Spawanie rur ze stali ocynkowanej: dlaczego powłoka cynkowa zmienia wszystko w spoinie

Spoina na rurze ocynkowanej to nie ta sama operacja, co spoina na czarnej rurze z powierzchnią w innym-kolorze. Powłoka cynkowa, która zapewnia ocynkowanej rurze odporność na korozję, zachowuje się zupełnie inaczej niż stal w temperaturach spawania i ta różnica wpływa na prawie wszystkie specjalne środki ostrożności stosowane przez ekipę spawającą ocynkowaną -, począwszy od sposobu przygotowania złącza, przez sposób prowadzenia spoiny, aż po zgaśnięcie łuku. Zrozumienie, dlaczego istnieją te środki ostrożności, a nie traktowanie ich jako arbitralnej listy kontrolnej, jest tym, co odróżnia spawane złącze ocynkowane, które wytrzymuje tak długo, jak reszta rury, od tego, w którym system koroduje jako pierwszy.

Nie wszystkie rury ocynkowane docierają do miejsca spawania z tą samą powłoką, a różnica ma znaczenie jeszcze przed rozpoczęciem spawania.

Rura cynkowana ogniowojest wytwarzany poprzez zanurzenie gotowej rury stalowej w kąpieli stopionego cynku, zwykle o temperaturze około 450 stopni Celsjusza. Cynk reaguje z powierzchnią stali, tworząc szereg warstw stopu cynku-żelaza, zwieńczonych warstwą stosunkowo czystego cynku. To wiązanie metalurgiczne, - a nie tylko osad powierzchniowy -, zapewnia-powłoce zanurzeniowej na gorąco siłę przyczepności i typowy zakres grubości od około 45 do 100+ mikronów, w zależności od grubości stali i czasu zanurzenia. Powłoka nie jest idealnie jednolita na poziomie mikroskopowym, ale w praktyce pokrywa w sposób ciągły wewnętrzną i zewnętrzną powierzchnię rury, w tym-{11}}trudno dostępne obszary, takie jak gwinty i szwy spawalnicze, ponieważ rura jest całkowicie zanurzona.

Rura-galwanizowana galwaniczniejest wytwarzany przez elektrochemiczne osadzanie cynku na powierzchni stali, zazwyczaj w temperaturze otoczenia, z roztworu- soli cynku. Powstała powłoka jest cieńsza -, zwykle w zakresie od 5 do 25 mikronów, - ma gładszy wygląd i jest połączona elektrochemicznie, a nie w wyniku tworzenia się-ogniowej warstwy dyfuzyjnej stopu. Jest szybszy i tańszy w zastosowaniu, a także zapewnia bardziej jednolite, kosmetycznie czystsze wykończenie powierzchni, dlatego często pojawia się w zastosowaniach wewnętrznych lub w zastosowaniach o niższym-korozyjnym-narażeniu, gdzie wygląd i koszt mają znaczenie przez dziesięciolecia okresu użytkowania na zewnątrz.

Praktyczne konsekwencje dla spawania: powłoka zanurzeniowa- zawiera więcej cynku skoncentrowanego w pobliżu złącza, więcej cynku zamkniętego w warstwie stopu, która przylega do powierzchni stali nawet pod wpływem ciepła, oraz grubszą powłokę, którą należy usunąć przed spawaniem. Powłoka cynkowana-elektrycznie jest cieńsza i łatwiejsza do usunięcia, ale zapewnia również krótszą żywotność po ponownym uruchomieniu złącza, ponieważ na początku jest tam po prostu mniej cynku. Żadna z tych różnic nie zmienia podstawowej fizyki tego, co dzieje się, gdy łuk uderza w pobliżu cynku, - zmienia to, z jaką częścią problemu się borykasz i jak odporność korozyjna gotowego złącza wypada w porównaniu z resztą rurociągu.

Podstawowym problemem jest proste niedopasowanie temperatur. Cynk wrze w temperaturze około 907 stopni C. Stal zaczyna się topić dopiero w temperaturze około 1500 stopni Celsjusza. Łuk spawalniczy jest znacznie gorętszy niż obie wartości -, co oznacza, że ​​zanim łuk zrobi cokolwiek ze stalą, cynk znajdujący się bezpośrednio wokół niego już wyparował.

Ta sekwencja powoduje kilka różnych problemów w gotowej spoinie, a nie tylko jeden:

• Porowatość- Opary cynku uwalniane do jeziorka spawalniczego nie ulatniają się całkowicie przed zestaleniem metalu, pozostawiając kieszenie gazowe w metalu spoiny. Porowatość zmniejsza efektywny przekrój-spoiny i stwarza miejsce do zainicjowania korozji i pęknięć zmęczeniowych.
• Kruchość ciekłego metalu- jeśli ciepło spawania wypycha stopiony lub odparowany cynk do granic ziaren-strefy wpływu ciepła w stali podstawowej, może to zmniejszyć ciągliwość tej strefy, a w niektórych przypadkach przyczynić się do pękania pod późniejszym obciążeniem lub naprężeniem termicznym. Jest to dobrze-dokumentowane ryzyko, szczególnie związane ze spawaniem stali ocynkowanej, różniące się od zwykłej porowatości spoiny.
• Odpryski i słaby profil stopki- parujący cynk zakłóca łuk i powierzchnię jeziorka spawalniczego, utrudniając utrzymanie czystego, spójnego ściegu w porównaniu do spawania tego samego złącza w gołej stali.
• Zagrożenie oparami- cynk odparowany w wyniku łuku szybko utlenia się w powietrzu, wytwarzając opary tlenku cynku. Wdychanie tych oparów w wystarczającym stężeniu powoduje gorączkę oparów metali, co stanowi rzeczywiste i dobrze-rozpoznane ryzyko zawodowe, dlatego wentylacja i, w razie potrzeby, ochrona dróg oddechowych są standardową praktyką podczas prac spawalniczych ocynkowanych, a nie opcjonalnym środkiem ostrożności.

Żaden z tych problemów nie znika, ponieważ spawacz jest wykwalifikowany. - są to fizyczne konsekwencje spawania przez nienaruszoną powłokę cynkową. Kontrola umiejętności i procedur polega na tym, jaka część problemu dociera do gotowego złącza, a kontrola ta rozpoczyna się przed zajarzeniem łuku.

Standardową praktyką jest usunięcie powłoki cynkowej z obszaru złącza przed spawaniem za pomocą szlifierki kątowej, szlifowania ściernego lub czyszczenia płomieniem, zamiast spawania bezpośrednio przez nią. Nie jest to zabieg kosmetyczny, - lecz eliminuje ryzyko porowatości i kruchości u źródła, przede wszystkim utrzymując pary cynku z dala od jeziorka spawalniczego i-strefy wpływu ciepła. Oczyszczony obszar zazwyczaj rozciąga się w niewielkiej odległości od krawędzi złącza zarówno na rurze, jak i na dowolnym współpracującym kołnierzu lub złączce, a nie tylko na bezpośredniej powierzchni skosu, ponieważ strefa-wpływu ciepła rozciąga się poza samą spoinę, a resztkowy cynk tuż poza widocznym złączem może nadal odparowywać do obszaru pod wpływem ciepła spawania.

Każda metoda usuwania ma praktyczny kompromis. Szlifowanie jest szybkie i łatwe do kontrolowania, ale wytwarza-pył zawierający cynk, który wymaga takich samych środków ostrożności w zakresie oparów/pyłu jak podczas spawania. Czyszczenie płomieniowe powoduje wypalenie powłoki przy użyciu palnika o niższej{{3}intensywności przed rozpoczęciem spawania, co jest przydatne w przypadku rur o większej-średnicy, gdzie szlifowanie całego obwodu jest-czasochłonne, ale nadal powoduje wydzielanie się oparów tlenku cynku podczas samego przejścia czyszczącego, więc wymagania dotyczące wentylacji nie znikają tylko dlatego, że łuk spawalniczy jeszcze się nie rozpoczął.

W przypadku rur ocynkowanych o średnicy powyżej około DN100 zamiast spawania w terenie często stosuje się metody łączenia mechanicznego - połączenia kołnierzowe, złącza rowkowane/mechaniczne lub łączniki-zaciskowe -, a uzasadnienie nawiązuje bezpośrednio do opisanych powyżej obciążeń związanych z usuwaniem i naprawą powłoki. Złącze DN100+ ma duży obwód powłoki, który należy usunąć, zespawać, a następnie naprawić, a każda przerwa w tej naprawie to luka w ochronie antykorozyjnej złącza, którą często trudno jest sprawdzić lub-ponowić powłokę po uruchomieniu systemu. Połączenie mechaniczne pozwala uniknąć jakichkolwiek uszkodzeń powłoki w obszarze złącza - bez szlifowania, bez spawania, bez powłoki naprawczej -, co eliminuje całą opisaną powyżej kategorię ryzyka, zamiast nim zarządzać. W większości jurysdykcji nie jest to kwestia wymogów przepisów, a raczej praktycznego zarządzania ryzykiem, gdy obszar-usuwania powłoki stanie się na tyle duży, że trudniej będzie zagwarantować w pełni spójną naprawę.

Po zespawaniu obszar, który został zeszlifowany lub wypalony - wraz z samym ściegiem spoiny - pozostaje bez zabezpieczenia antykorozyjnego, chyba że zostanie celowo naprawiony. Ma to większe znaczenie, niż mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka: cynk chroni sąsiadującą gołą stal, częściowo poprzez działanie ofiarne (galwaniczne), podczas którego cynk preferencyjnie koroduje i chroni małe pobliskie obszary odsłoniętej stali. Ta ochrona ma ograniczony skuteczny zasięg, - działa w przypadku porów i niewielkich uszkodzeń powłoki, a nie w przypadku gołej stali o grubości pełnego szwu spawalniczego. Nienaprawiona strefa spoiny staje się pierwszym punktem korozji w systemie, podważając powód, dla którego w pierwszej kolejności wybrano rurę ocynkowaną.

W przypadku standardowej naprawy stosuje się mieszankę-bogatą w cynk - albo masę do cynkowania na zimno nakładaną pędzlem lub natryskiem, albo w niektórych przypadkach-metalizację cynku natryskiwanego termicznie w przypadku zastosowań o wyższej-wydajności -, z wytworzeniem suchej powłoki o grubości porównywalnej z otaczającą-powłoką zanurzeniową, często w wielu warstwach, aby osiągnąć odpowiednią grubość w jednym przejściu. To nie jest kosmetyczna poprawka-dopasowująca kolor farby; przywraca rzeczywistą warstwę ochronną, a naprawa zastosowana zbyt cienko lub przy złym przygotowaniu powierzchni pod spodem zakończy się niepowodzeniem na długo przed uszkodzeniem reszty oryginalnej powłoki rury.

Stała jakość spoin ocynkowanych rur sprowadza się do kontroli w pięciu obszarach, z których każdy dotyczy innego punktu, w którym powyższe ryzyko związane z cynkiem może pójść nie tak.

Kwalifikacja i ciągłość spawacza.Prawidłowe spawanie rur ocynkowanych wymaga ściślejszej kontroli dopływu ciepła i prędkości posuwu niż spawanie równoważnego złącza z gołej stali, szczególnie w celu ograniczenia ilości odparowywania cynku przed i wokół jeziorka spawalniczego. Załogi powinny zostać przeszkolone zgodnie z procedurą odzwierciedlającą ten - nie tylko ogólny certyfikat spawalniczy - i zweryfikowane poprzez test praktyczny w reprezentatywnych warunkach w miejscu pracy, zanim zostaną dopuszczone do pracy. Utrzymanie tej samej załogi przy projekcie zmniejsza zmienność wynikającą z ponownego-uczenia się przez spawaczy tych czynności w trakcie pracy.

Obsługa materiału wypełniającego.Elektrody z topnikiem-pochłaniają wilgoć z wilgoci otoczenia, a wilgoć w powłoce elektrody stanowi odrębne, ale zwiększające się ryzyko, - przyczynia się do pękania spoiny wywołanego wodorem-, niezależnie od czynników związanych z cynkiem-. Materiały eksploatacyjne powinny pochodzić od dostawcy posiadającego pełną atest materiałową, być przechowywane i pieczone w kontrolowanej temperaturze zgodnie z obowiązującą procedurą oraz wydawane w ilościach odpowiadających mniej więcej pół-dnia użytkowania, aby niezużyty pręt nie pozostał w hali produkcyjnej do ponownego wchłonięcia wilgoci. Ta kontrola ma większe, a nie mniejsze znaczenie w przypadku prac ocynkowanych, ponieważ porowatość spowodowana oparami cynku i porowatość wodorowa spowodowana wilgotnymi materiałami dodatkowymi mogą się wzajemnie łączyć w tej samej spoinie.

Stan sprzętu i kalibracja.Rzeczywista moc spawarki musi odpowiadać wyświetlanym ustawieniom, dlatego przed rozpoczęciem projektu należy skalibrować mierniki prądu i napięcia. Ponieważ spawanie ocynkowane wymaga ściślejszej kontroli-dopływu ciepła niż zwykłe spawanie stali węglowej, nieskalibrowana maszyna - lub kabel spawalniczy działają wystarczająco długo, aby spowodować znaczący spadek napięcia bez odpowiedniej regulacji parametrów - podważają cały sens określania dokładnej kontroli prądu i-prędkości przesuwu w procedurze.

Dyscyplina procesowa.Wymiary i czystość rowków (potwierdzające, że powłoka cynkowa została faktycznie usunięta, a nie tylko wizualnie przyciemniona) należy sprawdzić bezpośrednio przed rozpoczęciem spawania. Prąd, napięcie i prędkość przesuwu muszą mieścić się w zakresie kwalifikowanej procedury przez cały czas, a nie tylko na początku złącza, ponieważ dryf w kierunku wyższego dopływu ciepła powoduje ponowne wprowadzenie większego parowania cynku i szerszą-strefę wpływu ciepła. Na szczególną uwagę zasługują przejścia korzeniowe, ponieważ korzeń znajduje się najbliżej pozostałości cynku po drugiej stronie złącza i to tam najprawdopodobniej powstaje porowatość; spoiny wielo-powinny być wykonywane w kontrolowanych, cienkich warstwach, a nie w małej liczbie ciężkich warstw. W przypadku połączeń-o większych konsekwencjach kontrola wzrokowa powinna być poparta-badaniami nieniszczącymi odpowiednimi dla usługowych - badań radiograficznych lub ultradźwiękowych pod kątem krytycznych ciśnień lub połączeń konstrukcyjnych, przynajmniej dla reprezentatywnej próbki serii.

Warunki środowiskowe.Temperatura otoczenia, wilgotność i prędkość wiatru w miejscu spawania wpływają na jakość spoiny niezależnie od zawartości cynku - wiatr zakłóca osłonę, wilgotność wpływa na wychwyt wodoru w jeziorku spawalniczym i przechowywanych materiałach spawalniczych, a niska temperatura otoczenia zmienia szybkość chłodzenia, a co za tym idzie, ryzyko pękania w-strefie wpływu ciepła. Jeżeli którykolwiek z nich wykracza poza zakres kwalifikowanej procedury, właściwą reakcją jest odroczenie pracy, w każdym razie nie spawanie i poleganie na kontroli w celu wykrycia późniejszych problemów.