测量船水声换能器透声板防腐涂料测试

1 引言
在现代海洋测绘领域,海洋水深、海底地形、海底浅层剖面和海底表层底质都是最重要的海洋测绘要素,基本上占据了海洋测绘海上作业的绝大部分任务量。它们有一个共同的特点,都需要通过船底安装的换能器来获取海底的信息,换能器的工作状态将直接影响这些测绘要素的工作质量。2009 年12 月,为了试验艏侧推是否为影响声学测深设备正常工作的主要因素,海洋22 号船进坞实施封堵艏侧推工程。进坞后检查船底发现,船底声学平台所有声学设备和8150 /8160 发射换能器透声板表面,长满了藤壶贝壳类海洋生物,共计有12个透声窗,基本上覆盖了测量系统所有在船底安装声学设备的工作界面。在透声窗上滋生的藤壶贝壳类海洋生物层,最厚处超过50mm,如此厚度的贝壳生物层将会大大削弱测量声波的信号强度,导致测量系统声学设备无法正常工作。测量系统设备采用的进口透声材料滋生海洋生物,虽然在技术责任方面没有确认,但考虑到产生的问题已经妨碍了测量船正常工作,需要可靠的技术措施加以解决。本文就测量船底声学部件滋生海洋生物层的问题进行分析研究,通过测试分析,提出了解决防生物腐蚀的技术方法和合适涂料。

2 原因调查分析
海洋22 号船上使用的透声材料是聚碳酸酯( Polycarbonate) ,最早于1996 年引进,在海洋18 号船上使用了12 年,没有滋生海洋生物。海洋20 号船上安装同样的聚碳酸酯,使用了4 年,也没有滋生海洋生物。经初步分析,认为海洋22 号船滋生海洋生物层的主要原因,第一是泊船环境,海洋18 号船停泊在珠江黄埔,码头是流动的淡水; 海洋20 号船停泊在舟山,码头是流动的海水淡水交叉水域; 这两艘船的泊船环境都不利于滋生海洋生物的附着和生长。海洋22 号船的泊船位置虽然纬度高,但是码头是不流动的海水,所以藤壶贝壳类海洋生物生长迅速。第二是缺乏有力防腐措施,测量船声学设备的外国供应商坚持认为,由于船体防腐漆影响声学设备技术性能,反对在船底声学部件外喷涂船体防腐漆,最终导致透声材料未加任何防腐涂料。

3 技术途径选择分析
经过一年的调查、咨询和技术交流,发现可以在研究测量船滋生海洋生物原因的同时,寻找一种涂料,它在防腐、透声和化学兼容等技术性能上,达到一定的技术要求,就可以解决问题。能够在声学平台的透声板上使用、满足技术要求的涂料,应该具备4 个条件。
( 1) 能有效抑制藤壶贝壳类海洋生物的生长;
( 2) 透声损失越小越好;
( 3) 在透声板上附着牢固,并且没有不良的溶剂反应;
( 4) 操作方便、价格低廉。
首先从成熟的防腐涂料入手,因为有效防止滋生藤壶贝壳类海洋生物的防腐性能的检验,需要多年的挂样试验和实用验证。从防腐性能已经成熟的产品中去筛选声学性能、化学性能满足使用要求的涂料,可以大大缩短项目的进程。进一步在声学设备使用的涂料中展开调查,因为此类产品一般透声损失较小,更接近我们的使用目标。先后了解了船舶工业集团721 厂、船舶重工集团715 所、丹麦Reson 公司、德国ELAC 公司、芜湖造船厂、广州造船厂、黄埔造船厂等国内外厂家使用的防腐涂料,调查了荷兰Sigma 公司、丹麦HEMPEL 公司、江苏昆山庞培捷涂料有限公司、海虹老人牌防腐漆上海、天津和武汉办事处、湖北咸宁海威复合材料制品有限公司等单位生产和代理的防腐产品。通过比较和筛选,最终确定选择其中3 种防腐涂料,这里分别以A、B、C 代表,作为样本,进行综合测试和分析比对。

4 声学测试
4. 1 选择声学检测中心
要能够完好地完成目标任务,必须具备相应的技术能力: 涂料防腐性能的检测,涂料透声性能的检测和海洋测量设备使用维护的综合分析。最终选择船舶工业集团721 厂水声检测中心完成水声项目检测。
4. 2 技术准备
2011 年6 ~ 9 月,完成了声学检测的技术准备工作。
( 1) 声学材料的采购和加工
根据不同频段采用不同检测方法的技术要求,采购了2 块不同厚度和规格的透声材料。其中一块材料切割加工出12 个模块,用于低频声管检测。另外大面积的透声材料用于高频自由场测量。
( 2) 防腐涂料涂覆方案
A 类防腐涂料根据试验进程现场配置,现场喷涂; B 类防腐涂料配置好后,通过运输到无锡检测现场,根据试验进度的要求,由721 厂水声检测中心在现场按技术工艺要求完成喷涂。C 类防腐涂料在芜湖造船厂进行喷涂,721 厂水声检测中心将加工好的透声材料模块邮寄到芜湖造船厂,完成涂料喷涂后,返回无锡进行声学检测。
4. 3 声学测试
声学检测技术依据:
GB /T 14369-93《声学水声材料样品插入损失和回声降低的测量方法》; GB /T 5266-85《水声材料纵波声速和衰减测量的脉冲管法》。
( 1) 低频声管声学检测
检测频率范围: 2 ~ 12. 5kHz; 声波垂直入射和30°斜入射。
①对加工好的聚碳酸酯模块进行透声损失检测; ②将完成测试的12 个模块分为3 组,分别涂覆A、B、C 3 种防腐涂料; ③防腐涂料固化后,再次进行透声损失检测; ④计算防腐涂料的透声损失,3
种的涂料透声损失均<0. 6db。
( 2) 高频水池自由场声学检测
检测频率范围: 16 ~ 200kHz; 声波垂直入射和30°斜入射。
①对安装好的聚碳酸酯模板进行透声损失检测; ②将模板涂覆B 类防腐涂料,防腐涂料固化后,再次进行透声损失检测; ③再将模板涂覆A 类防腐涂料,防腐涂料固化后,再次进行透声损失检测; ④计算2 种防腐涂料的透声损失,2 种的涂料透声损失均<0. 6db。
( 3) 高频水箱自由场声学检测
检测频率范围: 250 ~ 400kHz; 声波垂直入射和30°斜入射。
①分别对3 种防腐涂料固化后的模块进行透声损失检测。②计算3 种防腐涂料的透声损失,3 种涂料的透声损失均<1db。C 类防腐涂料的透声损失略高。

5 综合分析和结论
通过充分的技术调查和声学检测,对3 种防腐涂料技术分析如下。
( 1) 防腐涂料的组成和基本技术状态
A 类防腐涂料是单组分材料,由防海生物制剂加溶剂混合而成,用专用溶剂可以进行稀释和溶解。已经应用在高频水声换能器上近10 年,同时也在潜艇消声瓦上得到应用。
B 类防腐涂料是双组分环氧树脂漆加稀释剂混合而成,防海生物制剂加在稀释剂中,在涂料固化完成后均匀分散在环氧树脂漆中从而起到防海生物效果。在试验场进行了挂样试验,时间已经超过1 年。
C 类防腐涂料为多组分材料,防海生物制剂在涂料固化完成后均匀分散从而起到防海生物效果。其一旦固化完成后就无法溶解。它相对来说比较硬脆,是为金属底面设计的,适用于金属表面使用,大量应用在船体上。
( 2) 防海生物技术性能
A 类防腐涂料应用在某型高频声纳产品上多年,其中在船舶坞修时进行过一次补漆,现在其表面尚没有发现有海生物附着,防腐性能可靠。
B 类防腐涂料的挂样试验已经超过1 年,目前出现一些问题,正在完善中。
C 类防腐涂料广泛应用在船体上,具有较好的防海生物性能。
( 3) 透声技术性能
从测试的数据分析,3种涂覆材料在2 ~ 450kHz频段范围内的透声损失差不多,C 类防腐涂料的高频透声损失略高,但是都基本上可以被忽略掉其施工后对聚碳酸酯透声材料的声学影响。C 类防腐涂料使用中还要注意去掉含金属元素的涂层。
( 4) 涂覆后的结合力和不良溶剂反应3 种涂料与聚碳酸酯透声材料间的结合均良好,而且都没有不良溶剂反应。
( 5) 操作性能比对
从工艺流程可以看出:A 类防腐涂料的工艺操作性能最佳,其操作周期最短,操作要求最低,配制简单,质量可靠性最好。B 类防腐涂料的工艺操作性能其次,其操作周期中等,需要5 ~ 6h 固化; 操作要求较高,可能会产生配制错误。C 类防腐涂料的工艺操作性能最差,其操作周期最长,操作要求较高,会产生配制错误。

6 结束语
3 种防腐涂料都可以用于声学平台,其中A 类防腐涂料的综合技术性能最佳、最全面。在应急的情况下,后2 种涂料也可以使用。但是注意,B 类防腐涂料的防腐性能需要进一步完善,C 类防腐涂料需要去掉含金属元素的涂层。当然,3 种材料都有其适用的对象和环境,本文仅针对测量船特定的声学材料进行测试和选择。

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注