CN102268679A - 近海钢结构的防腐蚀装置以及用于其安装的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防腐蚀装置(7)作为金属结构件(3)的覆盖件(8)，所述金属结构件的防腐蚀装置设置在海水形式的电解液(4)的作用区域内。依据本发明，所述覆盖件(8)由与所述金属结构件(3)导电连接的金属板形成，其中，所述金属板由与所述金属结构件(3)相比更加不活泼的金属组成并因此具有更高的电位。因此，作为所述金属结构件(3)的覆盖件的金属板形成所述钢结构(1b)的一部分的沿周向封闭的护套。

Description

近海钢结构的防腐蚀装置以及用于其安装的方法

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述特征的防腐蚀装置以及一种按照权利要求11所述特征的用于其安装的方法。

背景技术

设置在近海区域内的钢结构遭受极端的腐蚀负荷。作为支承结构这些钢结构既处于水上也处于水下并需要与这些状况相匹配的防腐蚀。

为此，在现有技术中已知电镀或机械涂覆的涂层，它们至少局部区域地覆盖所使用的钢材料。特别是没有或只有很少以及偶尔处于水下的区域优选设有基于合成树脂的涂层。相反地，长期处于水中的区域提供所有必要条件，以便装备阴极保护。为此，已知的牺牲阳极以及阴极的钝化法也同样适用。特别是海岸前的不易接近性以及经常存在的恶劣条件，使这种类型的防腐蚀措施的更换或更新变得困难直至不可能。特别是所使用的保护涂层由于其机械抵抗力低而在存在磨损或腐蚀负荷的情况下仅有很短的使用寿命。对于必要的修复来说，至今没有可行的解决方案。

整体来说，特别是由于可再生能源的背景，近海区域的重要性日益增长。例如在风力发电设备方面，预计的使用期限取决于所使用材料的非常长的耐用期。为满足对这种建筑物的安全要求，对于持续高达25年的使用期限需要20毫米材料厚度的腐蚀附加物。显著更长期限的设备计划要求相应更高的附加件。

DE 26 52 242 A1为此公开了一种用于防止处于水内的结构件腐蚀的装置。除了使结构件有时不规则的横截面变平直或简化几何结构的填料块外，解决方案的核心在于：径向环绕结构件的且自身封闭的包络膜。填料块优选通过防水和气密的粘结剂与结构件连接。环绕的包络膜本身通过处于其纵向边缘上且沿纵向方向定向的棒状件径向展开。在棒状件以及包络膜的上、下边缘区域与填充块之间例如装入弹性的氯丁橡胶密封件。总体上由此产生一种局部地保护结构件的防腐蚀包层。按照这种方式，产生一种成本低廉并可以在水上和水下区域内使用的用于防止结构件腐蚀的装置。

但是，采用塑料薄膜形式的由于UV作用而老化且机械地(例如由于漂浮物)快速损坏的包络膜具有改进的空间。

发明内容

从现有技术出发，因此本发明的目的在于：改进用于在近海区域中的钢结构的防腐蚀装置，使得所使用的覆盖件具有强的抗老化和机械影响的抵抗力。

该目的按照本发明通过一种具有权利要求1所述特征的钢结构的近海防腐蚀装置以及一种具有按权利要求11所述的用于制造该防腐蚀装置的相关方法得以实现。

据此，提供一种防腐蚀装置作为金属结构件的覆盖件，其中，所述金属结构件的所述防腐蚀装置设置在电解液的作用区域内。在金属结构件用于海岸前公海的近海建筑物中时，电解液相当于海水，海水与淡水相比具有提高的电导率。根据所使用的金属材料，其在电解液内溶解的趋势不同。与金属结构件完全被电解液包围还是仅仅局部地具有浸湿部无关，在其中溶解的氧用作氧化剂，其与水和金属材料结合形成氧化物。依据本发明，所述金属结构件的覆盖件由与所述金属结构件导电连接的金属板形成。由金属制成的所述金属板与所述金属结构件相比更不活泼的并因此具有更高的电位。金属结构件主要在这种具有高浓度氧化剂的区域内用所述金属板包覆。这在电解液的作用区域内形成在处于海平面最高水位的区域内的溅射水区中以及处于最低水位与水下区域之间的区域内的过渡区中。由于所述金属板比所述金属结构件具有更高的电位，所述金属板在电解液内被更少地溶解。由此产生与金属结构件相比更高的耐腐蚀性。

本发明构思的有利的扩展方案为从属权利要求2-10的主题。

据此，所述金属板的合金被精炼为使其具有至少5％的镍。在电位序中，镍与由钢构成的金属材料相比明显更靠近阴极端，由此提高耐腐蚀性。

为实现用于作为金属结构件的覆盖件的金属板的合金尽可能耐腐蚀，该合金被精炼为使金属板具有9-30％的镍含量。随着镍含量的提高，所使用的金属板的耐腐蚀性被提高。

依据本发明，用于覆盖件的金属板通过焊缝与待被防腐蚀的金属结构件连接。通过该焊缝产生导电连接。

为了特别是防止焊缝受到腐蚀侵蚀，该焊缝具有25-95％的镍含量。

用于覆盖件的金属板优选具有2-6mm的厚度。特别是在横截面不规则的金属结构件的情况下，有时较大的区域利用所述金属板搭接。为了达到相应的机械抵抗性，为此，使用更厚的金属板，而在面状地贴靠在金属结构件上的区域内可使用较薄并因此成本较低廉的金属板。

规定：由金属板构成的覆盖件是金属结构件的沿周向封闭的护套。为此，例如焊缝被构造为使由金属板构成的覆盖件形成沿径向且在金属板的沿金属结构件的纵向的端部上的自身封闭且相对于电解液密封的外壳。

此外，通过选择合适的金属板的合金实现所述防腐蚀装置的抑制植被(bewuchshemmenden)的作用。

优选地，所使用的金属板具有以下成分：

镍(Ni)：9-11％

铁(Fe)：1.0-2.0％

锰(Mn)：0.5-1.0％

碳(C)：最大0.05％

铅(Pb)：0.01-0.02％

硫(S)：0.005-0.02％

磷(P)：最大0.02％

锌(Zn)：0.05-0.5％

其余为铜(Cu)以及熔炼造成的杂质。

由此，将优化金属板的有利于耐腐蚀性的特性。

依据本发明，所述金属结构件由强度为275-550MPa的细晶粒结构钢形成。为此，例如相应地使用下列钢材类型：S275N、S355N、S420N、S460N、S500Q(DINEN 10025).

为了制造作为金属结构件的覆盖件的设置在电解液的作用区域内的防腐蚀装置，依据本发明规定，由所述金属板构成的所述覆盖件与所述金属结构件材料锁合地连接。因此，除了所述金属板与所述金属结构件之间的导电连接外，在所述覆盖件与被包覆的金属结构件之间还形成相对于电解液的环绕密封的连接。由此，对于机械负荷也达到牢固的和免维护的连接。

在制造覆盖件时规定：所述金属板与所述金属结构件在相应的保护气体气氛下被焊接。为此，所述保护气体气氛按照ISO 14175-13-ArHe-50设置。这样产生的焊缝具有很高的耐腐蚀性，因为被惰性气体挤出的氧没有被一起包含进来。

这样产生的耐腐蚀装置在机械负荷方面具有非常高的抵抗性和特别是相对于冲击的漂浮物是不敏感的。将合金选择为具有高含量的铜和镍的金属板的特点在于其高耐腐蚀性。此外，对于例如可由处于海水内的沉积物和溶解的悬浮物造成的磨损而产生的连续持久的机械负荷，不同于其他常见的保护涂料或包覆膜，得到在所使用的覆盖件抵抗性方面的显著的优点。所使用的覆盖件此外不污染环境并可以完全再生利用。

就所使用的材料特性而言具有不同电位差的在金属板与金属结构件之间的导电连接在此局部地选择在与作为氧化剂的水和氧结合不允许产生电解槽的区域中。因此，在使用牺牲阳极的情况下希望的氧化还原反应在这种情况下不会发生。这样，金属板的上端(从该上端起金属结构件不再具有覆盖件)处于不会构成电解槽的溅射水区的区域上方。在大量供给溶解氧形式的氧化剂的过渡区内，金属结构件通过作为阳极的自身封闭的覆盖件而受到防接触腐蚀的保护。朝水下区下降的氧供应使过渡区和溅射水区的区域与水下区相比被更加阳极氧化，由此该区域的电化学电位与水下区域内的同一种材料相比变得更不活泼。通过用于覆盖件的金属板的高电位，结合经由焊缝与金属结构件的导电连接，这种效果导致用金属板包覆的过渡区与金属结构件在其中没有覆盖件的水下区域之间的电化学电位被平衡。由此不能或仅可能非常弱地形成电解槽，从而几乎不能电腐蚀。

与其他常见的装置相比维修故障明显减少发生的防腐蚀装置无需其他常见的防腐蚀附加件，从而总体上产生一种能非常便于维护和经济地建造的系统。

附图说明

下面借助在附图中示意性示出的实施例对本发明进行详细说明。其中：

图1示出锚固在海底且直至突出于最高水位的未受保护的钢结构的视图；

图2示出以与图1所示的钢结构相同的视图方式示出的具有依据本发明的防腐蚀装置的变型方案；

图3示出依据本发明的防腐蚀装置的处于连接区域内的一部分的剖面图；

图4示出作为图3视图方式示出的变型方案的连接装置；以及

图5示出图3和图4的连接装置的另一种变型方案。

具体实施方式

图1示出未受保护的钢结构1，其锚固在海底2的区域内。钢结构1具有多个支柱和连接所述支柱的水平的和对角的构件，这些支柱和构件分别由金属结构件3形成。钢结构1突出于海水形式的电解液4的最高水平伸入到充满空气的大气A，在那里，钢结构1用作未更详细具体示出的设备5的支承结构。海水形式的电解液4的层从大气A出发朝海底2的方向划分成溅射水区B、潮汐区C、过渡区D以及淹没区E。在这种情况下，过渡区D与淹没区E共同形成水下区F。

图1还示出平行于钢结构1定向的在坐标系内部的曲线图6。在此，横坐标用于说明金属结构件3的厚度损失X，同时纵坐标示出金属结构件3的在海水形式的电解液4内部的深度位置Y。曲线图6在此定性示出金属结构件3在未受保护结构方式的情况下经过一定时间形成的腐蚀侵蚀，其在各个区B至E上不同地分布。因此，金属结构件3的厚度X的最大损失处于溅射水区B以及过渡区D内。潮汐区C在平均值上与淹没区E共同具有金属结构件3的厚度X的最小损失。

图2示出图1所示钢结构1的变型方案。同样地，锚固在海底2的钢结构1b在此由紧凑且形成立柱式支柱的金属结构件3形成。在溅射水区B与过渡区D之间的区域内，金属结构件3利用依据本发明的采用沿周向封闭的覆盖件8形式的防腐蚀装置7包围。覆盖件8在此向上和向下突出于所述区域伸入至大气A以及淹没区E中。

图3示出依据本发明的防腐蚀装置7，其由金属板9形式的覆盖件8放置在金属结构件3上。因为覆盖件8不能无缝地实现，所以在这种情况下特别是示出金属板9与另一金属板9a的连接。在金属板9、9a之间的对接区域内，金属板9具有向上弯曲部，从而金属板9的部分区域作为重叠部平行地放置在金属板9a上。两个金属板9、9a通过焊缝10材料锁合地相互连接。焊缝10在这种情况下用于在保护气体气氛11下作为在金属板9、9a之间的连接部被拉伸。金属板9、9a在此分别具有相同的厚度Z。

图4示出已在图2示出的作为金属结构件3的防腐蚀装置7的覆盖件8的金属板9、9a的连接部的变型方案。在此，金属板9b被放置在金属结构件3上，另一个金属板9c同样被放置在金属结构件3上并且间隔金属板9b一定距离。因此，金属板9b、9c的相对置的端部在一个平面内分别具有焊接坡口12，由此，金属板9b、9c之间的间隔朝向远离金属结构件3的一侧呈V形敞开。在图3的效果图中，示出金属板9b、9c与金属结构件3连接在一起。为此，金属板9b、9c的相应焊接坡口12首先通过在保护气体气氛11下形成的焊缝10a与金属结构件3材料锁合地连接。在各金属板9b、9c之间留下的空间在下一个步骤中通过另一焊缝10b在保护气体气氛11内填充。

图5示出平坦地设置在金属结构件3上的金属板9d的简单连接。在将金属板9d面状地贴靠在金属结构件3上后，金属板9d在其端部通过焊缝10c在保护气体气氛11下与金属结构件3材料锁合地连接。

实践中，设置在近海区域的钢结构1通过依据本发明的防腐蚀装置7得到保护，所述钢结构在海水形式的电解液4内部锚固在海底2的区域内。钢结构1的各个部件在这种情况下分别由待保护的金属结构件3形成。由于特别是在电解液4的溅射水区B和过渡区D内大量供给溶解氧形式的氧化剂，处于其中的金属结构件尤其受到腐蚀。

特别是这些区域利用防腐蚀装置7进行保护，其中，金属结构件3在此通过环绕的且自身封闭的覆盖件8包套。覆盖件8在此由通过焊缝10a、10c与金属结构件3导电连接的金属板9、9a-9d组成。金属板9、9a-9c在这种情况下通过焊缝10、10b相互连接。

就所使用的材料而言，覆盖件8比金属结构件3更不活泼，由此，覆盖件8具有更高的电位。覆盖件8的合金在海水形式的电解液4的作用区域内具有很高的耐腐蚀性。覆盖件8在电解液4内部的深度位置Y在此如此选择，使得在金属板9、9a-9d与金属结构件3之间在与电解液4的水和氧的结合下不形成电解槽。

因此，总体上产生一种钢结构1的金属结构件3的高耐腐蚀性的覆盖件8，此外，该覆盖件8通过对其金属材料的选择而对通过磨损和冲击以及对例如通过UV辐射造成的老化具有大的机械负荷能力。特别是在使用时间很长且变得越来越长的背景下，这样产生的防腐蚀装置7可以使近海设备经济和便于维护地运行。

附图标记列表

1：钢结构

1b：钢结构

2：海底

3：金属结构件

4：电解液

5：设备

6：曲线图

7：防腐蚀装置

8：覆盖件

9：金属板

9a：金属板

9b：金属板

9c：金属板

9d：金属板

10：焊缝

10a：焊缝

10b：焊缝

10c：焊缝

11：保护气体气氛

12：焊接坡口

A：大气

B：溅射水区

C：潮汐区

D：过渡区

E：淹没区

F：水下区

X：在未受保护的结构情况下的金属结构件3的厚度损失

Y：金属结构件3的深度位置

Z：金属结构件3的厚度

Claims (12)

1.防腐蚀装置，作为金属结构件(3)的覆盖件(8)，所述金属结构件的防腐蚀装置设置在电解液(4)的作用区域内，其特征在于，所述覆盖件(8)由与所述金属结构件(3)导电连接的金属板(9，9a-9d)形成，其中，所述金属板(9，9a-9d)由与所述金属结构件(3)相比更不活泼的金属制成。

2.按权利要求1所述的防腐蚀装置，其特征在于，所述金属板(9，9a-9d)由具有铜和重量百分比至少为5％的镍的合金形成。

3.按权利要求1或2所述的防腐蚀装置，其特征在于，所述金属板(9，9a-9d)具有重量百分比为9％至30％的镍含量。

4.按权利要求1至3之一所述的防腐蚀装置，其特征在于，所述金属板(9，9a-9d)通过焊缝(10a，10c)与所述金属结构件(3)连接。

5.按权利要求4所述的防腐蚀装置，其特征在于，所述焊缝(10，10a-10c)具有重量百分比为25％至95％的镍含量。

6.按权利要求1至5之一所述的防腐蚀装置，其特征在于，所述金属板(3)具有2mm至6mm的厚度(Z)。

7.按权利要求1至6之一所述的防腐蚀装置，其特征在于，由所述金属板(9，9a-d)构成的覆盖件(8)是所述金属结构件(3)的沿周向封闭的护套。

8.按权利要求1至7之一所述的防腐蚀装置，其特征在于，所述金属板(9，9a-9d)具有以下成分：

镍(Ni)：9-11％

铁(Fe)：1.0-2.0％

锰(Mn)：0.5-1.0％

碳(C)：最大0.05％

铅(Pb)：0.01-0.02％

硫(S)：0.005-0.02％

磷(P)：最大0.02％

锌(Zn)：0.05-0.5％

其余为铜(Cu)以及熔炼造成的杂质。

9.按权利要求1至8之一所述的防腐蚀装置，其特征在于，所述金属结构件(3)由强度为275-550MPa的细晶粒结构钢形成。

10.按权利要求1至9之一所述的防腐蚀装置，其特征在于，所述覆盖件(8)由抑制植被的材料制成。

11.用于制造具有前述权利要求1至10之一所述特征的防腐蚀装置的方法，其中，将所述覆盖件(8)与所述金属结构件(3)材料锁合地连接。

12.按权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述金属板(9b-9d)在保护气体气氛(11)下与所述金属结构件(3)焊接。

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