世界焊接钢管涂层技术进展迅速
2002-10-10 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel 查看历史数据
一、涂层的目的和涂层钢管
为了防止腐蚀，提高输送效率以及保证输送饮用水质理，近年来，国际上钢管涂层技术进步很快。钢管涂层分内壁涂层和外壁涂层两种。根据用途和使用环境选择涂层材料。大直径钢管的涂层材料推荐内壁用溶剂型合成树脂（主要是环氧树脂）与砂浆内衬 。前者用于管线管、水道管，后者主要用于水道管。外壁涂层主要是沥青涂覆，聚乙烯包覆，环氧树脂包覆等（用于管线管），还有富锌漆或焦油环氧化物等用于管桩。最近在海上打下管桩也开始用聚乙烯包覆的钢管，这是由于聚乙烯包覆在耐蚀性及抗海洋生物附着性方面性能良好，并可降低生产成本。
管线钢管内壁涂层的目的有二：一是耐油气腐蚀，二是提高流动效率。由于钢管内表面粗糙度大，涂层可降低介质流动阻力以降低动力消耗，降低输送成本并可增加压泵站间距，以节约工程投资。
水道管内壁涂层除提高流动效率外，当输送自来水时，可不降低饮用水质量，不致溶解锌等杂质污染供水。一般大直径内壁涂砂浆，小直径管在镀锌后涂塑。
钢管桩用管可不内壁涂层，外面涂层用以提高耐蚀性。
油井管内壁涂层系提高耐油、气体的腐蚀性，外面涂层也为了耐蚀。
包覆材料种类共有天然树脂类、溶剂型合成树脂涂料类、合成树脂类、无机物类（水泥矿浆）和金属类（镀锌，镀铝，镀锌铝Galfan合金）等。
二、外壁涂层
1．性能要求
由于涂层钢管在工厂生产后要经过发货、输送、保管，而后铺设在土中或海底，所以除防蚀性能外，还要求各种物理强度。
（1）耐冲击、耐磨损性，以防止涂层受外伤造成缺陷处会集中受到腐蚀。
（2）压力硬度。埋设在土壤中的涂层漆膜会不断受到土壤压力的压迫，因此漆膜的压力硬度很重要。
（3）绝缘电阻。电阻值居高可降低电镀防蚀费用。
（4）耐阴极剥离性。如果涂层漆膜缺陷连接起来会出现以漆膜缺陷为中心的剥离现象，这称为阴极剥离现象，其出现原因是由于管线绝缘电阻低下。
（5）粘着性。在各种环境中长时间保持漆膜的粘着性。
（6）在不同环境下的安全性。对70~80℃或接近100℃的高温到-40~-50℃的超低温的广泛温度环境下的耐久性提出了要求。
（7）漆膜的拉伸强度、延伸率、可抗性、在铺设现场焊接部位的修补性、漆膜本身损伤也要易于修补。
2．涂层材料的发展方向
管线管涂层以前是采用沥青或煤焦油等沥青质材料，但由于①绝缘性差；②低温时耐冲击性能降低；③高温时硬度降低等这些性能上的缺点，还有加工时产生臭气及烟尘等污染环境问题，所以试用了合成树脂。
50年代时美国共和钢公司最新采用了聚乙烯的挤压金属覆层法，聚乙烯较之沥青质材料在耐冲击、硬度等物理性能方面优越而且由于化学性能稳定，表现出长期的、连续的、优越的防蚀性能，现已在日本、欧美及中东诸国广泛使用，但其耐势性以略低于80℃为使用界限。为弥补上述缺点，开始了可用于100℃环境温度的环氧化物粉体涂层。近年来，在美国等地区埋设用管线管上使用，其数额有逐年提高的趋势。为开发适合于更为广泛温度范围内的涂层材料，进行了如丙烯、尼龙及聚乙烯覆层的研究在-40℃低温条件下也表现出优越的性能，而环氧粉体履层在耐冲击性、而弯曲性上欠缺一些，没有在这种低温下使用的实绩。
用于海底铺设的覆层钢管重要的是要与混凝土有良好的附着性，可将聚乙烯覆层加工成花纹状，而环氧树脂粉体复层和混凝土附着性则较差。
3．涂履技术
（1）聚乙烯涂层（3PP）和聚丙烯涂层（3PE）
聚乙烯用挤压机并经加热熔化后通过摸挤出卷在钢管上。后经改进本身接合性和不同材料粘着性成为改进型聚乙烯。实际使用的聚乙烯涂层结构为：
底涂料：液型环氧树脂及环氧树脂喷雾。
接合层聚乙烯：用改进型聚乙烯。
防蚀型聚乙烯。
聚丙烯涂层的结构原理同上。
（2）用静电粉体涂履方法进行，钢管和焊枪之间施加高电压，将从焊枪出来的带电环氧树脂粉体吹洒到预热了的钢管上（预热到220~250℃）附着、熔化、硬化而形成涂膜。涂膜厚度一般为0.3~0.4mm，约为聚乙烯涂层的1/10。
这两种涂层技术中，美国大多采用第二种。认为价廉物美。第一种方式在日本使用较多，但有用户认为其底层厚度无法检测即无法控制较少采用。
三、内壁涂覆
我国珠江钢管公司购置的两条涂履钢管线中一条为单层FBE法，一条为三层PE/PP法。
1．水泥涂衬
水泥砂浆由高牌号硅酸盐水泥配以砂（细粒、中粒和粗粒）及水搅拌或砂浆后送往水泥涂衬机，常用方法为离心法（该法涂敷的水泥内衬表面光滑，均匀平整，与管壁的结合强度好，不易脱落且生产机械化程度高）钢管在水泥涂衬机中有对中、布料、离心和倒水四个工艺步骤，涂敷完成后进行养生达到规定强度后再磅成品堆场堆存。
2．A．T．O金属陶瓷防护涂层
当钢管用以输送海水等腐蚀性强介质时，喷涂剂可用自动行走的内管旋喷器喷向管内壁（事先经喷砂处理）可在常温下成膜。这种涂层防腐性能良好，可提高安全运行时间。
3．火焰喷涂EAA工艺
EAA系乙烯??丙烯共聚物，火焰喷涂工艺系统主要由空气压缩机，干燥冷冻过滤器，粉末熔化及输送系统，氧气燃气输送系统，喷枪和控制系统以及喷砂除尘系统等组成。工作表面喷砂处理后经表面预热，粉末状的EAA由压缩空气输送至火焰喷枪EAA粉末在喷枪里充分熔融后均匀地喷涂到表面上，涂层厚一般为0.3~0.5mm。
4．压送涂履工艺
用干净的压缩空气将塑粉（聚乙烯或聚丙稀）压送到已加热的钢管内，使钢管内装满塑粉，由于钢管温度在260~320℃之间（由塑粉要求的性能决定），填装塑粉后钢管温度下降到230℃左右时，将未熔融于钢管壁上的多余塑粉用压缩空气吹出再重复使用，此法仅适用于φ76mm以下细长钢管，也可用于φ6.75mm、长6~12mm钢管，膜厚1~3mm之间。
此外，管内壁亦可用静电环氧树脂粉体涂覆工艺进行。用于管外壁挤压包复法（三层）不适用于管内壁。
四、展望
近年来钢管涂层技术发展很快，有以下几个特点
1）钢管涂层已成为钢管生产的一部分，大都在钢管厂兴建涂层工段，不再仅是管道施工作业的一部分，这对钢管涂层技术的发展有很大促进作用。除前述我国珠江钢管公司新建涂层工段作为钢管厂生产工段外，俄罗斯马格尼尔斯克钢铁公司新建φ530~1420mm螺旋焊管机和伊若尔斯克钢管厂建设φ1420mm直缝焊管机都配套建设涂层工程。
2）新建涂层工段大多趋向于建设三层PE/PP涂层管线，如前述俄罗斯两钢厂均采用此工艺，俄国建设和管理天然气干线的总公司亦推荐采用此工艺。但也有些厂家赞成采用环氧树脂粉体涂履工艺，认为它价廉物美。
3）新的涂履工艺不断开拓和发展，但共同的趋势是为了提高输送钢管寿命，提高输送效率，保证安全运行，必须采用钢管涂层保护，只是根据不同的用户要求采用不同的工艺并不断开拓新的方法。
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为了防止腐蚀，提高输送效率以及保证输送饮用水质理，近年来，国际上钢管涂层技术进步很快。钢管涂层分内壁涂层和外壁涂层两种。根据用途和使用环境选择涂层材料。大直径钢管的涂层材料推荐内壁用溶剂型合成树脂（主要是环氧树脂）与砂浆内衬 。前者用于管线管、水道管，后者主要用于水道管。外壁涂层主要是沥青涂覆，聚乙烯包覆，环氧树脂包覆等（用于管线管），还有富锌漆或焦油环氧化物等用于管桩。最近在海上打下管桩也开始用聚乙烯包覆的钢管，这是由于聚乙烯包覆在耐蚀性及抗海洋生物附着性方面性能良好，并可降低生产成本。
管线钢管内壁涂层的目的有二：一是耐油气腐蚀，二是提高流动效率。由于钢管内表面粗糙度大，涂层可降低介质流动阻力以降低动力消耗，降低输送成本并可增加压泵站间距，以节约工程投资。
水道管内壁涂层除提高流动效率外，当输送自来水时，可不降低饮用水质量，不致溶解锌等杂质污染供水。一般大直径内壁涂砂浆，小直径管在镀锌后涂塑。
钢管桩用管可不内壁涂层，外面涂层用以提高耐蚀性。
油井管内壁涂层系提高耐油、气体的腐蚀性，外面涂层也为了耐蚀。
包覆材料种类共有天然树脂类、溶剂型合成树脂涂料类、合成树脂类、无机物类（水泥矿浆）和金属类（镀锌，镀铝，镀锌铝Galfan合金）等。
二、外壁涂层
1．性能要求
由于涂层钢管在工厂生产后要经过发货、输送、保管，而后铺设在土中或海底，所以除防蚀性能外，还要求各种物理强度。
（1）耐冲击、耐磨损性，以防止涂层受外伤造成缺陷处会集中受到腐蚀。
（2）压力硬度。埋设在土壤中的涂层漆膜会不断受到土壤压力的压迫，因此漆膜的压力硬度很重要。
（3）绝缘电阻。电阻值居高可降低电镀防蚀费用。
（4）耐阴极剥离性。如果涂层漆膜缺陷连接起来会出现以漆膜缺陷为中心的剥离现象，这称为阴极剥离现象，其出现原因是由于管线绝缘电阻低下。
（5）粘着性。在各种环境中长时间保持漆膜的粘着性。
（6）在不同环境下的安全性。对70~80℃或接近100℃的高温到-40~-50℃的超低温的广泛温度环境下的耐久性提出了要求。
（7）漆膜的拉伸强度、延伸率、可抗性、在铺设现场焊接部位的修补性、漆膜本身损伤也要易于修补。
2．涂层材料的发展方向
管线管涂层以前是采用沥青或煤焦油等沥青质材料，但由于①绝缘性差；②低温时耐冲击性能降低；③高温时硬度降低等这些性能上的缺点，还有加工时产生臭气及烟尘等污染环境问题，所以试用了合成树脂。
50年代时美国共和钢公司最新采用了聚乙烯的挤压金属覆层法，聚乙烯较之沥青质材料在耐冲击、硬度等物理性能方面优越而且由于化学性能稳定，表现出长期的、连续的、优越的防蚀性能，现已在日本、欧美及中东诸国广泛使用，但其耐势性以略低于80℃为使用界限。为弥补上述缺点，开始了可用于100℃环境温度的环氧化物粉体涂层。近年来，在美国等地区埋设用管线管上使用，其数额有逐年提高的趋势。为开发适合于更为广泛温度范围内的涂层材料，进行了如丙烯、尼龙及聚乙烯覆层的研究在-40℃低温条件下也表现出优越的性能，而环氧粉体履层在耐冲击性、而弯曲性上欠缺一些，没有在这种低温下使用的实绩。
用于海底铺设的覆层钢管重要的是要与混凝土有良好的附着性，可将聚乙烯覆层加工成花纹状，而环氧树脂粉体复层和混凝土附着性则较差。
3．涂履技术
（1）聚乙烯涂层（3PP）和聚丙烯涂层（3PE）
聚乙烯用挤压机并经加热熔化后通过摸挤出卷在钢管上。后经改进本身接合性和不同材料粘着性成为改进型聚乙烯。实际使用的聚乙烯涂层结构为：
底涂料：液型环氧树脂及环氧树脂喷雾。
接合层聚乙烯：用改进型聚乙烯。
防蚀型聚乙烯。
聚丙烯涂层的结构原理同上。
（2）用静电粉体涂履方法进行，钢管和焊枪之间施加高电压，将从焊枪出来的带电环氧树脂粉体吹洒到预热了的钢管上（预热到220~250℃）附着、熔化、硬化而形成涂膜。涂膜厚度一般为0.3~0.4mm，约为聚乙烯涂层的1/10。
这两种涂层技术中，美国大多采用第二种。认为价廉物美。第一种方式在日本使用较多，但有用户认为其底层厚度无法检测即无法控制较少采用。
三、内壁涂覆
我国珠江钢管公司购置的两条涂履钢管线中一条为单层FBE法，一条为三层PE/PP法。
1．水泥涂衬
水泥砂浆由高牌号硅酸盐水泥配以砂（细粒、中粒和粗粒）及水搅拌或砂浆后送往水泥涂衬机，常用方法为离心法（该法涂敷的水泥内衬表面光滑，均匀平整，与管壁的结合强度好，不易脱落且生产机械化程度高）钢管在水泥涂衬机中有对中、布料、离心和倒水四个工艺步骤，涂敷完成后进行养生达到规定强度后再磅成品堆场堆存。
2．A．T．O金属陶瓷防护涂层
当钢管用以输送海水等腐蚀性强介质时，喷涂剂可用自动行走的内管旋喷器喷向管内壁（事先经喷砂处理）可在常温下成膜。这种涂层防腐性能良好，可提高安全运行时间。
3．火焰喷涂EAA工艺
EAA系乙烯??丙烯共聚物，火焰喷涂工艺系统主要由空气压缩机，干燥冷冻过滤器，粉末熔化及输送系统，氧气燃气输送系统，喷枪和控制系统以及喷砂除尘系统等组成。工作表面喷砂处理后经表面预热，粉末状的EAA由压缩空气输送至火焰喷枪EAA粉末在喷枪里充分熔融后均匀地喷涂到表面上，涂层厚一般为0.3~0.5mm。
4．压送涂履工艺
用干净的压缩空气将塑粉（聚乙烯或聚丙稀）压送到已加热的钢管内，使钢管内装满塑粉，由于钢管温度在260~320℃之间（由塑粉要求的性能决定），填装塑粉后钢管温度下降到230℃左右时，将未熔融于钢管壁上的多余塑粉用压缩空气吹出再重复使用，此法仅适用于φ76mm以下细长钢管，也可用于φ6.75mm、长6~12mm钢管，膜厚1~3mm之间。
此外，管内壁亦可用静电环氧树脂粉体涂覆工艺进行。用于管外壁挤压包复法（三层）不适用于管内壁。
四、展望
近年来钢管涂层技术发展很快，有以下几个特点
1）钢管涂层已成为钢管生产的一部分，大都在钢管厂兴建涂层工段，不再仅是管道施工作业的一部分，这对钢管涂层技术的发展有很大促进作用。除前述我国珠江钢管公司新建涂层工段作为钢管厂生产工段外，俄罗斯马格尼尔斯克钢铁公司新建φ530~1420mm螺旋焊管机和伊若尔斯克钢管厂建设φ1420mm直缝焊管机都配套建设涂层工程。
2）新建涂层工段大多趋向于建设三层PE/PP涂层管线，如前述俄罗斯两钢厂均采用此工艺，俄国建设和管理天然气干线的总公司亦推荐采用此工艺。但也有些厂家赞成采用环氧树脂粉体涂履工艺，认为它价廉物美。
3）新的涂履工艺不断开拓和发展，但共同的趋势是为了提高输送钢管寿命，提高输送效率，保证安全运行，必须采用钢管涂层保护，只是根据不同的用户要求采用不同的工艺并不断开拓新的方法。
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