0 3PE防腐鋼管防腐層

    3PE防腐鋼管是目前國內外采用最為廣泛的一種鋼管防腐形式。其主要結構（見圖1）為：最底層的環氧粉末層、中間粘結劑層和最外層的聚乙烯防腐（護）層。3PE防腐鋼管防腐涂層的優越性能主要是它將底層環氧粉末、中間層粘接劑和外層聚乙烯有機地結合成了一個整體，從而使該涂層具有熔結環氧粉末防腐鋼管涂層和聚乙烯涂層的雙重優點。     3PE防腐鋼管防腐層成型的簡單工藝為：（1）鋼管表面氧化皮、鐵銹以及水份、油污的去除；（2）防腐層成型：環氧粉末在經過中頻感應加熱的鋼管表面形成100μm左右的粉末層，在粉末膠化狀態下，中間粘結劑通過專用模具和擠出機擠出熔融的膠帶纏繞在粉末層表面，同時PE擠出機擠出聚乙烯帶，纏繞在中間粘結劑的表面；（3）冷卻定型，通過風冷和水冷共同作用，形成3PE防腐鋼管防腐層。
    防腐鋼管防腐層結合的質量由內因和外因共同決定。內因靠材料廠商提供的改性材料作保障，外因靠 3PE涂層作業線工藝調整來實現。而外因或內因都會造成防腐層的缺陷，這里我們主要探討的是管端翹邊缺陷。
1 翹邊缺陷
    翹邊缺陷，見圖2。主要表現在以下幾個方面：     （1）整體防腐層翹邊。環氧粉末、中間粘結劑與聚乙烯層粘結完整，但環氧粉末與鋼管基體表面脫粘，形成翹邊；
    （2）中間粘結劑與環氧粉末表面脫粘，形成翹邊；
    （3）聚乙烯層與中間粘結劑表面脫粘，形成翹邊，也屬于防腐層間分層引起的；
    （4）纏繞工藝成型時，聚乙烯與聚乙烯層之間的分層；
    （5）三層防腐層的中間粘結劑或環氧粉末層缺失引起的，缺失層造成防腐層間粘結缺陷形成翹邊；
    （6）堆放（過程）環境引起防腐層翹邊。 2 缺陷分析
    防腐層翹邊實際上是防腐層端部變形。凡材料變形均有應力作用，在3PE防腐鋼管防腐層成型過程中，可導致防腐層端部產生翹邊的作用應力只有縱向冷卻成型收縮殘余應力，且只有在縱向冷卻成型收縮殘余應力大于材料間界面粘接強度時，才會發生防腐層翹邊。此外，防腐層端部邊沿實際上是收縮殘余應力作用的應力集中區域，周向冷卻成型收縮殘余應力是向鋼管側收縮，有利于防腐鋼管防腐層粘貼緊密，而導致材料間界面粘接強度小于成型收縮殘余應力則取決于各防腐層成型過程的各種各樣的影響因素，層間材料的內聚破壞產生的剝離應力，同樣造成層間防腐層的剝離，從而引起翹邊。而導致材料間界面粘接強度小于成型收縮殘余應力則取決于各防腐層成型過程，除與三層PE防腐成型的設備以及材料有關外，與成型工藝、外界環境等各個方面的因素密切相關。
2.1 前處理造成缺陷
    鋼管表面污物（未處理或二次污染），在鋼管表面與環氧粉末間形成隔離物膜，導致熔結環氧粉末與加熱鋼管界面間未形成有效粘接，容易形成整體防腐層翹邊，見圖3。
2.2 加熱條件造成翹邊
    鋼管加熱溫度低于環氧粉末熔融所要求的溫度條件，導致靜電附著于鋼管表面的部分或全部環氧粉末未熔融，難以在鋼管的基體表面進行熔態浸潤和化學鍵合，導致環氧粉末與鋼管界面間未形成有效粘接。此外，在噴粉過厚、粉末顆粒度不均或過大時，即使鋼管加熱溫度達到要求，但因成型到冷卻時間間隔設置較短，傳導熱來不及使粉末完全有效熔融，也會導致此類缺陷形成，宏觀表現為粉末層內聚破壞。產生原因如下：
    （1）中頻設備設計缺陷，未考慮鋼管的傳動速度、鋼管的壁厚，無法確保鋼管加熱的電流透入度。
    （2）鋼管加熱過程中，多采用紅外線測溫儀測量鋼管溫度，由于受到漫反射、測量距離等影響，所測溫度與實際有一定的差距。
    （3）管接頭設計缺陷，見圖4，管接頭保證鋼管的連續穩定傳動，采用等厚壁鋼管車制或鋼板卷板而成。中頻感應加熱為透熱過程，管接頭與鋼管的接觸面位置大于在防腐層端頭規定預留尺寸時，使得鋼管的壁厚增加，雖表面預熱后初步達到粉末膠化規定溫度，但在進入粉末噴涂前的時間里，由于熱傳導引起溫降，則管外壁溫度有可能低于粉末膠化溫度，即便達到膠化溫度，粉末噴涂完成后，熱繼續向內傳導，表面溫度持續降低，則在膠化時間內未膠化，此時環氧粉末防腐層會與鋼管脫粘或與中間粘結劑脫粘。     （4）冷卻水或冷凝水倒灌。3PE防腐鋼管防腐成型采用水冷卻進行定形，在鋼管傳輸過程中，傳動線定位鋼管管底標高一致，或出管端標高高于進管端，冷卻水就會從管前端向管后部倒流，并在管接頭處積聚，管端雖經中頻加熱，但由于水的冷卻作用，造成管端溫度過低，粉末難于膠化。但在冬季施工時，即使出管端標高低于進管端，此時雖不會產生冷卻水倒流，但進管端鋼管溫度較低，管內會產生大量的水蒸汽，水蒸汽遇到鋼管急冷，冷凝水反而會順進管端向出管端流動，也會在管接頭處積聚，降低管端溫度，引起粉末未膠化。
    （5）環境溫度較低，保溫措施不當，引起鋼管表面散熱加劇，同樣造成粉末未膠化缺陷。
2.3 工藝過程造成翹邊
    （1）管端纏紙造成翹邊，見圖5。為方便管端部位的聚乙烯層打磨，采用纏紙方式在環氧粉末與鋼管之間形成隔離層，若隔離紙超過預留寬度，就會形成隔離翹邊。
    （2）粉末膠化引起翹邊。三層PE成型對傳動速度要求非常嚴格，要求必須在粉末膠化狀態下完成中間粘結劑的纏繞或包覆，粉末膠化的時間比較短，鋼管的傳動速度必須與粉末膠化時間匹配，鋼管傳輸速度過慢，則可能出現粉末已經固化后進行中間粘結劑涂覆，過快則粉末未膠化，這些都會造成中間粘結劑與環氧粉末層分層。
    （3）粉末固化引起翹邊。鋼管表面溫度過高，環氧粉末固化反應太快，中間粘結劑包覆前，環氧樹脂官能基團過度消耗，失去和膠粘劑的化學鍵結合，并可能發生輕度焦化，降低中間粘結劑與環氧層的化學鍵，此時極易造成防腐層翹邊的形成。
    （4）欠粉區域出現造成翹邊，見圖6。噴槍堵塞、粉箱缺粉、空壓機偷停、噴槍距離鋼管表面太遠等，造成靜電粉末噴槍停噴，則引起欠粉現象區域出現，只涂覆了中間粘結劑層和聚乙烯層，形成缺陷。
    （5）中間粘結劑欠搭接造成翹邊，見圖7。此類缺陷只見于纏繞成型工藝，當鋼管的傳輸速度過大或擠膜速度過慢，中間粘結劑帶拉伸變窄，導致纏繞出現欠搭接，聚乙烯帶與環氧粉末層直接搭接，影響粘接強度。此類缺陷表觀看似聚乙烯擠出帶翹邊，實際上是中間粘結劑成型引發的質量缺陷。     由于鋼管存在撓度，或鋼管管口不圓，使兩根管子連接處出現錯口，鋼管表面和中間粘結劑的相對位置出現波動，中間粘結劑膜過度拉伸，膜片終點寬度過窄，出現中間粘結劑欠搭接；帶撓度的鋼管使管端、甚至管中部上下起伏中間粘結劑膜受到的拉伸力時大時小，也會出現中間粘結劑欠搭接。
2.4 原料之間粘接引起分層
    分層的原因是層間融合不好，當使用材料的熔體強度低而又追求焊道厚度時，不得不降低聚乙烯的擠出溫度，溫度低造成層間融合不好。大口徑無縫鋼管蓄熱量大，纏繞包覆后不易冷卻使得加工只能在相對低的鋼管線速度、相對低的擠出溫度下進行，以避免包覆層因溫度高在短時內冷卻不下來而造成后續傳動輪在防腐層上趕壓出輪胎印，所以大口徑無縫鋼管易出現此現象。
    中間粘結劑塑化狀態不好或聚乙烯擠出帶膠塑化狀態不好，亦會導致中間粘結劑膜與環氧粉末底漆粘接強度不足；碾壓輥輪因設計缺陷或長時間使用壓力不足時，造成膜之間無法壓接密實，同樣引起分層缺陷。見圖8。
2.5 露天堆放形成缺陷
    還有一類防腐層端部翹邊并不發生在成型過程中，而是在產品成型后，經長期露天儲存過程中發生的。該質量缺陷產生的內因仍是材料成型時形成的殘余應力。在成型過程中，翹邊形成相當于殘余應力被松弛掉，但如果未形成翹邊（如粘接強度略大于殘余應力）則殘余應力被存留在材料中，該殘余應力的松弛過程是一個長時間過程。外因則是環境條件的作用，當成型管長時間露天堆放時，管表面存留的雨水會沿防腐層搭接界面滲透擴散，導致界面間粘接強度降低。風力對防腐層搭接的剝離作用亦會導致界面間粘接強度降低等等。因為 3PE防腐鋼管防腐層在露天堆放時隨氣溫的變化產生熱脹冷縮，PE層的熱脹冷縮程度與鋼管不同，而且PE層坡口較薄，反復膨脹使PE層產生疲勞，從而在坡口處形成翹邊，見圖9。
    鋼管端頭裸露部分，受到潮濕氣體的浸蝕，發生腐蝕，產生腐蝕氧化產物，并且通過水分滲透，氧化物向端頭防腐層擴展，從而引起防腐鋼管防腐層下腐蝕，造成防腐層脫粘，引起翹邊，見圖10。 3 結束語
    3PE防腐鋼管防腐層間粘結決定了防腐層質量，需要從設備的最初設計入手，選購合格的防腐用材料，嚴格的加工工藝，以減少防腐層翹邊現象的出現。