專利名稱：近海鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕裝置以及用于其安裝的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1的前序部分所述特征的防腐蝕裝置以及一種按照權(quán)利要求11所述特征的用于其安裝的方法。
背景技術(shù)：
設(shè)置在近海區(qū)域內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)遭受極端的腐蝕負(fù)荷。作為支承結(jié)構(gòu)這些鋼結(jié)構(gòu)既處于水上也處于水下并需要與這些狀況相匹配的防腐蝕。為此，在現(xiàn)有技術(shù)中已知電鍍或機(jī)械涂覆的涂層，它們至少局部區(qū)域地覆蓋所使用的鋼材料。特別是沒有或只有很少以及偶爾處于水下的區(qū)域優(yōu)選設(shè)有基于合成樹脂的涂層。相反地，長期處于水中的區(qū)域提供所有必要條件，以便裝備陰極保護(hù)。為此，已知的犧牲陽極以及陰極的鈍化法也同樣適用。特別是海岸前的不易接近性以及經(jīng)常存在的惡劣條件，使這種類型的防腐蝕措施的更換或更新變得困難直至不可能。特別是所使用的保護(hù)涂層由于其機(jī)械抵抗力低而在存在磨損或腐蝕負(fù)荷的情況下僅有很短的使用壽命。對(duì)于必要的修復(fù)來說，至今沒有可行的解決方案。整體來說，特別是由于可再生能源的背景，近海區(qū)域的重要性日益增長。例如在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備方面，預(yù)計(jì)的使用期限取決于所使用材料的非常長的耐用期。為滿足對(duì)這種建筑物的安全要求，對(duì)于持續(xù)高達(dá)25年的使用期限需要20毫米材料厚度的腐蝕附加物。顯著更長期限的設(shè)備計(jì)劃要求相應(yīng)更高的附加件。DE 26 52 242 Al為此公開了一種用于防止處于水內(nèi)的結(jié)構(gòu)件腐蝕的裝置。除了使結(jié)構(gòu)件有時(shí)不規(guī)則的橫截面變平直或簡化幾何結(jié)構(gòu)的填料塊外，解決方案的核心在于 徑向環(huán)繞結(jié)構(gòu)件的且自身封閉的包絡(luò)膜。填料塊優(yōu)選通過防水和氣密的粘結(jié)劑與結(jié)構(gòu)件連接。環(huán)繞的包絡(luò)膜本身通過處于其縱向邊緣上且沿縱向方向定向的棒狀件徑向展開。在棒狀件以及包絡(luò)膜的上、下邊緣區(qū)域與填充塊之間例如裝入彈性的氯丁橡膠密封件?？傮w上由此產(chǎn)生一種局部地保護(hù)結(jié)構(gòu)件的防腐蝕包層。按照這種方式，產(chǎn)生一種成本低廉并可以在水上和水下區(qū)域內(nèi)使用的用于防止結(jié)構(gòu)件腐蝕的裝置。但是，采用塑料薄膜形式的由于UV作用而老化且機(jī)械地(例如由于漂浮物)快速損壞的包絡(luò)膜具有改進(jìn)的空間。
發(fā)明內(nèi)容
從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，因此本發(fā)明的目的在于改進(jìn)用于在近海區(qū)域中的鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕裝置，使得所使用的覆蓋件具有強(qiáng)的抗老化和機(jī)械影響的抵抗力。該目的按照本發(fā)明通過一種具有權(quán)利要求1所述特征的鋼結(jié)構(gòu)的近海防腐蝕裝置以及一種具有按權(quán)利要求11所述的用于制造該防腐蝕裝置的相關(guān)方法得以實(shí)現(xiàn)。據(jù)此，提供一種防腐蝕裝置作為金屬結(jié)構(gòu)件的覆蓋件，其中，所述金屬結(jié)構(gòu)件的所述防腐蝕裝置設(shè)置在電解液的作用區(qū)域內(nèi)。在金屬結(jié)構(gòu)件用于海岸前公海的近海建筑物中時(shí)，電解液相當(dāng)于海水，海水與淡水相比具有提高的電導(dǎo)率。根據(jù)所使用的金屬材料，其在電解液內(nèi)溶解的趨勢(shì)不同。與金屬結(jié)構(gòu)件完全被電解液包圍還是僅僅局部地具有浸濕部無關(guān)，在其中溶解的氧用作氧化劑，其與水和金屬材料結(jié)合形成氧化物。依據(jù)本發(fā)明，所述金屬結(jié)構(gòu)件的覆蓋件由與所述金屬結(jié)構(gòu)件導(dǎo)電連接的金屬板形成。由金屬制成的所述金屬板與所述金屬結(jié)構(gòu)件相比更不活潑的并因此具有更高的電位。金屬結(jié)構(gòu)件主要在這種具有高濃度氧化劑的區(qū)域內(nèi)用所述金屬板包覆。這在電解液的作用區(qū)域內(nèi)形成在處于海平面最高水位的區(qū)域內(nèi)的濺射水區(qū)中以及處于最低水位與水下區(qū)域之間的區(qū)域內(nèi)的過渡區(qū)中。由于所述金屬板比所述金屬結(jié)構(gòu)件具有更高的電位，所述金屬板在電解液內(nèi)被更少地溶解。由此產(chǎn)生與金屬結(jié)構(gòu)件相比更高的耐腐蝕性。本發(fā)明構(gòu)思的有利的擴(kuò)展方案為從屬權(quán)利要求2-10的主題。據(jù)此，所述金屬板的合金被精煉為使其具有至少5%的鎳。在電位序中，鎳與由鋼構(gòu)成的金屬材料相比明顯更靠近陰極端，由此提高耐腐蝕性。為實(shí)現(xiàn)用于作為金屬結(jié)構(gòu)件的覆蓋件的金屬板的合金盡可能耐腐蝕，該合金被精煉為使金屬板具有9-30%的鎳含量。隨著鎳含量的提高，所使用的金屬板的耐腐蝕性被提
尚ο依據(jù)本發(fā)明，用于覆蓋件的金屬板通過焊縫與待被防腐蝕的金屬結(jié)構(gòu)件連接。通過該焊縫產(chǎn)生導(dǎo)電連接。為了特別是防止焊縫受到腐蝕侵蝕，該焊縫具有25-95%的鎳含量。用于覆蓋件的金屬板優(yōu)選具有2_6mm的厚度。特別是在橫截面不規(guī)則的金屬結(jié)構(gòu)件的情況下，有時(shí)較大的區(qū)域利用所述金屬板搭接。為了達(dá)到相應(yīng)的機(jī)械抵抗性，為此，使用更厚的金屬板，而在面狀地貼靠在金屬結(jié)構(gòu)件上的區(qū)域內(nèi)可使用較薄并因此成本較低廉的金屬板。規(guī)定由金屬板構(gòu)成的覆蓋件是金屬結(jié)構(gòu)件的沿周向封閉的護(hù)套。為此，例如焊縫被構(gòu)造為使由金屬板構(gòu)成的覆蓋件形成沿徑向且在金屬板的沿金屬結(jié)構(gòu)件的縱向的端部上的自身封閉且相對(duì)于電解液密封的外殼。此外，通過選擇合適的金屬板的合金實(shí)現(xiàn)所述防腐蝕裝置的抑制植被 (bewuchshemmenden)的作用。優(yōu)選地，所使用的金屬板具有以下成分鎳(Ni)9-11%^ (Fe) 1. 0-2. 0%錳(Mn):0. 5-1. 0%碳(C):最大0.05%鉛(Pb):0. 01-0. 02%IM1 (S) 0. 005-0. 02%磷(P):最大0.02%鋅(Zn):0. 05-0. 5%其余為銅(Cu)以及熔煉造成的雜質(zhì)。由此，將優(yōu)化金屬板的有利于耐腐蝕性的特性。依據(jù)本發(fā)明，所述金屬結(jié)構(gòu)件由強(qiáng)度為275_550MPa的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)鋼形成。為此， 例如相應(yīng)地使用下列鋼材類型S275N、S355N、S420N、S460N、S500Q(DINEN 10025).
為了制造作為金屬結(jié)構(gòu)件的覆蓋件的設(shè)置在電解液的作用區(qū)域內(nèi)的防腐蝕裝置， 依據(jù)本發(fā)明規(guī)定，由所述金屬板構(gòu)成的所述覆蓋件與所述金屬結(jié)構(gòu)件材料鎖合地連接。因此，除了所述金屬板與所述金屬結(jié)構(gòu)件之間的導(dǎo)電連接外，在所述覆蓋件與被包覆的金屬結(jié)構(gòu)件之間還形成相對(duì)于電解液的環(huán)繞密封的連接。由此，對(duì)于機(jī)械負(fù)荷也達(dá)到牢固的和免維護(hù)的連接。在制造覆蓋件時(shí)規(guī)定所述金屬板與所述金屬結(jié)構(gòu)件在相應(yīng)的保護(hù)氣體氣氛下被焊接。為此，所述保護(hù)氣體氣氛按照ISO 14175-13-Arife-50設(shè)置。這樣產(chǎn)生的焊縫具有很高的耐腐蝕性，因?yàn)楸欢栊詺怏w擠出的氧沒有被一起包含進(jìn)來。這樣產(chǎn)生的耐腐蝕裝置在機(jī)械負(fù)荷方面具有非常高的抵抗性和特別是相對(duì)于沖擊的漂浮物是不敏感的。將合金選擇為具有高含量的銅和鎳的金屬板的特點(diǎn)在于其高耐腐蝕性。此外，對(duì)于例如可由處于海水內(nèi)的沉積物和溶解的懸浮物造成的磨損而產(chǎn)生的連續(xù)持久的機(jī)械負(fù)荷，不同于其他常見的保護(hù)涂料或包覆膜，得到在所使用的覆蓋件抵抗性方面的顯著的優(yōu)點(diǎn)。所使用的覆蓋件此外不污染環(huán)境并可以完全再生利用。就所使用的材料特性而言具有不同電位差的在金屬板與金屬結(jié)構(gòu)件之間的導(dǎo)電連接在此局部地選擇在與作為氧化劑的水和氧結(jié)合不允許產(chǎn)生電解槽的區(qū)域中。因此，在使用犧牲陽極的情況下希望的氧化還原反應(yīng)在這種情況下不會(huì)發(fā)生。這樣，金屬板的上端 (從該上端起金屬結(jié)構(gòu)件不再具有覆蓋件)處于不會(huì)構(gòu)成電解槽的濺射水區(qū)的區(qū)域上方。 在大量供給溶解氧形式的氧化劑的過渡區(qū)內(nèi)，金屬結(jié)構(gòu)件通過作為陽極的自身封閉的覆蓋件而受到防接觸腐蝕的保護(hù)。朝水下區(qū)下降的氧供應(yīng)使過渡區(qū)和濺射水區(qū)的區(qū)域與水下區(qū)相比被更加陽極氧化，由此該區(qū)域的電化學(xué)電位與水下區(qū)域內(nèi)的同一種材料相比變得更不活潑。通過用于覆蓋件的金屬板的高電位，結(jié)合經(jīng)由焊縫與金屬結(jié)構(gòu)件的導(dǎo)電連接，這種效果導(dǎo)致用金屬板包覆的過渡區(qū)與金屬結(jié)構(gòu)件在其中沒有覆蓋件的水下區(qū)域之間的電化學(xué)電位被平衡。由此不能或僅可能非常弱地形成電解槽，從而幾乎不能電腐蝕。與其他常見的裝置相比維修故障明顯減少發(fā)生的防腐蝕裝置無需其他常見的防腐蝕附加件，從而總體上產(chǎn)生一種能非常便于維護(hù)和經(jīng)濟(jì)地建造的系統(tǒng)。
下面借助在附圖中示意性示出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。其中圖1示出錨固在海底且直至突出于最高水位的未受保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)的視圖；圖2示出以與圖1所示的鋼結(jié)構(gòu)相同的視圖方式示出的具有依據(jù)本發(fā)明的防腐蝕裝置的變型方案；圖3示出依據(jù)本發(fā)明的防腐蝕裝置的處于連接區(qū)域內(nèi)的一部分的剖面圖；圖4示出作為圖3視圖方式示出的變型方案的連接裝置；以及圖5示出圖3和圖4的連接裝置的另一種變型方案。
具體實(shí)施例方式圖1示出未受保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)1，其錨固在海底2的區(qū)域內(nèi)。鋼結(jié)構(gòu)1具有多個(gè)支柱和連接所述支柱的水平的和對(duì)角的構(gòu)件，這些支柱和構(gòu)件分別由金屬結(jié)構(gòu)件3形成。鋼結(jié)構(gòu)1突出于海水形式的電解液4的最高水平伸入到充滿空氣的大氣A，在那里，鋼結(jié)構(gòu)1用作未更詳細(xì)具體示出的設(shè)備5的支承結(jié)構(gòu)。海水形式的電解液4的層從大氣A出發(fā)朝海底 2的方向劃分成濺射水區(qū)B、潮汐區(qū)C、過渡區(qū)D以及淹沒區(qū)E。在這種情況下，過渡區(qū)D與淹沒區(qū)E共同形成水下區(qū)F。圖1還示出平行于鋼結(jié)構(gòu)1定向的在坐標(biāo)系內(nèi)部的曲線圖6。在此，橫坐標(biāo)用于說明金屬結(jié)構(gòu)件3的厚度損失X，同時(shí)縱坐標(biāo)示出金屬結(jié)構(gòu)件3的在海水形式的電解液4內(nèi)部的深度位置Y。曲線圖6在此定性示出金屬結(jié)構(gòu)件3在未受保護(hù)結(jié)構(gòu)方式的情況下經(jīng)過一定時(shí)間形成的腐蝕侵蝕，其在各個(gè)區(qū)B至E上不同地分布。因此，金屬結(jié)構(gòu)件3的厚度X的最大損失處于濺射水區(qū)B以及過渡區(qū)D內(nèi)。潮汐區(qū)C在平均值上與淹沒區(qū)E共同具有金屬結(jié)構(gòu)件3的厚度X的最小損失。圖2示出圖1所示鋼結(jié)構(gòu)1的變型方案。同樣地，錨固在海底2的鋼結(jié)構(gòu)Ib在此由緊湊且形成立柱式支柱的金屬結(jié)構(gòu)件3形成。在濺射水區(qū)B與過渡區(qū)D之間的區(qū)域內(nèi)， 金屬結(jié)構(gòu)件3利用依據(jù)本發(fā)明的采用沿周向封閉的覆蓋件8形式的防腐蝕裝置7包圍。覆蓋件8在此向上和向下突出于所述區(qū)域伸入至大氣A以及淹沒區(qū)E中。圖3示出依據(jù)本發(fā)明的防腐蝕裝置7，其由金屬板9形式的覆蓋件8放置在金屬結(jié)構(gòu)件3上。因?yàn)楦采w件8不能無縫地實(shí)現(xiàn)，所以在這種情況下特別是示出金屬板9與另一金屬板9a的連接。在金屬板9、9a之間的對(duì)接區(qū)域內(nèi)，金屬板9具有向上彎曲部，從而金屬板9的部分區(qū)域作為重疊部平行地放置在金屬板9a上。兩個(gè)金屬板9、9a通過焊縫10材料鎖合地相互連接。焊縫10在這種情況下用于在保護(hù)氣體氣氛11下作為在金屬板9、9a 之間的連接部被拉伸。金屬板9、9a在此分別具有相同的厚度Z。圖4示出已在圖2示出的作為金屬結(jié)構(gòu)件3的防腐蝕裝置7的覆蓋件8的金屬板 9,9a的連接部的變型方案。在此，金屬板9b被放置在金屬結(jié)構(gòu)件3上，另一個(gè)金屬板9c同樣被放置在金屬結(jié)構(gòu)件3上并且間隔金屬板9b—定距離。因此，金屬板9b、9c的相對(duì)置的端部在一個(gè)平面內(nèi)分別具有焊接坡口 12，由此，金屬板9b、9c之間的間隔朝向遠(yuǎn)離金屬結(jié)構(gòu)件3的一側(cè)呈V形敞開。在圖3的效果圖中，示出金屬板9b、9c與金屬結(jié)構(gòu)件3連接在一起。為此，金屬板9b、9c的相應(yīng)焊接坡口 12首先通過在保護(hù)氣體氣氛11下形成的焊縫 IOa與金屬結(jié)構(gòu)件3材料鎖合地連接。在各金屬板9b、9c之間留下的空間在下一個(gè)步驟中通過另一焊縫IOb在保護(hù)氣體氣氛11內(nèi)填充。圖5示出平坦地設(shè)置在金屬結(jié)構(gòu)件3上的金屬板9d的簡單連接。在將金屬板9d 面狀地貼靠在金屬結(jié)構(gòu)件3上后，金屬板9d在其端部通過焊縫IOc在保護(hù)氣體氣氛11下與金屬結(jié)構(gòu)件3材料鎖合地連接。實(shí)踐中，設(shè)置在近海區(qū)域的鋼結(jié)構(gòu)1通過依據(jù)本發(fā)明的防腐蝕裝置7得到保護(hù)，所述鋼結(jié)構(gòu)在海水形式的電解液4內(nèi)部錨固在海底2的區(qū)域內(nèi)。鋼結(jié)構(gòu)1的各個(gè)部件在這種情況下分別由待保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)件3形成。由于特別是在電解液4的濺射水區(qū)B和過渡區(qū) D內(nèi)大量供給溶解氧形式的氧化劑，處于其中的金屬結(jié)構(gòu)件尤其受到腐蝕。特別是這些區(qū)域利用防腐蝕裝置7進(jìn)行保護(hù)，其中，金屬結(jié)構(gòu)件3在此通過環(huán)繞的且自身封閉的覆蓋件8包套。覆蓋件8在此由通過焊縫10a、IOc與金屬結(jié)構(gòu)件3導(dǎo)電連接的金屬板9、9a-9d組成。金屬板9、9a-9c在這種情況下通過焊縫10、10b相互連接。就所使用的材料而言，覆蓋件8比金屬結(jié)構(gòu)件3更不活潑，由此，覆蓋件8具有更高的電位。覆蓋件8的合金在海水形式的電解液4的作用區(qū)域內(nèi)具有很高的耐腐蝕性。覆蓋件8在電解液4內(nèi)部的深度位置Y在此如此選擇，使得在金屬板9、9a-9d與金屬結(jié)構(gòu)件 3之間在與電解液4的水和氧的結(jié)合下不形成電解槽。因此，總體上產(chǎn)生一種鋼結(jié)構(gòu)1的金屬結(jié)構(gòu)件3的高耐腐蝕性的覆蓋件8，此外，該覆蓋件8通過對(duì)其金屬材料的選擇而對(duì)通過磨損和沖擊以及對(duì)例如通過UV輻射造成的老化具有大的機(jī)械負(fù)荷能力。特別是在使用時(shí)間很長且變得越來越長的背景下，這樣產(chǎn)生的防腐蝕裝置7可以使近海設(shè)備經(jīng)濟(jì)和便于維護(hù)地運(yùn)行。附圖標(biāo)記列表1 鋼結(jié)構(gòu)Ib 鋼結(jié)構(gòu)2 海底3 金屬結(jié)構(gòu)件4 電解液5 設(shè)備6:曲線圖7:防腐蝕裝置8 覆蓋件9:金屬板9a 金屬板9b 金屬板9c 金屬板9d 金屬板10 焊縫IOa 焊縫IOb 焊縫IOc 焊縫11 保護(hù)氣體氣氛12:焊接坡口A 大氣B 濺射水區(qū)C 潮汐區(qū)D 過渡區(qū)E 淹沒區(qū)F 水下區(qū)X 在未受保護(hù)的結(jié)構(gòu)情況下的金屬結(jié)構(gòu)件3的厚度損失Y 金屬結(jié)構(gòu)件3的深度位置Z 金屬結(jié)構(gòu)件3的厚度
權(quán)利要求
1.防腐蝕裝置，作為金屬結(jié)構(gòu)件(3)的覆蓋件(8)，所述金屬結(jié)構(gòu)件的防腐蝕裝置設(shè)置在電解液(4)的作用區(qū)域內(nèi)，其特征在于，所述覆蓋件(8)由與所述金屬結(jié)構(gòu)件(3)導(dǎo)電連接的金屬板(9，9a-9d)形成，其中，所述金屬板(9，9a-9d)由與所述金屬結(jié)構(gòu)件(3)相比更不活潑的金屬制成。
2.按權(quán)利要求1所述的防腐蝕裝置，其特征在于，所述金屬板(9，9a-9d)由具有銅和重量百分比至少為5%的鎳的合金形成。
3.按權(quán)利要求1或2所述的防腐蝕裝置，其特征在于，所述金屬板(9，9a-9d)具有重量百分比為9%至30%的鎳含量。
4.按權(quán)利要求1至3之一所述的防腐蝕裝置，其特征在于，所述金屬板(9，9a-9d)通過焊縫(10a，IOc)與所述金屬結(jié)構(gòu)件(3)連接。
5.按權(quán)利要求4所述的防腐蝕裝置，其特征在于，所述焊縫(10，10a-10C)具有重量百分比為25%至95%的鎳含量。
6.按權(quán)利要求1至5之一所述的防腐蝕裝置，其特征在于，所述金屬板C3)具有2mm至 6mm的厚度(Z)。
7.按權(quán)利要求1至6之一所述的防腐蝕裝置，其特征在于，由所述金屬板(9，9a-d)構(gòu)成的覆蓋件(8)是所述金屬結(jié)構(gòu)件(3)的沿周向封閉的護(hù)套。
8.按權(quán)利要求1至7之一所述的防腐蝕裝置，其特征在于，所述金屬板(9，9a-9d)具有以下成分鎳(Ni) 9-11% 鐵(Fe) 1. 0-2. 0% 錳(Mn) 0. 5-1. 0% 碳(C)最大0.05% 鉛(Pb) 0. 01-0. 02% 硫(S) 0. 005-0. 02% 磷(P)最大0.02% 鋅(Zn) 0. 05-0. 5% 其余為銅(Cu)以及熔煉造成的雜質(zhì)。
9.按權(quán)利要求1至8之一所述的防腐蝕裝置，其特征在于，所述金屬結(jié)構(gòu)件(3)由強(qiáng)度為275-550MPa的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)鋼形成。
10.按權(quán)利要求1至9之一所述的防腐蝕裝置，其特征在于，所述覆蓋件(8)由抑制植被的材料制成。
11.用于制造具有前述權(quán)利要求1至10之一所述特征的防腐蝕裝置的方法，其中，將所述覆蓋件( 與所述金屬結(jié)構(gòu)件( 材料鎖合地連接。
12.按權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，將所述金屬板(9b-9d)在保護(hù)氣體氣氛 (11)下與所述金屬結(jié)構(gòu)件(3)焊接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種防腐蝕裝置(7)作為金屬結(jié)構(gòu)件(3)的覆蓋件(8)，所述金屬結(jié)構(gòu)件的防腐蝕裝置設(shè)置在海水形式的電解液(4)的作用區(qū)域內(nèi)。依據(jù)本發(fā)明，所述覆蓋件(8)由與所述金屬結(jié)構(gòu)件(3)導(dǎo)電連接的金屬板形成，其中，所述金屬板由與所述金屬結(jié)構(gòu)件(3)相比更加不活潑的金屬組成并因此具有更高的電位。因此，作為所述金屬結(jié)構(gòu)件(3)的覆蓋件的金屬板形成所述鋼結(jié)構(gòu)(1b)的一部分的沿周向封閉的護(hù)套。
文檔編號(hào)E02B17/00GK102268679SQ20111021137
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月5日
發(fā)明者B·薩格貝爾, C·邁耶羅斯, E·馬科維亞克, H-G·沃布克 申請(qǐng)人:Kme德國股份及兩合公司