钢管三层PE外防腐涂层常见缺陷分析

　　摘要:钢管三层PE外防腐涂层成型过程中,由于钢管质量、原料、生产工艺等参数的影响,容易形成一些常见的缺陷。本文总结生产过程中出现的一些缺陷,并进行分析总结,为提高钢管涂层的质量提供参考。
　　关键词:三层PE、防护涂层、缺陷、分析
　　钢管三层PE防护涂层成型的工艺复杂,任何一个环节出现问题都会影响涂层的质量,因此严格控制每一道工序尤为重要。常见的涂层缺陷,都由特定的原因造成。我厂在对现有生产线进行长期实践的基础上,总结了一些常见的缺陷,分析了具体产生的原因，并完善了工艺技术,进一步提升产品的质量。
　　1成型工艺
　　钢管进厂检验→钢管表面预热→抛丸处理→管内钢砂等杂质清理→钢管表面灰尘清理→钢管中频加热→环氧粉末静电喷涂→底胶热挤出缠绕(包覆)→外层聚乙烯热挤出缠绕(包覆)→水冷却成型→成品防腐层坡口成型→成品管堆放→成品管运输。
　　2常见缺陷
　　2.1钢管端头涂层翘边
　　涂层翘边,分为生产过程和长期堆放过程中产生的翘边,常见三种形式:①整体涂层翘边,底层的环氧粉末与钢管接触面剥离;②中间胶层与环氧粉末层脱粘,造成翘边;③外层聚乙烯涂层与中间胶层脱粘,造成表层翘起。翘边产生有共性因素亦有个性因素。共性因素:都是由于材料的应力作用,引起材料的收缩残余应力大于材料间的粘结强度时,翘边就会出现,而端部和焊缝部位往往是应力集中区域,造成此类共性因素多由涂层成型过程中的个性因素决定。个性因素:钢管进行抛丸除锈后,表面未清理干净的灰尘或杂物,在钢管表面与粉末层之间形成了隔离层；经过中频加热的钢管局部温度低于粉末胶化所要求的最低温度,钢管表面部分或全部粉末未胶化,限制了粉末层与钢管表面以及中间胶层的粘结。
　　2.2表面麻点
　　涂层表面呈现直径在2-5mm左右的半球形或半椭球形鼓包,形成不均匀的麻点,严重影响防护涂层的表观质量。原材料中含有微量在高温环境下可体积膨胀的低分子物质,如空气、水分、溶剂或低分子挥发物,原材料在塑化挤出过程中,该类低分子物质受热体积膨胀,但限于模具空间位阻效应,被压迫在材料体积内难以释放,一旦挤出模口,由于其膨胀速度大于挤出速度,其膨胀应力在未及完全离开模口即已完全释放,故其鼓包形状为半球形或半椭圆形。对涂层采用喷淋方式进行水冷定型过程中,由于喷淋水幕不均匀或落水产生飞溅水滴,在高温表面造成局部点急速冷却收缩,其周围涂层冷却后在应力作用下均匀收缩,其收缩速率大于急冷点,则在急冷点形成鼓包,产生麻点。
　　2.3焊缝处涂层减薄或破裂
　　螺旋焊或直缝焊钢管,进行三层PE层成型后,焊缝处涂层减薄或撕裂。焊缝余高超过标准规定,同宽度挤出模口的塑料在钢管上包敷时,焊缝区形成的涂层偏薄,其冷却收缩残余应力在薄区积累,由于焊缝区蓄热能力大,冷却成型后焊缝区所蓄积的残余热能经热传导使该区涂层被再次加热,导致该区涂层强度降低,如果焊缝表面粗糙,此类缺陷会更加明显。
　　2.4鼓包缺陷
　　防护层出现鼓包,不但影响钢管的表观质量,更表明防护层与钢管表面的粘接力和阴极剥离能力降低。主要原因是涂层冷却定型过程中的水量不够造成的。喷淋冷却完成后,由于钢管内部的余热远大于涂层的维卡软化点。当已涂管线进入冷却环境时,涂层开始整体冷却收缩定型,此时受水珠急冷作用的表层已经硬化,当携带已硬化层膜所需的力大于膜下熔态塑料强度时,熔态塑料在收缩应力下与已硬化塑料断开,塑料本体膨胀后形成鼓包。
　　2.5表面皱褶
　　三层PE成型过程中,不管采用包覆法或缠绕法,底胶和聚乙烯膜与钢管界面存在一个空气层,包覆前,必须消除这个空气层,否则会形成气泡,经过硅橡胶压辊碾压或水冷作用,气泡就会扁塌,形成皱褶,有时也会破裂。缠绕法中需要通过专用硅橡胶压辊的碾压赶出气泡,但碾压过程极易引起涂层缺陷:①硅橡胶压辊硬度过高,增大了与涂层的接触力,当钢管运行出现不平稳时,就会搓碾涂层;②压辊与涂层接触压力过大;③硅橡胶压辊胶层的厚度过薄,发生形变后,辊芯与涂层直接接触,则会搓碾涂层造成表面皱褶。挤出成型过程以及原料的缺陷,也极易引起涂层表面缺陷。产生的原因与原材料组成、成型温度、塑化状态、挤出速度、熔体剪切应力等有关。
　　2.6粘接力与阴极剥离
　　成品管粘接力或阴极剥离试验中,涂层部分或整体被剥离,产品完全不达标。在涂层成型过程中,底涂层已经固化再进行底胶的缠绕(包覆),则粉末与底胶的粘接力就会急剧降低;成型后粉末固化前就急剧水冷会造成材料性能改变,容易降低粘接力;钢管表面未清理干净,也会造成此类缺陷。
　　2.7原料问题
　　①聚乙烯原料受潮吸水,或原料中含有超量的再生料或过量的添加剂,挤出过程中,会挤出鱼网状膜片。②底胶熔体流动速率小于标准规定时,产生的底胶膜超厚,延展性低,降低了与粉末层以及聚乙烯的粘结力。③环氧粉末粒径分布超标,造成粉末上粉率低;粉末适用温度范围窄,胶化和固化时间短,造成粉末底涂与底胶之间粘结不好。
　　3质量控制
　　3.1进场钢管和原材料
　　(1)对有缺陷的钢管进行返修。对修复后未达标钢管应作废管标志,禁止进行涂装处理。
　　(2)对所选定的材料或供货商或牌(型)号改变时,须在涂敷生产线上做材料适用性试验,并对涂层性能进行检测。
　　3.2钢管表面前处理
　　严格按有关规定进行[3]。
　　3.3包覆成型
　　(1)采用中频感应加热钢管,加热温度根据粉末胶化的最低温度以及胶化、固化时间与钢管运行速度的匹配来确定。加热过程中,每隔1h测量并记录一次钢管的加热温度,随时进行调整。
　　(2)环氧粉末喷涂采用内置高压静电发生器粉末喷枪,可使绝大多数粉末被充电。根据钢管的外径变化来调节极距。
　　(3)底胶和聚乙烯层挤出涂覆:环氧粉末在钢管表面喷涂胶化后,即进行底胶挤出涂覆,控制好底胶挤出机各段温度,控制好聚乙烯挤出机各段温度。
　　3.4成型及检验
　　(1)涂层冷却中,要求冷却水流量大并且非常均匀,冷却后的钢管温度不得高于60℃。注意:冷却前,应保证熔结环氧粉末的完全固化。
　　(2)坡口成型:采用专用的钢丝刷轮,保持刷轮与涂层接触有一定的回弹;钢管自转平稳。禁止采用车刀类的坡口成型技术。
　　(3)吊装与堆放:成品管堆放平台与上下管机构,表面要求铺设厚胶皮,吊装过程中,采用软带吊装索具。成品管自制作完毕到埋地铺设的时间间隔一般不超过一年,如果时间过长,露天堆放时要用苫布覆盖。
　　(4)对涂敷过程、最终检查和试验结果等情况应进行综合分析,发现问题后及时解决问题。
　　3.5设备检修和维护
　　底胶挤出机长时间放置不用,需要转换并清理有关机具,定期检修相关设备,确保运行正常,防止偷停等意外情况发生。
　　
　　参考文献:
　　[1]谢涛,李建忠.3PE防腐管管端涂层翘边缺陷分析[J].油气储运,[2]李延丰,倪正义.FBE防腐质量与光管外观质量[J].焊管,
　　[3]刘如伟,李胜利.钢结构抛丸(喷丸)清理用金属磨料的对比分析[J].钢结构,
　　[4]车存仁.管道防腐涂装的感应加热加热设备[J].工业加热,
　　[5]焦如义,张瑛.钢质管道外壁环氧粉末喷涂系统[J].油气储运,[6]孙吉成,安丰明.静电喷涂工艺在钢管防腐方面的应用[J].山东冶金,