某型潛艇杯形管節(jié)的腐蝕與防護(hù)對策

周建奇，李 平，龍 彪

(1.海軍裝備技術(shù)研究所，北京 102442;2.海裝廣州代表局駐427廠軍代室，廣東廣州 510260)

0 概述

潛艇長期工作在海洋環(huán)境中，且經(jīng)常在水面及水下作業(yè)。與水面艦船不同，在大深度水下工作時(shí)，各通海部件還要承受大深度的海水壓力，因而對各相關(guān)設(shè)備、管路提出了更高的要求。杯形管節(jié)(圖1)作為舷側(cè)閥的支撐結(jié)構(gòu)，與艇體焊為一體，在設(shè)計(jì)建造時(shí)，杯形管節(jié)在選材方面主要考慮其機(jī)械和焊接等方面的性能，常采用與船體結(jié)構(gòu)材料性能相近的鋼材制作，而與杯形管節(jié)相連的舷側(cè)閥的法蘭通常為銅合金 (如B10、B30等材料)。杯形管節(jié)內(nèi)壁直通海水，一旦該部位發(fā)生腐蝕穿孔即使在舷側(cè)閥處于關(guān)閉狀態(tài)，海水仍然能夠由穿孔部位進(jìn)入艙內(nèi)，影響艇內(nèi)其他設(shè)備的正常運(yùn)行，危及艇的安全，因而危害極大。

1 腐蝕現(xiàn)狀

據(jù)對某型在修潛艇的調(diào)查，杯形管節(jié)普遍存在較為嚴(yán)重的腐蝕問題，主要表現(xiàn)為凹凸密封面的內(nèi)凸緣部位以及杯形管節(jié)內(nèi)壁的腐蝕。如該潛艇Ⅰ艙的艙底泵出口的杯形管節(jié)在使用3～4年時(shí)間后，其內(nèi)凸緣部位腐蝕非常嚴(yán)重 (圖2)，杯形管節(jié)內(nèi)表面則有大量腐蝕產(chǎn)物 (因杯形管節(jié)未拆下檢查，不便于檢查腐蝕坑點(diǎn)的深度)，其他艙室艙底泵、輸送泵、冷卻器出口的杯形管節(jié)均有類似的腐蝕問題。杯形管節(jié)直接通海，如發(fā)生腐蝕穿孔后只能采取應(yīng)急防護(hù)措施處理，待上排修理或進(jìn)塢坐墩修理時(shí)才能徹底解決。

圖1 杯形管節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖

2 腐蝕原因分析

杯形管節(jié)的腐蝕是多方面因素引起的，既有材料自身耐蝕性差的原因，還與杯形管節(jié)與閥之間通過螺栓連接時(shí)留存的固有缺陷有關(guān)。

圖2 杯形管節(jié)的腐蝕情況

1)材料因素。

材料是影響杯形管節(jié)腐蝕的主要因素，材料的耐蝕性好壞直接關(guān)系到杯形管節(jié)的使用壽命，同時(shí)還會(huì)對該系統(tǒng)整體性能的發(fā)揮產(chǎn)生重大影響。杯形管節(jié)屬于管道系統(tǒng)中的一小截管路，在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和焊接性能等因素，在選擇材料時(shí)與船體結(jié)構(gòu)材料接近，以該潛艇為例，船體材料為921A鋼，杯形管節(jié)為607A制作。由于607A鑄鋼屬于不耐海水腐蝕的鋼鐵材料，如不采取任何防腐蝕措施，在海水環(huán)境中極易發(fā)生腐蝕。從現(xiàn)場檢查情況可以看到，杯形管節(jié)內(nèi)壁出現(xiàn)大量腐蝕斑點(diǎn)，凹凸密封面位置的內(nèi)凸緣部位腐蝕十分嚴(yán)重，如圖2所示。

2)環(huán)境因素。

杯形管節(jié)作為海水進(jìn)入船體內(nèi)的前沿部分，內(nèi)壁長期處于海水環(huán)境中。杯形管節(jié)在海水中的自腐蝕電位－660 mV，與杯形管節(jié)相連的閥的法蘭通常是銅合金材料 (海水中的自腐蝕電位大于－270 mV［1］)，二者間存在較大的電位差，并且杯形管節(jié)與法蘭間通過螺栓連接，此種連接方式形成了宏觀電偶，即銅合金閥蘭、閥體作為陰極而受到保護(hù)，鋼質(zhì)杯形管節(jié)作為陽極被腐蝕，特別是法蘭凹凸密封面位置的內(nèi)凸緣部位，腐蝕最為嚴(yán)重。

銅合金舷側(cè)閥與鋼質(zhì)杯形管節(jié)間雖然通過螺栓連接，并且形成了宏觀電偶，但因?yàn)檫B接后二者之間具有一定的電阻，因此表現(xiàn)為距離靠近密封面位置的內(nèi)凸緣部位腐蝕較強(qiáng)烈，而隨著離密封面位置距離的增加，電偶腐蝕的作用減弱，因而杯形管節(jié)內(nèi)表面整體表現(xiàn)為均勻腐蝕。

3 預(yù)防腐蝕的措施

從對杯形管節(jié)腐蝕原因分析可知，因杯形管節(jié)在選材方面首先要考慮強(qiáng)度和焊接等方面的因素，不可能改變現(xiàn)有的材料體系。因此，根據(jù)這種情況，可從杯形管節(jié)的表面入手，采取先進(jìn)的防腐蝕技術(shù)，提高其防腐蝕水平。

1)電絕緣技術(shù)措施。

鋼質(zhì)杯形管節(jié)和銅質(zhì)閥之間的連接不可避免，則可以考慮在二者之間采取必要的電絕緣措施［1］，如在杯形管節(jié)的密封面、連接螺栓表面制備絕緣涂層，增加法蘭與杯形管節(jié)之間的電阻，降低電偶對(銅－鐵)之間所產(chǎn)生的電流密度，減少電偶腐蝕的影響，從而降低其腐蝕速度。

2)重防腐蝕涂層保護(hù)。

在目前杯形管節(jié)使用材料上，主要考慮的是滿足其機(jī)械性能、焊接性能等方面的因素，其耐蝕性能較差，可通過采用先進(jìn)的防腐蝕技術(shù)措施以彌補(bǔ)其耐蝕性能的不足，如管內(nèi)襯塑、制備結(jié)合力強(qiáng)的陶瓷涂層［2］等，可有效提高杯形管節(jié)內(nèi)表面的耐海水腐蝕性能。

3)外加電流保護(hù)［3］。

外加電流保護(hù)法具有對水流阻力影響小、使用壽命長、工作可靠、保護(hù)效果好等特點(diǎn)。對重點(diǎn)部位的杯形管節(jié)，可考慮在局部安裝外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)。通過外部電源提供微小的局部電流的措施，可減輕或避免杯形管節(jié)的腐蝕。

4 結(jié)論

綜上所述，某型潛艇杯形管節(jié)的腐蝕是由于其材料自身耐蝕性能不足以及杯形管節(jié)與舷側(cè)閥間連接時(shí)形成的固有缺陷而引起的。在不改變杯形管節(jié)材料的前提下，可通過在杯形管節(jié)的表面和連接螺栓的表面制備絕緣涂層減少因電偶腐蝕的作用;通過在杯形管節(jié)內(nèi)表面制備防腐蝕涂層以及外加電流陰極保護(hù)的方法，可提高其整體耐蝕水平。

［1］王虹斌，方志剛.艦船海水管系異金屬電偶腐蝕的控制［J］.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2007，19(2):145－147.

［2］劉學(xué)文，石元昌，柏其亞.燒結(jié)Al2O3陶瓷在海水中的耐腐蝕性能研究 ［J］.山東大學(xué)學(xué)報(bào) (工學(xué)版)，2008，38(5)113－116.

［3］許立坤，王廷勇，等.船舶外加電流陰極保護(hù)用輔助陽極組件［J］.材料開發(fā)與應(yīng)用，2001，16(2):35－38.