Al-Zn-In系牺牲阳极驻厂监造的质量控制要点

尚用甲 代绪成 李金富 安大为 陈永刚

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

0 引言

南海某油气田开发项目对工程质量要求及其严格，按照招标文件规定，在生产导管架牺牲阳极的过程中必须执行驻厂监造以确保牺牲阳极产品质量符合设计规范要求，监督其质量体系运行的有效性，形成从原材料进厂到产品装运全过程监督受控的驻厂监造流程，全方位保证产品质量。经过全程驻厂监造，对Al-Zn-In系牺牲阳极产品各阶段进行质量控制，在开工前、熔铸生产、过程检验、最终检验等各个环节均做到了有效控制，使牺牲阳极质量达到了项目的要求，取得了良好的质量控制效果。

1 开工前质量控制

1.1 开工会

组织召开由业主、驻厂监造人员、制造商相关人员（设计、工艺、生产、质检）等参加的技术交底会议，介绍此油气田开发项目概况，明确对牺牲阳极产品质量的高度重视，并对开工准备情况进行沟通。

1.2 审查工程文件

对导管架牺牲阳极制造过程中的控制程序进行审查，此程序文件内容要符合规格书、标准规范、图纸等相关文件的要求。确定厂家的实际生产能力与控制程序文件中要求的条件相符。

1.3 检查设备校准及人员资质情况

审查生产设备、检验测试设备、检验工具等计量/校准检定证书，确保生产期间均在有效期内。对于检测人员资质确有要求的，必须由有资质的人员持证上岗进行检验操作。

1.4 原材料检验

审查所需原材料证明文件及材料纯度分析报告(铝锭、锌锭、铟锭等)。核对质保书中炉批号、化学成分等信息，确保一一对应。

铝纯度应不低于GB/T 1196中的Al 99.85的规定。生产中应同时确保原材料铝锭的各项杂质成分低于阳极产品的杂质成分要求，其中 Fe≤0.04%，Cu≤0.002%。锌纯度应不低于 GB/T 470中的Zn 99.99的规定。铟纯度应不低于 YS/T 257 中的 In' 99.9的规定[1]。

按照比例随机抽取部分原材料要求厂家进行化学成分分析检测，成分含量符合标准要求方能允许使用。

1.5 铁芯检验

阳极铁芯材料采用GB8162中的20号优质碳素结构钢，碳当量应低于0.41%。审查工厂提供的材质报告单及碳当量值CE要符合规格书中的要求。按照设计图纸对铁芯进行尺寸及重量的检验，并检查铁芯表面质量，符合标准要求方能允许使用[2]。

1.6 模具检验

模具需保证产品重量及尺寸要求。检查模具材料需满足产品制造工艺要求。检查模具尺寸应考虑产品收缩量，检查模具表面光洁度应能保证产品表面质量要求。

2 牺牲阳极熔铸过程质量控制

2.1 铁芯和模具的预加热

浇铸前模具和铁芯进行预热并保持干燥。为提高阳极铁芯的结合力，必须对铁芯进行喷砂除锈并达到Sa2.5级的要求，铁芯喷砂后应在8小时内使用。检验人员在浇铸前要对铁芯进行表观检查，如发现铁芯表面出现铁锈、无光泽时须重新处理达到 Sa2.5级后方能使用。把预热好的铁芯和模具组合装配，并检查铁芯在模具内位置是否正确。

2.2 材料配制及准备工作

所有原材料在加料前分区放置，防止被混杂污染，并处于干燥状态。按比例计算加入的合金，称量合金并预热，把预热后的锌锭、铝硅合金加入保温炉，熔点较低的铟添加时，用小坩埚舀取铝水，用铝箔包裹后加入坩埚并用石墨棒压入铝液下以防氧化烧损，搅拌均匀后倒入保温炉。打开电磁搅拌系统熔化合金并搅拌。搅拌后的合金铝液加热至浇注温度，导至保温浇包，吊至浇注区准备浇注。

2.3 阳极浇注及炉温控制

熔炼系统自动上料机把铝锭自动投入熔炼炉的料塔，铝锭在高温火焰下熔化，流入熔化炉保温部保温。保温部达到2吨左右铝水时打开铝水出口，铝水沿流槽自动流入前方保温炉，自动称重系统会自动称量流入的铝水量，再加入事先称量好的合金。生产检验人员在生产过程应认真记录每炉料的各种合金元素的重量、浇注温度、铁芯和模具控制温度、浇注时间、铁芯表面情况和取样情况等数据。浇注完毕进行充分的补缩，待铝液完全凝固后起模，修正毛刺。

打印阳极编号及标识。生产日期/炉号/阳极序列号标识等浇铸后立即用钢模打印在阳极表面上，其深度满足在刮涂及碰撞后也可分辨出来。其它标识待检验合格后再用不可抹除的油性记号笔标注在每块阳极的相同位置[3]。

3 牺牲阳极检验程序质量控制

3.1 通用要求

用于检验的测量、试验设备、仪器仪表、计量器具应处于受控状态，在检定有效期内使用。牺牲阳极生产过程的各项检验、标识及各项记录必须准确齐全。

3.2 试生产检验质量控制

试生产每种规格抽取1块阳极进行检验，主要包括外观检验、尺寸检验、件重检验、化学成分分析检验、电化学性能检验、组对检验、破坏性试验等。全部检验合格后方能正式生产。

3.3 过程检验质量控制

3.3.1 重量控制

每种规格的前五只铁芯进行称重平均做此规格阳极的铁芯重量。每只阳极都须称重，并记录毛重和净重。每只阳极的重量偏差为±3%。总重量偏差为0～2%。

3.3.2 尺寸控制

所有阳极均需进行尺寸检验，并做好记录。阳极尺寸检验执行以下要求：阳极长度的偏差为±25mm；阳极宽度的偏差为±5%；厚度的偏差为±10%；直线度为在阳极长度方向与纵轴的偏差不超过阳极长度的2%。

3.3.3 内部缺陷检验

依据DNV RP B401标准要求[4]，每种规格阳极取1块阳极进行破坏性切口检验，以检验铸造质量是否合格。 切口分别在阳极的长度方向25%、33%、50%处进行。切口彩色照片附入内部质量检验报告。切口表面达到如下要求，则判定此批阳极合格：

（1）气孔不超过总表面积的2%，单个切面不超过表面积的5%；

（2）非金属夹渣不超过总表面积的1%，单个切面不超过表面积的2%；

（3）铁芯周围空隙量平均不超过铁芯周长的 10%，单个切面不超过20%；

（4）铁芯的位置应进行尺寸检验以确定其是否符合图纸和公差要求。

3.3.4 阳极表面质量检验

全部阳极都进行外观质量的检验，并符合下列要求：

（1）缩孔和冷隔

缩孔：缩孔的深度不超过6mm，长度不超过 13mm；

冷隔：冷隔深度不超过 10mm；

非金属夹渣：不超过阳极表面的1%；

没有对人员安全有危害的突出物；

（2）裂纹

阳极表面不存在以下类型的裂纹：纵向裂纹；宽度大于5mm的横向裂纹；扩展并超出阳极两个表面上的裂纹；裂纹深度大于表面到阳极铁芯距离50%的裂纹。

3.4 取样检测质量控制

3.4.1 化学成分分析检验

每炉应取两个试样，分别在一炉的开始和结束时。取样用的钻头或刀具应用乙醇或丙酮清洁干净，以避免在试样中混入杂质。取样量应为20g以上的碎屑。 所有的样品应仔细分析合金成分，分析方法参照 GB/T20975.25-2008 进行。进行分析所用的设备仪器应进行计量检定，并取得合格证书。分析人员应经过培训，并具有相应业务岗位合格证书。分析人员应做好试验记录，并妥善保管。分析完成后，应提供正式的报告，报告应有表明阳极铸造日期的批次编号。

3.4.2 电化学性能和电位检测

为了控制阳极材料质量，电化学性能试验和电位检测应按照 NACE TM 0190 标准进行。电化学测试取样原则为每10个阳极取一个样品（阳极本体取样），之后在这个样品中切角进行电化学测试，取样要覆盖到所有炉次，尽量在进行剖切试验的阳极上进行电化学试验取样。切角后阳极的重量必须符合规格书重量偏差要求。取样后阳极应进行称重记录上报，确保重量满足要求。按照 NACE TM 0190 标准14天法要求检验其电位和电容量，试验由独立第三方实验室认可并出具报告。试验用器具应进行计量检定，并取得合格证书。试验人员应经过培训，并具有相应业务岗位合格证书。试验人员应做好试验记录，并妥善保管。

3.4.3 接触电阻的测量

阳极和铁芯之间的接触电阻小于0.001Ω，试验方法满足GB/T 4948-2002的要求。检验频次为阳极的10%。

4 牺牲阳极终检质量控制

对于合格品控制：对牺牲阳极进行终检后检验员填写产品终检报告，提交所有的报告和记录、第三方检验证书、工厂证书等，质检部审核后签字后办理产品合格证。

对于不合格品控制：经检验确定为不合格品的阳极产品，应立即隔离分区存放，作出明显标识，并进行登记。对不合格品的审理、处置按程序文件中的不合格品控制程序执行。

5 储存包装及运输质量控制

牺牲阳极经检验合格后才能入库，根据品种、规格分批码垛并做出明确标识。必须在干燥通风的室内存放，存放时不能与异种金属接触。存放牺牲阳极的仓库不得存放腐蚀性易挥发的物质。阳极铁芯端部应进行防雨保护以防异物进入。

在搬运过程中要注意保护产品标识，保证产品与木制托盘的相对固定，防止碰撞造成的损伤。包装箱内要有装箱清单（含供货商名称、产品名称、规格、批号、数量、总重量 等信息）和产品合格证明书。

6 结语

通过本文系统性的归纳与总结，分析研究了牺牲阳极各阶段的质量控制措施，在开工前、熔铸、过程检验终检等各个环节均做到了有效控制，使牺牲阳极质量达到了项目的要求，取得了良好的质量控制效果。有助于驻厂监造人员进一步了解牺牲阳极的质量控制要求，也对于其他产品的驻厂监造有借鉴意义。