LNG运输船螺柱焊对压载舱油漆影响的试验

(招商局邮轮制造有限公司，江苏 海门 226116)

本单位承建的45 000 m3LNG运输船为全球首制A型罐的运输船，其中液货舱内的绝缘围护系统中采用螺柱焊的方式固定冷热绝缘板。螺柱焊是将螺柱一端与钢材表面接触，通电引弧，使螺柱断面和相应的工件表面被加热到熔化状态，达到适当温度时，将螺柱挤压到熔池中[1]，在瓷环的作用下形成焊接接头，具有经济、省时、操作简便的优点，工作原理见图1。

图1 螺柱焊原理示意

由于LNG运输船的结构特点，液货舱壁钢板的反面就是空舱及涉及到PSPC[2]规范的压载舱区域。压载舱内的油漆类型为环氧，一般环氧油漆的耐热温度为60～150℃[3]，螺柱焊接过程中由于热量的传递，可能会对钢板反面的油漆造成烧损，对油漆的正常服役造成威胁。并且螺柱焊对反面油漆的烧损比较轻微，肉眼不易发现，全船一共有数万个螺柱焊的焊接点，排查油漆是否烧损很不现实。为此，根据螺柱焊的参数特点、钢板的板厚、漆膜的厚度等特征，设计一套试验方案，试验验证特定焊接参数下螺柱焊接对不同板厚反面油漆的影响。

1 试验设备、材料

材料：25 cm×25 cm规格钢板6组，板厚分为10～13.5 mm钢板各6块，总共36块

油漆：JOTAPRIME 510(铝红色/灰色)，直径10 mm不锈钢螺柱，陶瓷圈。

设备：FLUKE t3000FC接触式温度测量仪，Elcometer 456涂层测厚仪，Elcometer108液压式拉拔测试仪，阴极剥离测试设备及容器1套。

焊接设备：NELSON STUD WELDING Series 4500 Model 101。

2 试验方法

1)对钢板进行冲砂处理(达到Sa21/2标准[4])，在钢板的一面喷涂两度JOTAPRIME 510油漆，第一度为铝红色、第二度为灰色，膜厚控制在(320±20)μm范围内，油漆硬干后，在涂层表面选取一处膜厚最接近320 μm的点(A1)，并在选取点的反面敲上样铳点，作为后续螺柱焊的焊接点(A2)。另在涂层上随机选取一处(B1点)，并将油漆打磨至裸露钢板，在选取点反面敲上样铳点，作为另一个后续焊接点(B2点)。见图2。

图2 试验所用钢板及试验选取点

2)在钢板边角处油漆打磨至裸露钢板，露出两处接地区域。

3)调整焊机参数，选用实际制造中所使用的参数，将焊接接地钳夹在试板裸露处。

4)选择10 mm的试板，先在试板A2点处焊接第一根螺柱，同时将FLUKE t3000FC接触式温度测量仪的传感端紧靠A1点，测量并记录从焊接前到焊接完成后A1点温度的变化；然后在B2点处焊接第二根螺柱，同时将FLUKE t3000FC接触式温度测量仪的传感端紧靠B1点，测量并记录从焊接前到焊接完成后B1点温度的变化。

5)同理完成10.0 mm试板中剩下的5块板的试验，以及不同板厚各组试板的试验，并记录温度变化曲线。

3 试验及数据分析

3.1 螺柱焊温度曲线分析

FLUKE t3000FC接触式温度测量仪记录了焊接过程中，焊点反面的温度变化，见图3。

图3 螺柱焊前后钢板反面温度变化

由图3可知，在螺柱焊后，钢板反面的最高温度为短时性的，所以在测出焊接点反面最高点的温度，再与油漆的最高耐热温度相比较，就能初步得出涂层在一定厚度的钢板上耐螺柱焊高温的能力了。

3.2 涂层耐热分析

焊接时间选定为450 ms，焊接电流大小为600 A，通过测量螺柱焊过程中A1、B1点的温度，得出A1,B1点最高温度范围见表1。

查阅佐敦涂料公司关于JOTAPRIME 510的技术参数，得到JOTAPRIME 510最高耐热温度为140℃，表1中10.0,11.0,11.5 mm厚度的钢板在试验中出现了A1/B1点温度超过140 ℃的，可知此焊接参数下的螺柱焊会对这3种厚钢板反面的油漆造成损坏[6]，后续只对更高板厚的钢板进行附加测试。

表1 各板厚上A1/B1点螺柱焊后最高温度

3.3 涂层拉拔试验分析

选取12.0，13.0 mm厚的试板，参照ISO 4624标准[6]对螺柱焊点反面的油漆进行拉拔试验。试验结果见表2。

通常情况下PSPC对压载舱涂层层间结合力要求为3.5 MPa，试验数据远高于3.5 MPa，可认定螺柱焊对板厚分别为12 mm以上厚度钢板反面涂层的结合力无影响。

3.4 涂层阴极剥离试验分析

参考ISO 15711 Method B标准[7]对板厚为12，13 mm钢板上的涂层进行阴极剥离试验，试验中将钢板裸露处用油漆覆盖后浸没在模拟海水[8]中，6个月后取出对焊接点反面涂层进行剥离蠕动检测，并对浸没后的涂层再次进行拉拔试验，结果见表3。

表2 12/13 mm钢板A1点处涂层结合力

表3 12/13 mm钢板A1点处阴极剥离试验结果

观察焊点反面涂层表面后，未发现有起泡现象，PSPC对涂层阴极剥离的要求为≤8 mm，可见试验结果满足PSPC要求，认定12.0、13.0 mm厚试板焊点反面的涂层仍然具有原有的性能。

4 结论

在船舶工程人员的常规认识中，螺柱焊产生的热量会在钢板中迅速传播，钢板反面的温度在焊接的一瞬间达到最高值。而本试验表明，螺柱焊产生的热量在钢板中缓慢传播，钢板反面的温度在数秒内达到极值，然后逐渐下降。

此试验可以确定出螺柱焊会烧损反面油漆的临界板厚，对于低于临界厚度的钢板，应尽量在分段涂装施工前将螺柱焊进行定位，并对定位处反面进行缓涂处理；对于高于临界板厚的钢板，无需提前定位，按正常程序施工即可。此方法可降低项目涂装的施工难度，减少施工成本，保证压载舱的涂层质量。

由于此系列试验周期较长，需在项目初期提前策划，宜在确定焊接参数、油漆品种和板厚后进行，以满足船舶生产进度的要求。