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        海洋工程鋼結(jié)構(gòu)焊縫腐蝕與防護(hù)拓展研究

        2021-12-23 14:24:04孔祥強(qiáng)胡昌兵
        中國(guó)金屬通報(bào) 2021年17期
        關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu)焊縫結(jié)構(gòu)

        孔祥強(qiáng),胡昌兵

        (海洋石油工程(青島)有限公司,山東 青島 266520)

        海洋工程是新時(shí)代提升國(guó)家綜合實(shí)力的一項(xiàng)重要工程,海洋中蘊(yùn)藏著巨大的豐富能源。鋼結(jié)構(gòu)在海洋工程中地應(yīng)用非常廣泛,海洋工程鋼結(jié)構(gòu)的焊縫腐蝕處理非常重要,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接接頭的有效研究,可以明顯增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的焊接處理效果。在進(jìn)行焊接處理時(shí),需要根據(jù)整體焊接情況對(duì)海洋工程的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較明確的分析。在實(shí)際生產(chǎn)中,作為鋼材的焊接結(jié)構(gòu)改善了主要的適用形態(tài),因此整體的組織形態(tài)也發(fā)生了變化。在焊接的整體處理中,需要對(duì)焊接技術(shù)、熱處理、超聲波的影響進(jìn)行最終的焊接效果改善[1]。

        1 焊接接頭的組成

        焊接接頭通常為兩個(gè)以上部件在一起焊接的接頭?;蛘咄ㄟ^(guò)焊接連接的兩個(gè)以上的部件。這包括焊接接頭、熔接帶、熱影響部。焊接金屬組織受母材影響,焊接部的接合部受合金化及焊接熱的影響。在海洋工程系統(tǒng)的整體處理工序中,需要進(jìn)行焊接接頭的預(yù)備焊接組合。在接頭的變化下,焊接面積和熔融區(qū)域具有特定的特性,因此合金化合物的控制可以在三維圖像上實(shí)現(xiàn),通過(guò)信息的整體收集,相應(yīng)地控制熱影響區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu),微觀結(jié)構(gòu)的差異也會(huì)改變,金屬的微觀結(jié)構(gòu)有很大的不同。因此,在綜合處理中焊接接頭整體的結(jié)構(gòu)不同,需要綜合評(píng)價(jià)尺寸,同時(shí)需要進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)焊接墊片的接合處理。在共同間隙的控制下,鋼結(jié)構(gòu)的整體層次也能得到更好的保護(hù),防止腐蝕。

        2 焊縫區(qū)域的腐蝕種類(lèi)

        焊接部分的整體控制需要控制整個(gè)材料環(huán)境。同時(shí),在分析過(guò)程參數(shù)時(shí),焊接整體的變化需要控制裂紋、黑點(diǎn)、焊接接頭等焊接缺陷,嚴(yán)格控制焊接間隙的腐蝕,防止焊接間隙的腐蝕。需要有組織地控制焊接面積的變化,需要通過(guò)控制集中整體電位差的變化,能夠有效地避免焊接間隙的腐蝕。

        第一,電偶腐蝕:眾所周知,電偶腐蝕也是不同種類(lèi)的金屬腐蝕或接觸腐蝕。當(dāng)化學(xué)性質(zhì)和環(huán)境介質(zhì)的兩種不同材料形成電路時(shí),高電位金屬由陰極緩慢腐蝕,低電位金屬加速正極腐蝕。在腐蝕性介質(zhì)中,由于微觀組織的不均勻分布和焊接接頭的組成不同,容易發(fā)生電位差,發(fā)生腐蝕。電解質(zhì)溶液的pH值改變了極性,隨著ph值的減少,電偶對(duì)從熱影響部變?yōu)槟覆?。焊接接頭腐蝕是焊接接頭服務(wù)過(guò)程中的一般腐蝕行為,減少焊接接頭不同區(qū)域之間的微觀結(jié)構(gòu)差異,平衡電位差,有效減少焊接接頭腐蝕的發(fā)生頻率,起到保護(hù)作用。

        第二,應(yīng)力腐蝕:在應(yīng)力腐蝕的情況下,應(yīng)均勻地處理介電層。一般來(lái)說(shuō),腐蝕應(yīng)力機(jī)構(gòu)可以整體控制陽(yáng)性溶極,通過(guò)將腐蝕應(yīng)力機(jī)構(gòu)集中在焊接線(xiàn)上,在整體控制結(jié)束時(shí)可以控制整體的應(yīng)力腐蝕。優(yōu)化表面系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)控制模式以使整體電阻效應(yīng)更顯著。在低速應(yīng)變率技術(shù)的應(yīng)用中,應(yīng)該進(jìn)行整體化學(xué)腐蝕的相應(yīng)聯(lián)合試驗(yàn)。在適當(dāng)?shù)臈l件下,由于勢(shì)能負(fù)載的控制效果,可以控制電位變化以防止海洋工程鋼結(jié)構(gòu)的焊縫腐蝕,并且可以集中多維設(shè)備的處理技術(shù)來(lái)進(jìn)一步防止應(yīng)力腐蝕。

        第三,疲勞腐蝕:在疲勞腐蝕的整個(gè)環(huán)境中,需要控制電荷的腐蝕。在多維控制下,裝置的腐蝕效果逐漸變化,基于腐蝕介質(zhì)的合金焊接接頭的上升和掉落也會(huì)變化。在腐蝕的變化中,鋁合金接頭可以提高氯化鈉溶液的腐蝕疲勞性能。由于介質(zhì)濃度的變化,ph值逐漸降低,焊接接頭壽命曲線(xiàn)成為三角形。隨著應(yīng)力水平的提高,焊接部設(shè)備腐蝕控制的效果更加明顯,機(jī)器抗疲勞腐蝕的影響也變強(qiáng),最終介質(zhì)的物性提高。因此,在環(huán)境處理中,使用不同的設(shè)備端部來(lái)控制焊接[2]。

        3 焊縫區(qū)域的抗腐蝕措施

        第一,采用熱處理工藝:焊接后金屬的熱膨脹和冷卻容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力和腐蝕應(yīng)力,同時(shí)焊接部出現(xiàn)熱影響部、焊縫部以及熔合部,這些地方的電位差促進(jìn)整體腐蝕。焊接后熱處理的使用,排除一定殘留應(yīng)力的一部分,改善焊接后的結(jié)構(gòu)差異。通過(guò)焊接后等恒定電位極化加速腐蝕試驗(yàn)方法,研究了各種熱處理過(guò)程對(duì)槽腐蝕敏感性的影響。發(fā)現(xiàn)回火處理不能單獨(dú)降低腐蝕的敏感性,并且腐蝕感受性可以通過(guò)焊接后的質(zhì)量調(diào)整和簡(jiǎn)單的引入處理大大降低。即,焊接后的熱處理后的應(yīng)力耐腐蝕性高。因此,適當(dāng)?shù)臒崽幚砑夹g(shù)可以改善母材和焊接接頭的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì),并且可以減緩腐蝕的發(fā)生。然而,不同的材料需要在焊接后進(jìn)行不同的熱處理。選擇適當(dāng)?shù)臒崽幚矸椒▉?lái)優(yōu)化焊接結(jié)構(gòu)和特性,并獲得良好的保護(hù)效果。

        第二,在焊縫中加入er元素:通過(guò)表2.1與表2.2可知,在不同er含量含量的材質(zhì)中,隨著er含量的提高,焊接接頭的延展能力以及抗拉能力先上升后下降,但是在er含量更高時(shí),下降的程度會(huì)變小。一般情況下,腐蝕電位越大,腐蝕電流密度越小,耐腐蝕性能越好。在焊縫中加入er元素,可明顯提高焊接接頭的力學(xué)性能。但是,在焊接企業(yè)中加入過(guò)多的er元素,焊接接頭的力學(xué)性能會(huì)下降。Al-5.5mg-1Zn焊絲焊縫中存在大量的T相沿晶分布。當(dāng)焊縫受到腐蝕時(shí),在T相正極上形成更多的微電池,導(dǎo)致腐蝕。,添加er焊絲的焊縫中,T相細(xì)化為點(diǎn)狀,分布在晶體中。焊縫的力學(xué)性能和耐蝕性明顯提高。但當(dāng)er含量超過(guò)0.6%時(shí),焊縫中er含量增加,焊接接頭的晶界會(huì)形成粗大T相,導(dǎo)致二次裂紋,降低接頭的力學(xué)性能和抗內(nèi)應(yīng)力腐蝕性能。

        表1 不同焊絲對(duì)應(yīng)焊接接頭拉伸能力

        表2 不同焊縫的極化曲線(xiàn)

        所以,在鋼結(jié)構(gòu)中添加一些er元素可以提高焊縫的抗拉強(qiáng)度,進(jìn)而提升焊縫的抗腐蝕性。

        第三,采用超聲波沖擊技術(shù):超聲波是一種頻率高于20kHz的機(jī)械振動(dòng),具有空氣、聲流等作用,它具有機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)和超聲損傷效應(yīng)?;诔暡ǖ男?yīng)將高頻、高能量的超聲波引入金屬液中。超聲波顯著細(xì)化了材料的晶粒,改善了材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能,改善了氣孔缺陷,提高焊接殘余應(yīng)力和焊接區(qū)電位差,可以有效地降低焊接殘余應(yīng)力和焊接區(qū)電位差。焊接時(shí)在背面施加超聲波沖擊,有效降低焊接殘余應(yīng)力,緩解應(yīng)力腐蝕趨勢(shì)采用超聲波沖擊處理方法,對(duì)焊接接頭進(jìn)行全覆蓋強(qiáng)化,通過(guò)疲勞對(duì)比試驗(yàn),分析焊接接頭的疲勞性能。超聲沖擊有效地減輕了焊接接頭的疲勞腐蝕,對(duì)焊縫起到了保護(hù)作用,經(jīng)超聲沖擊處理的焊縫具有很強(qiáng)的抗腐蝕能力。

        第四,焊接腐蝕防護(hù):在腐蝕保護(hù)方面,需要明確分類(lèi)焊接過(guò)程,在屏蔽氣體的控制下精制焊接接頭。在這種結(jié)構(gòu)應(yīng)力的連續(xù)影響下,焊接缺陷可以緩和,焊接缺陷可以同時(shí)在前端消除,在系統(tǒng)層的保護(hù)中,需要觀察鋁板的整體焊接。整體曲線(xiàn)使用電弧焊接焊接13mm厚的鋁板,通過(guò)觀察和分析整個(gè)焊接曲線(xiàn),在裝置水平的控制下,焊接接頭整體具有耐腐蝕性。在熱輸入的控制下,對(duì)于特性的變化,綜合提高焊接質(zhì)量,綜合控制裝置,改進(jìn)裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),最終調(diào)整焊接面積的氧化結(jié)構(gòu),綜合處理焊接接頭。特別是在機(jī)械的控制中,需要在設(shè)備級(jí)控制熱級(jí)管線(xiàn)。這樣,在將母材整體焊接時(shí),需要將焊接工序與實(shí)際情況相結(jié)合,能夠明確控制焊縫的腐蝕。

        第五,工業(yè)涂料以及陰極保護(hù):防腐蝕涂料在業(yè)界廣泛使用。一些是有機(jī)涂層,例如環(huán)氧瀝青,這可以防止鋼結(jié)構(gòu)與腐蝕介質(zhì)接觸,并獲得防腐效果。也有為了以保護(hù)陰極的形式保護(hù)不銹鋼接頭,而使用鋅鋁等無(wú)機(jī)涂層的。用固定含量100%的噴霧等級(jí)乙烯涂層覆蓋了不銹鋼接頭。將機(jī)械混合的聚苯胺和納米二氧化硅以1:1的比例進(jìn)行涂覆。結(jié)果發(fā)現(xiàn),其抗酸性好,抗腐蝕性好。類(lèi)似地,無(wú)機(jī)涂層具有保護(hù)陰極的功能,并且實(shí)際應(yīng)用。制備鋅鋁涂層,并在堿性土壤溶液中進(jìn)行腐蝕測(cè)試,測(cè)量三個(gè)涂層的極化曲線(xiàn),發(fā)現(xiàn)鋁涂層的保護(hù)效果很好。結(jié)果表明,基于鍍鋅可以防止腐蝕。當(dāng)選擇防腐蝕涂層時(shí),根據(jù)實(shí)際情況,合理的涂層組合可以給涂層性能帶來(lái)完美的發(fā)揮。

        4 結(jié)語(yǔ)

        海洋工程是新時(shí)代提升國(guó)家綜合實(shí)力的一項(xiàng)重要工程,海洋中蘊(yùn)藏著巨大的豐富能源。鋼結(jié)構(gòu)在海洋工程中地應(yīng)用非常廣泛,但是,就其性質(zhì)而言,鋼結(jié)構(gòu)的焊縫處極易發(fā)生腐蝕,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的損壞。目前,國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)海洋工程鋼結(jié)構(gòu)焊接縫隙腐蝕的防護(hù)方法。優(yōu)化焊接工藝,控制焊接質(zhì)量,采用不同的后處理方法,提高結(jié)構(gòu)的均勻性,一般采用與結(jié)構(gòu)其他部位相同的防腐層,保護(hù)靠近焊接間隙區(qū)域的表面或犧牲陽(yáng)極。但由于焊接區(qū)陽(yáng)極數(shù)量的限制和表面預(yù)處理的影響,該區(qū)域的涂層會(huì)過(guò)早失效。焊接區(qū)的鋼材會(huì)加速腐蝕,焊接結(jié)構(gòu)的耐蝕性決定了整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命,因此,有必要對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行特殊的表面防護(hù)處理,以保證鋼結(jié)構(gòu)的安全。

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