Sudarea țevilor din oțel galvanizat: de ce stratul de zinc schimbă totul despre sudare

O sudură pe țeavă galvanizată nu este aceeași operațiune cu o sudură pe țeavă neagră cu o suprafață-de culoare diferită. Învelișul de zinc care conferă țevii galvanizate rezistența la coroziune se comportă foarte diferit față de oțel la temperaturile de sudare și această diferență determină aproape fiecare precauție specială folosită pe un echipaj de sudură galvanizată - de la modul în care este pregătită îmbinarea, la modul în care se execută sudarea, la ceea ce se întâmplă după stingerea arcului. Înțelegerea de ce există aceste precauții, mai degrabă decât tratarea lor ca pe o listă de verificare arbitrară, este ceea ce separă o îmbinare galvanizată sudată care durează atâta timp cât restul țevii de una care devine primul loc în care sistemul corodează.

Nu toate țevile galvanizate ajung la zona de sudură cu aceeași acoperire, iar diferența contează chiar înainte de a începe sudarea.

Conductă zincată la cald-este produs prin scufundarea țevii de oțel finite într-o baie de zinc topit, de obicei în jur de 450 de grade C. Zincul reacționează cu suprafața de oțel pentru a forma o serie de straturi de aliaj de zinc-fier, acoperite cu un strat de zinc relativ pur. Această legătură metalurgică - nu doar un depozit de suprafață - este ceea ce conferă acoperirii prin imersie la cald-rezistența sa de aderență și intervalul tipic de grosimi de aproximativ 45 până la 100+ microni, în funcție de grosimea oțelului și timpul de imersie. Acoperirea nu este perfect uniformă la nivel microscopic, dar la nivel practic acoperă în mod continuu suprafețele interioare și exterioare ale țevii, inclusiv zone greu--de atins, cum ar fi firele și cusăturile de sudură, deoarece țeava este complet scufundată.

Conductă electro-galvanizatăeste produs prin depunerea electrochimică a zincului pe suprafața oțelului, de obicei la temperatura ambiantă, dintr-o soluție de-sare de zinc. Acoperirea rezultată este mai subțire -, în mod obișnuit, în intervalul de la 5 până la 25 de microni - mai netedă ca aspect și lipită prin aderență electrochimică, mai degrabă decât se dezvoltă stratul de difuzie de aliaj fierbinte-. Este mai rapid și mai puțin costisitor de aplicat și produce un finisaj de suprafață mai uniform, mai curat din punct de vedere cosmetic, motiv pentru care apare adesea în aplicații cu expunere la-coroziune-inferioară, unde aspectul și costul contează mai mult decât decenii de viață în exterior.

Consecința practică pentru sudare: o acoperire cu scufundare la cald-are mai multă masă de zinc concentrată în apropierea îmbinării, mai multă blocată într-un strat de aliaj care se lipește de suprafața oțelului chiar și sub căldură și o acoperire mai groasă pentru a se îndepărta înainte de sudare. Un strat electro-galvanizat este mai subțire și mai ușor de îndepărtat, dar oferă și o durată de viață mai scurtă odată ce îmbinarea este din nou în funcțiune, deoarece pur și simplu există mai puțin zinc acolo. Nicio diferență nu modifică fizica de bază a ceea ce se întâmplă atunci când arcul lovește în apropierea zincului -, nu schimbă cât de mult din acea problemă vă confruntați și modul în care performanța la coroziune a îmbinării finite se compară cu restul țevii.

Problema de bază este o simplă nepotrivire a temperaturii. Zincul fierbe la aproximativ 907 grade C. Oțelul nu începe să se topească până la aproximativ 1.500 de grade C. Un arc de sudare rulează mult mai fierbinte decât oricare dintre figurile -, ceea ce înseamnă că, în momentul în care arcul a făcut ceva cu oțelul, zincul imediat din jurul lui s-a vaporizat deja.

Această secvență provoacă mai multe probleme distincte în sudarea finită, nu doar una:

• Porozitate- vaporii de zinc eliberați în bazinul de sudură nu scapă complet înainte ca metalul să se solidifice, lăsând pungi de gaz în metalul de sudură. Porozitatea reduce secțiunea transversală eficientă a sudurii-și oferă coroziunii și fisurilor de oboseală un loc de inițiere.
• Fragilarea metalelor lichide- dacă căldura de sudare împinge zincul topit sau vaporizat în limitele de granule ale zonei-afectate de căldură din oțelul de bază, aceasta poate reduce ductilitatea zonei respective și, în unele cazuri, poate contribui la fisurarea sub sarcină ulterioară sau stres termic. Acesta este un risc bine-documentat asociat în mod specific cu sudarea oțelului galvanizat, diferit de porozitatea obișnuită a sudurii.
• Stropi și profil slab de mărgele- vaporizarea zincului deranjează arcul și suprafața bazinului de sudură, ceea ce face mai dificilă menținerea unui cordon curat și consistent în comparație cu sudarea aceleiași îmbinări în oțel pur.
• Pericol de fum- zincul vaporizat de arc se oxidează rapid în aer, producând fum de oxid de zinc. Inhalarea acestui fum într-o concentrație suficientă provoacă febra fumului metalic, un pericol profesional real și bine recunoscut, motiv pentru care ventilația și, acolo unde este necesar, protecția respiratorie sunt o practică standard la lucrările de sudare galvanizată, nu o precauție opțională.

Niciuna dintre aceste probleme nu dispare deoarece un sudor este calificat - sunt consecințe fizice ale sudării printr-un strat de zinc intact. Ce abilitate și procedura de control este cât de mult din problemă ajunge la îmbinarea finită și acel control începe înainte ca arcul să fie lovit.

Practica standard este de a îndepărta stratul de zinc din zona îmbinării înainte de sudare, folosind o polizor unghiular, șlefuire abrazivă sau curățare cu flacără, mai degrabă decât sudarea direct prin ea. Acest lucru nu este cosmetic -, ci abordează riscul de porozitate și fragilizare la sursă, menținând vaporii de zinc în afara bazinului de sudură și zona afectată de căldură-în primul rând. Zona curățată se extinde în mod obișnuit la o mică distanță înapoi de marginea îmbinării atât pe țeavă, cât și pe orice flanșă sau fiting de îmbinare, nu doar pe fața teșită imediată, deoarece zona afectată de căldură-se extinde dincolo de sudarea în sine și zincul rezidual chiar în afara îmbinării vizibile poate încă vaporiza în zona sub căldură de sudare.

Fiecare metodă de eliminare are un compromis practic. Măcinarea este rapidă și controlabilă, dar generează praf-încărcat cu zinc care necesită aceleași măsuri de precauție pentru fum/praf ca și sudarea. Curățarea cu flacără arde stratul de acoperire folosind o trecere de -intensitate mai mică înainte de a începe sudarea, utilă pe țevi cu diametru mai mare- unde șlefuirea întregii circumferințe necesită timp-, dar eliberează totuși fum de oxid de zinc în timpul trecerii în sine, astfel încât cerințele de ventilație nu dispar doar pentru că sudarea nu a început încă.

Pentru conductele galvanizate peste aproximativ DN100, metodele de îmbinare mecanică - conexiuni cu flanșă, cuplaje canelate/mecanice sau fitinguri de tip compresie-de compresie - sunt frecvent specificate în locul sudării pe teren, iar raționamentul se conectează direct înapoi la sarcina de îndepărtare și reparare a acoperirii-descrisă mai sus. O îmbinare DN100+ are o circumferință mare de acoperire pentru a se dezlipi, a suda și apoi a repara, iar orice gol în acea reparație este un gol în protecția împotriva coroziunii pe o îmbinare care este adesea dificil de inspectat sau de re-acoperit odată ce sistemul este în funcțiune. O îmbinare mecanică evită deloc perturbarea acoperirii în zona îmbinării - fără șlefuire, fără sudură, fără acoperire de reparare -, ceea ce înlătură întreaga categorie de risc descrisă mai sus, în loc să o gestioneze. Aceasta este mai puțin o chestiune de cerință de cod în majoritatea jurisdicțiilor și mai mult o chestiune de gestionare practică a riscurilor odată ce zona de îndepărtare-de acoperire devine suficient de mare încât o reparație complet coerentă devine mai greu de garantat.

Odată ce îmbinarea este sudată, zona care a fost șlefuită sau arsă goală - împreună cu cordonul de sudură în sine - este lăsată fără protecție împotriva coroziunii, cu excepția cazului în care este reparată în mod deliberat. Acest lucru contează mai mult decât ar putea părea la început: zincul protejează oțelul gol adiacent parțial printr-o acțiune sacrificială (galvanică), unde zincul se corodează în mod preferențial și protejează zonele mici din apropiere de oțel expus. Acea protecție are o gamă efectivă limitată - funcționează pentru găuri și deteriorări minore ale stratului, nu pentru o cusătură de sudură completă din oțel pur. Lăsată nereparată, zona de sudură devine primul punct de coroziune din sistem, subminând motivul pentru care țeava galvanizată a fost specificată în primul rând.

Reparația standard folosește un compus bogat în zinc-{1}} fie un compus de galvanizare la rece aplicat cu pensula sau pulverizare, fie, în unele cazuri, metalizarea cu zinc-pulverizat termic pentru aplicații de-performanță mai mare - construită cu o grosime de peliculă uscată comparabilă cu stratul de imersie la cald-înconjurător, adesea în straturi groase adecvate într-o singură trecere. Aceasta nu este o retușare cosmetică-pentru a se potrivi culoarea vopselei; reface un strat protector de sacrificiu real, iar o reparație aplicată prea subțire sau cu o pregătire slabă a suprafeței dedesubt va eșua cu mult înainte ca restul stratului original al țevii.

Calitatea consecventă a sudurii pe țevile galvanizate este controlată în cinci zone, fiecare abordând un punct diferit în care riscurile legate de zinc-de mai sus pot merge prost.

Calificarea și continuitatea sudorului.Sudarea corectă a țevii galvanizate necesită un control mai strict al aportului de căldură și al vitezei de deplasare decât sudarea îmbinării echivalente din oțel, în special pentru a limita cantitatea de zinc care se vaporizează înainte și în jurul bazinului de sudură. Echipajele ar trebui să fie calificate pentru o procedură care să reflecte această - nu doar o certificare generală de sudare - și să fie verificate printr-un test practic în condiții reprezentative de șantier înainte de a fi autorizate să lucreze. Menținerea aceluiași echipaj într-un proiect reduce variabilitatea care vine de la re-învățarea acestor ajustări de către sudori la jumătatea unei sarcini.

Manipularea materialului de umplutură.Electrozii acoperiți cu flux-absorb umezeala din umiditatea ambientală, iar umiditatea din acoperirea electrodului este un risc separat, dar care se agravează - contribuie la fisurarea indusă de hidrogen-în sudare, independent de orice legătură-de zinc. Consumabilele ar trebui să provină de la un furnizor cu certificare completă a materialului, să fie depozitate și coapte la temperatură controlată conform procedurii aplicabile și să fie emise în cantități egale cu aproximativ o jumătate de-zi de utilizare, astfel încât tija nefolosită să nu fie lăsată să reabsorbă umezeala de pe podea. Acest control contează mai mult, nu mai puțin, pe lucrările galvanizate, deoarece porozitatea din vaporii de zinc și porozitatea hidrogenului din consumabilele umede se pot combina reciproc în aceeași sudură.

Starea și calibrarea echipamentului.Ieșirea reală a unui aparat de sudură trebuie să se potrivească cu setările afișate, motiv pentru care contoarele de curent și tensiune ar trebui calibrate înainte de începerea unui proiect. Deoarece sudarea galvanizată depinde de menținerea unui control mai strâns al căldurii-de intrare decât sudarea obișnuită din oțel carbon, o mașină necalibrată - sau un cablu de sudură rulează suficient de lung pentru a provoca o scădere semnificativă a tensiunii fără o ajustare a parametrilor corespunzătoare - subminează întregul punct al specificarii unui control atent al curentului și al vitezei de deplasare-în procedură.

Disciplina procesului.Dimensiunile canelurilor și curățenia (confirmând că stratul de zinc a fost îndepărtat efectiv, nu doar întunecat vizual) trebuie verificate imediat înainte de începerea sudării. Curentul, tensiunea și viteza de deplasare trebuie să rămână în intervalul procedurii calificate pe tot parcursul, nu doar la începutul îmbinării, deoarece deriva către un aport de căldură mai mare reintroduce mai multă vaporizare a zincului și o zonă mai extinsă-afectată de căldură. Trecerile de rădăcină merită o atenție deosebită, deoarece rădăcina este cel mai aproape de orice zinc rezidual de pe partea îndepărtată a îmbinării și este locul în care porozitatea este cel mai probabil să apară; sudurile cu mai multe-pasi ar trebui să fie construite în straturi subțiri controlate, mai degrabă decât un număr mic de treceri grele. În cazul îmbinărilor cu-consecințe mai mari, inspecția vizuală ar trebui să fie susținută de teste non-distructive adecvate serviciului - teste radiografice sau ultrasonice pentru presiune critică sau îmbinări structurale, cel puțin pentru un eșantion reprezentativ al rulării.

Condiții de mediu.Temperatura ambientală, umiditatea și viteza vântului la locul sudării afectează toate calitatea sudurii, independent de problema zincului - vântul deranjează ecranarea, umiditatea afectează preluarea hidrogenului în bazinul de sudură și în consumabilele depozitate, iar temperatura ambientală rece modifică viteza de răcire și, odată cu aceasta, riscul de fisurare în zona afectată de căldură-. În cazul în care oricare dintre acestea nu se încadrează în intervalul declarat al procedurii calificate, răspunsul corect este amânarea lucrării, nu oricum să sudeze și să se bazeze pe inspecție pentru a detecta problemele ulterior.