热镀锌螺纹孔新型防护工艺研究_杨浩.pdf

新技术新工艺 年第期 新技术新工艺 工艺与材料热镀锌螺纹孔新型防护工艺研究杨浩，王东亮，周传昆（常州博瑞电力自动化设备有限公司，江苏 常州 ）摘要：电网行业内，对热镀锌件的质量要求越来越高，其中螺纹孔的热镀锌防护工艺研究尚少，需展开研究。首先通过分析热镀锌螺纹孔防护工艺的产品需求及问题难点，分别介绍了螺栓防护、硅酸盐类耐高温涂层防护及软木塞防护等种工艺方式的防护原理，进一步通过在水冷底座产品热镀锌件上进行试验。根据对种工艺防护方式的稳定性、清孔便利性及对锌池的污染风险进行对比，结果表明当固化时间满足 要求时，耐高温涂层的防护工艺最优；软木塞防护工艺稳定性较差，易脱落污染锌池；螺栓防护工艺对安装工艺要求较高，实际生产过程中难以满足要求，且螺栓拆卸过程中易断裂，加大了清孔难度。建议量产阶段，通过优化工艺路线确保满足固化时间要求，选用耐高温涂层防护工艺。关键词：热镀锌；螺纹孔；防护工艺；耐高温涂层；稳定性；固化时间中图分类号：文献标志码：，（，）：，：，作为钢产品生产及消耗大国，热镀锌工艺以其自身高效率、低成本的防护方式被广泛应用于我国的各行各业中，在电网行业中，对热镀锌件的质量要求也越来越高，这其中对螺纹孔的热镀锌防护研究尚少，本文就此问题展开研究。目前，常州博瑞电力自动化设备有限公司水冷产品本体底座螺栓安装孔热镀锌防护采用在螺纹孔安装螺栓进行防护，在热镀锌结束后，拆除防护螺栓噪声大，耗时长，并存在螺栓断在螺纹孔内的情况，从而降低产品的生产效率及质量，需要对其防护工艺进行研究。在降低对锌池污染风险的前提下，如何确保防护工艺的高稳定性及高效率是本文研究的重点。防护原理防护通用原理：将螺纹孔与锌液隔离，以防止锌液固化在螺纹孔表面，从而破坏螺纹。通过了解目前国内外大型构件热镀锌时对螺纹孔防护的方式，经过前期调研，确定研究对比种工艺防护方式，来提高防护效果的稳定性及便利性。）使用螺栓填充螺纹孔进行防护。通过拧紧螺栓，使得螺栓与螺纹孔充分贴合，从而填充缝隙，隔绝锌液渗入到螺纹孔内，从而起到防护的效果。）硅酸盐类耐高温涂层。在螺纹孔表面刷涂硅酸盐类耐高温涂层，影响防护效果的个主要因素：硅酸盐类涂层的耐高温性能、附着力及热膨胀系数。附着力及热膨胀系数选取适中，可保证涂层与碳钢保持较高的粘附力，在热镀锌过程中耐高温涂层不发生脱落，较好的耐高温性能可确保涂层在锌池 高温中保持耐磨性及胶结能力，且后续通过攻丝工具去除耐高温涂层。DOI:10.16635/ki.1003-5311.2023.02.011工艺材料 新技术新工艺 工艺与材料）碳化机理 。使用软木塞堵塞螺纹孔进行防护，影响防护的个主要因素：木材的结构强度、膨胀及收缩系数，在 中，木材发生碳化部分半纤维素的降解对自身结构强度影响较小，同时平衡含水率（）降低，导致木材不易膨胀或收缩。防护工艺安装原理图如图所示。）螺栓防护）耐高温涂层防护）软木塞防护图热镀锌防护工艺原理图防护工艺试验根据本公司产品需求及热镀锌工艺要求，螺纹孔尺寸为 ，防护选用 热镀锌螺栓、硅酸盐类耐高温涂层（本研究选用德州晶火科技公司旗下产品进行实验研究）和硬木双向堵塞。委外热镀锌厂家为常州发迪。研究的判断依据如下：）螺栓拆卸难度或断裂风险系数；）耐高温涂层及硬木双向塞的稳定性；）对锌池的污染风险。螺栓防护工艺研究变量：螺栓与螺纹间的间隙（本研究过程中默认间隙值为），螺栓顶部伸出量；耐高温涂层的研究变量：涂覆后的固化时间；双向楔形木塞手动紧固处理。防护工艺的实物图如图所示。）螺栓）涂覆耐高温涂层）双向楔形木塞图热镀锌防护工艺实物图根据本次研究的工艺可拟定木塞、螺栓及涂层的防护方式（见表）。表防护方式对比方案防护方案变量参数变量值平行试验数量对比试样无无无 方案一螺栓 伸出量 方案二耐高温涂层固化时间 方案三双向楔形木塞预紧力 防护工艺对比作为对比试样（见图），热镀锌前螺纹孔未做防护，锌液会大量堆积在螺纹孔内，使用钻孔器或者铲刀清除时，极易破坏螺纹，对比试样中的 组平行式样，热镀锌后螺纹孔均无法使用。新技术新工艺 年第期 新技术新工艺 工艺与材料）对比试样整体外观）铲刀清除图对比试样 螺栓防护在锌池 高温下，螺纹孔与螺栓之间发生粘连现象，取决于间隙，强力拆除的过程中同样会对螺纹孔中的螺纹有一定的损伤；螺栓伸出部分会被锌液包裹，防护螺栓拆除困难，拆除时噪声大，耗时长，并存在螺栓断在螺纹孔内的情况 。本研究默认间隙为，因此，热镀锌后扭出力矩仅与伸出量有关，使用力矩扳手测量扭出力矩，根据其结果可绘制曲线图（见图）。图扭出力矩与伸出量关系变化曲线从图中可知，螺栓的拆卸扭出力矩随伸出量增加而增加，且从拟合曲线可知，扭出力矩随伸出量的增长速率先快后慢。当控制螺栓顶部螺纹伸出量接近时，扭出力矩约为，拆卸较为便利，当伸出量逐步增大到左右，即伸出个螺纹牙时，此时扭出力矩达到 ，拆卸较难，伸出量进一步增大后，螺栓扭出过程中发生断裂现象（见图）。）热镀锌后螺栓外观）螺栓断裂图螺栓防护工艺在使用扳手将螺栓扭出的实操过程中发现，当伸出量时，清空过程时间较长，约为 孔；当伸出量 时，清空过程时间较短，约为 孔，提高工时约，大幅缩短清孔工时，但需前端安装时严格控制伸出量，增加了安装工时。耐高温涂层防护硅酸盐类耐高温涂层的防护效果取决于固化后的粘接力和脆性，在保证粘接力的同时，防止因脆性过大，引起涂层表层脱落，降低防护效果，同时还会污染锌池。首先对耐高温涂层的固化效果与时间进行跟踪，其各阶段的效果如图所示。）固化工艺材料 新技术新工艺 工艺与材料）固化）固化图耐高温涂层的固化效果经过 固化后，耐高温涂层已经完全硬化，内部无流体；当固化时间进一步增大，达到 时，附着力提高，边角位置开始发生起层的现象；当固化时间 时，脆性增大，裂纹增多，经热镀锌工艺处理后，对比涂层的防护效果如图所示。）固化）固化）固化图耐高温涂层的防护效果对比涂层外观变化及防护效果与固化时间的图片可知，经 固化，涂层附着力较差，热镀锌后全部发生剥落，且平面位置也跟随发生剥落，剥落的涂层碎屑污染锌池；经 固化，涂层附着力明显提高，但未达到胶结能力要求，因此部分发生剥落，部分顶部出现锌渣堵塞；经 固化，涂层外观无明显变化，粘接力满足工艺要求，整个热镀锌过程中未发生剥落，对锌池无污染，且螺纹孔内无明显锌渣。使用攻丝钻孔工具进行清孔（见图），并观察记录清孔过程对比可知，固化涂层不满足要求，螺纹孔基本失效，固化涂层部分粘接力不满足工艺要求，锌渣堵塞位置较难去除，合格率为，固化涂层合格率为，且涂层脆性提高，钻孔后涂层呈粉末状，大大节省清孔工时，且对螺纹孔无影响。）攻丝工具）清除的涂层呈粉末状图攻丝清孔 软木塞防护采用楔形木塞保护孔内螺纹，在高温、无氧环境新技术新工艺 年第期 新技术新工艺 工艺与材料条件下，木材高度碳化，但不会燃烧，防止锌液进入样品的螺纹孔，从而保护了孔内螺纹。其防护效果如图所示。图软木塞防护效果由于木塞表层无法与锌液形成合金相层，因此木塞表面无法包络锌层，木塞的拆卸难度较低，提高了清孔效率。在锌池高温环境中，木塞发生碳化，微观层面上连接纤维素与半纤维素的氢键断裂，宏观层面木塞体积减小，造成滑脱的现象，图中、个孔均由于木塞滑脱而造成孔堵塞的现象，锌渣堆积量主要取决于木塞滑脱的时间，同时滑脱后的木塞会进入锌池中，从而污染锌池，未滑脱的木塞试样中，由于木塞的体积减小，导致与螺纹孔之间产生微小间隙，锌液渗入堆积在螺纹孔内部，此次木塞防护的螺纹孔合格率为 ，防护工艺稳定性较差。结语热镀锌前的螺纹孔需进行防护，其防护工艺总结如下。）软木塞应用木材碳化机理，可有效防止木塞在高温环境中失效，同时不与锌液结合，整体拆卸难度较低，但由于体积的缩小，导致滑脱或与螺纹孔产生间隙，防护合格率较低，因此不宜考虑使用。）螺栓防护工艺能完全实现锌液与螺纹孔的隔离，前处理安装工序中，应保证螺栓顶部伸出量，适用于小体积少量孔防护工艺。）耐高温涂层防护工艺操作较为简单，在产品周转周期满足 固化时间的前提下，能够确保 的防护合格率，且对锌池无污染，适用于大面积批量孔的防护工艺。）在本公司工程水冷底座产品上进行大量的热镀锌防护工艺试验，耐高温涂层有效防护合格率约为 ，螺栓防护由于对操作要求较高，易产生安装误差，合格率约为 。建议实际生产过程中可优化工艺以保证 的固化时间，选用耐高温涂层防护的方式。参考文献陈威，焦小雨，赵自强，等热镀锌钢在中国北方土壤环境中的腐蚀行为 电镀与涂饰，（）：张振岳，岳增武，姜波，等热浸镀锌产业在钢结构腐蚀防护中的应用现状材料保护，（）：李俊朋，于亮亮 对热镀锌技术的最新发展的探讨中国石油和化工标准与质量，（）：王少龙，康立伟，田惟维，等稀土元素在热镀锌中的应用及研究进展 新技术新工艺，（）：，（）：，（）：，（）：陈振进，朱相荣钢铁热浸铝防护技术的开发全面腐蚀控制，（）：陈伟民，英廷照，陈扬枝，等氟硅酸盐微晶玻璃的热膨胀性能研究无机材料学报，（）：李洁，陈凤鸣，张烜铭，等磷酸盐基耐高温防护涂层 甘肃科技，（）：，王文忠钢铁件热镀锌电镀与环保，（）：刘星雨高温热处理木材的性能及分类方法探索北京：中国林业科学研究院，（）：，（）：张双红 热镀锌层上钼酸盐转化膜、硅烷膜及钼酸盐硅烷复合膜的研究广州：华南理工大学，作者简介：杨浩（），男，工程师，硕士，主要从事金属热加工处理及防护工艺应用等方面的研究。收稿日期：责任编辑王锦宣