准参考
备注
SP1溶剂清理
用溶剂、蒸汽、碱、乳化液清理表面的油、灰尘、泥土、盐、污染物等
SP2手工清理
用手工铲削、刮、钢丝刷等去处表面的较松的锈、氧化皮和涂层至规定标准
SP3动力工具清理
用动力工具如:
风铲、砂盘和钢丝刷、等除掉表面的松的锈、氧化皮和涂层至规定标准
SP5/NACENo.1白金属喷砂清理
A,B,C,DSP5
喷砂或喷丸清理清理所有的可见的锈、氧化皮、涂层及其它杂物。
(针对严重腐蚀、环境特别恶劣需要高成本的清理的)
SP6NACENo.3,经济型的喷砂清理
B,C,DSP6
喷砂清理除去至少2/3的可见的锈、氧化皮、涂层及其它杂物(适用于需要全面的表面清理的情况)
SP7/NACENo.4扫砂清理
喷砂清理除了紧密附着的氧化皮、锈和已有涂层以外的所有杂物,露出底层金属的大量均匀分布的斑点
SP8酸洗
通过酸洗、二次酸洗或电解酸洗彻底清除表面的锈和氧化皮
SP10/NACENo.2接近白金属喷砂清理
A,B,C,DSP10
喷砂清理到至少95%的表面无可见的残留物,接近白金属喷砂清理。
(应用于湿度高、化学环境、海洋型环境、或其它腐蚀型环境中)
SP11动力工具清理至金属裸露
动力工具彻底清除金属表面的锈、氧化皮和已有涂层。
Vis-11动力清理表面的目测标准
标准的参照照片,作为SSPC-SP5,6,7,10标准的补充
Vis2已涂装过的表面的返锈程度的方法
一种用彩色或黑白图形来形象描述已涂装表面的返锈程度的数字化的几何标准
Vis3动力工具和手工清理表面的目测标准
标准的参照照片,作为SSPC-SP2,3,11标准的补充
AB1
规定了选择喷砂清理用的天然矿石磨料和工业废渣磨料的要求
SSPC—Vis2中以照片和示意图的形式提供了一个很实用的辅助工具来评价表面的锈蚀程度。
SSPC—Vis2中的Figure1给出了一系列的1.5平方英寸的图片,以黑点代表锈蚀站占整个面积的百分比。
这些图不表示真实的锈蚀类型外观形状,而只是为判断钢材表面的锈蚀程度提供一个依据。
SSPC的油漆配套摘要也有助于估计表面预处理的要求。
在SSPC—PAGuide4(在油或醇酸树脂涂层上的保养性重涂)给出了保养性重新涂装的表面处理的方法。
这个指南包括如下已被广泛接受的方法:
(1)保留已有的完整的涂层,
(2)去处不完整涂层(3)局部清理等。
表2钢砂与钢丸使用说明书
表2喷砂与喷丸的说明书
性质
喷丸
喷砂
尺寸:
人工制造的新磨料
所有的磨料尺寸必须达到或超过SAE#J444和SFSA#20-66的标准
化学成分
碳
0.85-1.20%
锰
0.60-1.00%
硅
0.50-1.00%
硫
﹤0.05
磷
微观结构
尽可能的都采用锻铸的、具有精细的均匀分布的碳化钙的马氏体钢,而不希望采用以碳化物为骨架的转型产品或产品有表面脱碳、有夹杂物、有淬火裂缝。
硬度:
通常使用结构钢
40-50RC3
注:
(1)SAE:
自动化工程师协会Inc.
SFSA:
美国铸钢协会
(2)硬度在Rockwell30-66的钢砂或钢丸都可以采用。
但是硬度大于60或小于40的通常用在别的方面而不用在钢材表面预处理上。
(3)磨料的供应商根据磨料的数字尺寸用一些词头字母来区分不同类型的磨料。
不同的磨料供应商的不同硬度的磨料的词头字母通常是不同的。
(4)在合同书中将磨料根据其硬度和尺寸进行明确分类是十分重要的。
3清理后标准
3.1清理等级描述
国标GB8923-88对除锈等级描述:
喷射或抛射除锈以字母“Sa”表示。
本标准订有四个除锈等级:
●Sa1轻度的喷射或抛射除锈
钢材表面应无可见的油脂和污垢,并且没有附着不牢的氧化皮,铁锈和油漆涂层等附着物。
●Sa2彻底的喷射或抛射除锈
钢材表面应无可见的油脂和污垢,并且氧化皮,铁锈和油漆涂层等附着物已基本清除,其残留物应该是附着牢固的。
●Sa2.5非常彻底的喷射或抛射除锈
钢材表面应无可见的油脂,污垢,氧化皮,铁锈和油漆涂层等附着物,任何残留的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微色斑。
●Sa3钢材表面外观洁净的喷射或抛射除锈
钢材表面应无可见的油脂,污垢,氧化皮,铁锈和油漆涂层等附着物,该表面应显示均匀的金属色泽。
手工和动力工具除锈以字母“St”表示。
本标准订有二个除锈等级:
●St2彻底的手工和动力工具除锈
钢材表面应无可见的油脂和污垢,并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物。
●St3非常彻底的手工和动力工具除锈
除锈应比St2更为彻底,底材显露部分的表面应具有金属光泽。
3.2表面处理等级图示
起始锈蚀程度:
(图示从左至右分别为B、C、D)
•等级A氧化层紧密附着于表面
•等级B氧化层开始锈蚀
•等级C氧化层已经锈蚀
•等级D氧化层严重锈蚀,出现麻点
初始表面
轻度喷砂:
商用喷砂:
近白喷砂:
白金属喷砂:
3.3表面粗糙度及其评定
喷砂、抛丸、手工和动力除锈,其目的除达到前述一定的表面清洁度外,还会对钢铁表面造成一定的微观不平整度,即表面粗糙度。
对于涂漆前钢铁表面的粗糙度通常以一些主要的波峰和波谷间的高度值来表示。
钢铁表面粗糙度对漆膜的附着力,防腐蚀性能和保护寿命有很大影响。
钢铁表面合适的粗糙度有利于漆膜保护性能的提高,粗糙度太小,不利于漆膜的附着力的提高,粗糙度太大,如漆膜用量一定时,则会造成漆膜厚度分布的不均匀,特别是在波峰处的漆膜厚度不足而低于设计要求,引起早期的锈蚀,此外,粗糙度过大,还常在较深的波谷凹坑内截留住气泡,将成为漆膜起泡的根源。
对于常用涂料,合适的粗糙度范围以39—75um为宜。
涂装前表面粗糙度的控制主要靠调整磨料粒度大小,形状,材料和喷射速度,作用时间等工艺参数,其中以磨料粒度大小对粗糙度影响较大。
下表列出美国钢结构涂装协会(SSPC)喷射不同磨料所测得的粗糙度。
磨料及牌号
最大粒度(目)
最大粗糙度(um)
钢砂G80
通过10
32.5-75
钢砂G50
通过25
82.5
钢砂G40
通过18
90
钢砂G25
通过16
100
钢砂G16
通过12
120
钢丸S-170
通过20
45-70
钢丸S-230
75
钢丸S-330
82,5
钢丸S-390
通过11
目数80的特细砂最大粗糙度为37um
目数12的粗砂最大粗糙度为70um
国际标准化组织制定的评定喷射处理之后钢铁表面特性的ISO8503标准中规定了显微测量法,触针测量法和ISO表面粗糙度基准比较样块三种评定办法。
实际上,仍采用传统的用带有探针和刻度表的Elcometer123粗糙度测量仪,或用RUGOTESTNo.3或COATTEST标准比较样板等方法测量或评定表面粗糙度。
4磨料选择
接近球型的钢丸磨料可以通过用水、空气或其它方法去切割熔融的钢流而得到。
钢丸的性能如硬度、化学成分、尺寸及微结构应满足SAEJ827(推荐使用的规范)的各项要求。
带有棱角的钢砂可以通过将钢砂压碎而得到(SAEJ827)。
由于制造钢砂的过程中的回火时间的长短各不相同,钢砂的硬度范围从Rockwell30到66。
一般来讲,最常用的三种钢砂的硬度范围是Rockwell40~50,Rockwell55~60,Rockwell60~66。
前两种的硬度范围的钢砂主要用于一般的结构钢的表面清理,而第三种钢砂常用于涂层需要比较深的粗糙度,或者是在一些特别硬的表面需中等程度粗糙度。
经过钢丸喷砂清理的表面比较平,由钢砂处理的表面的凹粗糙度比较大,而且磨料的硬度的越大,粗糙度越大。
根据本文3.1中的锈蚀程度分类,习惯上的钢质磨料的分类应用如下:
·
钢丸:
一般应用于锈蚀等级A或B
钢砂(40-50RC):
对于锈蚀等级C和D最有效,但也广泛应用于锈蚀等级A和B
钢丸/钢砂(钢丸40-50RC/钢砂55-60RC的混合物):
尽管这种方法不常用,但是这种磨料却使用于所有的锈蚀等级,尤其是对锈蚀等级C、D,混合比建议为7:
3。
由于钢砂的硬度比较大,比较容易破碎,所以这种在实际操作中并不能很恰当的控制混合型的磨料的混合比例。
可以在砂丸混合操作中使用适当的机械设备而保证混合式磨料中钢砂与钢丸的比例,从而得到一种新的磨料。
一般来讲,在这种经过混合的磨料中钢砂的含量稍微大一些,对此,操作者在实际操作中应对此给予适当的重视。
可以是自然界的天然产物、工业的副产品、或者是专门生产而得。
自然界的天然磨料包括石英砂、橄榄石、十字石、燧石、石榴石、锆和致密石英岩。
工业副产品磨料包括在金属冶炼(如炼镍、铜的炉渣)、发电厂(燃煤或锅炉的废渣)、以及农业产品(如核桃壳、花生壳、谷物皮等)。
专门生产的磨料包括金刚砂、氧化铝、玻璃喷丸等。
钢材的表面清理常用的磨料是硅砂、熔渣、十字石、橄榄石和石榴石。
表3钢材表面喷砂清理的最常用的钢质砂料
表3应用于各种类型结构钢的表面喷砂清理的钢砂料
砂料类型
尺寸
硬度
丸
砂
40-50
55-60
新钢结构
﹨
S170-S390
焊接的新钢结构
G50-G25
热处理的钢板
重钢板
S230-S390
已受到腐蚀的钢材
焊接氧化皮
S170-S280
扫砂清理
修理
G50-G40
保养
G80-G18
磨料的尺寸范围是指可循环磨料喷砂清理系统中使用的磨料混合物。
有关进一步的信息见第一部分的第二章(钢结构的涂装施工手册)
表4喷砂清理使用的铸铁丸说明书
表4喷砂清理中使用的铸铁丸的说明书
NBS的筛号
标准尺寸(mm)
筛的尺寸(in)
筛的标准尺寸及筛号及对应于累计通过的百分比(同SAE的相关标准相对应)
S3120
S1110
S930
S780
S660
S550
S460
S390
S330
S280
S230
S170
S110
S70
4
4.75
0.187
全过
——
5
0.157
6
3.35
0.132
最小90%
7
2.8
0.111
最小97%
8
2.36
0.094
10
2
0.079
最小85%
12
1.7
0.066
最大5%
14
1.4
0.056
16
1.18
0.047
18
1
0.039
最小96%
20
0.85
0.033
最大10%
25
0.71
0.028
30
0.6
0.023
35
0.5
0.02
40
0.425
0.017
45
0.355
0.014
————
50
0.3
0.012
最小80%
80
0.18
0.007
0.125
0.005
200
表5喷砂清理使用的铸铁砂说明书
表5喷砂清理中使用的铸铁丸的说明书
G10
G12
G14
G16
G18
G25
G40
G50
G80
G120
G200
G325
0.19
0.16
0.13
0.11
0.09
0.08
80%
0.07
90%
0.06
0.05
75%
0.04
85%
0.03
70%
0.43
0.36
0.01
65%
60%
55%
300
20%
4.3天然矿石和工业废渣磨料
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