一、緣起

民國65年左右,筆者在台電林口電廠,從事161KV開關場礙洗設備基礎,及管路開挖、埋設等土木工程的監造工作。當工程順利進行過半的某日,台北的隊本部來電要筆者返隊。原來部門主管,要筆者為「協和電廠345KV開關場P24及P29鐵構工程」(以下簡稱P24及P29鐵構工程)的鐵構加工製造,從事駐廠檢驗的工作。因為當時的隊部,除了筆者有鋼構監造施工經驗外,其他的同仁幾乎都沒有。因此筆者衹好勉為其難的將林口電廠礙洗土木工程移交給其他同仁,銜命遠赴高雄二苓地區某船舶機械公司,從事鋼構駐廠的檢驗工作。

P24及P29鐵構工程的鋼料約360噸,以當時的熱浸鍍鋅的單價7元/kg來計,光鋼料的熱浸鍍鋅費用就需要約250萬元。廠商為使鐵構從進料、加工、製造、熱浸鍍鋅等,連成一貫作業,藉以節省鐵構的製作成本,乃斥資在廠區的空地上設置熱浸鍍鋅廠。因此筆者在駐廠檢驗期間,不但歷經了鐵構的實足尺寸的放樣、加工、製造、假組立的檢驗,而且也親眼目睹熱浸鍍鋅的整個過程、遭遇的困難及障礙的排除,玆將所見述說如下供參考。

二、熱浸鍍鋅廠的設置

熱浸鍍鋅槽之設置必須考量鐵構件之尺寸,寬度至少保持5公分以上,而高度至少保持20公分以上。為因應P24及P29鐵構工程鐵構件,熱浸鍍鋅槽長約12公尺寬約1.5公尺深約2.2公尺,是以以電焊方式將3塊約1吋厚的鋼板組合成長方形槽體。耐火磚砌罝熱浸鍍鋅爐,以噴射重油點火的方式為其加熱的燃料,酸洗槽內的酸液是採用鹽酸,而水洗槽的水以及冷卻槽的水,採用一般常溫的自來水,烘乾室則採電熱方式烘乾。而鍍鋅料則使用表面標記為9999鋅塊。鐵構件從酸洗、水洗、烘乾、熱浸鍍鋅以及冷卻過程全部仰賴吊車的運搬,為了控制熱浸鍍鋅的溫度及品質,特別準備溫度計及磁性測膜儀。

三、熱浸鍍鋅前之進料檢查

檢查鐵構件表面是否有缺陷、污染、變形;是否有依施工圖在鐵構件表面打鋼印編號;有內隔板之鐵構件,應確認是否依規定,在適當位置,留設適當大小之鋅流通孔、與排氣孔及吊耳裝置,若發現有以上情事,立即通知加工製造部門,進行整修處理後,再進行後續的熱浸鍍鋅作業。

四、熱浸鍍鋅過程應注意事宜

經過水洗後之鐵構件表面,一定要徹底烘乾,否則鐵構件浸入鍍鋅槽剎那,鍍鋅槽內之鋅液,會強力往四面飛濺,P24及P29鐵構工程之鐵構件,在初期熱浸鍍鋅過程,就曾經發生工作人員來不及躲而被燙傷的事件。

五、熱浸鍍鋅槽之保養

雖然採用純度9999的鋅塊,還是有些微的雜質,在熱浸鍍鋅過程中,隨著鐵構件的持續浸鍍,槽內鋅液逐漸消耗、需定時補充鋅塊,雜質積少成多,會下沉至槽底形成的鋅渣(膏),必須定時撈起廢棄。否則一旦累積過量,會造成鍍鋅槽底之破裂,P24及P29鐵構工程之鐵構件,在初期熱浸鍍鋅過程,就曾經發生兩次槽底之破裂事件,損失不少的鋅塊,經請教專人及不斷的摸索,才探討出上述造成槽底破裂之原因。

六、熱浸鍍鋅過程品質的管控

P24及P29鐵構工程,依台電物料規範:熱浸鍍鋅附著量為600g/m2,均勻性為五次未著銅(以硫酸銅溶液,試驗(洗)試片末著銅之次數,來檢測鍍鋅表面之均勻性),而熱浸鍍鋅過程品質的管控,是以附著量為主,剛開始每鍍完一根鐵構件,就以磁性膜厚計,檢測鐵構件鍍鋅膜厚,再量測鍍鋅液的溫度,累計多次所得到之經驗是:要達到600g/m2的附著量,槽內鋅液溫度是4500C±50 C
。鋅液溫度低於4400C以下者,鍍鋅膜厚較高,反之,鍍鋅液的溫度高於4600C以上者,鍍鋅膜厚較低。

先以磁性膜厚計,檢測鐵構件鍍鋅膜厚,若量測鍍鋅膜厚不足,則經過酸洗將鋅層去除乾淨後重鍍;檢查鐵構件鍍鋅表面,有尖銳危險之鋅垂滴時,利用研磨機或銼刀去除,至於鍍鋅表面允許修補之裸點總面積,一般為鍍鋅製品全部表面積的0.5%以下,而單一裸點面積不得大於5cm2,若超過以上規定,則經過酸洗將鋅層去除乾淨後重鍍,而鍍鋅表面之裸點則以鋅漆補修。

七、熱浸鍍鋅傷痕或剝離的整理

鐵構件(尤其是長構件)浸入在4500C左右高溫之鍍鋅槽內後,馬上又浸入常溫之自來水槽內冷卻,難免有彎曲變形之情形。於油壓機矯正彎曲變形過程,或於運搬過程中,難免會遇到強力衝擊,尤其是銳利角的衝擊,鐵構件熱浸鍍鋅表層會有傷痕或剝離的情形發生時,先以鋼刷或砂輪片等,將不潔物去除使底材露出,再塗上鍍鋅漆待其硬化後即可,若剝離面積大者,可採鋅或鋅鋁熔射方式修補。

八、熱浸鍍鋅品質檢驗

外觀檢查,係以目視或手觸摸來判斷,以鍍鋅目的而言,衹要鍍鋅面平滑、無有害的、未鍍上鋅、變形等缺失就算合格。

檢驗附著量、均勻性、附著性之試驗片之取法,有兩種:一為用相同的鐵材、相同鍍鋅條件的製品當試驗樣品;另一為多種類鐵材組合,無法切下製品為試驗片時,可於鍍鋅前以相同材料做樣品,隨同本體一起鍍鋅後做試片。

附著量檢驗計算方法如下:

附著量(g/m2)= (試片重量-去除鋅後試片重量)/試片表面積。

均勻性一般用硫酸銅作試驗,以試片幾次未著銅為準。依台電的物料規範,一般鋼料附著量為600g/m2,均勻性為5次未著銅,而螺栓附著量為450g/m2,均勻性為4次未著銅。

附著性則可用鎚打試驗法,但材料表面要平滑且厚度須8mm以上。方法為先把試片水平固定,鎚以支持點台為中心,使柄由垂直位置自然落下(鎚如下圖所示),以4mm間距平行打擊5點,每一點不得打擊2次以上,觀察鍍鋅層是否有剝離。

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鎚打法試驗用之鎚子

非破壞性的檢驗,可用磁性膜厚計等測定鍍鋅層厚度,目前此種方法已被廣泛使用,唯使用時必須先以標準膜厚片校正,並做數點測定,取其平均值。以下是附著量換算為鍍鋅層厚度之方法:

鍍鋅層厚度(μ)=鍍鋅附著量(g/m2)/鋅比重(7.2)。

600g/m2鍍鋅附著量,換算鍍鋅層厚度=600/7.2=83.3μ。

九、熱浸鍍鋅品質被質疑之風波處理

台電協和電廠建廠初期,筆者監造的345KV開關場的H型鋼之組裝工程,完工驗收後的某日,接到台電高層的質疑:該H型鋼的熱浸鍍鋅品質有問題。於是筆者單位的主管處責成檢驗單位,直接到現場,將已組立的H型鋼裁切取樣,直接送到試驗室,不但檢測H型鋼熱浸鍍鋅之附著量、均勻性等,並且對H型鋼施作拉抗強度及彎曲試驗,經檢測及試驗皆符合且超過契約的規定,上陳台電高層說明後,才平息被質疑的風波,筆者因此虛驚一場。

十、結語

熱浸鍍鋅用於鐵構件之防蝕,已經超過250年,其主要的防蝕機理,是因鋅的電化學活性較高,在鋼材的表面可形成犧牲陽極,以保護鋼鐵基材;即當鍍鋅層表面有損傷或剝離現象時,被覆在鋼材上的鍍鋅層會消耗,以陰極保護作用來抑止基材腐蝕的發生。

依據ISO 9224-2012定義,平均腐蝕速率(10年的平均腐蝕率)估算,熱浸鍍鋅附著量550g/m2在腐蝕性中等環境,可保有55年以上的防蝕壽命,在腐蝕性很嚴重的環境中,也可維持15年以上的防蝕壽命;另與其他防蝕方法相較,雖然初期費用較高,但可以達到長期免維護的效果,具有高度的經濟性。因此自古至今,被廣泛應用於公路、鐵路、電力、造船、農業水產、藝術作品,及其他土木、建築等工程。

參考資料

1. 范弘芳(106)。淺談鋼結構熱浸鍍鋅施工經驗。技師報,第1061期 。

2. 中華民國熱浸鍍鋅協會(108)。熱浸鍍鋅防蝕與公共工程研討會論文集。

3. 中華民國熱鍍鋅協會( 107)。鋼鐵結構物熱浸鍍鋅問答集。

4. 中華民國熱浸鍍防蝕技術研究基金會及中華民國熱鍍鋅協會(109)。熱浸鍍鋅,NO.68。

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