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抗震支架创新与应用

作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2021.02.20
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抗震支架创新与应用虞建石11南通正道金属结构有限公司上海200137摘要:锌铝镁镀层介绍,该镀层以Z、Al、Mg三元合金为主,按Al含量的不…

抗震支架创新与应用

虞建石1  

1南通正道金属结构有限公司 上海200137  

 要:锌铝镁镀层介绍,该镀层以 ZnAlMg 三元合金为主,按Al含量的不同,可分成“低铝”中铝”高铝”三大类围绕镀层成分组织性能应用等方面进行了介绍。南通正道金属结构有限公司将锌铝镁镀层应用在抗震支架上的优势,同时介绍了快速锁紧装置技术四种创新在抗震支架上应用
关键词: 锌铝镁镀层; 高耐蚀; 抗震支架;快速锁紧装置

我国是一个地震多发国家,全41%的国,一半以上的城市位于地震基本烈度7度或7度以上地区。地震发生后会引发灾害和次生灾害,次生灾害包括火灾、水淹、气体泄漏以及建筑物功能损失,由次生灾害引起的伤亡与损失甚至比直接灾害还大。为此《建筑机电工程抗震设计规范》(GB50981-2014)规定抗震设计烈度为6度及6度以上地区的建筑机电工程必须进行抗震设计。近年来各抗震支架生产厂家在支架材质、生产及安装工艺上进行各种创新,南通正道金属结构有限公司在这几个方面进行了多项创新。

1锌铝镁镀层代替热浸锌镀层在抗震支架上应用

南通正道金属结构有限公司是首家将锌铝镁镀层应用在抗震支架上的厂家,这既大大提高了产品的耐蚀性,又提高了产品的质量,同时增强了品牌的美誉度。2019年-2020年连续两年荣获全国十大抗震支架品牌。

1.1锌铝镁镀层分类

锌铝镁镀层是指在现有的热镀锌镀层中添加了一定量的Al、Mg或者在热镀铝锌镀层中添加了一定量的Mg元素的镀层,具有高耐蚀性、高切边保护性能的特点。最早是由日本的日新制钢公司在21世纪初研发并且量产,据说开发的目的是为了代替某些不锈钢的应用场景。国内的钢厂目前酒钢、唐钢和宝武均有生产,随着产业升级,这将是一种逐渐被广泛应用的材料。根据含镁镀层钢板进行归纳分析,绝大部分镀层中镁Mg含量≤3%,又根据镀层中铝含量的不同,将锌铝镁镀层分成三:低铝(wAl<5%)、中铝(5%≤wAl≤13%)和高铝(47% ≤wAl≤57%)。

1.2 锌铝镁镀层组织
Zn、Al为主要成分的热浸镀镀层的显微组织如表1所示,镀层组织的种类主要受Al、Mg含量的影响。当镀液不含Mg时,镀层组织相对简单,如wAl=0.2%的Gl镀层为单一的Zn相;wAl=5%的GalfanR镀层组织为富Zn相和富Al相层片状分布的亚共晶组织1];wAl= 55%的GalvalumeR镀层组织包括富Al枝晶、枝晶间富Zn相及少量针状Si相2]。但当镀液中同时含Al、Mg时,根据Al-Zn、Al-Mg、MgZn 等二元相图 3]镀层组织会变得更复杂。在“低铝”和“中铝”锌铝镁镀层中,会出现初生Zn相或初生Al相,以及Zn/MgZn2二元共晶相和Zn/MgZn2/Al三元共晶相。不同 Al、Mg 含量的镀层截面金相如图1所示4],随着Al、Mg含量增加,初生Zn相的体积分数减少,二元和三元共晶相的体积分数增加,共晶相及Zn/Al相局部放大的形貌如图2所示5]。在“高铝”锌铝镁镀层中,则会增加MgZn2相和Mg2Si相6-7]典型截面金相如图37]所示。

1 以 Zn、Al 为主要成分的镀层组织

镀层

典型 wAl /%

型wMg /%

镀层母层主要相组成 

Gl

0. 2

0

Zn

Galfan的R次方

5

0

Zn /Al 亚共晶

Galvalume的R次方

55

0

Al 枝晶枝晶间富 Zn 少量针状 Si

低铝锌铝镁

13

1 2

初生Zn Zn /MgZn2 二元共晶相Zn /MgZn2 /Al 三元共晶相

中铝锌铝镁

611

3

初生Al Zn /MgZn2 二元共晶相Zn /MgZn2 /Al 三元共晶相

高铝锌铝镁

53

2

Al 枝晶枝晶间富 Zn Mg2 Si MgZn2


图 1 不同 Al、Mg 含量的锌铝镁镀层截面金相组织

“高铝”锌铝镁镀层截面金相

(a) 1% Al-1% Mg;       (b) 2% Al-2% Mg;        (c) 4. 5% Al-3% Mg。 

2 锌铝镁镀层显微组织

锌铝镁镀层显微组织

(a) Zn/MgZn2 ; (b)Zn/MgZn2/Al三元共晶; (c)Zn/MgZn2/Al三元共晶局部放大; (d) Zn /Al。

图 3 “高铝”锌铝镁镀层截面金相

“高铝”锌铝镁镀层截面金相

1.3锌铝镁涂层的优越性

(1)平面耐蚀性

锌铝镁镀层具有显著优于镀铝锌和热镀纯锌的平面耐蚀性。在中性盐雾试验条件下,锌铝镁镀层出现红锈的时间比相同镀层厚度的镀铝锌镀层平均延长了50%以上。在循环腐蚀试验条件下,锌铝镁镀层出现红锈的时间比相同镀层厚度的GL镀层延长了近几十倍。

 2)切口耐蚀性

锌铝镁镀层的切口耐蚀性显著优于镀铝锌镀层。在中性盐雾试验条件下,锌比指数越大,锌铝镁镀层比镀铝锌镀层切口耐蚀性提高的幅度越大。

3)冲杯耐蚀性

在中性盐雾试验条件下,锌铝镁镀层冲杯红锈时间约比镀铝锌镀层提高一倍。

4)折弯耐蚀性

在中性盐雾试验条件下,锌铝镁镀层折弯后的耐蚀性约比镀铝锌镀层提高一倍。

5)自动修复

锌铝镁镀层的另一主要优点是镀层具有一定的自愈性,在镀层有破损的情况下或者是在切口位置,镀层的腐蚀产物会覆盖到破损或切口表面, 从而具有更优异的耐切口腐蚀性和耐膜下腐蚀性

6)易加工,节省人工

对比传统热浸镀锌支架复杂工艺流程,锌铝镁支架镀层后直接切割使用,综合成本低,性价比高,表面光滑美观。

7)摩擦因数低,减少模具损耗

锌铝镁镀层的摩擦因数较低,且十分稳定。锌铝镁镀层低的摩擦因数、稳定的摩擦特性,对冲压非常有利,可以减少镀层磨损量,从而大大降低模具的清洁频率,提高冲压效率。

正因为锌铝镁镀层有诸多优点,目前主要用在汽车工业上,随做产业升级锌铝镁镀层材料在家电行业、光伏行业以及建筑幕墙大量应用,南通正道金属结构有限公司将锌铝镁镀层应用到抗震支架上是一个创举,锌铝镁抗震支架比镀锌支架价格高5%左右,但是使用寿命却要长十几倍,是性价比很高的一种产品。首先增强了支架耐腐蚀性,延长了产品使用寿命,其次由于锌铝镁镀层有自我修复功能,支架在运输和施工中有一些破损划伤也会自我修复。支架在切割时,镀锌支架切割面需要防腐处理,而锌铝镁无需防腐处理可以自我修复,为施工带来极大方便。锌铝镁抗震支架可以代替不锈钢支架大量应用于生物医药、电子产业等高端产业,也可以应用于石油化工等腐蚀性行业,也可以大量应用于铁路、隧道、公路交通以及城市地下管廊工程,具有非常广阔的应用空间。

2快速锁紧装置技术在抗震支架上应用

抗震支架安装快速、高效、安全一直是抗震支架行业的一道难题。 南通正道金属结构有限公司在抗震支架生产和施工中,反复试验,努力创新发明创造了快速锁紧装置技术,既保证了抗震支架施工安全,同时又提高施工功效50%以上大大降低了施工成本。

2.1快速锁紧装置技术——定扭螺栓

  建筑中抗震支架安装高度一般在4米以上,最高的达到9米甚至十几米以上,安装工人技术熟练程度不同,无法保证支架安装螺栓紧固程度达到设计及规范要求。这样就达不到抗震的目的。常规做法是使用测扭矩扳手安装螺栓,这样对测力扳手的精确度要求比较高,施工时速度必然降低,工人操作难度大。为此南通正道发明了一种定扭矩螺栓。常规抗震支架螺栓紧固扭矩在32N.m以下,我们在螺母之上加工一个长14±0.50mm, 直径为5.9±0.50mm小螺母,安装时工人只要将螺母之上的小螺母拧断就能保证扭矩力达到了32N.m,这样不仅优质高效,而且避免了监理复验时要重新登高复测的风险,201912月被国家知识产权局授予实用新型专利。

图 4 定扭矩螺栓图   

定扭矩螺栓图


图 5实用专利证书

定扭螺栓第一页

定扭螺栓第二页

2.2快速锁紧装置技术——磁性垫片

一般抗震支架安装时高空作业,需要两人配合安装。配合不协调时螺丝垫片容易从高空中掉落,砸中下方的施工人员或设备,给人员和设备造成损害。为此南通正道金属结构有限公司发明了一种磁性垫片,四角采用磁钢,可以吸附1kg的重量,防止螺丝掉落,同时施工时只要单人就能实施,这样安全系数高,方便安装,大大提高工人的安装效率。同时南通正道金属结构有限公司已获得了相关专利。

图 6 磁性垫片图片

磁性垫片图片1磁性垫片图片2

2.3快速锁紧装置技术——连接件翻边设计

抗震及组合支架不容许现场焊接,为此支架生产时要配套生产许多不同的连接构件。目前抗震支架厂家生产的连接构件都是平面连接的,这样既不能保证连接精度,同时又容易上下左右滑动,为此南通正道金属结构有限公司在加工连接件时,为连接件的两边加工一个5mm的翻边,对型钢具有抱合作用,增强受力,保证了支架的稳定性。这样左右抱合更加牢固,力学结构更稳定,大大提高安全系数。同时南通正道金属结构有限公司已获得了相应的实用新型专利技术。                    

图 7 连接件翻边图片

连接件翻边图片1

连接件翻边图片2

连接件翻边图片3

连接件翻边图片4

RTAL-8/90° 角连接件

RTAL-4 角连接件

RTPL-T 平面连接件

RTAL-B 角支撑件

 

图 8快速锁紧装置专利证书

快速锁紧装置专利证书

 

2.4快速锁紧装置技术——蓝色阻尼材料

安装抗震支架时为了防止螺栓松动,一般加防松弹簧垫片。这样既增加了安装成本(弹簧垫片的价格),而且不可重复利用。为此南通正道金属结构有限公司受到德国汽车工业防震螺丝的启发,引进德国HENKEL公司一种预涂螺丝固定剂系技术。其预涂式化学胶系以特殊技术将环氧树脂包装在微胶囊内,将之涂布在螺牙上,在锁付时挤破微胶囊,发生化学反应,提供适用于常温与高温等级的防松防漏机能。这种防松螺栓产品在汽机车、机械五金、农机、电机等工业上广泛被采用。南通正道金属结构有限公司引进后加以改进形成自己的生产技术,它具有强力的防松机能,可根据客户的需求设计防松扭力和加工位置,并具有重复拆卸使用功能。涂布范围包括半周90°-180°、对边180°-360°、全周360°。它兼具调整定位、防漏及放松功能,安装时无需减震弹簧垫圈,提高安装效率,降低施工成本。南通正道金属结构有限公司已获得了相应的实用新型专利技术。

图 9防松螺栓图片

防松螺栓图片

2预涂式螺丝固定剂(Dri-LocR)系列 

预涂式螺丝固定剂(Dri-Loc)系列

表3预涂式螺丝密封剂(Vibra-SealR&Dri-sealR)系列

预涂式螺丝密封剂(Vibra-Seal&Dri-seal)系列

 

参考文献:

1] Galvainfo Center.Zinc-5% aluminum alloy-coated steel sheet[EB /OL][2016-11-18]http://www.galvinfo.com;

2] Galvainfo Center.55% aluminum-zinc alloy-coated steel sheet[EB /OL][2016-11-18]http://www.galvinfo.com;

3] 梁基谢夫.金属二元系相图手册[M] 郭青蔚,译.北京: 化学工业出版社,2009;

[4] Hackl A,Antrekowitsch H,Zunko H,et al.Development of Zn-Al-Mg-alloys for continuous hot dip galvanising of hot rolledsteel strip[C]// Proceedings of EMC 2009. Kyoto: 2009;

5] Oh M S, Kim S H,Kim J S,et al.Surface and cut-edge corrosion behavior of Zn-Mg-Al alloy-coated steel sheets as a function of the alloy coating microstructure[J].Metals and Materials International,2016, 22( 1): 26;

6] Liu Q,Willianms J,Nolan D,et al.Development of Mg-containing 55% Al-Zn coated steel for building applications [C]//Proceedings of 10th International Conference on Zinc and Zinc Alloy Coated Steel.Toronto, Ontario: Galvatech, 2015: 208;

7] Li J X, Herso D M.Morphology  of  55%  Al-Zn coating and theAl-Zn coating with Mg addition

C]//Proceedings of 10th International Conference on Zinc and Zinc Alloy Coated steel Toronto,Ontario: Galvatech,2015: 852.

 

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