热带沿海高铁硬横梁锈蚀整治浅析

热带沿海高铁硬横梁锈蚀整治浅析

张铁民

中铁电气化铁路运营管理有限公司 北京 100036

摘 要：硬横梁是整个接触网的重要组成部分，硬横梁锈蚀断裂将侵入行车限界严重引起行车安全隐患，通过技术分析找出解决硬横梁锈蚀问题的方法，对保障运输秩序具有重要意义。

关键词：热带高铁；硬横梁；腐蚀

引言 ：国内对热带沿海高铁设备维护尚无参照依据、成熟的经验，海南环岛高铁作为全球第一条热带地区环岛高铁，自海南环岛高铁开通以来，陆续出现硬横梁锈蚀等一系列问题，因此特殊环境下的硬横梁维护很值得我们去研究。

1 热带沿海铁路气候环境特点

海南环岛高铁沿海而建，横跨亚热带和热带，属于典型的热带沿海环境。热带沿海环境最显著的特点是高温高湿。湿热环境是指年度最低气温为+5℃、最高气温为+40℃，相对湿度RH≥95%时的最高温度为+31℃，最大绝对湿度为30g.m-1的环境（GB/T4797.1），具有温度高、湿度大、降雨量高的特点。而沿海高温高湿地区除了具有湿热环境的特点外，还具有盐雾浓度大，对金属易造成大气腐蚀的特点，另外，根据当地生产和生活情况，排放的气体对大气环境造成一定程度的污染，构成了还有多种污染物的大气环境，使得腐蚀现象变得明显加快，常见的污染物有SQ2、HF、H2S等。湿度、相对湿度、盐雾是海洋大气环境下影响金属腐蚀的主要环境因素，沿海高温高湿环境会对金属造成严重的腐蚀现象，对该区域建设运营的高铁接触网装备安全可靠性能带来严重的威胁。海南环岛高铁东段线路自2010年开通运营至今已有10年之久，西段线路自2015年开通也已有5年的时间，部分设备腐蚀情况相较于内陆线路表现的十分明显。
2海南环岛高铁硬横梁设备防腐蚀

海南环岛高铁硬横梁采用的是三角形钢管硬横梁结构，海口东站由于跨越股道较多，单独出图进行了设计，其余车站均采用的是通化（2008）1401—V规定的硬横梁。

2.1 硬横梁设计防腐要求

设计对于硬横梁的防腐方式规定：所有钢构件及紧固件均采用热浸镀锌防腐。钢构件锌层附着量不低于610g/m^2，即任何局部锌层厚度不低于86μm。紧固件锌层附着量不低于350g/m^2，即任何局部锌层厚度不低于50μm。热浸镀锌应在制作质量检验合格后进行；热浸镀锌之前，构件应在除去油污、油漆、焊渣等表面污垢和杂质后进行酸洗；锌层表面应具有实用性光滑，不允许有锌刺、滴瘤和多余结块，并不得有过酸洗现象；热浸镀锌后必须对构件进行矫正；热浸镀锌漏镀面应用罐装冷喷锌或富锌底漆、面漆各一道进行修复；锌层应与基体金属结合牢固，不得有过酸洗或欠酸洗引起结合性能的缺陷。按GB/T2694规定的试验方法进行锤击试验后，锌层不剥离、不凸起；热浸镀锌的锌层应均匀，用硫酸铜溶液浸湿四次后不应露铁；热浸镀锌钢管硬横跨有喷涂要求时，应符合TB/2920.2的要求。

2.2海南环岛高铁硬横梁运行情况

海南环岛高铁2010年投入运行，2018年日常维护中发现一组硬横梁出现了锈穿的现象。

利用内窥镜、镀锌厚度测试仪对2010年投入运行的硬横梁进行了检查。排查发现硬横梁内部锈蚀率达到近60%。

测量该处钢管厚度数据如下：

从上述照片和数据可以看出，该组硬横梁下行侧第一组横杆的水平横杆与下弦杆连接处的厚度为3.97mm，与5mm的设计标准厚度相差较多，而内窥镜检查也确认该处横杆内外部均存在锈蚀情况。

2.3 锈蚀原因分析

钢管硬横梁由三根钢管主材及钢管腹材组成三角形桁架结构，主材与腹材连接处相贯线焊接连接，矫正后三级热浸镀锌，硬横梁锈蚀与腕臂锈蚀表现出的性状相似，均是由管壁内部向外锈蚀。截面如下：

针对锈蚀部位结合海南环岛高铁所处地理环境，可以认为硬横梁发现锈蚀主要是以下几方面的原因：

2.3.1钢管与钢管间相贯线连接焊接，虽能做到单面焊双面成形，但受曲线焊缝及内部空间的限制，钢管内部的焊缝成形质量不及外表面的成形质量光滑,凹凸不平的表面不利于热浸镀锌，易形成微小的封闭表面。

2.3.2 主材与腹材以相贯线的形式交接，内部空间不可避免的出现死角，酸液不易完全清理干净,镀锌时也易形成封闭的空间，锌液不能完全接触钢管内壁,造成漏镀。

2.3.3 热浸镀锌需要将锌块加热至熔融状态，将横梁整体浸入锌池约5分钟，温度446度左右，在此期间钢管内部的空气被加热膨胀，若没有出气孔，高温高压的空气将冲破焊缝释放压力，并在锌锅内产生爆炸。为保证安全，克服此现象，需要在腹杆上开设镀锌工艺孔，不管采用何种封堵方式封堵工艺孔，都不能完全避免空气、雨水、污染物进入钢管内部,并在内部死角处沉积,这也是造成钢管内部防腐质量不及外部防腐质量的原因之一。

2.3.4 经了解，在内陆地区，相同的产品运行后还没有发生类似锈蚀的现象。热带沿海地区典型的亚热带海洋性气候，潮湿空气、重盐雾，对钢材的腐蚀性强是钢管锈蚀最重要的原因。

3 改进建议

针对管型硬横梁内部锈蚀不易观察，考虑到沿海地区防风性能的需要，建议在热带沿海地区使用的硬横梁改变结构方式，将钢管硬横梁改为角钢格构式硬横梁，该类型硬横梁已在福厦线使用。主材、腹材为角钢搭接焊接，焊缝封闭。焊绑全部为外部焊缝，没有内部空间，从根本上解决内部镀锌的问题，且便于后期运营维护中对硬横梁状态检查。角钢格构式硬横梁性能要求如下：

3.1主材、腹材采用Q345B材质的角钢，以加强横梁、钢柱强度。

3.2 结合热带沿海强腐蚀性气候环境特点，对硬横梁外表面热浸镀锌后封闭，建议采用热浸镀锌+高铝锌基（50/50）合金涂层+环氧封闭漆+氟碳面漆的复合层在镀锌层上形成封闭层以延长硬横梁使用寿命。

结束语：
分析高铁硬横梁的锈蚀原因和机理，进一步研究高铁硬横梁的防腐蚀措施，提出整治方案，对于提高高铁设备质量，保证高铁运输安全稳定有着极其重要的意义。

参考文献：

[1]于万聚．高速电气化铁路接触网．成都：西南交大大学出版社，2003年6月

[2]王勋．电气化铁道概论．北京：中国铁道出版社，2009年2月

[3]刘让雄 李日福．电气化铁路供电系统运行与管理．北京：中国铁道出版社，2014年8月
作者简介：
张铁民 ，男，1978年7月，石家庄铁道大学（2016年1月毕业），电气工程及其自动化，中铁电气化铁路运营管理有限公司北京维管段，段长（助理工程师）

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