本發(fā)明屬于海洋工程鋼結構的腐蝕與防護領域，具體涉及一種用于船舶、平臺等海洋工程結構用鋼焊縫區(qū)腐蝕防護的金屬涂層陰極保護方法。

背景技術：

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%，這就對腐蝕和機械性質有著驚人的影響，鐵素體含量高會發(fā)生局部腐蝕，鐵素體含量低會導致應力腐蝕開裂，造成海洋結構物局部出現失效斷裂，影響使用安全。

隨著國家藍色海洋經濟國策的深化實施，遠洋船舶及海上平臺等大型海洋工程的數量和規(guī)模也得到迅速發(fā)展，大型鋼制結構物的焊接連接就成為一個必要的技術條件。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、海水等腐蝕介質直接接觸，此時，焊接結構的耐腐蝕性往往決定著整個結構的服役壽命。

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方法，屬于鋁合金焊縫腐蝕防護技術領域。所述方法用機械打磨去除焊縫表面積瘤，然后通過冷噴涂沉積鋁合金復合涂層，實現長期儲存N₂O₄的鋁合金儲箱內壁焊縫的腐蝕防護。

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

專利CN201210422718.0公布了一種輸電線路砼桿焊縫防腐保護方法，該方法利用內徑與砼桿外徑相同的帶有上下密封圈的保護裝置，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涉及油田管道內壁的腐蝕防護問題，本發(fā)明是在管子內壁熔結環(huán)氧樹脂防護層，在管子的連接處用不銹鋼作連接過渡，從而控制碳鋼管內壁及焊縫的腐蝕。

由此可見，目前國內外針對海洋工程用鋼焊縫區(qū)的腐蝕尚沒有特殊的保護方法，除了優(yōu)化焊接工藝控制焊接質量之外，一般是采用與結構物其他部位相同的防腐涂料進行表面防護，或是在焊縫區(qū)附近布置犧牲陽極進行陽極保護，但是由于陽極數量和重量的限制，以及保護電流由于結構物理屏蔽不能達到均勻可靠分布，另外焊縫區(qū)表面預處理效果的局限性，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。

技術實現要素：

本發(fā)明的技術任務是針對現有技術的不足，提供一種海洋結構鋼焊縫區(qū)金屬涂層陰極保護方法，解決犧牲陽極保護不均勻以及有機防腐涂層附著不好過早失效導致的焊縫腐蝕問題，同時也可以解決由于焊縫區(qū)表面粗糙度不均勻導致防腐涂層附著力不高的問題。

海洋鋼結構由于焊縫區(qū)表面存在焊瘤及氧化殘渣，涂裝前預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，導致整體噴涂有機防腐涂層時，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，失去保護功能。即便另外輔加了犧牲陽極保護，但是由于整體防護設計的要求，以及考慮到犧牲陽極數量和重量的限制，不能將大部分陽極集中在焊縫區(qū)進行陰極保護。因此在服役過程中，船體或其它海洋鋼結構物焊縫區(qū)經常優(yōu)先出現嚴重腐蝕。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種海洋結構鋼焊縫區(qū)金屬涂層陰極保護方法，該方法包括如下步驟：a）根據焊縫區(qū)焊接面結構的不同，確定噴涂金屬涂層進行陰極保護的范圍，該范圍即對應于焊縫待噴涂表面；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，選取相對于海洋結構鋼焊縫區(qū)來說具有犧牲陽極陰極保護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%，粉末的粒徑應控制在10-100 μm之間，可采用霧化法或破碎法制備。

進一步的，還包括步驟e)在噴涂有金屬涂層的焊縫表面噴涂有機防腐涂層。

進一步的，在步驟a）中，

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

對于支架及鋼管焊縫區(qū)域，以完全覆蓋焊縫兩側材料為準。

進一步的，在步驟b）中，將焊縫待噴涂表面進行修整，消除焊縫表面的裂紋、弧坑縮孔、焊瘤缺陷，嚴禁有假焊現象，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。

進一步的，在步驟c）中，將整理后的焊縫待噴涂表面進行噴砂處理，焊縫待噴涂表面必須經噴砂，粗糙度至少達到Sa2.5，保持清潔、干燥、無污染，表面油或脂類物質應按標準規(guī)定用溶劑清理去除。

進一步的，在步驟d）中，采用熱噴涂或冷噴涂工藝進行噴涂，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需逐漸減薄。

噴涂時，非焊縫待噴涂表面區(qū)域無需遮蓋。

進一步的，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，分多次重復噴涂，直至焊縫區(qū)完全被金屬涂層有效覆蓋。

進一步的，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可參照上述幾種制備工藝常規(guī)工作參數。

進一步的，在步驟a）中，對于所述海洋結構用鋼板材焊縫區(qū)域，以覆蓋超出焊縫兩側熱影響區(qū)各10 mm為宜。

進一步的，在步驟a）中，對于所述海洋結構用鋼板材焊縫區(qū)域，金屬涂層的寬度根據焊縫寬度不同而稍有不同，一般控制在30-100 mm以內。

本發(fā)明的海洋結構鋼焊縫區(qū)金屬涂層陰極保護方法與現有技術相比，所產生的有益效果是：

本發(fā)明涉及一種海洋結構鋼焊縫區(qū)金屬涂層陰極保護方法，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)由于表面有機防腐涂層老化失效而導致的熱影響區(qū)腐蝕問題，同時也可以解決由于焊縫區(qū)表面狀態(tài)不一致導致的有機涂層附著力不高而導致涂層過早剝離現象。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合力強，且有助于后期海洋結構外表面的整體涂有機涂層，可有效解決焊縫區(qū)與有機涂層界面附著問題，可對焊縫區(qū)及兩側鋼基體提供良好的犧牲陽極陰極保護作用。該方法可簡單有效的解決目前海洋工程鋼結構焊接區(qū)的涂裝與腐蝕問題，給船舶、平臺等海洋裝備鋼結構焊接區(qū)提供可靠長效的防腐保護，必將在船舶和相關海洋工程領域獲得廣泛的應用。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明海洋結構用鋼板材焊縫區(qū)及陰極保護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效果圖。

具體實施方式

下面結合附圖1-2對本發(fā)明的海洋結構鋼焊縫區(qū)金屬涂層陰極保護方法作以下詳細地說明。

實施例一

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

a）根據焊縫區(qū)焊接面結構的不同，確定噴涂金屬涂層進行陰極保護的范圍，該范圍即對應于焊縫待噴涂表面

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

對于支架及鋼管焊縫區(qū)域，以完全覆蓋焊縫兩側材料為準。

b）焊縫表面整理

將焊縫待噴涂表面進行修整，消除焊縫表面的裂紋、弧坑縮孔、焊瘤缺陷，對于有密性要求結構的焊縫表面，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，所有焊縫嚴禁有假焊現象，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行噴砂處理，焊縫待噴涂表面必須經噴砂，至粗糙度至少達到Sa2.5，保持清潔、干燥、無污染，表面油或脂類物質應按標準規(guī)定用溶劑清理去除。

d）焊縫表面噴涂金屬涂層

噴涂時，選取相對于海洋結構鋼焊縫區(qū)來說具有犧牲陽極陰極保護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可參照上述幾種制備工藝常規(guī)工作參數。

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）按質量比1：1充分混合，然后采用低壓冷噴涂設備在上述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了腐蝕，而焊縫沉積涂層區(qū)域未出現任何腐蝕現象，實現了低合金鋼焊縫區(qū)域表面的可靠保護。

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)的陰極保護作用，鋅鋁涂層施加于焊縫及兩側的熱影響區(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。由仿真結果可見，30 mm寬的鋅鋁涂層即可使得焊縫兩側熱影響區(qū)域陰極保護電位達到-0.85～-0.95V，可使低合金鋼表面焊縫兩側熱影響區(qū)得到有效保護。

實施例二

在實施例一的基礎上，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防腐涂層，形成金屬涂層陰極保護與有機防腐涂層聯合防腐的方式。結果表明，采用聯合防腐方式取得了比單一防腐方式更加有效的防護。

本發(fā)明所屬領域的一般技術人員可以理解，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，任何可以體現本發(fā)明權利要求技術方案的實施，都在本發(fā)明的保護范圍內。需要注意的是，以上內容是結合具體的實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施方式僅限于此，在本發(fā)明的上述指導下，本領域技術人員可以在上述實施例的基礎上進行各種改進和變形，而這些改進或者變形落在本發(fā)明的保護范圍內。