紧固件防腐蚀在高速电动车组中的应用

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇紧固件防腐蚀在高速电动车组中的应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：紧固件广泛应用在动车组列车上，以确保设备的可靠连接或方便设备的维护更换。动车组列车紧固件连接主要采用螺栓连接方式，在使用过程中，碳钢紧固件会出现腐蚀现象。造成腐蚀的原因有很多种，如何防腐蚀，直接影响列车的可靠运行及维护成本。

关键字：紧固件 电动车组 防腐蚀

中图分类号：C35文献标识码： A

高速电动车组上的各种设备均采用螺栓连接的方式与车体钢结构连接。既保证列车运行的功能，又使得所有部件具有互换性，以充分发挥了大工业化生产的优势。在高速动车组设计中，螺栓的连接大都执行DIN 25201[1]-“铁路车辆及其组件的设计准则-螺栓连接”标准。该标准定义螺栓连接必须有一定的预紧力以承受动态和静态载荷。因此，一些拧紧场合高的螺栓连接必须采用高强度碳钢紧固件。同时对于螺栓紧固长度与螺栓直径比值小于5的螺栓连接，要求必须有防松措施。使用锥形弹簧垫圈来实现防松，而这些锥形弹簧垫圈的材质大部分由碳钢制成。如何防止紧固件的腐蚀，以确保螺栓连接在列车运行中的可靠性和安全性，以及降低因腐蚀而造成的紧固件的频繁更换所带来的维护成本的提高，具有极其重要的意义。

一、产生腐蚀的原因

1.1．环境因素的腐蚀

列车长年穿行在祖国的大江南北，不同的气候环境，大气湿度、温度和盐度对列车上的紧固件有着不同程度的侵蚀。

1.2．接触腐蚀

两种不同的金属相互接触，由于制造原因，金属表面不可能达到绝对平整，两者之间总会存在及其微小的缝隙。当两种金属同时处于腐蚀介质之中时，由于其电极电位不同而会产生电化学腐蚀。发生接触腐蚀时，电极电位较负的金属通常会加速腐蚀，而电极电位较正的金属的腐蚀则会减缓。

紧固件的接触腐蚀是高速动车组存在的最普遍的现象。图1为设计中最基本的螺栓连接方式。

其中，工件的材质可能是不锈钢、铝合金、碳钢、有色金属或非金属材料。而紧固件根据载荷的不同可以是不锈钢或碳钢。列车在运行时，随着气候温度的变化以及环境空气的污染，在紧固件周围会有湿气聚集，接触腐蚀由此产生。

图1 图2

1.3．电化学腐蚀

碳钢紧固件自身暴露在大气环境中，若其表面的防腐蚀涂层由于某种原因出现裂纹或脱落，而导致母材外露，从而产生金属的电化学腐蚀。

1.4．外力破坏造成的腐蚀

列车在高速运行时，经过之处其产生的气流会将地面上的碎石或异物卷起，这些碎石或异物会以高速击打列车特别是底部设备，造成紧固件表面防腐蚀涂层脱落或裂纹，从而使紧固件母材产生腐蚀。

1.5．列车清洁时清洗液的腐蚀

为了保持列车漂亮外观的清洁，每天都会对列车外表面进行清洗。清洗液一般含有酸性或碱性溶剂。而清洗完毕后，在列车底部会有一些清洗液残留并聚集在紧固件四周。见图2。长此以往，导致紧固件出现腐蚀现象。

二、紧固件的防腐蚀措施

根据拧紧场合和风险等级以及螺栓连接所在部位是否易腐蚀将整车化分为5个区域，见图3所示：

图3

A1、A2区域为内装区域，A3、A4为车外不可见区域或可见区域，A5为转向架区域。

2.1．紧固件原材料的选用

根据DIN 25201的风险等级的要求，定义了A1至A5区域紧固件可以采用碳钢或不锈钢材质。对于碳钢紧固件表面防腐蚀处理定义为电镀锌、达克罗涂层或热浸锌。

由于电镀锌的镀层薄，抗腐蚀能力差，且在电镀过程中紧固件会吸附氢，使得螺栓连接又因发生氢脆导致连接失败的危险存在，所以在A3至A5区域紧固件不允许使用电镀锌表面处理，以确保行车安全。

2.2．紧固件的选用

按照DIN 25201要求，当螺栓紧固长度与螺栓直径的比值小于3~5之间的螺栓连接，需要增加防松措施。BST采用的防松措施之一就是在螺栓连接中增加弹簧垫圈。弹簧垫圈一般由弹簧钢制成。BST将两组涂有达克罗涂层的弹簧垫圈交由机械工业通用零部件产品质量监督检测中心做盐雾试验[2] [3] [4]，第一组为弹簧垫圈安装前没有受到预紧力的作用，第二组为弹簧垫圈安装后在预紧力的作用下发生弹性变形。试验证明，第一组完全通过600小时的盐雾试验，而第二组则有部分样件没有通过600小时的盐雾试验，但满足300小时的盐雾试验，见图4。

图4

出现这种现象是因为当弹簧垫圈受力变形时，达克罗涂层与母材的变形系数不同，导致涂层表面因变形而产生细小裂纹，当垫圈长期处在盐雾环境中，从裂纹处发生腐蚀。

如果采用图5所示的不锈钢弹簧垫圈，但该垫圈的成本是图4所示垫圈的10倍，而每辆车需要上万个垫圈，如果全部采用不锈钢弹簧垫圈，则制造成本将大大增加。因此，定义只有在车顶A4区域的螺栓连接采用不锈钢弹簧垫圈。由于达克罗涂层的碳钢弹簧垫圈可以满足300小时的盐雾试验，其它区域仍然采用碳钢弹簧垫圈。

图5

产生腐蚀的根本原因是有不同的电极电位和有氧分子存在。因此，在紧固件设计中首先考虑不同材料的电位差。在设计螺栓连接紧固件与连接件的配合时根据DIN 25201-6 表3，“电位差500mV的实际电压等级”来选择紧固件的表面处理，例如：铝镁合金的连接件，其阳极指数为750mV，而采用奥氏体不锈钢的紧固件，其阳极指数为350mV，两者的电位差为400mV；采用达克罗处理的紧固件，其阳极指数为1150mV，两者的电位差为400mV；均在表3中允许的使用范围内。

2.3．涂隔离胶处理

在设计中因为结构、成本等综合因素，不可避免地会有不同材质的工件或紧固件连接在一起。因此，隔绝空气、水分、清洗液是可靠的防腐蚀方式。采用涂隔离脂的方式就是在螺栓安装达到规定预紧力后，将整个螺栓连接外露四周全部涂特定的隔离脂，以保护螺栓连接不受环境的影响，确保行车安全。见图6。

图6

三、结论

动车组从2006年运行以来，至今最长运行公里以近达280万公里，紧固件的防腐蚀措施保证了螺栓的可靠连接，并保证了列车的安全运行。图7为CRH1动车组完成240万公里，入厂准备进行A4修的螺栓连接状态。

图7

参考文献：

1.德国标准化研究所（DIN）中的“铁路车辆标准化委员会（FSF）”DIN 25201-1~7 铁路车辆及其组件的设计准则-螺栓连接

2.试验标准：GB/T 5270-2005/ISO 2819:1980，金属基体上的金属覆盖层 电沉积和化学沉积层 附着强度试验方法评述

3.试验标准：GB/T 18684-2002 锌铬涂层 技术条件

4.试验标准：GB/T 10125-1997 人造气氛中的腐蚀试验 盐雾试验（SS试验）