热喷涂防腐蚀施工工艺的制定

热喷涂防腐蚀施工工艺的制定一、热喷涂防腐蚀施工工艺1、涂层设计2、涂层材料选择在许多腐蚀环境下喷涂阳极性金属涂层可以对钢铁基体给予比传统涂料有更长的保护寿命。合理的涂层设计可以获得最经济而有效的防护效果。合理的涂层设计来源于对预进行保护构件的工作环境、影响因素和设计寿命的仔细分析研究的结果。当然，经济因素也是最重要的考虑内容之一。对于某一具体的工程构件可选择的防腐蚀方案可能有许多种，因此，要求没计者能够对各种方法的优点与局限性有一个广泛的了解。环境保护、施工期限以及日后维修方法都是需要列入考虑的内容。目前，对大型钢铁结构所施加的热喷涂防腐蚀涂层多为锌、铝或者它们的合金。那么究竟哪一种材料更合适呢?首先，要明确所要保护的构件工作在什么样的条件之下，如果是在大气条件中，它属于哪一种大气条件?是乡村大气、工业大气，还是海洋大气。如果是在工业条件下应用，还要考虑构件的工作温度、pH值变化、接触化学晶的腐蚀性。下面是几种涂层的主要应用范围：(1)铝涂层。主要应用范围是：①用在工业大气环境中，特别是在有较高的SO：或其他污染物的环境下对构件、管道或设备的防护；②在较高的工作温度(可高于590℃)的环境中，例如，燃油锅炉炉膛内的迎火面；③用于土壤中或地面的管线防护；④可用于海洋大气中的钢铁构件、海洋采油平台、海港以及船上构件防护；⑤有泥砂冲蚀的环境中的构件、管道或设备防护。(2)锌涂层。锌比铝有更好的阴极保护作用，有更优异的电化学保护效果，就工艺性而言，热喷涂锌比热喷涂铝更容易。锌涂层的适用范围是：①pH值范围6～12；②使用温度不超过60℃的淡水中；③桥梁、输电铁塔、电视塔、地下管线；④可与外加电流方法结合联合使用阴极保护。(3)锌铝合金。与纯锌涂层相比，锌铝合金涂层具有同样优异的电化学保护作用，可以用到锌涂层的地方都可以使用锌铝合金涂层。由于锌铝合金涂层的力学性能和耐腐蚀性能优于纯锌涂层，所以在同样使用环境下，使用的涂层厚度可以略低于纯锌涂层。在海洋环境下或在含氯化物溶液条件下，锌铝合金涂层的耐腐蚀性与铝涂层相近。它使用的pH值范围为5～12，并且在干燥的大气中使用温度可高达200℃。(4)铝镁合金。与纯铝涂层相比，铝镁合金的电化学保护效果优于纯铝涂层。铝镁合金涂层不推荐用到较高温度的抗氧化防护。它的主要应用是保护在海洋环境下的钢结构设施，典型应用是海上石油钻井平台。(5)稀土铝合金。稀土铝合金涂层的用途与纯铝涂层类似，但其耐蚀性优于后者，所以在相同的使用条件下，町以使用较薄的涂层。(6)锌铝伪合金及复合涂层。锌铝伪合金及复合涂层与锌涂层具有一样优良电化学保护作用，它还兼具有铝涂层——样的良好力学性能和耐蚀性能，并且町以在各种大气环境下以及海洋、淡水环境下工作的构件或设备起保护作用。以上介绍的是在大气、海洋、土壤等缓慢腐蚀环境下常用的涂层，在石油、化工、食品等行业可能还会遇到与较强腐蚀性的介质接触，此时就需要使用不锈钢、锡、镍铬合金以及陶瓷或塑料涂层。关于这些涂层的使用将在后面章节中给予介绍。涂层厚度选择由于锌或铝涂层在保护钢结构过程中都是作为阳极，依靠自身的消耗来提供阴极保护，所以涂层的厚度至关重要。大量的现场暴露试验结果表明：锌、铝或合金涂层的厚度与抗腐蚀时间成正比。为此，世界许多国家都制定了相应的标准，在不同的使用环境和设计年限时建议使用不同涂层厚度。例如，国际标准学会推荐的涂层厚度[1]在表一中列出。表（一）环境金属锌铝AL-Mg5Zn-AL15非涂装涂装非涂装涂装非涂装涂装非涂装涂装盐水不推荐100200150250200不推荐100淡水200100200150150100150100城市地带1005015010015010010050工业地带不推荐100200100200100150200大气海洋地带150100200100250200150100干燥室内505010010010040050503、复合涂层防护体系设计3.1、金属涂层+封闭涂料对很多热喷涂涂层来说，封闭是一项必要的后处理过程。尤其是当涂层在其环境中面临腐蚀或氧化时，封闭是涂层设计必须要考虑的一项内容。任何一种热喷涂方法得到的涂层都有孔隙存在。其中，以火焰喷涂的涂层孔隙率最多。总体而言，涂层孔隙率范围相当大。火焰喷涂层的孔隙率有时竟高达15％以上，而高速氧—燃气喷涂(HVOF)层则在1％以下。表2是由不同热喷涂涂层的孔隙率。作为热喷涂防腐蚀涂层，使用最多是电弧喷涂和火焰喷涂工艺，由表2中可以看到这两种涂层的孔隙率是比较高的，所以在某些环境下涂层的封闭处理是很必要的。在实际应用中，虽然有时涂层中的孔隙是有利的，然而，在更多的情况下，涂层的孔隙是不希望的。3.2表面准备喷涂前工件表面的预处理是关系到喷涂操作成败的关键一环。由于热喷涂涂层与钢铁基体主要以互相嵌镶的机械方式结合，所以热喷涂涂层的结合强度直接取决于工件的表面准备状态。经预处理后的工件表面应该无油、无锈及尤其他污物，并有足够粗糙度。表面处理的第一步是除去工作油污、涂料、泥土等污物，任何残留的污物都会削弱涂层与工件基体有效结合。对于一些仅做局部喷涂的工件，不但要除净喷涂部位的污物，还要除掉邻近喷涂区域的污物，以免在喷涂过程中污物溅射到喷涂区域，对喷涂表面造成污染。如果，待喷涂的钢铁构件表面有较多和较厚的污染物(如，油脂，涂料、泥土等)，通常先采用机械方法，如铲、刮、钢丝刷或砂轮打磨或结合化学清洗的方法进行预先处理。对于一些曾采用过涂料涂装的旧的钢铁构件，如果要除去残留的涂料层可先用便宜的、不需回收的一次性磨料进行喷砂处理。这一道工序是为关键的喷砂粗化所做的预先准备。表面准备工序做好了，就可以提高喷砂工序的生产效率和节约大量的成本，提高热喷涂涂层的结合强度。粗化处理的日的是净化工件表面和增加工件表面粗糙度，因此，使工件基体表面洁净，有尽可能大的表面积对于涂层与工件的有效结合极为重要。为使工件获得满意的待喷涂表面。喷砂是经常采川的工件表面粗化方法。在喷砂过程中，磨料在强大的压缩空气气流或离心力的驱动下，以很高的速度喷射出，磨粒具有很大的撞击力及切削作用。在无数磨粒的猛烈撞击下，钢铁基体表面上的污物被清除，暴露出新鲜洁净的，并具有很好粗糙度的表面。工件经喷砂处理后，表面的氧化物、残留污染物被彻底除去，表面呈凸凹状态，表面积增加几倍，为后续的热喷涂提供了良好的沉积表面。热喷涂时，涂层沉积在工件基休表面后的瞬间会发生收缩，如果工件基体表面有足够的粗糙度就可有效地阻止热喷涂层与工件基体间的界面滑移，提高涂层的结合可靠性。喷砂处理还可以提高工件基体的表面活性度。喷砂表面的活性度是指喷砂表面的洁净度、表面结晶粒子的塑忭变形度以及表面晶格的缺陷程度的综合效应。基体的表面活性度会直接影响热喷涂涂层与工件基体的结合力。此外，喷砂造成的钢铁基体表面晶体的塑性变形和所产生压应力对提高涂层的结合以及减少钢铁构什发生应力腐蚀的危险都有益处。这种清理方法不但能达到热喷涂对表面质量最严格的要求，而a清理效率高，被公认为，是热喷涂前的一种标准表面处理方法。3.3、喷砂处理设备喷砂是目前最为常用的—种除锈方式。喷砂除锈同时也能达到表面粗化、表面活化的目的，具有一种方式多种用途的特点。喷砂是应用最广泛的热喷涂表面预处理方法。按照加速磨料的动力形式不同，喷砂设备分为使用压缩空气为动力的喷嘴喷砂设备和利用机械离心力的轮式离心喷砂设备两种。喷嘴喷砂是利用压缩空气流将硬质磨料高速喷射到工件基体表面，通过磨料对表面的机械冲刷作用而使表面毛化、活化、强化和净化。按照磨料的喷射的原理不同，喷嘴喷砂又被分为射吸式、压人式和射吸加速式三种。其中前两种是常规技术已得到广泛应用，后一种是最近才开发成功的新型喷砂技术。喷砂机是喷砂处理时必不可少的设备。在以下的篇幅中分别对喷砂机的4种形式加以介绍。3.4、压力式喷砂机压力式(又称压入式)喷砂是利用压缩空气的压力和磨料的自重，将密闭压力罐内的磨料压入喷砂管。砂粒群在喷砂管中与压缩气掺混形成悬浮状态砂气混合流，在流经缩径喷砂嘴时，高压势能转变为动能，悬浮流被加速后高速喷出。压力式喷砂形成的磨料射流速度快、喷射量大。因而，压力式喷砂具有很高的生产效率。压力式喷砂机适用于需要高生产速度的大工件，它的生产效率很高，是目前国内最普遍使用的一种喷砂装置。压力式喷砂机利用一种“喷砂罐”的发生器。它主要由封闭的磨料贮存罐，送砂管道和喷砂嘴所组成。喷砂罐与压缩空气管路连接，充以压力，磨料通过送砂管和喷嘴高速喷射到工件。喷砂罐的容量有限，不能连续作业，当罐内磨料用尽后，需关闭压缩空气供应，及时地补充磨料。这种喷砂机的典型结构如图所示。压力式喷砂时，由于磨料颗粒在喷砂软管中加速时间长，若配用莎具珂文丘里型喷嘴，磨料颗粒可获得高达200m／s以上的出口速度，具有很大的动能，因此，可以达到相二、热喷涂设备及喷涂工艺2.1火焰喷涂2.1.1火焰喷涂装置用于热喷涂防腐蚀施工的火焰喷涂装置主要是线材火焰喷涂枪。这类装置使用氧气和乙炔为燃料，依靠燃烧的火焰熔化金属丝。国产的线材火焰喷涂枪有多种型号，常用的是SQP—1型与zQP—1型。线材火焰喷涂枪分高速枪和中速枪两种：喷涂材料熔点在750C以上的选用巾速枪，熔点在750~C以下的选用高速枪。对于喷涂锌或铝涂层的大面积防腐蚀施工来说，应该使用高速枪。线材火焰喷涂枪必须使用瓶装乙炔。表8-1是SQP-1型线材火焰喷涂枪与ZQP—1型线材火焰喷涂枪的一些性能及技术数据。2.1.2喷涂工艺现以SQP，l型线材火焰喷涂装置为例，介绍采川火焰喷涂进行防腐蚀施上的I：艺过程。图8-1是SQP—l型线材火焰喷涂装罟的外部形状及组成。火焰喷涂装置与空压机、氧气瓶、乙炔瓶以及其他辅助装置的连接，如图8—2所示。有时在实际施工时，许多施工企业会将下图中的一些辅助装置，如，气体流量计，空气流量计、空气干燥器等省略。按照要求连接好所有必需的装置后，就要做喷涂前的准备工作，然后进行喷涂操作。以下介绍的是使用SQP—1型线材火焰喷涂装置的具体操作步骤。(1)准备工作。金属丝成卷地放在金属丝架上。拉出一个头，并校直—段，以锉刀修整丝的尖端，锉掉棱角和毛头。然后，打开喷枪压盖，从后导管将金属丝塞进，经过后导管及喷嘴，伸出空气帽外约lOmm。合上压紧，并旋紧制紧钮。此时喷枪的准备]：作已基本完成。开动空压机，空运行几分钟后，放掉油水分离器和存气筒底部的油水残液，使空气压力保持在0．6MPa。按照乙炔发生器的指定方法，准情好乙炔和氧气，将喷枪上的阀杆顺转180°，调整乙炔和氧气的压力分别为0．05一0．06MPa和0．4MPa，然后将阀杆回到0°。(2)校枪和喷射。在喷涂以前，喷枪应试运转一次。当开启总阀时，空气涡轮应该没有任何阻碍地飞转起来，“调节部分”也应能随意调节快慢。单阀扳动时也应感到轻重适中。经过这样的试运转以后，就可进行喷涂了。(3)点火前的准备。参见图x1，将支撑(序号1)顺转，使一对送丝滚轮(序号2)分开。所用线材(例如，锌丝、铝丝等)从后导管(序号3)塞入，通过喷嘴伸出6—8mm。逆转支撑重螺钉，使一对送丝滚轮(序号2)夹紧线材。(4)点火。将阀杆手柄(序号4)顺时针旋转90°(此时，感觉到—个钢珠落入凹槽)，用打火枪或其他火种在喷枪前面点火，点着后立即将阀杆手柄(序号4)旋到180°位置，见图8-3，这时，就在喷枪前出现火花(有些材料，如铝、锌等不会出现明显火花)。三、热喷涂防腐蚀技术的应用领域3.1抗大气腐蚀3.1.1钢铁材料在大气中的腐蚀(1)腐蚀特点。对在大气条件卜工作的钢结构件进行防护是热喷涂防腐蚀技术最典型、最普遍的应用。金属材料或构筑物在大气条件下发生化学或电化学反应引起材料的破损称为大气腐蚀。大气腐蚀是常见的一种腐蚀现象。在大气环境下的钢结构受阳光、风沙、雨雪、霜露及一年凹季的温度和湿度变化作用，尤其是大气中的氧和水分是造成户外钢结构腐蚀的主要因素。全世界在大气十使用的钢材数量一般超过其生产总量的60％。例如，钢梁、钢轨、各种机械设备、车辆等都是在大气环境下使用。据统计，由于大气腐蚀所造成金