金屬修補(bǔ)劑對(duì)焊接缺陷防腐蝕的綜合價(jià)值研究

張中華

（漢高股份有限公司，上海 200120）

在船舶、海洋工程、化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)等領(lǐng)域中，因?yàn)椴牧系母g，特別是焊縫腐蝕導(dǎo)致的海難、設(shè)備提前退役和化工設(shè)備的跑、冒、滴、漏問題，不但讓企業(yè)和社會(huì)承受重大的損失，還可能造成環(huán)境傷害。所以才有一代又一代的防腐工程師來研究腐蝕產(chǎn)生的原因和各種解決腐蝕的辦法。在研究中我們發(fā)現(xiàn)，面對(duì)腐蝕問題時(shí)，對(duì)金屬與腐蝕介質(zhì)的良好隔離是有效防護(hù)腐蝕的重要方式，而在隔離方法中我們最常見的是涂層保護(hù)，那么怎樣才能做到有效的涂層保護(hù)來防止焊縫腐蝕的發(fā)生呢？我們通過下面的討論來進(jìn)行分析。

1 焊縫腐蝕產(chǎn)生的原因

在正常環(huán)境條件下，鐵金屬的所有腐蝕過程都是一種電化學(xué)過程，一般來說腐蝕的發(fā)生需要滿足腐蝕電池四要素：陰極、陽極、金屬通路和電解液。在大多數(shù)結(jié)構(gòu)中，陽極和陰極分別位于鋼上的不同位置，結(jié)構(gòu)本身就是金屬通路，而環(huán)境就是電解液。當(dāng)4個(gè)條件都滿足時(shí)，腐蝕就發(fā)生了。

那么焊縫腐蝕的四要素是怎么產(chǎn)生的呢？焊接過程中會(huì)產(chǎn)生一系列的變化影響焊接件，比如，金屬成分和冶金結(jié)構(gòu)上的改變、殘余應(yīng)力和焊接缺陷。一般情況中，幾個(gè)問題會(huì)混合出現(xiàn)。焊縫金屬的成分通常不同于母體材料，其會(huì)加入一些合金添加劑，來達(dá)到與母體材料相似的強(qiáng)度。這些合金成分會(huì)讓焊縫變成對(duì)母體材料來說的“陰極”的焊縫，在這2個(gè)材料之間產(chǎn)生雙金屬的腐蝕。從結(jié)構(gòu)上來看，焊接中的母體材料是鍛造的，雜質(zhì)以平行于表面的縱向存在，而焊縫金屬是鑄造結(jié)構(gòu)，雜質(zhì)是以晶粒和枝晶存在于尖角到表面上，焊縫兩邊的熱影響區(qū)結(jié)構(gòu)處在這2種情況之中，雜質(zhì)聚集并移動(dòng)到晶界。如果雜質(zhì)的腐蝕電阻低于母體材料，那么焊縫金屬的腐蝕速率大于熱影響區(qū)，而熱影響區(qū)大于母體材料。焊接會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，當(dāng)熔化的焊縫冷卻和固化時(shí)，產(chǎn)生收縮，焊縫兩邊的金屬出現(xiàn)塑性變形，從而留下屈服殘余應(yīng)力。在彎曲操作中如果發(fā)生縫隙腐蝕，會(huì)成為應(yīng)力腐蝕開裂的誘發(fā)點(diǎn)。而受制于施工環(huán)境和工人技能的影響，焊縫缺陷在生產(chǎn)過程中十分常見，如氣孔、咬邊、跳焊、尖角落和銳邊等。金屬成分和冶金結(jié)構(gòu)上的改變、殘余應(yīng)力，我們通過焊接本身的材料和工藝改進(jìn)來避免，但是結(jié)構(gòu)的缺陷通過這些方法難于避免時(shí)，我們通常通過涂裝的方法來斷開電解液（介質(zhì)或空氣）和金屬的接觸，達(dá)到防治腐蝕的目的。

2 涂裝結(jié)構(gòu)處理來防止焊縫腐蝕的傳統(tǒng)辦法和困難

通過涂裝處理來防止焊縫腐蝕，通常通過涂裝前的結(jié)構(gòu)處理和涂裝中的填補(bǔ)兩種方法來實(shí)現(xiàn)。

2.1 涂裝前

我們?cè)谛陆I(lǐng)域涂裝作業(yè)前的表面處理檢查單元，通常會(huì)對(duì)焊接缺陷在噴砂后進(jìn)行一個(gè)專門的檢查和處理，這時(shí)涂裝檢查人員會(huì)讓施工承包商去進(jìn)行電焊修補(bǔ)，但是受制于修補(bǔ)時(shí)間的原因，修補(bǔ)后的結(jié)果往往不理想，比如，修補(bǔ)了原有的氣孔造成了更多的新蜂窩孔洞、咬邊等缺陷需要機(jī)械打磨；跳焊的焊縫修補(bǔ)時(shí)間緊急，成型極差，尖角落難以形成平滑的表面等，這些問題的發(fā)生不但違背了我們要求承包商進(jìn)行結(jié)構(gòu)修補(bǔ)的初衷，同時(shí)造成了時(shí)間和人力的極大浪費(fèi)。

同時(shí)在維修領(lǐng)域，由于腐蝕、磨損和撞擊等的原因，也讓金屬材料在形態(tài)上發(fā)生了改變，如果使用傳統(tǒng)的方法需要換板、堆焊或者火工校正等工作，這不僅有危險(xiǎn)的熱工作業(yè)，而且需要較長(zhǎng)的時(shí)間和對(duì)周邊防護(hù)涂層的破壞，同時(shí)在邊遠(yuǎn)地區(qū)由于缺少電源和設(shè)備也難以實(shí)現(xiàn)。

2.2 涂裝中

當(dāng)我們?cè)谕垦b前的結(jié)構(gòu)處理完成后，會(huì)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行整體涂裝作業(yè)，但是會(huì)發(fā)現(xiàn)，一些結(jié)構(gòu)的缺陷在涂裝作業(yè)后仍然存在，這時(shí)施工人員通常會(huì)用毛刷等工具進(jìn)行多次刷涂或者專門針對(duì)這些部位灌注一些油漆進(jìn)去，但是大部分作業(yè)的油漆都是含有較高的溶劑含量，當(dāng)溶劑揮發(fā)以后發(fā)生收縮，這時(shí)特別是焊縫氣孔部位的缺陷仍然存在，并未消失。即使進(jìn)行多次灌注，我們這時(shí)候又會(huì)發(fā)現(xiàn)，這些部位面臨厚度過大，發(fā)生開裂。

3 新方法的防腐蝕試驗(yàn)

（1）對(duì)持續(xù)的有氣孔、疊邊的焊縫進(jìn)行金屬修補(bǔ)劑

整體修補(bǔ)后，進(jìn)行測(cè)試，見圖1。

圖1

評(píng)論：從照片中可以發(fā)現(xiàn)，使用了樂泰金屬修補(bǔ)劑后，焊縫飽滿，再無氣孔和尖角等缺陷，浸泡試驗(yàn)后，無任何銹蝕發(fā)生，粘接牢固。

（2）未對(duì)不規(guī)整的焊縫做修正，直接施工涂層，對(duì)于無溶劑環(huán)氧，由于粘度原因，很難完全浸潤(rùn)這些缺陷；對(duì)于溶劑涂料，溶劑揮發(fā)后收縮，氣孔更是難以完全覆蓋。哪怕我們對(duì)焊縫區(qū)域都進(jìn)行了來回多次的刷涂作業(yè)，見圖2。

圖2

評(píng)論：從照片中可以發(fā)現(xiàn)，只施工保護(hù)涂層而不對(duì)焊縫進(jìn)行修補(bǔ)，浸泡試驗(yàn)后，銹蝕從氣孔等缺陷處發(fā)生。

（3）對(duì)不規(guī)整的焊縫使用樂泰魔術(shù)膠棒進(jìn)行局部修補(bǔ)后，和未修補(bǔ)區(qū)域進(jìn)行比較，見圖3。

圖3

評(píng)論：樂泰金屬魔力膠棒也可以對(duì)短焊縫進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)后焊縫外觀平整，浸泡測(cè)試后無銹蝕發(fā)生，粘接牢固；但是未修補(bǔ)區(qū)域，氣孔部位發(fā)現(xiàn)有銹蝕現(xiàn)象。

（4）對(duì)不規(guī)整的焊縫，僅使用樂泰魔術(shù)膠棒進(jìn)行氣孔修補(bǔ)后，做浸泡測(cè)試，見圖4。

圖4

評(píng)論：氣孔修補(bǔ)后的區(qū)域泡水后未有銹蝕發(fā)生，出現(xiàn)銹蝕的部位在未修補(bǔ)到的疊邊區(qū)域（和本次考察點(diǎn)無關(guān)）。

綜述：經(jīng)過金屬修補(bǔ)類產(chǎn)品維修的氣孔、不平整焊縫等結(jié)構(gòu)缺陷，能夠完全避免由于涂層收縮后不能覆蓋這些缺陷造成的腐蝕。

4 新方法的價(jià)值評(píng)估

很明顯，金屬修補(bǔ)劑的處理方法具有相當(dāng)?shù)目煽啃裕奖悴僮鳎F(xiàn)在就讓我們從腐蝕防護(hù)的效果、檢查時(shí)間對(duì)質(zhì)量的影響、人工和能源的節(jié)約等各個(gè)角度來進(jìn)行一個(gè)綜合的比較，對(duì)我們的新方法做出價(jià)值評(píng)估。

4.1 長(zhǎng)效防腐

金屬修補(bǔ)類產(chǎn)品從上述實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和多項(xiàng)客戶的使用結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過金屬修補(bǔ)劑的修補(bǔ)，焊縫部位完全被覆蓋保護(hù)，無溶劑合金復(fù)合材料，不收縮，耐溶劑和鹽水腐蝕效果佳，同時(shí)它更具有極高的粘接強(qiáng)度，例如，對(duì)于噴砂過的表面，樂泰金屬修補(bǔ)劑的剪切強(qiáng)度大于20Mpa，這些性能遠(yuǎn)高于保護(hù)涂層對(duì)于金屬表面的粘接強(qiáng)度。

4.2 對(duì)基材質(zhì)量的影響

噴砂完成后，我們需要快速的進(jìn)行涂裝，通常行業(yè)內(nèi)建議的時(shí)間是噴砂完成后4h內(nèi)就施工后續(xù)涂層，這就對(duì)我們的表面處理的品控提出了較高的要求，試想一下，如果我們?cè)跈z查時(shí)發(fā)現(xiàn)需要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行修補(bǔ)作業(yè)，那么我們會(huì)需要哪些額外的時(shí)間呢？焊接、結(jié)構(gòu)打磨、清潔，再檢查，如果不合格就需要繼續(xù)返工，這就會(huì)讓我們噴砂后的表面發(fā)生深度的氧化，從而降低涂裝質(zhì)量。如果環(huán)境條件不理想，會(huì)更快產(chǎn)生閃銹，很可能不能通過檢驗(yàn)，從而造成返工作業(yè)。

另外，對(duì)于這些不合格的點(diǎn)，我們?cè)跈z查時(shí)出于H&S的要求，噪音和粉塵的污染，不能進(jìn)行焊接和打磨作業(yè)，那么就需要對(duì)它們進(jìn)行標(biāo)記，通常會(huì)選擇便宜好用的石筆，石筆的粉末殘留在基材的表面，我們需要打磨或者使用稀釋劑擦除，如果處理不到位，被涂層覆蓋在底下，這些都是質(zhì)量隱患。同時(shí)，如果采用稀釋劑處理，還對(duì)工人的健康造成了傷害。

4.3 價(jià)值分析——人工和能源的節(jié)約

我們以一個(gè)噴砂房日均噴砂1500m2為例，年均工作300天，來評(píng)估它的價(jià)值。

比如，由于補(bǔ)焊作業(yè)，每天后期深入清潔需要5個(gè)工人，需要打磨工2人，需要焊工1人，人均小時(shí)工資是15元（不考慮工種差異），假定打磨補(bǔ)焊需要1h，再次清潔需要2h。

在這個(gè)時(shí)間段里，我們需要照明，需要供氣和通風(fēng)，假定噴砂房里照明大燈1kW每盞，總共12盞；打磨通風(fēng)供氣10立方空壓機(jī)，功率75kW；工業(yè)用電單價(jià)1.5元每kW/h，假定整個(gè)流程需要3h。

焊接設(shè)備折舊10元/天，焊絲消耗5元/天。

如果使用樂泰金屬修補(bǔ)劑，假定使用半套/天，價(jià)值250元，不需要專門的人施工。

基于以上數(shù)據(jù)，我們對(duì)該典型案例進(jìn)行價(jià)值分析，如果使用了金屬修補(bǔ)劑類的產(chǎn)品，在該項(xiàng)目上，每年能夠給客戶節(jié)約約10萬元。

5 結(jié)語

綜合以上3點(diǎn)的分析，我們可以得出，對(duì)于結(jié)構(gòu)缺陷的處理，金屬修補(bǔ)劑類產(chǎn)品在此類應(yīng)用中取代傳統(tǒng)的焊接方法，不但具有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)對(duì)于提高產(chǎn)品的質(zhì)量也大有益處。