CN106435600A - 一种海洋结构钢焊缝区金属涂层阴极保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋工程钢结构的腐蚀与防护领域，具体涉及一种海洋结构钢焊缝区金属涂层阴极保护方法，解决低合金钢焊缝区由于表面有机防腐涂层老化失效而导致的热影响区腐蚀问题，同时也可以解决由于焊缝区表面状态不一致导致的有机涂层附着力不高而导致涂层过早剥离现象。通过常规热喷涂或冷喷涂工艺，将一定尺寸的具有阴极保护作用的金属或合金材料（线材或粉末）沉积于低合金钢焊缝区，超出两侧热影响区边缘一定距离，形成均匀可靠的金属涂层。金属涂层与焊缝之间的结合力强，且有助于后期海洋结构外表面的整体涂装有机涂层，可有效解决焊缝区与有机涂层界面附着问题，同时可对焊缝区及两侧钢基体提供良好的牺牲阳极阴极保护作用。

Description

一种海洋结构钢焊缝区金属涂层阴极保护方法

技术领域

本发明属于海洋工程钢结构的腐蚀与防护领域，具体涉及一种用于船舶、平台等海洋工程结构用钢焊缝区腐蚀防护的金属涂层阴极保护方法。

背景技术

钢铁在海洋环境中的腐蚀是一个自发必然的过程，尤其是焊缝区的腐蚀就更为严重。在焊接过程中，焊缝和热影响区的铁素体的含量是变化的，从20%～80%，这就对腐蚀和机械性质有着惊人的影响，铁素体含量高会发生局部腐蚀，铁素体含量低会导致应力腐蚀开裂，造成海洋结构物局部出现失效断裂，影响使用安全。

随着国家蓝色海洋经济国策的深化实施，远洋船舶及海上平台等大型海洋工程的数量和规模也得到迅速发展，大型钢制结构物的焊接连接就成为一个必要的技术条件。如油气输送管线、海上钻井平台、跨海桥梁等工程，其焊接接头与油、汽、海水等腐蚀介质直接接触，此时，焊接结构的耐腐蚀性往往决定着整个结构的服役寿命。

专利CN201510757174.7公布了一种长期储存N₂O₄的铝合金储箱焊缝表面防护方法，属于铝合金焊缝腐蚀防护技术领域。所述方法用机械打磨去除焊缝表面积瘤，然后通过冷喷涂沉积铝合金复合涂层，实现长期储存N₂O₄的铝合金储箱内壁焊缝的腐蚀防护。

实用新型CN201520375249.0公开了一种机箱焊缝牺牲阳极腐蚀防护结构。采用若干牺牲阳极块与机箱焊缝形成腐蚀电偶，构成防腐蚀体系，在腐蚀过程中使防腐性能最弱的焊缝被阴极保护，牺牲阳极块作为阳极优先腐蚀直至腐蚀溶解完毕，机箱焊缝才会发生锈蚀，从而有效保证了逆变器机箱的耐腐蚀寿命。

专利CN201210422718.0公布了一种输电线路砼杆焊缝防腐保护方法，该方法利用内径与砼杆外径相同的带有上下密封圈的保护装置，用以隔离外界各种腐蚀性气体、紫外线及冰霜雨水对输电线路砼杆焊缝及焊缝热影响区金属的腐蚀破坏，提升砼杆的防腐蚀性能。本发明对输电线路砼杆焊缝及焊缝热影响区金属的防腐蚀效果明显。

专利CN02149223.9涉及油田管道内壁的腐蚀防护问题，本发明是在管子内壁熔结环氧树脂防护层，在管子的连接处用不锈钢作连接过渡，从而控制碳钢管内壁及焊缝的腐蚀。

由此可见，目前国内外针对海洋工程用钢焊缝区的腐蚀尚没有特殊的保护方法，除了优化焊接工艺控制焊接质量之外，一般是采用与结构物其他部位相同的防腐涂料进行表面防护，或是在焊缝区附近布置牺牲阳极进行阳极保护，但是由于阳极数量和重量的限制，以及保护电流由于结构物理屏蔽不能达到均匀可靠分布，另外焊缝区表面预处理效果的局限性，该部位的涂层往往会过早失效，造成焊缝区钢材的加速腐蚀。

发明内容

本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种海洋结构钢焊缝区金属涂层阴极保护方法，解决牺牲阳极保护不均匀以及有机防腐涂层附着不好过早失效导致的焊缝腐蚀问题，同时也可以解决由于焊缝区表面粗糙度不均匀导致防腐涂层附着力不高的问题。

海洋钢结构由于焊缝区表面存在焊瘤及氧化残渣，涂装前预处理工艺无法将焊缝区表面喷砂到其它平面部位的粗糙度，导致整体喷涂有机防腐涂层时，在焊缝区固化后的涂层存在较多的界面缺陷，且涂层的厚度整体不一，在后期的服役过程中，焊缝区的涂层就会优先发生破损失效，失去保护功能。即便另外辅加了牺牲阳极保护，但是由于整体防护设计的要求，以及考虑到牺牲阳极数量和重量的限制，不能将大部分阳极集中在焊缝区进行阴极保护。因此在服役过程中，船体或其它海洋钢结构物焊缝区经常优先出现严重腐蚀。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种海洋结构钢焊缝区金属涂层阴极保护方法，该方法包括如下步骤：a）根据焊缝区焊接面结构的不同，确定喷涂金属涂层进行阴极保护的范围，该范围即对应于焊缝待喷涂表面；b）焊缝表面整理；c）焊缝表面喷砂；d）焊缝表面喷涂金属涂层；

在步骤d）中，喷涂时，选取相对于海洋结构钢焊缝区来说具有牺牲阳极阴极保护作用的金属或合金材料，金属涂层最薄处至少完全覆盖焊缝区焊瘤。

金属涂层沿焊缝需保证覆盖完整，金属涂层无断层或间断。

所涉及的金属或合金材料为线材或粉末，选用的线材或粉末为纯铝、纯锌、锌铝合金、锌镍合金，线材的直径一般宜采用1-5 mm，其纯度不低于99.5%，粉末的粒径应控制在10-100 μm之间，可采用雾化法或破碎法制备。

进一步的，还包括步骤e)在喷涂有金属涂层的焊缝表面喷涂有机防腐涂层。

进一步的，在步骤a）中，

对于海洋结构用钢板材焊缝区域，焊缝及两侧热影响区是需要喷涂金属涂层进行阴极保护的部位，以覆盖超出焊缝两侧热影响区一定尺寸为宜，金属涂层的宽度根据焊缝宽度确定；

对于支架及钢管焊缝区域，以完全覆盖焊缝两侧材料为准。

进一步的，在步骤b）中，将焊缝待喷涂表面进行修整，消除焊缝表面的裂纹、弧坑缩孔、焊瘤缺陷，严禁有假焊现象，使焊缝咬边不超过0.5 mm，凸度不超过4 mm，凹度不超过2 mm，以满足喷砂处理对焊缝表面平整度的要求。

进一步的，在步骤c）中，将整理后的焊缝待喷涂表面进行喷砂处理，焊缝待喷涂表面必须经喷砂，粗糙度至少达到Sa2.5，保持清洁、干燥、无污染，表面油或脂类物质应按标准规定用溶剂清理去除。

进一步的，在步骤d）中，采用热喷涂或冷喷涂工艺进行喷涂，金属涂层总厚度控制在20μm-500μm。

金属涂层厚度由焊缝中心向两侧需逐渐减薄。

喷涂时，非焊缝待喷涂表面区域无需遮盖。

进一步的，在步骤d）中，焊缝表面金属涂层喷涂过程中，采用测厚度仪控制金属涂层厚度，金属涂层厚度不够时，分多次重复喷涂，直至焊缝区完全被金属涂层有效覆盖。

进一步的，在步骤d）中，所述热喷涂工艺包括电弧喷涂、火焰喷涂和等离子喷涂等。当然，还可以采用近年来新发展的冷喷涂工艺，具体的喷涂工艺参数可参照上述几种制备工艺常规工作参数。

进一步的，在步骤a）中，对于所述海洋结构用钢板材焊缝区域，以覆盖超出焊缝两侧热影响区各10 mm为宜。

进一步的，在步骤a）中，对于所述海洋结构用钢板材焊缝区域，金属涂层的宽度根据焊缝宽度不同而稍有不同，一般控制在30-100 mm以内。

本发明的海洋结构钢焊缝区金属涂层阴极保护方法与现有技术相比，所产生的有益效果是：

本发明涉及一种海洋结构钢焊缝区金属涂层阴极保护方法，适用于所有海洋工程用钢板材焊缝区域、支架及钢管焊缝区的外表面。该方法可解决低合金钢焊缝区由于表面有机防腐涂层老化失效而导致的热影响区腐蚀问题，同时也可以解决由于焊缝区表面状态不一致导致的有机涂层附着力不高而导致涂层过早剥离现象。通过常规热喷涂或冷喷涂工艺，将一定尺寸的具有阴极保护作用的金属或合金材料（线材或粉末）沉积于低合金钢焊缝区，超出两侧热影响区边缘一定距离，形成均匀可靠的金属涂层。金属涂层厚度在20μm-500μm之间，可完全覆盖焊缝区域。金属涂层与焊缝之间的结合力强，且有助于后期海洋结构外表面的整体涂有机涂层，可有效解决焊缝区与有机涂层界面附着问题，可对焊缝区及两侧钢基体提供良好的牺牲阳极阴极保护作用。该方法可简单有效的解决目前海洋工程钢结构焊接区的涂装与腐蚀问题，给船舶、平台等海洋装备钢结构焊接区提供可靠长效的防腐保护，必将在船舶和相关海洋工程领域获得广泛的应用。

附图说明

附图1是本发明海洋结构用钢板材焊缝区及阴极保护涂层沉积范围示意图；

附图2是本发明实施例一以907钢焊缝区作为研究对象时阴极保护效果图。

具体实施方式

下面结合附图1-2对本发明的海洋结构钢焊缝区金属涂层阴极保护方法作以下详细地说明。

实施例一

本发明的海洋结构钢焊缝区金属涂层阴极保护方法，该方法包括如下步骤：

a）根据焊缝区焊接面结构的不同，确定喷涂金属涂层进行阴极保护的范围，该范围即对应于焊缝待喷涂表面

如附图1所示，对于海洋结构用钢板材焊缝区域，焊缝及两侧热影响区是需要喷涂金属涂层进行阴极保护的部位，通常以覆盖超出焊缝两侧热影响区各10 mm为宜，金属涂层的宽度根据焊缝宽度不同而稍有不同，一般控制在30-100 mm以内。

对于支架及钢管焊缝区域，以完全覆盖焊缝两侧材料为准。

b）焊缝表面整理

将焊缝待喷涂表面进行修整，消除焊缝表面的裂纹、弧坑缩孔、焊瘤缺陷，对于有密性要求结构的焊缝表面，消除焊缝表面气孔，使焊缝咬边不超过0.5 mm，凸度不超过4 mm，凹度不超过2 mm，所有焊缝严禁有假焊现象，以满足喷砂处理对焊缝表面平整度的要求。

c）焊缝表面喷砂

将整理后的焊缝待喷涂表面进行喷砂处理，焊缝待喷涂表面必须经喷砂，至粗糙度至少达到Sa2.5，保持清洁、干燥、无污染，表面油或脂类物质应按标准规定用溶剂清理去除。

d）焊缝表面喷涂金属涂层

喷涂时，选取相对于海洋结构钢焊缝区来说具有牺牲阳极阴极保护作用的金属或合金材料。金属涂层总厚度控制在20μm-500μm，金属涂层最薄处必须至少完全覆盖焊缝区焊瘤。金属涂层沿焊缝需保证覆盖完整，金属涂层无断层或间断。

金属涂层厚度由焊缝中心向两侧需逐渐减薄。

所涉及的金属或合金材料为线材或粉末，选用的线材或粉末为纯铝、纯锌、锌铝合金、锌镍合金，线材的直径一般宜采用1-5 mm，其纯度不低于99.5%，粉末的粒径应控制在10-100 μm之间，可采用雾化法或破碎法制备。

可采用成熟的热喷涂工艺如：电弧喷涂、火焰喷涂、等离子喷涂等，以及近来新发展的冷喷涂工艺，具体的喷涂工艺参数可参照上述几种制备工艺常规工作参数。

喷涂时，非焊缝待喷涂表面区域无需遮盖。

采用测厚度仪控制金属涂层厚度，金属涂层厚度不够时，分多次重复喷涂，直至焊缝区完全被金属涂层有效覆盖。

选取Q235钢焊接区作为研究对象，先将Q235钢焊接区待喷涂位置进行修整，喷砂至Sa2.5级，清理灰尘待用。将铝粉（20μm～50μm）与氧化铝粉末（30μm～80μm）按质量比1：1充分混合，然后采用低压冷喷涂设备在上述Q235钢焊缝区沉积一层铝涂层。喷涂工艺如下：喷嘴距离工件200 mm，压力0.6～0.8 MPa，送粉温度300℃。涂层厚度为30μm（边缘处）～100μm（焊缝最高处），经3个月的青岛海洋大气腐蚀，Q235钢板未喷涂铝涂层处都出现了腐蚀，而焊缝沉积涂层区域未出现任何腐蚀现象，实现了低合金钢焊缝区域表面的可靠保护。

选取907钢焊缝区作为研究对象，如附图2所示，利用仿真软件模拟了冷喷涂锌铝涂层对907钢焊缝区的阴极保护作用，锌铝涂层施加于焊缝及两侧的热影响区表面，锌铝涂层宽度30 mm，主体材料区200 mm，焊缝区20 mm。由仿真结果可见，30 mm宽的锌铝涂层即可使得焊缝两侧热影响区域阴极保护电位达到-0.85～-0.95V，可使低合金钢表面焊缝两侧热影响区得到有效保护。

实施例二

在实施例一的基础上，实施例二还包括步骤e)在喷涂有金属涂层的焊缝表面喷涂有机防腐涂层，形成金属涂层阴极保护与有机防腐涂层联合防腐的方式。结果表明，采用联合防腐方式取得了比单一防腐方式更加有效的防护。

本发明所属领域的一般技术人员可以理解，本发明以上实施例仅为本发明的优选实施例之一，为篇幅限制，这里不能逐一列举所有实施方式，任何可以体现本发明权利要求技术方案的实施，都在本发明的保护范围内。需要注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在本发明的上述指导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种海洋结构钢焊缝区金属涂层阴极保护方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：a）根据焊缝区焊接面结构的不同，确定喷涂金属涂层进行阴极保护的范围，该范围即对应于焊缝待喷涂表面；b）焊缝表面整理；c）焊缝表面喷砂；d）焊缝表面喷涂金属涂层；

在步骤d）中，喷涂时，选取相对于海洋结构钢焊缝区来说具有牺牲阳极阴极保护作用的金属或合金材料，金属涂层最薄处至少完全覆盖焊缝区焊瘤。

2.根据权利要求1所述的一种海洋结构钢焊缝区金属涂层阴极保护方法，其特征在于，还包括步骤e)在喷涂有金属涂层的焊缝表面喷涂有机防腐涂层。

3.根据权利要求1或2所述的一种海洋结构钢焊缝区金属涂层阴极保护方法，其特征在于，在步骤a）中，

对于海洋结构用钢板材焊缝区域，焊缝及两侧热影响区是需要喷涂金属涂层进行阴极保护的部位，以覆盖超出焊缝两侧热影响区一定尺寸为宜，金属涂层的宽度根据焊缝宽度确定；

对于支架及钢管焊缝区域，以完全覆盖焊缝两侧材料为准。

4.根据权利要求1或2所述的一种海洋结构钢焊缝区金属涂层阴极保护方法，其特征在于，在步骤b）中，将焊缝待喷涂表面进行修整，消除焊缝表面的裂纹、弧坑缩孔、焊瘤缺陷，严禁有假焊现象，使焊缝咬边不超过0.5 mm，凸度不超过4 mm，凹度不超过2 mm，以满足喷砂处理对焊缝表面平整度的要求。

5.根据权利要求1或2所述的一种海洋结构钢焊缝区金属涂层阴极保护方法，其特征在于，在步骤c）中，将整理后的焊缝待喷涂表面进行喷砂处理，焊缝待喷涂表面必须经喷砂，粗糙度至少达到Sa2.5，保持清洁、干燥、无污染，表面油或脂类物质应按标准规定用溶剂清理去除。

6.根据权利要求1或2所述的一种海洋结构钢焊缝区金属涂层阴极保护方法，其特征在于，在步骤d）中，采用热喷涂工艺或冷喷涂工艺进行喷涂，金属涂层总厚度控制在20μm-500μm。

7.根据权利要求1或2所述的一种海洋结构钢焊缝区金属涂层阴极保护方法，其特征在于，在步骤d）中，焊缝表面金属涂层喷涂过程中，采用测厚度仪控制金属涂层厚度，金属涂层厚度不够时，分多次重复喷涂，直至焊缝区完全被金属涂层有效覆盖。

8.根据权利要求6所述的一种海洋结构钢焊缝区金属涂层阴极保护方法，其特征在于，在步骤d）中，所述热喷涂工艺包括电弧喷涂、火焰喷涂和等离子喷涂。

9.根据权利要求3所述的一种海洋结构钢焊缝区金属涂层阴极保护方法，其特征在于，在步骤a）中，对于所述海洋结构用钢板材焊缝区域，以覆盖超出焊缝两侧热影响区各10 mm为宜。

10.根据权利要求3所述的一种海洋结构钢焊缝区金属涂层阴极保护方法，其特征在于，在步骤a）中，对于所述海洋结构用钢板材焊缝区域，金属涂层的宽度控制在30-100 mm以内。