Al-Zn-In系犧牲陽極駐廠監造的質量控制要點

尚用甲 代緒成 李金富 安大為 陳永剛

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

0 引言

南海某油氣田開發項目對工程質量要求及其嚴格，按照招標文件規定，在生產導管架犧牲陽極的過程中必須執行駐廠監造以確保犧牲陽極產品質量符合設計規范要求，監督其質量體系運行的有效性，形成從原材料進廠到產品裝運全過程監督受控的駐廠監造流程，全方位保證產品質量。經過全程駐廠監造，對Al-Zn-In系犧牲陽極產品各階段進行質量控制，在開工前、熔鑄生產、過程檢驗、最終檢驗等各個環節均做到了有效控制，使犧牲陽極質量達到了項目的要求，取得了良好的質量控制效果。

1 開工前質量控制

1.1 開工會

組織召開由業主、駐廠監造人員、制造商相關人員（設計、工藝、生產、質檢）等參加的技術交底會議，介紹此油氣田開發項目概況，明確對犧牲陽極產品質量的高度重視，并對開工準備情況進行溝通。

1.2 審查工程文件

對導管架犧牲陽極制造過程中的控制程序進行審查，此程序文件內容要符合規格書、標準規范、圖紙等相關文件的要求。確定廠家的實際生產能力與控制程序文件中要求的條件相符。

1.3 檢查設備校準及人員資質情況

審查生產設備、檢驗測試設備、檢驗工具等計量/校準檢定證書，確保生產期間均在有效期內。對于檢測人員資質確有要求的，必須由有資質的人員持證上崗進行檢驗操作。

1.4 原材料檢驗

審查所需原材料證明文件及材料純度分析報告(鋁錠、鋅錠、銦錠等)。核對質保書中爐批號、化學成分等信息，確保一一對應。

鋁純度應不低于GB/T 1196中的Al 99.85的規定。生產中應同時確保原材料鋁錠的各項雜質成分低于陽極產品的雜質成分要求，其中 Fe≤0.04%，Cu≤0.002%。鋅純度應不低于 GB/T 470中的Zn 99.99的規定。銦純度應不低于 YS/T 257 中的 In' 99.9的規定[1]。

按照比例隨機抽取部分原材料要求廠家進行化學成分分析檢測，成分含量符合標準要求方能允許使用。

1.5 鐵芯檢驗

陽極鐵芯材料采用GB8162中的20號優質碳素結構鋼，碳當量應低于0.41%。審查工廠提供的材質報告單及碳當量值CE要符合規格書中的要求。按照設計圖紙對鐵芯進行尺寸及重量的檢驗，并檢查鐵芯表面質量，符合標準要求方能允許使用[2]。

1.6 模具檢驗

模具需保證產品重量及尺寸要求。檢查模具材料需滿足產品制造工藝要求。檢查模具尺寸應考慮產品收縮量，檢查模具表面光潔度應能保證產品表面質量要求。

2 犧牲陽極熔鑄過程質量控制

2.1 鐵芯和模具的預加熱

澆鑄前模具和鐵芯進行預熱并保持干燥。為提高陽極鐵芯的結合力，必須對鐵芯進行噴砂除銹并達到Sa2.5級的要求，鐵芯噴砂后應在8小時內使用。檢驗人員在澆鑄前要對鐵芯進行表觀檢查，如發現鐵芯表面出現鐵銹、無光澤時須重新處理達到 Sa2.5級后方能使用。把預熱好的鐵芯和模具組合裝配，并檢查鐵芯在模具內位置是否正確。

2.2 材料配制及準備工作

所有原材料在加料前分區放置，防止被混雜污染，并處于干燥狀態。按比例計算加入的合金，稱量合金并預熱，把預熱后的鋅錠、鋁硅合金加入保溫爐，熔點較低的銦添加時，用小坩堝舀取鋁水，用鋁箔包裹后加入坩堝并用石墨棒壓入鋁液下以防氧化燒損，攪拌均勻后倒入保溫爐。打開電磁攪拌系統熔化合金并攪拌。攪拌后的合金鋁液加熱至澆注溫度，導至保溫澆包，吊至澆注區準備澆注。

2.3 陽極澆注及爐溫控制

熔煉系統自動上料機把鋁錠自動投入熔煉爐的料塔，鋁錠在高溫火焰下熔化，流入熔化爐保溫部保溫。保溫部達到2噸左右鋁水時打開鋁水出口，鋁水沿流槽自動流入前方保溫爐，自動稱重系統會自動稱量流入的鋁水量，再加入事先稱量好的合金。生產檢驗人員在生產過程應認真記錄每爐料的各種合金元素的重量、澆注溫度、鐵芯和模具控制溫度、澆注時間、鐵芯表面情況和取樣情況等數據。澆注完畢進行充分的補縮，待鋁液完全凝固后起模，修正毛刺。

打印陽極編號及標識。生產日期/爐號/陽極序列號標識等澆鑄后立即用鋼模打印在陽極表面上，其深度滿足在刮涂及碰撞后也可分辨出來。其它標識待檢驗合格后再用不可抹除的油性記號筆標注在每塊陽極的相同位置[3]。

3 犧牲陽極檢驗程序質量控制

3.1 通用要求

用于檢驗的測量、試驗設備、儀器儀表、計量器具應處于受控狀態，在檢定有效期內使用。犧牲陽極生產過程的各項檢驗、標識及各項記錄必須準確齊全。

3.2 試生產檢驗質量控制

試生產每種規格抽取1塊陽極進行檢驗，主要包括外觀檢驗、尺寸檢驗、件重檢驗、化學成分分析檢驗、電化學性能檢驗、組對檢驗、破壞性試驗等。全部檢驗合格后方能正式生產。

3.3 過程檢驗質量控制

3.3.1 重量控制

每種規格的前五只鐵芯進行稱重平均做此規格陽極的鐵芯重量。每只陽極都須稱重，并記錄毛重和凈重。每只陽極的重量偏差為±3%。總重量偏差為0～2%。

3.3.2 尺寸控制

所有陽極均需進行尺寸檢驗，并做好記錄。陽極尺寸檢驗執行以下要求：陽極長度的偏差為±25mm；陽極寬度的偏差為±5%；厚度的偏差為±10%；直線度為在陽極長度方向與縱軸的偏差不超過陽極長度的2%。

3.3.3 內部缺陷檢驗

依據DNV RP B401標準要求[4]，每種規格陽極取1塊陽極進行破壞性切口檢驗，以檢驗鑄造質量是否合格。 切口分別在陽極的長度方向25%、33%、50%處進行。切口彩色照片附入內部質量檢驗報告。切口表面達到如下要求，則判定此批陽極合格：

（1）氣孔不超過總表面積的2%，單個切面不超過表面積的5%；

（2）非金屬夾渣不超過總表面積的1%，單個切面不超過表面積的2%；

（3）鐵芯周圍空隙量平均不超過鐵芯周長的 10%，單個切面不超過20%；

（4）鐵芯的位置應進行尺寸檢驗以確定其是否符合圖紙和公差要求。

3.3.4 陽極表面質量檢驗

全部陽極都進行外觀質量的檢驗，并符合下列要求：

（1）縮孔和冷隔

縮孔：縮孔的深度不超過6mm，長度不超過 13mm；

冷隔：冷隔深度不超過 10mm；

非金屬夾渣：不超過陽極表面的1%；

沒有對人員安全有危害的突出物；

（2）裂紋

陽極表面不存在以下類型的裂紋：縱向裂紋；寬度大于5mm的橫向裂紋；擴展并超出陽極兩個表面上的裂紋；裂紋深度大于表面到陽極鐵芯距離50%的裂紋。

3.4 取樣檢測質量控制

3.4.1 化學成分分析檢驗

每爐應取兩個試樣，分別在一爐的開始和結束時。取樣用的鉆頭或刀具應用乙醇或丙酮清潔干凈，以避免在試樣中混入雜質。取樣量應為20g以上的碎屑。 所有的樣品應仔細分析合金成分，分析方法參照 GB/T20975.25-2008 進行。進行分析所用的設備儀器應進行計量檢定，并取得合格證書。分析人員應經過培訓，并具有相應業務崗位合格證書。分析人員應做好試驗記錄，并妥善保管。分析完成后，應提供正式的報告，報告應有表明陽極鑄造日期的批次編號。

3.4.2 電化學性能和電位檢測

為了控制陽極材料質量，電化學性能試驗和電位檢測應按照 NACE TM 0190 標準進行。電化學測試取樣原則為每10個陽極取一個樣品（陽極本體取樣），之后在這個樣品中切角進行電化學測試，取樣要覆蓋到所有爐次，盡量在進行剖切試驗的陽極上進行電化學試驗取樣。切角后陽極的重量必須符合規格書重量偏差要求。取樣后陽極應進行稱重記錄上報，確保重量滿足要求。按照 NACE TM 0190 標準14天法要求檢驗其電位和電容量，試驗由獨立第三方實驗室認可并出具報告。試驗用器具應進行計量檢定，并取得合格證書。試驗人員應經過培訓，并具有相應業務崗位合格證書。試驗人員應做好試驗記錄，并妥善保管。

3.4.3 接觸電阻的測量

陽極和鐵芯之間的接觸電阻小于0.001Ω，試驗方法滿足GB/T 4948-2002的要求。檢驗頻次為陽極的10%。

4 犧牲陽極終檢質量控制

對于合格品控制：對犧牲陽極進行終檢后檢驗員填寫產品終檢報告，提交所有的報告和記錄、第三方檢驗證書、工廠證書等，質檢部審核后簽字后辦理產品合格證。

對于不合格品控制：經檢驗確定為不合格品的陽極產品，應立即隔離分區存放，作出明顯標識，并進行登記。對不合格品的審理、處置按程序文件中的不合格品控制程序執行。

5 儲存包裝及運輸質量控制

犧牲陽極經檢驗合格后才能入庫，根據品種、規格分批碼垛并做出明確標識。必須在干燥通風的室內存放，存放時不能與異種金屬接觸。存放犧牲陽極的倉庫不得存放腐蝕性易揮發的物質。陽極鐵芯端部應進行防雨保護以防異物進入。

在搬運過程中要注意保護產品標識，保證產品與木制托盤的相對固定，防止碰撞造成的損傷。包裝箱內要有裝箱清單（含供貨商名稱、產品名稱、規格、批號、數量、總重量 等信息）和產品合格證明書。

6 結語

通過本文系統性的歸納與總結，分析研究了犧牲陽極各階段的質量控制措施，在開工前、熔鑄、過程檢驗終檢等各個環節均做到了有效控制，使犧牲陽極質量達到了項目的要求，取得了良好的質量控制效果。有助于駐廠監造人員進一步了解犧牲陽極的質量控制要求，也對于其他產品的駐廠監造有借鑒意義。