本發(fā)明屬于海洋工程鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于船舶、平臺等海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼焊縫區(qū)腐蝕防護(hù)的金屬涂層陰極保護(hù)方法。

背景技術(shù)：

鋼鐵在海洋環(huán)境中的腐蝕是一個自發(fā)必然的過程，尤其是焊縫區(qū)的腐蝕就更為嚴(yán)重。在焊接過程中，焊縫和熱影響區(qū)的鐵素體的含量是變化的，從20%～80%，這就對腐蝕和機(jī)械性質(zhì)有著驚人的影響，鐵素體含量高會發(fā)生局部腐蝕，鐵素體含量低會導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂，造成海洋結(jié)構(gòu)物局部出現(xiàn)失效斷裂，影響使用安全。

隨著國家藍(lán)色海洋經(jīng)濟(jì)國策的深化實施，遠(yuǎn)洋船舶及海上平臺等大型海洋工程的數(shù)量和規(guī)模也得到迅速發(fā)展，大型鋼制結(jié)構(gòu)物的焊接連接就成為一個必要的技術(shù)條件。如油氣輸送管線、海上鉆井平臺、跨海橋梁等工程，其焊接接頭與油、汽、海水等腐蝕介質(zhì)直接接觸，此時，焊接結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性往往決定著整個結(jié)構(gòu)的服役壽命。

專利CN201510757174.7公布了一種長期儲存N₂O₄的鋁合金儲箱焊縫表面防護(hù)方法，屬于鋁合金焊縫腐蝕防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。所述方法用機(jī)械打磨去除焊縫表面積瘤，然后通過冷噴涂沉積鋁合金復(fù)合涂層，實現(xiàn)長期儲存N₂O₄的鋁合金儲箱內(nèi)壁焊縫的腐蝕防護(hù)。

實用新型CN201520375249.0公開了一種機(jī)箱焊縫犧牲陽極腐蝕防護(hù)結(jié)構(gòu)。采用若干犧牲陽極塊與機(jī)箱焊縫形成腐蝕電偶，構(gòu)成防腐蝕體系，在腐蝕過程中使防腐性能最弱的焊縫被陰極保護(hù)，犧牲陽極塊作為陽極優(yōu)先腐蝕直至腐蝕溶解完畢，機(jī)箱焊縫才會發(fā)生銹蝕，從而有效保證了逆變器機(jī)箱的耐腐蝕壽命。

專利CN201210422718.0公布了一種輸電線路砼桿焊縫防腐保護(hù)方法，該方法利用內(nèi)徑與砼桿外徑相同的帶有上下密封圈的保護(hù)裝置，用以隔離外界各種腐蝕性氣體、紫外線及冰霜雨水對輸電線路砼桿焊縫及焊縫熱影響區(qū)金屬的腐蝕破壞，提升砼桿的防腐蝕性能。本發(fā)明對輸電線路砼桿焊縫及焊縫熱影響區(qū)金屬的防腐蝕效果明顯。

專利CN02149223.9涉及油田管道內(nèi)壁的腐蝕防護(hù)問題，本發(fā)明是在管子內(nèi)壁熔結(jié)環(huán)氧樹脂防護(hù)層，在管子的連接處用不銹鋼作連接過渡，從而控制碳鋼管內(nèi)壁及焊縫的腐蝕。

由此可見，目前國內(nèi)外針對海洋工程用鋼焊縫區(qū)的腐蝕尚沒有特殊的保護(hù)方法，除了優(yōu)化焊接工藝控制焊接質(zhì)量之外，一般是采用與結(jié)構(gòu)物其他部位相同的防腐涂料進(jìn)行表面防護(hù)，或是在焊縫區(qū)附近布置犧牲陽極進(jìn)行陽極保護(hù)，但是由于陽極數(shù)量和重量的限制，以及保護(hù)電流由于結(jié)構(gòu)物理屏蔽不能達(dá)到均勻可靠分布，另外焊縫區(qū)表面預(yù)處理效果的局限性，該部位的涂層往往會過早失效，造成焊縫區(qū)鋼材的加速腐蝕。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種海洋結(jié)構(gòu)鋼焊縫區(qū)金屬涂層陰極保護(hù)方法，解決犧牲陽極保護(hù)不均勻以及有機(jī)防腐涂層附著不好過早失效導(dǎo)致的焊縫腐蝕問題，同時也可以解決由于焊縫區(qū)表面粗糙度不均勻?qū)е路栏繉痈街Σ桓叩膯栴}。

海洋鋼結(jié)構(gòu)由于焊縫區(qū)表面存在焊瘤及氧化殘渣，涂裝前預(yù)處理工藝無法將焊縫區(qū)表面噴砂到其它平面部位的粗糙度，導(dǎo)致整體噴涂有機(jī)防腐涂層時，在焊縫區(qū)固化后的涂層存在較多的界面缺陷，且涂層的厚度整體不一，在后期的服役過程中，焊縫區(qū)的涂層就會優(yōu)先發(fā)生破損失效，失去保護(hù)功能。即便另外輔加了犧牲陽極保護(hù)，但是由于整體防護(hù)設(shè)計的要求，以及考慮到犧牲陽極數(shù)量和重量的限制，不能將大部分陽極集中在焊縫區(qū)進(jìn)行陰極保護(hù)。因此在服役過程中，船體或其它海洋鋼結(jié)構(gòu)物焊縫區(qū)經(jīng)常優(yōu)先出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種海洋結(jié)構(gòu)鋼焊縫區(qū)金屬涂層陰極保護(hù)方法，該方法包括如下步驟：a）根據(jù)焊縫區(qū)焊接面結(jié)構(gòu)的不同，確定噴涂金屬涂層進(jìn)行陰極保護(hù)的范圍，該范圍即對應(yīng)于焊縫待噴涂表面；b）焊縫表面整理；c）焊縫表面噴砂；d）焊縫表面噴涂金屬涂層；

在步驟d）中，噴涂時，選取相對于海洋結(jié)構(gòu)鋼焊縫區(qū)來說具有犧牲陽極陰極保護(hù)作用的金屬或合金材料，金屬涂層最薄處至少完全覆蓋焊縫區(qū)焊瘤。

金屬涂層沿焊縫需保證覆蓋完整，金屬涂層無斷層或間斷。

所涉及的金屬或合金材料為線材或粉末，選用的線材或粉末為純鋁、純鋅、鋅鋁合金、鋅鎳合金，線材的直徑一般宜采用1-5 mm，其純度不低于99.5%，粉末的粒徑應(yīng)控制在10-100 μm之間，可采用霧化法或破碎法制備。

進(jìn)一步的，還包括步驟e)在噴涂有金屬涂層的焊縫表面噴涂有機(jī)防腐涂層。

進(jìn)一步的，在步驟a）中，

對于海洋結(jié)構(gòu)用鋼板材焊縫區(qū)域，焊縫及兩側(cè)熱影響區(qū)是需要噴涂金屬涂層進(jìn)行陰極保護(hù)的部位，以覆蓋超出焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)一定尺寸為宜，金屬涂層的寬度根據(jù)焊縫寬度確定；

對于支架及鋼管焊縫區(qū)域，以完全覆蓋焊縫兩側(cè)材料為準(zhǔn)。

進(jìn)一步的，在步驟b）中，將焊縫待噴涂表面進(jìn)行修整，消除焊縫表面的裂紋、弧坑縮孔、焊瘤缺陷，嚴(yán)禁有假焊現(xiàn)象，使焊縫咬邊不超過0.5 mm，凸度不超過4 mm，凹度不超過2 mm，以滿足噴砂處理對焊縫表面平整度的要求。

進(jìn)一步的，在步驟c）中，將整理后的焊縫待噴涂表面進(jìn)行噴砂處理，焊縫待噴涂表面必須經(jīng)噴砂，粗糙度至少達(dá)到Sa2.5，保持清潔、干燥、無污染，表面油或脂類物質(zhì)應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用溶劑清理去除。

進(jìn)一步的，在步驟d）中，采用熱噴涂或冷噴涂工藝進(jìn)行噴涂，金屬涂層總厚度控制在20μm-500μm。

金屬涂層厚度由焊縫中心向兩側(cè)需逐漸減薄。

噴涂時，非焊縫待噴涂表面區(qū)域無需遮蓋。

進(jìn)一步的，在步驟d）中，焊縫表面金屬涂層噴涂過程中，采用測厚度儀控制金屬涂層厚度，金屬涂層厚度不夠時，分多次重復(fù)噴涂，直至焊縫區(qū)完全被金屬涂層有效覆蓋。

進(jìn)一步的，在步驟d）中，所述熱噴涂工藝包括電弧噴涂、火焰噴涂和等離子噴涂等。當(dāng)然，還可以采用近年來新發(fā)展的冷噴涂工藝，具體的噴涂工藝參數(shù)可參照上述幾種制備工藝常規(guī)工作參數(shù)。

進(jìn)一步的，在步驟a）中，對于所述海洋結(jié)構(gòu)用鋼板材焊縫區(qū)域，以覆蓋超出焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)各10 mm為宜。

進(jìn)一步的，在步驟a）中，對于所述海洋結(jié)構(gòu)用鋼板材焊縫區(qū)域，金屬涂層的寬度根據(jù)焊縫寬度不同而稍有不同，一般控制在30-100 mm以內(nèi)。

本發(fā)明的海洋結(jié)構(gòu)鋼焊縫區(qū)金屬涂層陰極保護(hù)方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，所產(chǎn)生的有益效果是：

本發(fā)明涉及一種海洋結(jié)構(gòu)鋼焊縫區(qū)金屬涂層陰極保護(hù)方法，適用于所有海洋工程用鋼板材焊縫區(qū)域、支架及鋼管焊縫區(qū)的外表面。該方法可解決低合金鋼焊縫區(qū)由于表面有機(jī)防腐涂層老化失效而導(dǎo)致的熱影響區(qū)腐蝕問題，同時也可以解決由于焊縫區(qū)表面狀態(tài)不一致導(dǎo)致的有機(jī)涂層附著力不高而導(dǎo)致涂層過早剝離現(xiàn)象。通過常規(guī)熱噴涂或冷噴涂工藝，將一定尺寸的具有陰極保護(hù)作用的金屬或合金材料（線材或粉末）沉積于低合金鋼焊縫區(qū)，超出兩側(cè)熱影響區(qū)邊緣一定距離，形成均勻可靠的金屬涂層。金屬涂層厚度在20μm-500μm之間，可完全覆蓋焊縫區(qū)域。金屬涂層與焊縫之間的結(jié)合力強(qiáng)，且有助于后期海洋結(jié)構(gòu)外表面的整體涂有機(jī)涂層，可有效解決焊縫區(qū)與有機(jī)涂層界面附著問題，可對焊縫區(qū)及兩側(cè)鋼基體提供良好的犧牲陽極陰極保護(hù)作用。該方法可簡單有效的解決目前海洋工程鋼結(jié)構(gòu)焊接區(qū)的涂裝與腐蝕問題，給船舶、平臺等海洋裝備鋼結(jié)構(gòu)焊接區(qū)提供可靠長效的防腐保護(hù)，必將在船舶和相關(guān)海洋工程領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明海洋結(jié)構(gòu)用鋼板材焊縫區(qū)及陰極保護(hù)涂層沉積范圍示意圖；

附圖2是本發(fā)明實施例一以907鋼焊縫區(qū)作為研究對象時陰極保護(hù)效果圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖1-2對本發(fā)明的海洋結(jié)構(gòu)鋼焊縫區(qū)金屬涂層陰極保護(hù)方法作以下詳細(xì)地說明。

實施例一

本發(fā)明的海洋結(jié)構(gòu)鋼焊縫區(qū)金屬涂層陰極保護(hù)方法，該方法包括如下步驟：

a）根據(jù)焊縫區(qū)焊接面結(jié)構(gòu)的不同，確定噴涂金屬涂層進(jìn)行陰極保護(hù)的范圍，該范圍即對應(yīng)于焊縫待噴涂表面

如附圖1所示，對于海洋結(jié)構(gòu)用鋼板材焊縫區(qū)域，焊縫及兩側(cè)熱影響區(qū)是需要噴涂金屬涂層進(jìn)行陰極保護(hù)的部位，通常以覆蓋超出焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)各10 mm為宜，金屬涂層的寬度根據(jù)焊縫寬度不同而稍有不同，一般控制在30-100 mm以內(nèi)。

對于支架及鋼管焊縫區(qū)域，以完全覆蓋焊縫兩側(cè)材料為準(zhǔn)。

b）焊縫表面整理

將焊縫待噴涂表面進(jìn)行修整，消除焊縫表面的裂紋、弧坑縮孔、焊瘤缺陷，對于有密性要求結(jié)構(gòu)的焊縫表面，消除焊縫表面氣孔，使焊縫咬邊不超過0.5 mm，凸度不超過4 mm，凹度不超過2 mm，所有焊縫嚴(yán)禁有假焊現(xiàn)象，以滿足噴砂處理對焊縫表面平整度的要求。

c）焊縫表面噴砂

將整理后的焊縫待噴涂表面進(jìn)行噴砂處理，焊縫待噴涂表面必須經(jīng)噴砂，至粗糙度至少達(dá)到Sa2.5，保持清潔、干燥、無污染，表面油或脂類物質(zhì)應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用溶劑清理去除。

d）焊縫表面噴涂金屬涂層

噴涂時，選取相對于海洋結(jié)構(gòu)鋼焊縫區(qū)來說具有犧牲陽極陰極保護(hù)作用的金屬或合金材料。金屬涂層總厚度控制在20μm-500μm，金屬涂層最薄處必須至少完全覆蓋焊縫區(qū)焊瘤。金屬涂層沿焊縫需保證覆蓋完整，金屬涂層無斷層或間斷。

金屬涂層厚度由焊縫中心向兩側(cè)需逐漸減薄。

所涉及的金屬或合金材料為線材或粉末，選用的線材或粉末為純鋁、純鋅、鋅鋁合金、鋅鎳合金，線材的直徑一般宜采用1-5 mm，其純度不低于99.5%，粉末的粒徑應(yīng)控制在10-100 μm之間，可采用霧化法或破碎法制備。

可采用成熟的熱噴涂工藝如：電弧噴涂、火焰噴涂、等離子噴涂等，以及近來新發(fā)展的冷噴涂工藝，具體的噴涂工藝參數(shù)可參照上述幾種制備工藝常規(guī)工作參數(shù)。

噴涂時，非焊縫待噴涂表面區(qū)域無需遮蓋。

采用測厚度儀控制金屬涂層厚度，金屬涂層厚度不夠時，分多次重復(fù)噴涂，直至焊縫區(qū)完全被金屬涂層有效覆蓋。

選取Q235鋼焊接區(qū)作為研究對象，先將Q235鋼焊接區(qū)待噴涂位置進(jìn)行修整，噴砂至Sa2.5級，清理灰塵待用。將鋁粉（20μm～50μm）與氧化鋁粉末（30μm～80μm）按質(zhì)量比1：1充分混合，然后采用低壓冷噴涂設(shè)備在上述Q235鋼焊縫區(qū)沉積一層鋁涂層。噴涂工藝如下：噴嘴距離工件200 mm，壓力0.6～0.8 MPa，送粉溫度300℃。涂層厚度為30μm（邊緣處）～100μm（焊縫最高處），經(jīng)3個月的青島海洋大氣腐蝕，Q235鋼板未噴涂鋁涂層處都出現(xiàn)了腐蝕，而焊縫沉積涂層區(qū)域未出現(xiàn)任何腐蝕現(xiàn)象，實現(xiàn)了低合金鋼焊縫區(qū)域表面的可靠保護(hù)。

選取907鋼焊縫區(qū)作為研究對象，如附圖2所示，利用仿真軟件模擬了冷噴涂鋅鋁涂層對907鋼焊縫區(qū)的陰極保護(hù)作用，鋅鋁涂層施加于焊縫及兩側(cè)的熱影響區(qū)表面，鋅鋁涂層寬度30 mm，主體材料區(qū)200 mm，焊縫區(qū)20 mm。由仿真結(jié)果可見，30 mm寬的鋅鋁涂層即可使得焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)域陰極保護(hù)電位達(dá)到-0.85～-0.95V，可使低合金鋼表面焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)得到有效保護(hù)。

實施例二

在實施例一的基礎(chǔ)上，實施例二還包括步驟e)在噴涂有金屬涂層的焊縫表面噴涂有機(jī)防腐涂層，形成金屬涂層陰極保護(hù)與有機(jī)防腐涂層聯(lián)合防腐的方式。結(jié)果表明，采用聯(lián)合防腐方式取得了比單一防腐方式更加有效的防護(hù)。

本發(fā)明所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明以上實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例之一，為篇幅限制，這里不能逐一列舉所有實施方式，任何可以體現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求技術(shù)方案的實施，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。需要注意的是，以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施方式僅限于此，在本發(fā)明的上述指導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種改進(jìn)和變形，而這些改進(jìn)或者變形落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。