文/壁千刃

早在“海上聯(lián)合—2014”中俄聯(lián)合軍事演習(xí)期間，就曾有網(wǎng)友在港口附近拍攝到了俄羅斯軍艦上的水兵在忙碌地為“潘捷列耶夫海軍上將”號(hào)大型反潛艦的部分設(shè)備武器刷涂防銹油漆，此事引來網(wǎng)上一片熱烈的討論。不久前，有媒體報(bào)道稱菲律賓當(dāng)年擱淺在南海仁愛礁上的老舊登陸艦生銹非常嚴(yán)重，船體多處已被銹穿，直通大海。由此可見，艦艇總有“刮不完的鐵銹”。實(shí)際上，對(duì)全球海軍而言，艦艇除銹技術(shù)都是一個(gè)重要的課題。

銹對(duì)艦艇的影響

海水本身含有大量鹽分，海水中的電解質(zhì)和電荷比淡水有更強(qiáng)的銹蝕/腐蝕效應(yīng)，在惡劣的海洋環(huán)境下，船體鋼很容易發(fā)生腐蝕或生銹，會(huì)嚴(yán)重影響整體性能，導(dǎo)致船體強(qiáng)度下降、局部腐蝕破損、航行速度下降等后果。長(zhǎng)期浸沒在海水水線以下的艦船殼體，不僅受到海水腐蝕，還可能受到各種海生物(如貝類、海藻類、海草等)和其他污物的附著，使船殼受到污損或生銹，導(dǎo)致艦船航行時(shí)的表面阻力增大、航速降低。對(duì)于戰(zhàn)斗艦船而言，直接影響到艦船的戰(zhàn)斗力。由于海洋艦船運(yùn)行環(huán)境對(duì)船體的腐蝕程度嚴(yán)重，長(zhǎng)時(shí)間航行的艦船表面會(huì)產(chǎn)生氧化銹蝕現(xiàn)象，銹層能有效地阻滯氧進(jìn)入金屬表面，同時(shí)也能加速金屬的腐蝕口，因此，對(duì)其必須進(jìn)行定期的除銹噴漆維護(hù)，以確保艦船航行安全。艦船除銹是為了去除船體鋼鐵表面的氧化層和銹蝕物以及舊漆層，徹底的除銹可為噴漆提供良好的接觸基底，從而確保噴漆的質(zhì)量，以更好地保護(hù)船體。

由于船舶在航行期間船底無法保養(yǎng)維修，必須在船舶進(jìn)塢或上排時(shí)才能進(jìn)行修理，因此，要求船底涂料在經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)允許的范圍內(nèi)盡可能地延長(zhǎng)使用壽命，以提高經(jīng)濟(jì)效益和減少維修和保養(yǎng)的費(fèi)用。現(xiàn)各國都廣泛使用長(zhǎng)效的船底防銹漆，同時(shí)使用自拋光型船底防污漆。這樣隨著船舶的航行，防污漆不斷釋放毒料并溶解，在船舶定期維修時(shí)，只需用高壓水沖掉殘存的防污漆和少量海生物附著，可大大減少維修費(fèi)用和周期。美國等發(fā)達(dá)國家則擁有水下刮船器，可對(duì)大型艦艇和輔助船直接在水下刮除海生物以延長(zhǎng)防污期效。

艦艇除銹全方位透視

目前，艦船常用的除銹方法有手工除銹、機(jī)械除銹、高壓水射流除銹、噴砂除銹、機(jī)器人爬壁除銹等。

（一）手工除銹

在中俄“海上聯(lián)合-2014”聯(lián)合軍事演習(xí)落下帷幕的第二天上午，中國海軍“鄭州”艦與俄羅斯海軍導(dǎo)彈巡洋艦“瓦良格”號(hào)對(duì)公眾開放。據(jù)登艦者所觀察，“瓦良格”號(hào)平時(shí)刷防銹漆工作很粗糙。經(jīng)常航行的船舶出現(xiàn)掉漆生銹本是家常便飯，除銹補(bǔ)漆也是一門海軍的基本功夫。根據(jù)普通要求，對(duì)于船上的銹跡，應(yīng)該用刮刀將銹斑全部刮除，然后反復(fù)涂刷3-4遍防銹漆后再涂上灰色底漆，這樣處理的艦艇表面雖然可能存在油漆新舊導(dǎo)致的色差，但基本不會(huì)有大的凹凸。而俄艦的狀態(tài)，很明顯是直接略過了刮銹這一“臟活”步驟，簡(jiǎn)單涂漆了事。而從凹凸的厚度看，這種“處理”已經(jīng)反復(fù)經(jīng)歷了好幾次，絕不僅僅是此次出訪的應(yīng)急面子工程，而是日常標(biāo)準(zhǔn)操作。這種掩耳盜鈴的刷漆除銹，非但不能保護(hù)艦艇表面，還會(huì)因?yàn)殇P跡影響油漆的附著力，導(dǎo)致艦艇更快在海上掉漆和更大面積的生銹。

手工除銹的工具有敲銹錘、除銹鏟、刮銹刀、鋼絲刷等，一般厚的銹斑用榔頭敲松再用鏟刀鏟除。手工除銹，工具簡(jiǎn)單，方法易行，幾乎不受作業(yè)場(chǎng)所的限制。目前，各國艦艇進(jìn)行日常除銹作業(yè)，仍經(jīng)常采用手工除銹的，手工除銹工具主要有：敲銹錘用來清除鋼鐵面上較厚的鐵銹、疏松的氧化皮及舊涂膜。使用敲銹錘時(shí)，刃端不可磨得過于鋒利，否則會(huì)在鋼板表面造成深痕。清除鋁、銅及木質(zhì)表面的舊涂膜，不得使用敲銹錘，以免損傷物面。刮銹刀用來刮除舊涂膜和薄鐵銹的工具，端部成三角形。除銹鏟形似鍋鏟的除銹工具，帶有較長(zhǎng)的木柄，主要用來清除船底的銹污。鋁刮刀用于鏟除鋁質(zhì)、銅質(zhì)物面的舊涂膜和海生物，不易損傷物面，但鋁刮刀由于硬度不夠不適于處理鋼鐵表面的銹。鋼絲刷是板刷狀的除銹工具，用來刷凈經(jīng)敲擊和刮除后留在鋼鐵物面的殘跡。不平滑的鋼鐵表面經(jīng)敲擊和刮除后，必須用鋼絲刷刷凈；用銅絲制成的板刷狀除銹工具，用于清除鋁合金、銅質(zhì)表面經(jīng)刮除后留下的殘跡。噴燈用來燒熔木器上較牢固的舊漆，使之焦軟起泡，然后用刮銹刀除掉。清除質(zhì)厚的鋼鐵物面上大面積貼除牢固的舊涂膜，也可以用噴燈。

然而，手工除銹由于工人操作時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作條件差，因而除銹效率低，一般速率為2m2/h一5m2/h，難以去氧化皮等污物，除銹效果不佳，難以達(dá)到規(guī)定的清潔度和粗糙度。因此，隨著艦艇除銹行業(yè)的快速發(fā)展，手工除銹已變得落后，滿足不了實(shí)際生產(chǎn)的需要。但在修船過程中，特別是對(duì)局部缺陷的修補(bǔ)，仍常采用此力法。對(duì)于機(jī)械除銹難以達(dá)到的部位，如狹小艙室、型鋼反面角隅邊緣等作業(yè)困難區(qū)域也多用手工除銹。

（二）機(jī)械除銹

小型風(fēng)動(dòng)或電動(dòng)除銹主要以電或壓縮空氣為動(dòng)力，裝配適當(dāng)?shù)某P裝置，進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以適應(yīng)各種場(chǎng)合的除銹要求。如角向磨光機(jī)、電動(dòng)鋼絲刷、風(fēng)動(dòng)針束除銹器、風(fēng)動(dòng)敲銹錘、齒型旋轉(zhuǎn)除銹器等，屬于半機(jī)械化設(shè)備，工具輕巧、機(jī)動(dòng)性大，能較徹底地去除銹、涂層等能對(duì)涂層進(jìn)行打毛處理，效率比手工除銹大大提高，可在任何部位使用特別在修船過程中得到廣泛應(yīng)用。一般配備于涂裝站，艦艇廠修時(shí)可借用。外國艦艇常用的小型風(fēng)動(dòng)除銹工具有：風(fēng)動(dòng)砂輪機(jī)結(jié)構(gòu)和一般砂輪機(jī)差不多，為手持式，主要用于清除鑄件毛刺，修光焊縫，修磨大型機(jī)械表面。風(fēng)動(dòng)敲銹鏟由手柄、開關(guān)、套筒、汽缸、鏟頭等組成。壓縮空氣驅(qū)動(dòng)汽缸活塞運(yùn)動(dòng)，連于活塞的敲銹鏟即可除銹，適用于狹窄處。針束除銹機(jī)由錘體和手柄組成，壓縮空氣驅(qū)使錘體作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，于是針束隨之反復(fù)撞擊工作面，使其表面的銹蝕脫落。其特點(diǎn)是：針束可隨作業(yè)面曲面的形狀而自行調(diào)節(jié)針束往復(fù)的幅度，以徹底清潔銹蝕。針束除銹器主要用于彎曲、狹窄、凹凸不平處及角縫處，其壓縮空氣耗量少，操作簡(jiǎn)便。便攜式吸塵除銹機(jī)由除銹機(jī)和吸塵裝置兩部分組成，除銹機(jī)的風(fēng)動(dòng)馬達(dá)上裝有三爪刀盤，刀片為硬質(zhì)合金制成，刀盤上裝有護(hù)罩，可起到強(qiáng)化局部吸塵和安全防護(hù)的作用。分離式電動(dòng)除銹機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過軟軸帶動(dòng)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)，刀片在隨刀盤運(yùn)動(dòng)中以高速敲擊和刮削金屬面，使銹蝕脫落。銹蝕較輕或用刀片清理過的表面，可以把刀盤卸下，換成鋼絲刷，對(duì)作業(yè)面作進(jìn)一步的處理。分離式電動(dòng)除銹機(jī)操作靈便，適用于焊縫、鉚釘、邊角、縫隙的除銹。然而，不能去除氧化皮，表面粗糙度較小，不能達(dá)到優(yōu)質(zhì)的表面處理質(zhì)量工效較低。

（三）噴砂除銹

干噴砂設(shè)備是利用壓縮空氣將砂粒經(jīng)噴咀以高速作用于艦體而清除銹污的裝置。輸送砂粒有壓力、吸入、重力等不同方式，砂粒通過噴咀的砂旋塞進(jìn)人噴砂管，在3-6個(gè)大氣壓的作用下，噴向作業(yè)面。砂子一般用一定直徑的石英砂或河砂。濕噴砂設(shè)備是一種砂加水的噴砂除銹裝置，優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境污染小，缺點(diǎn)是效率低。其工作過程是：砂和水分貯于砂罐和水罐，砂在7千克力/厘米2的氣壓作用下，水分別進(jìn)入噴咀以高速噴出。為防止作業(yè)面再次生銹，在水中加人0.5-2.5%防銹劑，可保持8-16晝夜不生銹。噴丸設(shè)備與干噴砂設(shè)備相似，是用金屬彈丸代替砂粒，因而效率更高。其彈丸氣壓為1-8個(gè)大氣壓，噴咀用高硬度鋼制成，每個(gè)噴咀使用壽命13-25天。 噴丸設(shè)備的操作人員與作業(yè)面、設(shè)備等是隔開的，工作間的墻壁為避免噴丸影響，覆以5毫米橡皮。拋丸設(shè)備是向高速旋轉(zhuǎn)的葉輪裝入鋼丸，鋼丸隨即高速拋向作業(yè)面的封閉式除銹裝置，使用較多丸的材質(zhì)是除銹效果的關(guān)鍵，常用材料有海砂、河砂、鋼渣、鋼丸、鐵丸、鋼絲段等。船底拋丸除銹機(jī)是船塢專用設(shè)備。載于車上的船底拋丸除銹機(jī)，其鐵丸的出口由液壓系統(tǒng)控制升降，外面罩以密封柜。作業(yè)時(shí)升降裝置將拋丸出口對(duì)準(zhǔn)作業(yè)面，密封柜與船體緊貼，鐵丸以高速?zèng)_擊船底后又彈回貯丸缸內(nèi)。

（四）超高壓水射流除銹

隨著超高壓水射流技術(shù)的發(fā)展，上個(gè)世紀(jì)末，超高壓水射流達(dá)到200 MPa,可以實(shí)現(xiàn)無磨料的純水除銹。為了防止水射流除銹返銹,采取了真空技術(shù)，將幾個(gè)除銹噴嘴安裝在1個(gè)真空腔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)真空水及廢料回收，起到良好的防止返銹的效果。高壓水射流除銹通常是選用超高壓純水射流或者是較低壓力的脈沖射流。另外，也可使用帶磨料的高壓水射流來實(shí)現(xiàn)除銹、剝除舊漆層的目的。水射流磨料除銹是在高壓水射流中摻有石英砂，磨料剝削能力強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)效果好，然而船塢很大，磨料的輸送需要腳手架輸送起來不容易，且船塢環(huán)境潮濕，保證磨料干燥較困難。但是，目前這種技術(shù)還不夠成熟，且由于除銹過程中要求盡量保持干燥的操作環(huán)境，而純高壓水射流除銹方式存在被除銹后船體表面的輕微返銹問題，對(duì)于這種現(xiàn)象，通常是選擇恰當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)涂料或在水中加入定量的化學(xué)緩蝕劑來抑制返銹，這樣卻會(huì)造成環(huán)境污染問題，并且在施工過程中難以定性定量操作。到目前為止，超高壓水射流除銹已經(jīng)成為西方發(fā)達(dá)國家的主要除銹技術(shù)。新射流如脈沖射流、空化射流和磨料射流的相繼出現(xiàn)，增加了切割、剝離、破碎等能力，提高了水射流除銹質(zhì)量。隨著社會(huì)對(duì)艦船除銹行業(yè)提出了更高的效率、潔凈率及環(huán)保要求，高壓水射流艦船除銹技術(shù)在各國的應(yīng)用日漸廣泛。這一不返銹現(xiàn)象對(duì)表面預(yù)處理艦船除銹技術(shù)是至關(guān)重要的。相對(duì)于干噴砂除銹工藝，超高壓水射流除銹工藝不但有除銹效率高、除銹效果好的優(yōu)點(diǎn)，尤其是該工藝僅使用水作為除銹介質(zhì)，水射流不會(huì)造成二次污染，清洗過后無特殊要求不需進(jìn)行清潔處理，無有害物質(zhì)排放與環(huán)境污染問題，可以清洗形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物件，能在空間狹窄、條件惡劣的場(chǎng)合進(jìn)行作業(yè)，清洗快速、徹底。水射流技術(shù)環(huán)保、無污染、工作環(huán)境友好?？梢灶A(yù)見，該技術(shù)今后在艦船除銹方面有很廣闊的應(yīng)用前景。

（五）爬壁機(jī)器人除銹

隨著社會(huì)環(huán)保力度的加大，及仿生學(xué)、微機(jī)電一體化、新型驅(qū)動(dòng)器、高分子材料等新技術(shù)，新理論的應(yīng)用，在先進(jìn)的艦艇除銹成套設(shè)備中，執(zhí)行系統(tǒng)多采用環(huán)保、安全、高效的除銹爬壁機(jī)器人。例如德國Hammelmann公司研制的艦船除銹設(shè)備就有手持噴槍及清洗器、自動(dòng)除銹車和除銹爬壁機(jī)器人等。美國研制了用于搭載艦船除銹清洗器的M系列爬壁機(jī)器人。M系列爬壁機(jī)器人采用永磁吸附，兩塊大吸附力的永磁鐵分別安置于機(jī)器人的前軸和后軸的下面，強(qiáng)大吸附力的永磁鐵能夠承受機(jī)器人216千克的重量以及近百米長(zhǎng)的真空回收管路和超高壓水射流管路負(fù)載重量，并且能夠透過船壁6.3 毫米厚的涂料層將機(jī)器人牢牢地吸附在豎直船體表面，永磁鐵與艦船壁面之間存在一定的間隙，避免了機(jī)器人轉(zhuǎn)彎時(shí)永磁鐵與艦船壁面之間的滑動(dòng)干摩擦，機(jī)器人能夠靈活地行走和轉(zhuǎn)向。機(jī)器人傳感器、電機(jī)等電器元件完全被密封，有效地防止了超高壓水管路泄漏、水射流噴濺或雨水等因素對(duì)電子元器件的影響。該機(jī)器人搭載質(zhì)量大、負(fù)載能力強(qiáng)、除銹速度快、除銹效率高,采用兩臺(tái)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，除銹速度可達(dá)500 毫米/秒，除銹寬度達(dá)到380 毫米。然而，難以在非結(jié)構(gòu)化壁面工作。M系列爬壁機(jī)器人適用于壁面近似豎直、平坦的廣闊船壁兩側(cè)，但是不適合在船頭、船尾、艦船腹底等大曲面非結(jié)構(gòu)化壁面上作業(yè)，結(jié)構(gòu)需要進(jìn)一步小型簡(jiǎn)單化，制造和維護(hù)成本較高，重量需進(jìn)一步減輕。不能在艦船的非結(jié)構(gòu)化壁面上實(shí)現(xiàn)附壁。

存在問題

艦船除銹是艦船表面鋼質(zhì)材料的預(yù)處理，是艦船涂裝前的首要任務(wù)，是修船和造船的關(guān)鍵步驟。隨著社會(huì)對(duì)艦船除銹行業(yè)提出了更高的效率、潔凈率及環(huán)保要求，機(jī)器人除銹技術(shù)在各國艦船除銹的應(yīng)用日漸廣泛。可以預(yù)見，機(jī)器人除銹技術(shù)在今后有很廣闊的應(yīng)用前景。然而，艦艇除銹對(duì)除銹機(jī)器人的要求高，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)具有在鋼質(zhì)船體豎直或者近似豎直的壁而上可靠的吸附能力。 (2)具有良好的沿艦船壁面上爬和轉(zhuǎn)彎的驅(qū)動(dòng)能力。(3)具有良好的承載較大的清洗器重量、負(fù)載管路重量和機(jī)器人本體重量的負(fù)載能力。(4)具有良好的艦船壁面移動(dòng)行走性能，包括越障能力、抗傾覆能力。機(jī)器人負(fù)載大、本體重、負(fù)載大則要求機(jī)器人吸附力大、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。然而，機(jī)器人吸附力大會(huì)造成機(jī)器人行走和轉(zhuǎn)彎困難，也會(huì)導(dǎo)致吸附元件重量加大。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大則會(huì)導(dǎo)致所選的驅(qū)動(dòng)元件重量加大。因此，除銹機(jī)器人可能出現(xiàn)的問題如下：

(1)由于在除銹上作過程中存在艦船壁面法向的射流反沖力，較大的射流反沖力將影響機(jī)器人的附壁能力，對(duì)機(jī)器人吸附不利，可能造成機(jī)器人后翻。

(2)主要工作在船體兩側(cè)較為垂直的鋼質(zhì)表面，由于大型艦船兩側(cè)很高，因此，機(jī)器人拖帶的負(fù)載管路會(huì)更長(zhǎng)、更重，超出一定船壁高度，機(jī)器人仍然可能存在驅(qū)動(dòng)和附壁性能不足的問題。

(3)艦船船頭和船尾結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非結(jié)構(gòu)化囚素較多，因此，除銹機(jī)器人尚不具備在艦船船頭和船尾工作的能力。

(4)為滿足修船效率要求，以艦船除銹時(shí)間短為目標(biāo)，需要加大除銹清洗器尺寸，這就對(duì)除銹機(jī)器人的負(fù)載能力有了更高的要求。此外，在搭載一定型號(hào)的清洗器、保證除銹質(zhì)量的前提下，提高機(jī)器人移動(dòng)速度有助于提高除銹效率。

結(jié)語

迄今為止，艦船除銹工藝經(jīng)歷了磨料射流技術(shù)、超高壓純水射流技術(shù)和爬壁機(jī)器人真空超高壓水射流成套技術(shù)三個(gè)發(fā)展階段。第一階段，磨料射流除銹將水可以除銹變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，除有磨料飛濺污染外，水加砂型的磨料水射流濕式除銹基本消除了環(huán)境污染，但是，磨料射流除銹中難以連續(xù)均勻地輸送磨料，在船廠船塢的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果不佳。第二階段，超高壓純水射流可以解決磨料的連續(xù)輸送問題，但是，人工手持噴槍除銹作業(yè)是比較危險(xiǎn)的，而且船壁進(jìn)行射流除銹后有一些水分積累，很快會(huì)重新生銹，即返銹。第三階段，采用爬壁機(jī)器人搭載除銹清洗器作業(yè)，將超高壓水射流除銹、真空系統(tǒng)抽干并排渣、爬壁機(jī)器人執(zhí)行除銹作業(yè)三者成套設(shè)計(jì)于一體，采用水射流除銹，然后真空抽干水分并回收銹渣來防止返銹，應(yīng)用大型爬壁機(jī)器人搭載除銹清洗器遙控作業(yè)可以保證操作安全，使得除銹質(zhì)量和效率明顯提高。