海洋管道手镯式阳极安装工艺与质量控制 |
| 2013-09-18 15:18 作者：吴文通 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网据《硅谷》杂志刊文】 以三层聚乙烯（3LPE）防腐管安装手镯式阳极为例，介绍手镯式阳极安装工艺技术程序，分析总结阳极安装质量控制点及易出现的质量问题，提出预防措施。
0前言
海洋是一个严酷的腐蚀环境，海底油气输送用碳钢管道在土壤、海泥和海水作用下易发生外腐蚀，管道腐蚀防护的目的在于延长管道的使用寿命，确保安全生产，提高综合经济效益。海底油气输送用碳钢管道，一般采用外防腐层和阴极保护的方式进行联合保护，管道安装手镯式阳极一种常用的有效的阴极保护方式。海洋管道手镯式阳极安装涉及焊接资格审查、阳极芯焊接、导线铝热焊、焊接区防腐层清理、焊接区防腐等工艺过程，程序复杂，质量要求高。下面以三层聚乙烯（3LPE）防腐管安装手镯式阳极为例（如图1），对手镯式阳极安装工艺、质量控制，以及常见质量问题及预防措施等进行重点介绍。
图1三层聚乙烯（3LPE）防腐管手镯式阳极
1手镯式阳极安装工艺
海洋管道手镯式阳极安装工艺流程如图2。
图2阳极安装工艺流程图
1.1阳极准备
根据项目要求选择阳极型号，并对阳极芯表面进行除锈处理。
图3阳极芯表面除锈
1.2阳极组对固定
防腐管置放在两排支撑垛位上，转动钢管，使其焊缝位于时钟的6点或12点位置。然后，采用鞍型支撑物等方式将一片手镯式阳极贴合到防腐管下部，再把另一片阳极扣到管子上部，并用紧固器适度紧固，力求阳极芯相互吻合，阳极与管子贴合无缝。
图4阳极组对固定
1.3阳极芯焊接
相互吻合的阳极芯采用低氢焊条、三面连续角焊的方法焊接在一起，焊接时合理控制电流和运条速度/角度，避免飞溅、咬边/咬肉，焊缝与母材要自然过度。为防止破坏防腐层，焊接时焊接区域要用绝热材料遮蔽。
图5阳极芯焊接
1.4导线铝热焊
1.4.1材料
焊接材料：铝热焊焊剂、专用焊模、点火具；
导线：PVC绝缘套多股铜线。
图6铝热焊焊剂、焊模
1.4.2表面准备
剥除钢管焊接区域部分防腐层，大小以适合模具放置需要为准，并打磨基层直至露出金属光泽。
1.4.3导线准备
断取连接导线，长度略长于阳极芯焊点间距，剥去导线两端50mm左右的PVC绝缘套，露出多股铜线。
1.4.4焊接操作
1）将适当的隔热材料（石棉板或钢板等）放在阳极芯的下面，以防防腐层受热损伤；
2）打开焊剂瓶，将其中的铜片取出，置入焊模，并将焊剂倒入焊模模腔中捣实；
3）将装好焊剂的焊模放置在焊接区域，把剥掉绝缘层的导线插入焊模底部的孔槽，插入深度应超过焊模的中心；
4）将点火具放在焊剂表面或插入少许，并用焊模盖压住点火具的引出线；
5）连接好引燃点火具的外线，待一切准备就绪后，接通电源点火，持续时间约3～5秒；
6）移开焊模，清除焊点周围焊渣。
1.5焊接区防腐
导线焊接区域采用煤焦油瓷漆或环氧煤沥青防腐，涂层厚度一般不小于3mm，涂敷前，焊接区域应清洁，露出金属底色，不应有任何浮锈。
图7焊接区防腐
1.6阳极间隙填充
阳极安装完成后，其间隙应使用沥青玛蹄脂或其它被批准的类似材料进行填充，沥青玛蹄脂使用前要加热，使其软化，以便于填充操作。防腐管要待沥青玛蹄脂冷却固化方可移动。
1.7铝热焊点缺陷处理
如果钢管母材处的铝热焊点不合格，则应换一个位置重新焊接，与原位置至少错开75mm，原焊接区域应进行清理、防腐，注意不要造成钢管母材壁厚减薄或损伤。
2质量控制
2.1焊工资格及焊接工艺评定
1）首批阳极安装时应进行阳极角焊及铝热焊焊接资格试验。
2）阳极芯角焊。每个焊工要独立完成一个焊接件，所有焊缝均按AWSD1.1进行100%目检并符合要求。
3）导线铝热焊。每个焊工要独立完成三个测试焊点并要全部通过连线电阻及机械强度检测（锤击检测），铝热焊点的连线电阻测试结果不应大于0.1Ω，用1kg铁锤进行90°锤击试验，焊点应无翘。
图8铝热焊试件制作
按照BS4515-1：2000标准，对焊点处钢管母材进行铜渗透检测及硬度检测：
①铜渗透检测
电镜扫描，至少200X，铜与管材的熔合线距管表面最低点的距离不应大于1mm，铜晶粒渗入熔合线以下的深度不应超过0.5mm。
②硬度检测
焊接区断面至少要选择6个点进行硬度检测，硬度值应满足具体工程项目要求，测试点详见下图8。
图9硬度测试点布置图
2.2阳极尺寸、外观检验
应对阳极尺寸偏差、内表面涂层厚度、标识、外观等进行检验，所有的检验结果均应记录。
2.3阳极安装位置检验
阳极应安装在管子中间，阳极芯相互吻合，阳极排列整齐，与管子贴合无缝，但不得损坏防腐层。
2.4阳极芯焊接检验
焊接前，阳极芯表面应进行打磨除锈并露出金属光泽，并避免污染；
阳极金属芯采用连续三面角焊的方法焊接，焊缝长度应满足工艺要求，焊缝表面平整并与母材平滑过度，无咬边、咬肉、焊渣等；
所有焊缝应按AWSD1.1表6.1中规定的要求进行100%目检。
2.5导线连接检验与测试
铝热焊点区域要进行100%目检，连线电阻应采用低电阻测试仪进行检测，电阻值要小于0.1W；
用1公斤铁锤对焊点表面进行一次90度锤击，焊点应无翘裂。
2.6焊接区防腐检验
焊接区域防腐前，应打磨，并露出金属底色，不应有任何浮锈；
量测导线焊接区域防腐处理后的涂层厚度，确保达到规定要求。
2.7阳极间隙填充检验
阳极间隙填充完毕，应进行外观检验，填充物外观应平整无明显接茬，阳极表面应无污染。
3常见质量问题及预防措施
3.1焊接区防腐层灼伤
原因分析：焊接时焊接区域未用绝热材料遮蔽。
预防措施：焊接时，可采用3～6mm厚石棉布/板等绝热材料对焊接区域防腐层进行遮蔽，以防焊渣飞溅灼伤管面防腐层。
3.2管面铝热焊点施工后，导线够不到阳极芯
原因分析：阳极芯铝热焊点之间尺寸量测有误，导线下料长度不足。
预防措施：认真量测阳极芯铝热焊点之间的距离，导线下料长度应略长于焊点距离，并应考虑弯折的实际需要。
3.3铝热焊点不牢
原因分析：1）焊剂剂量不足，填充不实，或受潮；2）导线插入焊模底部孔槽内的深度过短；3）焊模与管面贴合不紧密。
预防措施：焊接材料在搬运储存过程中应放在适当容器内保持清洁和干燥，并根据材料制造商推荐的方法进行储存；焊剂倒入焊模模腔过程要防止洒落，倒入焊模模腔要捣实；导线插入焊模底部孔槽深度至少要超过焊模的中心；焊模应与管面紧密贴合，防止熔融的焊剂外溢，造成焊点成型质量不好。
图10焊点失效的导线图11焊点失效的焊接区域
3.5铝热焊点出现在钢管焊缝区域
原因分析：焊接前未检查钢管焊缝位置，盲目进行焊接操作。
预防措施：焊接前认真检查钢管焊缝位置，将焊缝位于时钟的6点或12点位置，这样可使钢管上的铝热焊焊点位置与焊缝位置成90°角，确保与焊缝位置有效错开。
3.6阳极间隙填充物脱落
原因分析：1）沥青玛蹄脂温度低，粘聚性差；2）阳极间隙填充的沥青玛蹄脂未捣实，接茬分层；3）移动防腐管时，沥青玛蹄脂未冷却固化，受振动而脱落。
预防措施：沥青玛蹄脂使用前要加热，使其软化，获得较好的粘聚性；阳极间隙分层填充沥青玛蹄脂并捣实；待沥青玛蹄脂冷却固化方可移动防腐管。
3.7阳极表面污染
原因分析：阳极间隙填充沥青玛蹄脂时未对阳极外表进行遮盖，滴落的沥青玛蹄脂或操作工具对阳极外表造成了污染。
预防措施：阳极间隙填充沥青玛蹄脂前，事先对阳极外表进行遮盖；填充过程中尽量避免沥青玛蹄脂滴落，避免操作工具接触阳极外表。
4结语
本文仅以三层聚乙烯（3LPE）防腐管安装手镯式阳极为例，对阳极安装工艺、质量控制、常见质量问题及预防措施进行了简要的总结。但，不同工程项目可能会提出不同的技术要求，阳极安装方式、方法也可能不尽相同，本文所述内容仅供参考，海洋管道阳极安装技术还需要更多实际工程经验的积累，以趋不断完善。另，建议新项目开工前，结合作业范围及特点，组织开展全员参与的质量隐患点辩识活动，认真分析生产及检验的各个环节，找出潜在的质量隐患点，并制定相应预防措施、确立责任人，以确保阳极安装质量更好的满足工程项目需要。
作者简介：
吴文通（1974-），男，河北霸州人，工学学士，1998年河北理工学院建筑工程专业毕业，高级工程师，技术研发部主任，现从事海洋管道工程相关技术研究工作。
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