可焊性防銹劑在海洋工程結(jié)構(gòu)焊接中的應(yīng)用

李振生，張國平，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)計的要求連接而成，因此除鋼材本身需要高質(zhì)量外，對焊接施工質(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行報檢，合格后才能進行焊接。但是由于各種施工因素影響往往報檢后不能立即焊接，經(jīng)過一段時間后就會導(dǎo)致打磨清理好的坡口生銹，在正式焊接前還需要進行二次打磨。鐵銹成分為鐵的高價氧化物與結(jié)晶水，受焊接高溫影響會分解為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)重的是焊縫中擴散氫含量增加會導(dǎo)致冷裂紋的產(chǎn)生，危及結(jié)構(gòu)安全，因此焊前進行坡口及其兩側(cè)的打磨清潔對保證焊接質(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)制場地由于需要考慮鋼結(jié)構(gòu)陸地預(yù)制完成后運輸?shù)胶Ｉ戏蹍^(qū)域的問題，一般都會選址于海邊，這會導(dǎo)致場地施工環(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)打磨工作對人力的需求也制約了項目的施工進度。

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題。首先，該防銹劑具有防銹功能，能對打磨后的坡口起到防銹保護作用；其次，該防銹劑對焊接質(zhì)量影響小，無需在正式焊接時將其打磨清理去除；再次，噴涂防銹劑后，膜厚較?。ú怀^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行有針對性的設(shè)計。

本可焊性防銹劑是由松香改性酚醛樹脂、甘油松香樹脂、鋁粉漿、乙二醇丁醚、無水乙醇、二甲苯及石油醚等組成的混合物。其中，松香改性酚醛樹脂、甘油松香樹脂是作為成膜物質(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)用于涂料的一種無機顏料，使用它既帶來了金屬質(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)射來的光反射，從而起到減緩?fù)磕な芄庹沼绊懤匣膯栴}。鋁作為金屬材料，具有良好的導(dǎo)電性，從而不會對引弧與焊接產(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定

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

考慮到實際工程施工中，只有在露天施工場地的區(qū)域才易于出現(xiàn)坡口銹蝕的問題，因此選取管對接接頭焊條電弧焊打底、藥芯氣體保護焊填充蓋面的焊接工藝進行帶可焊性防銹劑焊接工藝評定試驗。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鋼材作為試驗用母材。打底焊接材料選用AWS A5.1 E7016電焊條（以下簡稱E7016電焊條），填充蓋面焊接材料選用AWS A5.20 E71T-1CJ（以下簡稱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?zāi)覆暮秃附硬牧先鄯蠼饘俚牧W(xué)性能見表1。

圖1 坡口形式

將打磨好的試件按圖1的要求組對完成后，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（見圖2）。噴涂可焊性防銹劑時盡量采用單次少量、多次噴涂的方式進行，并盡量使各部位的漆膜厚度均勻。一般施工時，推薦的防銹劑的噴涂膜厚不超過20μm，過大的漆膜厚度會導(dǎo)致焊接質(zhì)量降低。為充分評估該防銹劑對焊接質(zhì)量的影響，在焊接工藝評定試驗時，將漆膜平均噴涂厚度控制為20～24μm進行試驗。

圖2 可焊性防銹劑噴涂

待漆膜干燥后對其進行膜厚測量，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℃后開始焊接（見圖3）。焊接參數(shù)見表2。

表2 試驗用焊接參數(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后進行無損檢測。結(jié)果表明，其外觀檢測、超聲波檢測及磁粉檢測的結(jié)果均滿足AWS D1.1：2015《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》的要求。

無損檢測合格后進行機加工取樣，對試樣進行拉伸試驗、彎曲試驗、接頭硬度試驗及沖擊性能試驗。試樣的機加工與理化試驗按照ASTM A370：2021《鋼產(chǎn)品機械性能測試的方法和定義》進行，接頭力學(xué)性能試驗結(jié)果見表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，無焊接缺陷。

表3 接頭力學(xué)性能試驗結(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，且多項性能指標(biāo)均遠大于合格值，接頭-40℃沖擊吸收能量儲備量較大。宏觀金相與彎曲試驗均未發(fā)現(xiàn)有氣孔等缺陷，說明該可焊性防銹劑對焊接質(zhì)量影響較小，噴涂可焊性防銹劑后的焊接接頭質(zhì)量滿足項目的要求。

4 可焊性坡口防銹劑使用的注意事項

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劑在實際施工中使用時，仍需要注意以下幾點。

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）實際噴涂防銹劑時，可以根據(jù)防銹期和周圍的條件，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，無需去除噴涂層，可直接預(yù)熱后進行焊接。

5）對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）防銹劑會對眼睛與皮膚造成傷害，因此現(xiàn)場在使用時，要注意個人防護。

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

1）試驗結(jié)果表明，該防銹劑對焊接質(zhì)量影響小，按要求噴涂平均漆膜厚度不超過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，對于降低成本、提升施工效率、促進綠色低碳發(fā)展都具有重要的意義。