CN108355939B - 基于激光技术的钢结构表面防腐施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光技术的钢结构表面防腐施工工艺，按照以下步骤进行：S1：防腐处理前验收；S2：表面激光处理；S3：粗糙度检测；S4：底层涂覆；S5：底层附着力检测；S6：防腐层涂覆；S7：防腐层厚度检测。采用本发明提供的基于激光技术的钢结构表面防腐施工工艺，存在施工效率高、现场条件要求低、防腐寿命长、经济性好、无职业伤害、不影响环境、受环境影响小等优势，具有极佳的市场推广和应用的前景。

Description

基于激光技术的钢结构表面防腐施工工艺

技术领域

本发明属于防腐工程技术领域，具体涉及一种基于激光技术的钢结构表面防腐施工工艺。

背景技术

钢结构设备及设施长期暴露在空气或腐蚀环境中通常都会发生电化学腐蚀，因此，大部分钢结构工件需要进行防腐处理。在钢结构防腐施工中，对钢结构工件的表面处理是整个防腐施工的重要环节，表面处理质量的好坏直接关乎于防腐层涂覆的稳定性与使用寿命。

现有的钢结构表面处理方法主要包括喷砂除锈、抛丸除锈、机械除锈、酸洗除锈、超声波除锈和高压水射流除锈等方法。这些方法各自的优缺点都十分明显，其中相对更优也是应用最广的是喷砂除锈。喷砂除锈主要通过颗粒喷射的冲蚀作用以达到表面清洁和适宜的粗糙度，具备除锈效率高、成本低等优势，但是存在以下问题：

1、职业伤害大，长期作业的工人易患尘肺病等职业病；

2、环保问题严重，易污染周边环境；

3、狭窄空间施工易产生高分贝噪音；

4、场地要求高，需要专用场地放砂和筛砂；

5、除锈精度难以把控，易对锈蚀部位附件的局域器件造成损伤；

6、后续工序无法及时跟进，由于喷砂除锈完成后，现场扬尘严重，需将钢结构工件转运或静置等待后才能进行防腐层涂覆；

7、废砂处理会产生二次污染，且废砂转运成本高。

因此，随着环保问题的日益突出及各方管理的加强，急需引入一种全新的环保型施工工艺，以克服传统方法进行施工的问题。因而我们想到利用激光的物理特性，既能够对钢结构表面进行处理，又能够克服上述传统施工方法存在的问题。但是，目前的激光清洁方法虽然能够清洁钢结构的表面，但是处理完成的钢结构表面不具有满足防腐材料附着力的粗糙度，根本无法达到防腐施工的要求。解决以上问题成为当务之急。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种基于激光技术的钢结构表面防腐施工工艺，具有施工效率高、现场条件要求低、不易发生二次氧化、防腐寿命长、经济性好、不影响环境和无职业伤害等优势。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种基于激光技术的钢结构表面防腐施工工艺，其要点在于，按照以下步骤进行：

S1：防腐处理前验收

对待处理的钢结构工件进行验收：不合格，拒绝接收，合格，接收并进入下一步骤；

S2：表面激光处理

利用激光发生设备处理钢结构工件的表面，去除钢结构工件表面的锈、泥、油和水分等杂质，并使钢结构工件表面的粗糙度大于等于75μm；

S3：粗糙度检测

检测钢结构工件表面的粗糙度是否大于等于75μm：否，返回步骤S2，是，进入下一步骤；

S4：底层涂覆

在钢结构工件表面涂覆至少一层底漆；

S5：底层附着力检测

检测底漆的附着力是否合格：否，返回步骤S2，是，进入下一步骤；

S6：防腐层涂覆

在底漆上涂覆至少一层防腐层；

S7：防腐层厚度检测

检测防腐层的厚度是否合格：否，返回步骤S2，是，施工完成。

利用喷砂除锈、抛丸除锈、机械除锈、酸洗除锈、超声波除锈和高压水射流除锈等传统方法，需要在除锈步骤以前对钢结构工件进行预清洗，以去除钢结构工件表面的油、泥等杂质；尤其是喷砂除锈和抛丸除锈受天气影响大，在雨天等湿度较大的气候条件下时根本无法作业。而采用以上方法，激光发生设备发射的激光脉冲不仅能够去除钢结构工件表面的铁锈、油、泥等杂质，还能够同时挥发掉作业面的水分，在表面形成局部淬化，不易发生二次氧化，同时使钢结构工件表面具有防腐级的粗糙度(大于等于75μm)。并且，激光处理现场不会有大规模的扬尘及污染，无需静置等待即可进行防腐层涂覆的工序，不但大幅提高了整个防腐施工的效率，而且不会影响周边环境，操作者不会患尘肺病等职业病。同时，利用激光扫描的对钢结构表面进行处理的方式不受钢结构形状和构造的限制，既能够应用于狭窄空间，又能够对异形表面进行除锈等处理，使激光处理后的钢结构工件表面干净、粗糙度适宜，使底层具有更大的附着力，从而大幅提高了防腐寿命，并且能够在湿度不大于95％的环境下进行作业，适应性极强，另外，该工艺无需其他辅助设备及材料，有380V工作电源甚至发电机即可，其便利性也远远优于传统工艺。

作为优选：步骤S2中，所述钢结构工件的表面在激光发生设备的作用下形成由多个凹坑组成的微表面结构。采用以上方法，通过微表面结构，在钢结构工件表面形成防腐施工所必须的粗糙度，使底层能够更好地附着在钢结构工件表面上，延缓防腐层和底层发生的起泡、脱落等现象的时间，有效延长了防腐寿命。

作为优选：所述微表面结构由激光发生设备扫描钢结构工件表面至少两遍得到，且任一遍激光扫描形成的凹坑的密集度小于上一遍激光扫描形成的凹坑的密集度。采用以上方法，凹坑在钢结构工件表面形成无序排列，进而形成无序的粗糙面，快速在钢结构表面形成防腐级的粗糙度(大于等于75μm)，以大幅提高底层的附着力，使涂覆层(底层和防腐层)不易整体脱落，这样的设计能够有效延长底层和防腐层的使用寿命。其中，任一遍指的是第N遍，N为大于等于2的正整数。

作为优选：任一遍激光扫描的路径垂直于上一遍激光扫描的路径。采用以上方法，能够更加快速地使凹坑在钢结构工件表面形成无序排列，从而提高了激光处理的效率。其中，任一遍指的是第N遍，N为大于等于2的正整数。

作为优选：任一遍激光扫描形成的凹坑的大大小于上一遍激光扫描形成的凹坑的大小。采用以上方法，能够在钢结构工件表面形成更加无序的凹坑排列，以大幅提高底层的附着力，使涂覆层(底层和防腐层)不易整体脱落。

作为优选：所述微表面结构由激光发生设备扫描钢结构工件表面一遍得到，该微表面结构由交替排列的第一条形部和第二条形部组成，该第一条形部和第二条形部均由沿平面阵列分布的凹坑组成，所述第一条形部中凹坑的密集度大于第二条形部中凹坑的密集度。采用以上方法，凹坑密集度更大的第一条形部在干燥地区与底层的结合性能更好、使用寿命更长，而凹坑密集度更小的第二条形部在潮湿地区与底层的结合性能更好、使用寿命更长，因此，第一条形部和第二条形部交替排列，各自作为对方的隔断，使涂覆层(底层和防腐层)不易整体脱落，这样的设计能够有效延长底层和防腐层的使用寿命；另外，凹坑密集度更大的第一条形部对水性涂覆层的附着力更好，而凹坑密集度更小的第二条形部对油性涂覆层的附着力更好，因此，大幅提高了激光发生设备的通用性，无需时常调整激光发生设备的参数，降低了对操作工人能力的要求，减少了人工成本。

作为优选：步骤S2中，所述激光发生设备的功率为1000w-2000w，扫描幅宽为200mm-400mm，最大焦距大于等于500mm，处理效率大于等于20m²/h。采用以上方法，使激光发生设备对钢结构工件表面的处理效率满足应用需求，同时具有足够大的焦距，以更加适应于狭窄空间和异形表面，便于工人操作。

作为优选：步骤S2中，所述激光发生设备产生的单脉冲激光的波长为1064nm。采用以上方法，既能够快速处理去除钢结构工件表面的油、泥、水等杂质，又不会对钢结构工件产生穿透性伤害，同时能够在钢结构工件表面快速地形成由凹坑组成的微表面结构。

作为优选：步骤S5中，采用画格法或拉开法对底层的附着力进行检测，对每100㎡钢结构工件表面上抽检2-10个点。采用以上方法，操作简单，易于实现，能够对钢结构工件表面的底涂质量进行高效且相对准确的检测。

作为优选：当底层采用水性底涂时，检测底层的附着力是否大于等于1.66MPa，当底层采用环氧类底涂时，检测底层的附着力是否大于等于5Mpa。采用以上方法，无论是水性底涂，抑或是环氧类底涂，均能够可靠地附着在钢结构工件表面，且附着力较传统方法更大，防腐寿命更长。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用本发明提供的基于激光技术的钢结构表面防腐施工工艺，存在施工效率高、现场条件要求低、防腐寿命长、经济性好、无职业伤害、不影响环境、受环境影响小等优势，具有极佳的市场推广和应用的前景。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为钢结构工件微表面结构其中一种实施方式的示意图；

图3为钢结构工件微表面结构另一种实施方式的示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种基于激光技术的钢结构表面防腐施工工艺，按照以下步骤进行：

S1：防腐处理前验收

对待处理的钢结构工件进行验收，主要验收钢结构工件是否存在焊缝，焊疤数量和表面积占比是否符合要求。如果钢结构工件验收不合格，则拒绝接收钢结构工件，钢结构工件返回上一工序进行返工处理；如果钢结构工件验收，则接收钢结构工件，并进入下一步骤。

S2：表面激光处理

利用激光发生设备处理钢结构工件的表面，去除钢结构工件表面的锈、泥、油和水分等杂质，并使钢结构工件表面的粗糙度大于等于75μm，达到防腐级别，能够使底层可靠地附着在上面。

钢结构工件表面激光除锈的原理：通过高功率密度、短脉冲的激光作用于金属表面，表面非金属材料(杂质)吸收激光能量后迅速气化，并几乎同时形成大量稠密的高温、高压等离子体。该等离子体继续吸收激光能量急剧升温膨胀，然后爆炸形成高强度冲击波作用于金属表面。当冲击波的峰值压力超过材料的动态屈服强度时，材料发生塑性变形并在表层产生垂直于材料表面的压应力。激光作用结束后，由于冲击区域周围材料的反作用，其力学效应表现为材料表面获得较高的残余压应力和冲击凹坑，其中残余压应力会降低交变载荷中的拉应力水平，使平均应力水平下降，从而提高疲劳裂纹萌生寿命。同时残余压应力的存在，可引起裂纹的闭合效应，从而有效降低疲劳裂纹扩展的驱动力，延长疲劳裂纹扩展寿命。

激光发生设备的参数如下：

1、主机功率达到1000w-2000w，主机重量不超过400kg，采用380v动力电源，最大耗能不超过6kwh。

2、激光枪头采用手持式，便携性好，重量不超过5kg，该激光枪头与主机之间通过光纤连接，该光纤的长度大于30米，灵活性好，以适应于不同的场景。

3、扫描幅宽可调，以200mm～400mm为宜；最大焦距可调，且大于等于500mm，处理效率大于等于20m²/h。

进一步地，激光枪头与负压发生器连接，能够回收返尘，尤其便于清理狭小空间施工时的返尘。

需要指出的使，所述激光发生设备产生的单脉冲激光的波长优选为1064nm，既能够快速处理去除钢结构工件表面的油、泥等杂质，又不会对钢结构工件造成穿透性损伤。

请参见图2和图3，在本步骤中，所述钢结构工件的表面在激光发生设备的作用下形成由多个凹坑a组成的微表面结构，该微表面结构可以有多种实施方式。

其中一种实施方式：

请参见图2，所述微表面结构由无序排列的凹坑a组成，在钢结构工件表面形成无序的粗糙面，以大幅提高底层的附着力。具体地说，所述微表面结构由激光发生设备扫描钢结构工件表面至少两遍得到，并且，任一遍激光扫描的路径垂直于上一遍激光扫描的路径，即横竖交替施工。进一步地，且任一遍激光扫描形成的凹坑a的密集度小于上一遍激光扫描形成的凹坑a的密集度，任一遍激光扫描形成的凹坑a的大小大于上一遍激光扫描形成的凹坑a的大小。使钢结构工件表面快速形成大小各异且无序排列凹坑a，使钢结构工件表面的粗糙度达到防腐标准，以大幅提高底层的附着力。需要指出的是，通过改变激光的扫描速度(凹坑a的间隔)及焦距(凹坑a的大小)进行二次或多次冲击扫描，可使凹坑a变得无序，进而增加涂覆材料的附着力(对于水性底涂，在同一粗糙度条件下，激光处理后的钢结构工件表面的附着力是喷砂处理后的钢结构工件表面的附着力的1.40倍左右)，大幅延长防腐期限。

举一个该实施方式的实例，先如图2中左上角的I小图所示的方式在钢结构工件表面横向扫描一遍，再如图2中右上角的II小图所示的方式在钢结构工件表面竖向扫描一遍，这一遍产生的凹坑a密集度小于第一遍，而凹坑a的大小则大于第一遍，最后又如图2中左下角的I小图所示的方式在钢结构工件表面横向扫描一遍，这一遍产生的凹坑a密集度小于第二遍，而凹坑a的大小则大于第二遍，最终，在钢结构工件表面形成了如图2中右下角所示的无序排列的凹坑a组合。其中，扫描速度：第三遍＞第二遍＞第一遍，而凹坑a大小的调整则是通过调整焦距实现的。

另一种实施方式：

请参见图3，所述微表面结构由交替排列的第一条形部1和第二条形部2组成，该第一条形部1和第二条形部2均由沿平面阵列分布的凹坑a组成，所述第一条形部1中凹坑a的密集度大于第二条形部2中凹坑a的密集度。采用这样的设计，凹坑a密集度更大的第一条形部1在干燥地区与底层的结合性能更好、使用寿命更长，而凹坑a密集度更小的第二条形部2在潮湿地区与底层的结合性能更好、使用寿命更长，因此，第一条形部1和第二条形部2交替排列，各自作为对方的隔断，使涂覆层(底层和防腐层)不易整体脱落，这样的设计能够有效延长底层和防腐层的使用寿命；另外，凹坑a密集度更大的第一条形部1对水性涂覆层的附着力更好，而凹坑a密集度更小的第二条形部2对油性涂覆层的附着力更好，因此，大幅提高了激光发生设备的通用性，无需时常调整激光发生设备的参数，降低了对操作工人能力的要求，减少了人工成本。

S3：粗糙度检测

检测钢结构工件表面的粗糙度是否大于等于75μm：否，返回步骤S2，是，进入下一步骤。当钢结构工件表面的粗糙度大于等于75μm时，达到防腐级别，能够进行底涂。

S4：底层涂覆

在钢结构工件表面涂覆至少一层底漆，以能够稳定可靠地附着防腐层。需要指出的是，底漆通常采用水性底涂或者环氧类底涂，经实验证明，在同样的钢结构工件表面通过激光处理和喷砂处理出相同的粗糙度，无论是采用水性底涂还是环氧类底涂，均在激光处理过的钢钢结构工件表面具有比喷砂处理过的钢钢结构工件表面更大的附着力，详见下表：

表1激光处理和喷砂处理后底涂附着力试验数据对比表

由表1可知，激光处理后钢结构表面底涂的附着力是喷砂处理后钢结构表面底涂的附着力的1.4倍左右，这是由于激光处理后的相变硬化原理，激光处理后的钢板比喷砂处理后的钢板返锈时间延长两倍以上，并且由于激光处理后的表面几乎没有返尘以及返尘后形成的二次氧化，其洁净度远高于喷砂处理后的钢板，因此，激光处理过的钢钢结构工件表面具有比喷砂处理过的钢钢结构工件表面更大的附着力。

S5：底层附着力检测

检测底漆的附着力是否合格：否，返回步骤S2，是，进入下一步骤。

本步骤中，优选采用画格法或拉开法对底层的附着力进行检测，对每100㎡钢结构工件表面上抽检2-10个点，当底层采用水性底涂时，检测抽检点的附着力是否大于等于1.66MPa，当底层采用环氧类底涂时，检测抽检点的附着力是否大于等于5Mpa。

S6：防腐层涂覆

在底漆上涂覆至少一层防腐层。所述防腐层或为涂覆在底层上的至少一层面层，或为涂覆在底层上的至少一层中间层以及涂覆在最外层中间层上的至少一层面层，换句话说，面层至少需要一层，而是否需要中间层以及中间层的层数则根据具体使用场景而定。

S7：防腐层厚度检测

检测防腐层的附着力是否合格：否，返回步骤S2，是，施工完成。本步骤中，如果防腐层采用漆类，则采用厚度检测仪进行检测，如果防腐层采用胶泥、板材、FRP等，则一般采用电火花检测法。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于激光技术的钢结构表面防腐施工工艺，其特征在于，按照以下步骤进行：

S1：防腐处理前验收

对待处理的钢结构工件进行验收：不合格，拒绝接收，合格，接收并进入下一步骤；

S2：表面激光处理

利用激光发生设备处理钢结构工件的表面，去除钢结构工件表面的锈、泥和水分，并使钢结构工件表面的粗糙度大于等于75μm；

所述钢结构工件的表面在激光发生设备的作用下形成由多个凹坑组成的微表面结构，所述微表面结构由激光发生设备扫描钢结构工件表面一遍得到，该微表面结构由交替排列的第一条形部和第二条形部组成，该第一条形部和第二条形部均由沿平面阵列分布的凹坑组成，所述第一条形部中凹坑的密集度大于第二条形部中凹坑的密集度；

S3：粗糙度检测

检测钢结构工件表面的粗糙度是否大于等于75μm：否，返回步骤S2，是，进入下一步骤；

S4：底层涂覆

在钢结构工件表面涂覆至少一层底漆；

S5：底层附着力检测

检测底漆的附着力是否合格：否，返回步骤S2，是，进入下一步骤；

S6：防腐层涂覆

在底漆上涂覆至少一层防腐层；

S7：防腐层厚度检测

检测防腐层的厚度是否合格：否，返回步骤S2，是，施工完成；

步骤S2中，所述激光发生设备的功率为1000w-2000w，扫描幅宽为200mm-400mm，最大焦距大于等于500mm，处理效率大于等于20m²/h ，所述激光发生设备产生的单脉冲激光的波长为1064nm。

2.根据权利要求1所述的基于激光技术的钢结构表面防腐施工工艺，其特征在于：步骤S5中，采用画格法或拉开法对底层的附着力进行检测，对每100m² 钢结构工件表面上抽检2-10个点。

3.根据权利要求1或2所述的基于激光技术的钢结构表面防腐施工工艺，其特征在于：当底层采用水性底涂时，检测底层的附着力是否大于等于1.66MPa ，当底层采用环氧类底涂时，检测底层的附着力是否大于等于5MPa 。

Images