解决管道安装过程中多层涂层分层问题

熔结环氧树脂(领域)是一种成熟的涂层技术，用于保护埋地和埋地钢质管道免受腐蚀大气环境．在这些类型的服务中，FBE通常与多层一起使用聚烯烃(3LPO)系统包括聚乙烯或聚丙烯提供更大的防腐保护和/或伴热保温．

所有这些涂层材料都有长期的成功记录。然而，在多层涂层管道的安装过程中，涂层并不少见分层发生在裸钢裁切区环形焊缝．

图1所示。当使用多层聚烯烃涂层系统时，FBE在环焊缝区域从钢上脱落是很常见的。

在过去三十年中进行的大量研究的文献可以帮助管道所有者和安装人员、涂层涂敷者和承包商检查员理解这种类型的涂层失效。我们将看看已知的故障机制和一些预防措施，以解决这一现象。(了解一些其他的故障机制和治疗5通过遵守涂层规范可以避免的涂层缺陷．)

剪切应力和粘附损失机制

根据Chang等人的说法。，可能发生的机制之一是残余应力在三层涂层应用期间和之后的加热和冷却。通常，涂层和钢被加热到超过392°F(200°C)的温度。当管道冷却时，涂层比下面的钢铁收缩得更厉害，但它被固定住了附着力，这就产生了残余应力．这被理解为材料之间的热膨胀系数(CTE)的差异。

表1。涂层和钢的热膨胀系数。来源:张等。

进一步的分析表明，在多层涂层系统的切割区域，FBE和钢的界面应力水平增强。如果降低附着力，这些力就会导致FBEdisbondment．然而,减少倒角增加FBE尾部可以显著降低应力和分层风险。

图2。有限元分析表明，切割区域的涂层结构显著决定了FBE/钢界面的应力大小。利用一个30度的倒角和一个FBE尾巴减少了压力。来源:张等。

聚烯烃的热膨胀在3LPO涂层系统中产生高残余应力。这是因为聚烯烃吸水率低，这意味着即使暴露在大气中，应力水平仍将保持较高。在缩进区域，聚烯烃的剥离应力和剪切应力较高，如果FBE和钢之间的附着力降低，产生的应力可能导致分层。

分离的外观:起始点

分层的区域看起来像一半的水泡或一半的阴极剥离. 半圆从收缩区域内FBE和钢材之间的界面开始。剥离区域的形状意味着存在一个起始点，其中电化学反应开始了。(相关阅读:腐蚀电化学:与腐蚀有关的6种电化学反应．)

图3.剥离从起始点开始呈半圆形增长。

扩展的生长年轮可能表明电化学反应是交替的阳极(腐蚀)和地区阴极的地区(洁净钢)。这表明了两种可能的机制:

• 阳极缝隙腐蚀–在涂层/钢界面处发生阳极反应，其中较大体积的腐蚀产物迫使涂层远离钢。
• 阴极起泡分层–阴极反应导致氢氧化物的形成，从而破坏涂层结合。

图4.左侧为阳极分层，右侧为阴极分层。来源:Chaung et al。

了解剥离前沿是阴极还是阳极并不重要。解决办法是防止形成电化学电池从一开始。

预防

避免管端涂层脱落的关键是尽量减少环境暴露。对于海洋附近的管道储存尤其如此。最大限度地缩短涂装、管道装配、环焊缝涂装和安装之间的时间，可以降低风险。对于长时间的储存，使用合适的技术保存FBE/钢界面，如包裹、可剥离涂层或气相抑制剂。(更多的技巧可以在文章中找到储存、运输和搬运过程中的临时防腐蚀．)

修复

FBE层的分层可以通过去除母层到声附着力的点，然后应用选择的环焊缝涂层来解决。如果分层现象很严重，可能需要专门的设备，甚至可能需要切割管道并重新焊接。

图5.为了进行适当的环焊缝涂层应用，必须将分层涂层清除回粘附良好的主线涂层。

总之

减少区域内涂层分层的最常见原因是环境暴露，尤其是在海洋环境中。降解过程始于FBE/裸钢界面的受损区域和腐蚀电池开始。潜在的机制可能是电化学反应，阳极或阴极。一旦环境暴露降低附着力，残余应力等其他因素可能会起到增强作用。

为了最大限度地降低削减区域涂层分层的可能性：

• 使用世界一流的涂层材料和应用工艺。
• 尽量减少削减接口暴露在没有保护的大气中的时间。
• 在延长储存时间时，实施适当的保护措施，如包裹、可剥离涂层或气相抑制剂。
• 包括一个FBE尾部，以最小化应力的影响。
• 将倒角角度保持在30度以下。

了解机理并采取预防措施可以减少管道安装过程中涂层脱层的可能性。