铝合金地铁车体典型防腐问题研究

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摘 要：文章介绍了铝合金地铁车体腐蚀产生的原因以及防腐工作对铝合金地铁应用的重要意义，提出了铝合金地铁车体设计结构中的典型问题，并针对性地提出了解决方法，通过相应措施的实施，有效避免或较大程度上减缓了铝合金车体腐蚀问题带来的危害。

关键词：铝合金；地铁；车体；防腐

铝合金地铁车体通常采用大型中空挤压铝合金焊接结构，具有重量轻、强度高、刚度好等特点。但铝合金是一种比较活泼的金属材料，虽然在大气中表面很快会生成耐腐蚀的氧化膜，由于地铁车辆运行于各种不同类型的环境中，如雨雪天、洗车等，在水、氧气及腐蚀性介质的共同作用下，仍可能发生化学或电化学反应进而发生腐蚀。同时，对于铝合金车体局部结构，由于接口或空间限制，会采用铝合金板材进行焊接，焊接结构设计不合理也将导致腐蚀问题的产生。另外，铝合金车体仍不可避免的会采用碳钢或不锈钢材料，如碳钢螺栓、碳钢设备安装梁等，这些结构的存在也可能引起车体密封不严、不同金属的接触等问题，进而导致车体腐蚀问题的出现，严重的甚至会造成结构的破坏。因此，提高车体结构耐腐蚀性对于延长车辆使用寿命、减少车辆维护成本、保证安全运营方面具有重要的意义。下面分析一下铝合金地铁车体防腐所涉及的典型问题。

1 车体主结构防腐

铝合金地铁车体主结构包括底架、侧墙、车顶、端墙、司机室等主要承载结构。由于长期在各种不同类型的大气环境中工作，车体主结构不可避免的会遇到腐蚀问题。车体主结构防腐即指底架、侧墙、车顶、端墙、司机室等大面积外露表面的防腐，该类防腐问题的主要特点是工作量大且与车辆美工直接相关。基于该特点，目前车体主结构防腐方法中效率最高、经济效益最好的是进行表面涂装。铝合金车体表面涂装工艺包括车体基材处理和涂装两大过程，底材处理主要采用喷砂方法，该方法是最通用、效率最高的底材处理方法，特别适用于大面积、大批量作业，但是根据基材的材质和厚度不同，需要选择合适的砂料。车体涂装在基材处理后进行，需要完成多层涂层的施工，主要包括双组份环氧底漆、双组份聚酯弹性腻子、双组份聚氨酯中间层和双组份聚氨酯面漆。其中，双组份环氧底漆的作用主要是强化涂层与车体间的附着力，提高车体防腐性能，因此其施工工艺控制非常重要。为减小转向架和底架设备高频振动对客室舒适性的影响或提高车辆防火能力，在底架下部在喷涂双组份环氧底漆之后，通常还需喷涂阻尼桨或防火涂料。

2 焊接防腐

铝合金地铁车体主要采用焊接结构，车体主结构焊接接头通常采用插接结构（图1）且进行满焊，因此车体主结构一般不会因为结构不当而导致腐蚀问题；但要注意在焊接时，选择合适的焊接参数和填充材料（如焊丝），如果选择不当，可能导致焊缝产生晶间腐蚀和应力腐蚀。

由于局部加强或设备安装接口的需要，铝合金车体非主结构中存在大量搭接、对接和T型焊接接头，如果处理不当就可能导致焊接接头腐蚀问题的产生。为了防止出现以上所述腐蚀问题，车体设计时应考虑通过双面焊、封底焊或密封复合材料的方式保证焊缝背面的密封可靠性，否则在车辆的长期运行中，可能导致从焊缝背部开始腐蚀，当腐蚀累积到一定程度时，就可能导致焊接结构的破坏。例如对于对接单侧焊缝，可采用背部封底焊或单面焊后背部使用密封胶填充的方式来进行防腐。采用密封胶填充时，为提高密封效果，可在打胶部位进行倒角处理（图2）。

对于断续焊，两焊缝之间的空隙，通常可采用密封胶进行填充，防止水及腐蚀性杂质堆积引起焊缝腐蚀（图3）。

3 紧固件防腐

铝合金车体所用紧固件通常需承受较大载荷，材料选用不锈钢或碳钢，当碳钢紧固件涂层选择不当、不锈钢紧固件与铝合金直接接触时均可能出现腐蚀现象，如果腐蚀长期积累，可能会产生结构的破坏，因此紧固件防腐蚀铝合金车体防腐的重要方面。

为解决紧固件防腐问题，通常可采用如下三种方式。

（1）选用不锈钢紧固件。虽然不锈钢紧固件在与铝合金车体以及保护不好的碳钢垫片直接接触时会发生双金属腐蚀，但只要结构设计合理，不锈钢紧固件仍是解决紧固件腐蚀的方法之一。有试验显示，双金属腐蚀的程度跟作为阴阳极部件的接触面积比值有直接关系，当比值趋于无限大时，双金属腐蚀基本可以忽略不计，因此在类似铝合金车体的大面积的铝结构上使用不锈钢紧固件是可行的。

（2）选择合适的涂层。紧固件涂层的选择，首先应依据使用环境考虑，除要求良好的防腐性能外，还需考虑机械及物理和化学性能等方面，如涂层与基体应有足够结合力、涂层须均匀一致以保证螺纹连接配合良好、涂层应具有始终的摩擦系数、涂层应具有良好的性能和抗咬死性能等，同时还应考虑是否适于批量生产及是否会造成环境污染等，经济型和美观性等因素。

基于以上考虑，对于应用环境相对较好的部位，如客室内部，可采用镀锌紧固件；对于直接暴露于外部环境的紧固件，可采用达克罗或交美特涂层，但这两种涂层硬度较底，在运输和紧固件拧紧过程中容易造成破坏，尤其是在螺牙、六角螺栓和螺母的尖角部位等。

对于经常拆装、容易引起拆装破坏的关键紧固件，可采用锌镍合金电镀层。该种涂层耐磨性好，硬度高，可避免螺纹多次拧紧和拆卸时镀层的破坏，同时不会引起氢脆，不改变材料机械性能。但是该涂层成本较高，经济性较差。

（3）紧固件拧紧后进行二次防腐。紧固件安装后（尤其是六角头尖点和铆钉断口部位），可采用补漆、涂抹防锈油脂或防锈腊的方式进行二次防腐，该方式施工灵活、适应性强，是一种简单有效的防腐方式。

4 车体和转向架连接区域防腐

在车辆上体和转向架连接时，为了保证四个空簧面承载均匀，会根据车辆四点称重情况在空簧安装面上部安装调整垫。调整垫通常为不锈钢材质，而空气弹簧上表面和铝合金车体枕梁下表面为铝合金材料且无特殊的防腐处理，且该部位长期暴露于室外，应用环境相对较恶劣，如果不采取防腐措施，将导致调整垫与空气弹簧和车体枕梁之间发生电化学腐蚀。

对于该处防腐，从实际运用效果和施工便利性考虑，可采用涂抹防电化学腐蚀胶的方式进行处理（图4）；另外，转向架和车体连接后，空气弹簧安装座上表面周边的枕梁机加工面，可均匀涂抹一层防锈蜡进行防腐。

5 底架设备安装结构防腐

底架设备安装结构属于车体设计中最重要的环节之一，吊挂结构的强度对于列车的运行安全至关重要。出于结构强度考虑，吊挂结构多采用碳钢结构，且常采用矩形钢管作为承载梁，在大气环境中耐腐蚀性较差，因此必须考虑防腐措施，尤其是钢管内部防腐。

吊挂结构外部防腐通常采用表面涂装方式进行防腐，施工过程与车体主结构防腐类似。但对于钢管内部防腐，通常可采用两种方法：（1）对于结构简单的矩形钢管，可采用空腔喷（防锈）蜡技术进行防腐，但在可能积水的部位，需要在结构上设计排水孔。（2）优化结构。对于采用开口钢梁的结构（图5），如果结构较复杂，型腔内部无法喷涂防锈蜡，则可将敞开式结构变更为封闭结构（图6）。

6 结束语

文章总结了铝合金地铁车体运用过程中容易出现的典型腐蚀问题，通过对这些典型腐蚀问题产生的原因进行分析，提出了相应的防腐措施，对后续类似车体结构设计具有一定的借鉴意义。

参考文献

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