李振生，張國(guó)平，袁中龍，張京華，熊慶和

海洋石油工程（青島）有限公司 山東青島 266520

1 序言

與陸地服役環(huán)境不同，海洋工程結(jié)構(gòu)除受到海浪沖擊影響外，還受到臺(tái)風(fēng)、海冰、地震及海水腐蝕等影響，服役環(huán)境非常惡劣與復(fù)雜，這些都對(duì)海洋工程的施工質(zhì)量提出了很高的要求。海洋工程鋼結(jié)構(gòu)是由一條條焊縫將鋼材按照設(shè)計(jì)的要求連接而成，因此除鋼材本身需要高質(zhì)量外，對(duì)焊接施工質(zhì)量也提出了很高的要求[1，2]。

在海洋工程建造施工中，每條焊縫在焊前需要將坡口及其兩側(cè)進(jìn)行打磨清理，去除鐵銹油污等異物，從而保證好的焊接質(zhì)量。打磨清理好的坡口需要進(jìn)行報(bào)檢，合格后才能進(jìn)行焊接。但是由于各種施工因素影響往往報(bào)檢后不能立即焊接，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后就會(huì)導(dǎo)致打磨清理好的坡口生銹，在正式焊接前還需要進(jìn)行二次打磨。鐵銹成分為鐵的高價(jià)氧化物與結(jié)晶水，受焊接高溫影響會(huì)分解為FeO、H2、H+、O-2和OH-等，使得焊縫氧化性增加，也增加了氫含量，從而導(dǎo)致產(chǎn)生CO氣孔和H2氣孔的傾向都有所增加[3]。氣孔的存在會(huì)降低焊接接頭的塑性與致密性，減少焊接接頭的有效承載截面積，最嚴(yán)重的是焊縫中擴(kuò)散氫含量增加會(huì)導(dǎo)致冷裂紋的產(chǎn)生，危及結(jié)構(gòu)安全，因此焊前進(jìn)行坡口及其兩側(cè)的打磨清潔對(duì)保證焊接質(zhì)量、確保海洋工程結(jié)構(gòu)的服役安全意義重大。而海洋鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)制場(chǎng)地由于需要考慮鋼結(jié)構(gòu)陸地預(yù)制完成后運(yùn)輸?shù)胶Ｉ戏蹍^(qū)域的問(wèn)題，一般都會(huì)選址于海邊，這會(huì)導(dǎo)致場(chǎng)地施工環(huán)境常年濕度較大，更易出現(xiàn)坡口生銹的情況，增加了焊接質(zhì)量的控制難度。

為了確保焊接質(zhì)量，在正式焊接前需要再次進(jìn)行坡口打磨處理，重復(fù)打磨影響了施工效率，增加了施工成本，此外，目前人力短缺已經(jīng)成為了困擾企業(yè)的一大難題，大量的重復(fù)打磨工作對(duì)人力的需求也制約了項(xiàng)目的施工進(jìn)度。

為了降低施工成本，提升施工效率，采用可焊性防銹劑可以很好地解決這一問(wèn)題。首先，該防銹劑具有防銹功能，能對(duì)打磨后的坡口起到防銹保護(hù)作用；其次，該防銹劑對(duì)焊接質(zhì)量影響小，無(wú)需在正式焊接時(shí)將其打磨清理去除；再次，噴涂防銹劑后，膜厚較?。ú怀^(guò)20μm），透視性好，能夠清楚地看清坡口打磨后的原始表面狀態(tài)。

2 可焊性防銹劑介紹

可焊性防銹劑的最基本功能是防銹作用，為了滿足帶漆焊接要求，需要考慮盡量減少對(duì)焊接有害的因素，減少在焊接高溫狀態(tài)下產(chǎn)生氣體，因此需要在其成分上進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。

本可焊性防銹劑是由松香改性酚醛樹(shù)脂、甘油松香樹(shù)脂、鋁粉漿、乙二醇丁醚、無(wú)水乙醇、二甲苯及石油醚等組成的混合物。其中，松香改性酚醛樹(shù)脂、甘油松香樹(shù)脂是作為成膜物質(zhì)加入的。鋁粉漿是由鋁粉與其他溶劑混合而成的漿狀物，又稱為鋁銀漿，是主要應(yīng)用于涂料的一種無(wú)機(jī)顏料，使用它既帶來(lái)了金屬質(zhì)感又起到了防腐的效果。鋁粉具有平滑的鱗片形狀，因此在涂膜中層疊分布，從而起到遮擋的作用，既能防止水滲透，又能像鏡面一樣將大多數(shù)射來(lái)的光反射，從而起到減緩?fù)磕な芄庹沼绊懤匣膯?wèn)題。鋁作為金屬材料，具有良好的導(dǎo)電性，從而不會(huì)對(duì)引弧與焊接產(chǎn)生影響。其他成分的主要作用是助劑和溶劑[4，5]。

3 帶可焊性防銹劑焊接工藝評(píng)定

噴涂防銹劑的表面與打磨光滑的金屬表面相比，肯定會(huì)對(duì)焊接產(chǎn)生一定程度的影響，因此需要對(duì)噴涂防銹劑的板材進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，從而針對(duì)防銹劑對(duì)焊接質(zhì)量的影響進(jìn)行評(píng)估。

考慮到實(shí)際工程施工中，只有在露天施工場(chǎng)地的區(qū)域才易于出現(xiàn)坡口銹蝕的問(wèn)題，因此選取管對(duì)接接頭焊條電弧焊打底、藥芯氣體保護(hù)焊填充蓋面的焊接工藝進(jìn)行帶可焊性防銹劑焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。選用直徑508mm、壁厚25mm，GB/T 712—2022《船舶及海洋工程用結(jié)構(gòu)鋼》規(guī)定的EH36鋼材作為試驗(yàn)用母材。打底焊接材料選用AWS A5.1 E7016電焊條（以下簡(jiǎn)稱E7016電焊條），填充蓋面焊接材料選用AWS A5.20 E71T-1CJ（以下簡(jiǎn)稱E71T-1CJ）。焊接位置選用6G立向上、45°的V形坡口，形式如圖1所示。試驗(yàn)?zāi)覆暮秃附硬牧先鄯蠼饘俚牧W(xué)性能見(jiàn)表1。

圖1 坡口形式

將打磨好的試件按圖1的要求組對(duì)完成后，在坡口及其兩側(cè)至少25mm的打磨光亮區(qū)域噴涂可焊性防銹劑（見(jiàn)圖2）。噴涂可焊性防銹劑時(shí)盡量采用單次少量、多次噴涂的方式進(jìn)行，并盡量使各部位的漆膜厚度均勻。一般施工時(shí)，推薦的防銹劑的噴涂膜厚不超過(guò)20μm，過(guò)大的漆膜厚度會(huì)導(dǎo)致焊接質(zhì)量降低。為充分評(píng)估該防銹劑對(duì)焊接質(zhì)量的影響，在焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)時(shí)，將漆膜平均噴涂厚度控制為20～24μm進(jìn)行試驗(yàn)。

圖2 可焊性防銹劑噴涂

待漆膜干燥后對(duì)其進(jìn)行膜厚測(cè)量，如厚度不足20～24μm，則繼續(xù)噴涂防銹劑，直至平均漆膜厚度滿足要求，然后將試件預(yù)熱至30℃后開(kāi)始焊接（見(jiàn)圖3）。焊接參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)用焊接參數(shù)

圖3 試件焊接

為了充分考察EH36鋼焊接接頭的冷裂傾向，在焊接完成48h后進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。結(jié)果表明，其外觀檢測(cè)、超聲波檢測(cè)及磁粉檢測(cè)的結(jié)果均滿足AWS D1.1：2015《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》的要求。

無(wú)損檢測(cè)合格后進(jìn)行機(jī)加工取樣，對(duì)試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、接頭硬度試驗(yàn)及沖擊性能試驗(yàn)。試樣的機(jī)加工與理化試驗(yàn)按照ASTM A370：2021《鋼產(chǎn)品機(jī)械性能測(cè)試的方法和定義》進(jìn)行，接頭力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。接頭宏觀斷面照片如圖4所示。由圖4可知，接頭熔合良好，無(wú)焊接缺陷。

表3 接頭力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

圖4 宏觀斷面照片

從表3和圖4可看出，結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且多項(xiàng)性能指標(biāo)均遠(yuǎn)大于合格值，接頭-40℃沖擊吸收能量?jī)?chǔ)備量較大。宏觀金相與彎曲試驗(yàn)均未發(fā)現(xiàn)有氣孔等缺陷，說(shuō)明該可焊性防銹劑對(duì)焊接質(zhì)量影響較小，噴涂可焊性防銹劑后的焊接接頭質(zhì)量滿足項(xiàng)目的要求。

4 可焊性坡口防銹劑使用的注意事項(xiàng)

目前，該可焊性防銹劑已經(jīng)在海洋工程建造中得到了廣泛的推廣應(yīng)用，省去了大量的坡口二次打磨工作，取得了很好的應(yīng)用效果?？珊感苑冷P劑在實(shí)際施工中使用時(shí)，仍需要注意以下幾點(diǎn)。

1）噴涂防銹劑前，需要將坡口及其兩側(cè)一定范圍內(nèi)的母材打磨干凈。

2）在使用防銹劑之前，要充分搖晃防銹劑罐體，使內(nèi)部的防銹劑盡量均勻。

3）實(shí)際噴涂防銹劑時(shí)，可以根據(jù)防銹期和周?chē)臈l件，在最大允許的膜厚范圍內(nèi)噴涂適當(dāng)?shù)耐磕ず穸取?/p>

4）焊接時(shí)，無(wú)需去除噴涂層，可直接預(yù)熱后進(jìn)行焊接。

5）對(duì)于噴涂漆膜的部位發(fā)現(xiàn)有生銹的區(qū)域必須在焊接前打磨去除。

6）防銹劑會(huì)對(duì)眼睛與皮膚造成傷害，因此現(xiàn)場(chǎng)在使用時(shí)，要注意個(gè)人防護(hù)。

7）防銹劑需要保持在緊閉密封的容器中，貯存于陰涼、干燥、通風(fēng)地方，防止碰撞，應(yīng)與任何熱源隔離。

5 結(jié)束語(yǔ)

1）試驗(yàn)結(jié)果表明，該防銹劑對(duì)焊接質(zhì)量影響小，按要求噴涂平均漆膜厚度不超過(guò)20μm，焊接質(zhì)量能夠滿足海洋工程鋼結(jié)構(gòu)制造要求。

2）該防銹劑在海洋工程鋼結(jié)構(gòu)制造中的應(yīng)用，能夠免去二次坡口打磨清理，對(duì)于降低成本、提升施工效率、促進(jìn)綠色低碳發(fā)展都具有重要的意義。