全过程控制原则:在产品设计的全过程中应始终注意腐蚀控制问题,即在方案论证、技术设计、材料与工艺选择、研制和生产过程中都要考虑腐蚀及其控制。
综合控制原则:产品设计时,主要从以下方面综合考虑腐蚀控制问题:环境条件、结构设计、材料选择、金属腐蚀与预防、表面防护、有效的防护包装。
1.1 防止腐蚀的基本方法
- 采用高耐蚀性材料;
- 消除或减弱环境中的腐蚀性因素;
- 对不耐蚀材料进行耐蚀性表面处理;
- 防腐蚀结构设计;
- 电化学保护。
在开始结构设计时,首先需要了解或定位产品的工作环境、产品的使用期限,确定产品中各部位结构件的类型,再根据零件的功能目的进行详细的选择、设计。在详细设计过程中,每一个零件都需从结构形状、受力状态、材料、表面防护层、生产加工、装配、储存运输、工作寿命等以及与其相关的环境条件方面加以考虑,以使零件既能满足功能需求、又能达到最佳的防腐蚀状态。
环境类型和三防等级
环境类型 | 防护等级 | 环境(自然)类型的说明 | |
民用 | 军品 | ||
A类 | A | 二级 | 温湿度受控的室内或被密封的有限空间内. |
B类 | B | 一级 | 不受控的环境,偶尔会R.H 100%如 仓库,地下室,户外简单遮蔽等. |
C类 | C | 恶劣环境如:海上舰船,岛屿或距离海岸,盐碱地3.7Km;冶炼,化工,皮革厂1~3Km 受有害物质(酸,碱,盐。SO2 H2S 等)侵蚀。 |
分类 | 定义 | |
Ⅰ型 (暴露) 表面 | Type Ⅰ(exposed)surfaces | Ⅰ型表面是指当设备处于工作或行进状态时,直接暴露在自然环境中的表面或能受自然环境因素直接作用的表面。自然环境因素包括:温度,湿度,雨,雪,盐雾,日光及风沙等。例如,直接暴露在上述环境中任何设备的外表面都是Ⅰ型表面。 |
Ⅱ型 (遮蔽)表面 |
Type Ⅱ (sheltered) surfaces |
Ⅱ型表面是指当设备处于工作或行进状态时,不直接暴露在自然环境中的表面,并且不会受到雨,雪,日光及风沙等直接作用的表面。如电子设备方仓的内表面,户外机柜的内表面及内部的结构件。 |
b. Ⅱ型结构件:处于Ⅱ型面的结构件
按设备工作时所处的自然环境, 将结构件分为Ⅰ型结构件和Ⅱ型结构件两类. 除安装或工作时能与自然环境直接接触的外露零件外, 大多数零件属于Ⅱ型结构件.
环境类型 | 结构件类型 |
A类 | 只有Ⅱ型结构件 |
B类 | 除户外只有简单遮蔽的外壳属于Ⅰ型结构件, 其它属于Ⅱ型结构件. |
C类 | 外壳及附件、天馈系统是Ⅰ型结构件. |
密封件 内部 |
无论何种类型的外部环境, 其内部属A类环境. 无论何种类型的外部环境, 其内部都属于Ⅱ型结构件. |
2、结构设计与三防
2.1 结构设计原则
结构设计的任务就是要采取合理有效措施,保证系统各部分在实际的使用环境条件下正常地工作,确保其环境的适应性和总体设计功能的实现,同时满足系统的可靠性、使用性、维修性、安全性、机动性、经济性及美观、实用等要求,主要应遵循以下设计原则:
(1) 按照所引用的各类标准及要求进行结构设计;
(2) 注重应用已有的先进技术、吸取已有设备的优点和成熟技术,优先采用经实践证明的可靠的设计;
(3) 贯彻标准化、模块化、系列化设计思想,以提高设备的可靠性、互换性、降低成本、缩短研制周期;
(4) 提高设备集成度,力求做到体积小、重量轻、便于拆装及维修,便于携带、运输,提高设备的机动性;
(5) 各分机(或分系统)结构设计应当满足各分机结构设计交接单要求;
(6) 各分机(或分系统)内部元器件的布置应均匀、整齐、美观,安装牢固、可靠,可维修性好,尽可能地满足正面维修的要求;
(7) 系统适合在复杂地理条件下携带、使用。
2.2 电磁屏蔽结构设计
为了保证系统的电磁兼容性和适应性,在结构设计时及需要考虑电磁屏蔽性,对结构而言,电磁屏蔽主要是采取有效的结构屏蔽措施,采用各模块为分腔体设计、控制与信号处理分开、数字与模拟信号分开、高频与低频信号分开、电源单独设计等原则设计模拟设备总体结构布局,以提高电磁屏蔽与兼容性能。
a. 模块盒体电磁屏蔽兼容设计
为了提高盒体电磁兼容性能,必须尽量减小结构的电气不连续性,采用增加盖板与盒体的缝隙深度,减少缝隙长度和高度的措施。提高零件光洁度和平面度可有效减小缝隙高度,减小缝隙长度则须尽量减小螺钉间距,因此在盒体结构设计时要求螺钉间距一般应小于最高工作频率的1%波长,至少不大于5%波长。
b. 接收处理分机的电磁兼容设计
为了提高整个原理样机的电磁兼容性能,提高机箱零件加工要求,提高尺寸精度,提高表面平整度,降低表面粗糙度,减小设备装配间隙,提高设备的电连续性。
在设备的上下盖板四周,密封圈内侧增加屏蔽条,提高了整机的电磁屏蔽性。
为防止腐蚀,在产品设计阶段就应当进行合理的防腐蚀结构设计。金属结构设计是否合理,对于接触腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、均匀腐蚀的敏感性影响很大。合理的结构设计使产品的腐蚀减至最小。设计时,不仅要考虑零件本身的结构,同时还应该考虑其与本系统中其它零件相互之间的关系,即考虑产品的整体结构。
2.3 防护设计
通过合理选材,降低面与面互相接触的金属之间的电位差,避免接触腐蚀,对于必须把不允许接触的金属组装在一起时,应采取如下措施:
- 在一种金属上镀以允许与另一种金属相接触的金属镀层;
- 在两种金属之间涂覆保护层或放置过渡衬垫;
- 尽量减少盲孔,如不可避免时,其深度必须在其孔径的50%以内,直径应尽量大些;
- 避免积水结构;
- 在主要工作面,应避免或少用焊缝,且需保证焊接质量;
- 采用小阴极、大阳极结构。例如不锈钢和铝虽是不允许的电化耦,但不锈钢是阴极,故在实际使用中可用不锈钢紧固件安装铝合金零件;
- 在调试、检验完毕,所有插件、组合内部喷三防漆。
不同的金属、气相空间、热和应力分布不均匀、以及体系中各部位间其它差别,都会引起腐蚀破坏。因此,设计时应努力使整个体系的所有条件尽可能地均匀一致。
2.3.2 表面镀涂和化学处理
表面镀涂和化学处理要求如下:
- 电镀、化学镀、阳极化、化学氧化、磷化等处理,应在零件完成所有的机械加工工序之后进行;
- 一般镀覆件镀覆前表面粗糙度应不大于Ra12.5,无油漆覆盖层的金属件表面粗糙度应不大于Ra6.3,有光亮要求的零件表面粗糙度应不大于Ra1.6;
- 铸造的金属零件,原则上不允许采用电镀和化学处理,若必须镀覆时,应将表面的孔隙减少,以至消除,或用适当材料封填铸造微孔后再镀覆,并加强清洗;
- 循环承受复杂载荷的零件,如弹簧、齿轮等,镀前应进行喷丸处理,以引入有益的压应力,提高疲劳强度,改善抗应力腐蚀破裂的性能。
结构件表面施加覆盖层要求如下:
- 所有金属结构件(不锈钢除外)必须进行表面处理;
- 钢件优先采用镀锌后钝化成彩虹色或喷砂处理后再进行喷铝处理的方法;
- 有导电性能要求的铝件采用化学导电氧化并浸刷电接触保护剂,镁合金采用镀半光亮镍处理;无导电要求的铝件采用阳极氧化处理,镁合金采用等离子微弧氧化处理;暴露在自然环境中的结构件除上述方法处理外,还应涂漆保护;
- 对热固性塑料和层压塑料以及吸湿性高、透湿性大的非金属材料,在切削加工后,采取浸涂处理;
- 对于铆接件和点焊件,先镀覆或化学处理后再铆接或点焊,被铆接及点焊所破坏的镀层及化学处理层的部位,用防腐材料进行涂覆处理;
- 对于焊接件必须施加覆盖层;
- 弹性零件镀锌、镀镍以及镀硬铬后,应进行去氢处理,以免氢脆断裂。
a. 结构形状应尽可能简单合理。形状简单的结构件容易采取防腐蚀措施;而形状复杂的结构件,其面积必然增大,与介质的接触机会增多,死角、缝隙、接头处容易使水分积存和使腐蚀介质浓缩,而引起腐蚀。简单的构件还便于排除故障,有利于维修、保养和检查。
b. 防止残余水分和冷凝液的积聚。一般来说,没有水分就不会发生腐蚀,残余水分和灰尘积存处,往往是腐蚀严重的部位,因此结构设计应考虑使水分不能积存,而且还应考虑易于涂装和维修。
2.3.5 避免不均匀和多相性
不同的金属、气相空间、热和应力分布不均匀、以及体系中各部位间其它差别,都会引起腐蚀破坏。因此,设计时应努力使整个体系的所有条件尽可能地均匀一致。
2.3.6 避免尖角(特别是凸出的棱角)
要避免尖锐的凹角;可能的话,拐角处尽量做成流线性、且内角半径尽可能大(一般折弯半径不能低于0.5mm,厚度低于1.0mm的薄板折弯半径不能低于0.3mm);可能时,应规定加工精度、切口尖角度(或毛刺高度)、倒内圆角尺寸等。
2.3.7 避免凹凸不平的平面
由于“拉丝”或“喷砂”都是使表面粗化而形成一定的装饰纹路,因此除非确实有装饰需要、否则不建议采用“拉丝”或“喷砂”处理;而且只允许在铝材、不锈钢材料表面应用。(目前装饰用的拉丝或喷砂表面粗糙度分别为:拉丝Ra为2.2~3.4μm;喷砂Ra为1.5~1.8μm。)
应规定预防划痕的措施;规定表面的不平度;规定在制造过程中避免产生深的加工刻痕(或选择适当的装配方法),以防止形成应力集中源。宁可采用简单的、致密的、光滑的表面,并具有理想的外形、布局和转角,而不采用复杂的不规则形状和粗糙表面。
要求电镀光亮镀层作装饰的表面,应规定其表面粗糙度Ra不大于0.8μm。
2.3.8 避免积水结构
不应形成凹形,减少腐蚀机会。如:平面转接处应向下平滑;设备的外罩恰当地倾斜,使水流走;在可能积水和留存湿气的空间,应开设排水孔和排气孔。
需要表面处理的零件应尽量避免盲孔。若不可避免,孔或槽的深度应尽可能在其宽度(或直径)的50%以内,宽度或直径应尽量大。
2.3.9 避免会进水的缝隙
在加工过程中或设备工作时会导致积水的缝隙应尽可能避免。
在易积水、凝露、和渗水的结构部位,应避免窄缝;不能避免的部位,应通过改进几何形状、改进配合和表面形状等措施,或加以密封涂覆,以防止腐蚀剂进入。如户外设备外壳的 接合部位、处于户外的螺钉连接部位等。
需要进行表面处理的结构件,应尽可能避免夹缝,除非能确保该夹缝不会进入溶液、或者结构上难以实现。如一些搭接点焊的结构应谨慎采用,尤其是需要电镀者。对于折弯180°的结构(俗称 “拍死边”),只允许在镀锌钢板制作的零件上使用。
郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。