Zavarivanje pocinčanih čeličnih cijevi: Zašto premaz cinka mijenja sve u vezi vara

Zavar na pocinčanoj cijevi nije ista operacija kao zavar na crnoj cijevi s površinom drugačije-boje. Premaz cinka koji pocinčanoj cijevi daje otpornost na koroziju ponaša se vrlo različito od čelika na temperaturama zavarivanja, a ta razlika pokreće gotovo svaku specijalnu mjeru opreza koja se koristi za pocinčanu zavarivačku ekipu - od načina pripreme spoja, do načina zavarivanja do onoga što se događa nakon što se luk ugasi. Razumijevanje zašto postoje ove mjere predostrožnosti, umjesto da ih tretiramo kao proizvoljnu kontrolnu listu, je ono što odvaja zavareni pocinčani spoj koji traje koliko i ostatak cijevi od one koja postaje prvo mjesto gdje sistem korodira.

Ne dolaze sve pocinčane cijevi na mjesto zavarivanja s istim premazom, a razlika je bitna prije nego što zavarivanje počne.

Vruće{0}}pocinčana cijevproizvodi se uranjanjem gotove čelične cijevi u kupku od rastopljenog cinka, obično oko 450 °C. Cink reaguje sa površinom čelika i formira seriju slojeva legure gvožđa cinka-, prekrivenih slojem relativno čistog cinka. Ova metalurška veza - ne samo površinski naslaga - je ono što toplom-premazu daje njegovu snagu adhezije i tipičan raspon debljine od otprilike 45 do 100+ mikrona u zavisnosti od debljine čelika i vremena potapanja. Premaz nije savršeno ujednačen na mikroskopskom nivou, ali na praktičnom nivou kontinuirano pokriva unutrašnje i vanjske površine cijevi, uključujući--dostupna područja kao što su navoji i zavareni šavovi, jer je cijev potpuno uronjena.

Elektro{0}}pocinčana cijevse proizvodi elektrohemijskim nanošenjem cinka na površinu čelika, obično na sobnoj temperaturi, iz otopine cinkove{0}}soli. Rezultirajući premaz je tanji - obično u rasponu od 5 do 25 mikrona - glatkijeg izgleda i vezan elektrohemijskom adhezijom, a ne slojem difuzije legure koji se razvija vrućim potapanjem-. Brži je i jeftiniji za nanošenje, a proizvodi ujednačeniju, kozmetički čistiju završnu obradu, zbog čega se često pojavljuje u zatvorenim ili manjim -korozijama- aplikacijama gdje su izgled i cijena važniji više od decenija radnog vijeka na otvorenom.

Praktična posljedica za zavarivanje: vrući{0}}premaz ima više mase cinka koncentrisane u blizini spoja, više od toga zaključano u sloj legure koji se drži površine čelika čak i pod toplinom, i deblji premaz za skidanje prije zavarivanja. Elektro-pocinkovani premaz je tanji i lakši za uklanjanje, ali nudi i kraći vijek trajanja kada se spoj vrati u upotrebu, jer jednostavno ima manje cinka za početak. Nijedna razlika ne mijenja osnovnu fiziku onoga što se dešava kada luk udari u blizinu cinka -, već mijenja koliki je dio tog problema s kojim se suočavate i kako se koroziona učinkovitost gotovog spoja u poređenju sa ostatkom cijevi.

Osnovni problem je jednostavna neusklađenost temperature. Cink ključa na otprilike 907 °C. Čelik se ne počinje topiti do oko 1500°C. Luk za zavarivanje je mnogo topliji od bilo koje slike -, što znači da je u trenutku kada je luk nešto učinio sa čelikom, cink odmah oko njega već ispario.

Taj niz uzrokuje nekoliko različitih problema u gotovom zavaru, a ne samo jedan:

• Poroznost- para cinka koja se oslobađa u bazenu za varenje ne izlazi u potpunosti prije nego što se metal očvrsne, ostavljajući plinske džepove u metalu zavarivanja. Poroznost smanjuje efektivni poprečni presjek -zavara i daje mjesto za početak korozije i pukotina od zamora.
• Krtost tečnog metala- ako toplina zavarivanja gura rastopljeni ili ispareni cink u granice zrna-zahvaćene zone u osnovnom čeliku, to može smanjiti duktilnost te zone i, u nekim slučajevima, doprinijeti pucanju pod naknadnim opterećenjem ili termičkim stresom. Ovo je dobro-dokumentiran rizik posebno povezan sa zavarivanjem pocinčanog čelika, za razliku od obične poroznosti zavara.
• Prskanje i loš profil perli- isparavanje cinka remeti luk i površinu zavarenog bazena, što otežava održavanje čistog, konzistentnog zrna u poređenju sa zavarivanjem istog spoja u golom čeliku.
• Opasnost od dima- cink koji isparava luk brzo oksidira u zraku, stvarajući dim cink oksida. Udisanje ove pare u dovoljnoj koncentraciji izaziva groznicu metalnih para, stvarnu i dobro{2}}prepoznatu opasnost na radnom mjestu, zbog čega su ventilacija i, gdje je potrebno, zaštita disanja standardna praksa na poslovima pocinčanog zavarivanja, a ne opciona mjera opreza.

Nijedan od ovih problema ne nestaje jer je zavarivač vješt - to su fizičke posljedice zavarivanja kroz netaknuti cink premaz. Koja vještina i kontrola postupka je koliko problema dospijeva do gotovog spoja, a ta kontrola počinje prije nego što se luk udari.

Standardna praksa je da skinete cink premaz sa područja spoja prije zavarivanja, koristeći kutnu brusilicu, abrazivno brušenje ili čišćenje plamenom, umjesto da zavarite direktno kroz nju. Ovo nije kozmetički - već se bavi rizikom od poroznosti i krhkosti na izvoru tako što sprečava cinkovu paru iz bazena za zavarivanje i na prvom mjestu -zahvaćene zone. Očišćeno područje se obično proteže na kratku udaljenost od ruba spoja na cijevi i bilo kojoj prirubnici ili spojnoj spojnici, a ne samo na neposrednoj kosoj površini, budući da se zona{4}}zahvaćena toplinom proteže izvan samog zavara i preostali cink neposredno izvan vidljivog spoja još uvijek može ispariti u područje pod toplinom zavarivanja.

Svaka metoda uklanjanja ima praktičan kompromis. Brušenje je brzo i podložno kontroli, ali stvara cink-napunjenu prašinu kojoj su potrebne iste mjere predostrožnosti za isparavanje/prašinu kao i zavarivanje. Čišćenje plamenom sagorijeva premaz korištenjem prolaska plamenika nižeg intenziteta prije početka zavarivanja, što je korisno za cijevi većeg-promjera gdje je brušenje punog obima dugotrajno-, ali i dalje oslobađa pare cink oksida tokom samog prolaza čišćenja, tako da zahtjevi za ventilacijom nisu počeli jer zavarivanje još nije počelo.

Za pocinčane cijevi iznad otprilike DN100, mehaničke metode spajanja - prirubnički spojevi, žljebljene/mehaničke spojnice ili kompresioni{2}}priključci tipa - se često navode umjesto zavarivanja na terenu, a obrazloženje se direktno povezuje sa gore opisanim opterećenjem uklanjanja i popravke premaza-. DN100+ spoj ima veliki obim premaza za skidanje, zavarivanje, a zatim popravku, a svaki zazor u toj popravci je jaz u zaštiti od korozije na spoju koji je često teško pregledati ili ponovo -premazati nakon što je sistem u funkciji. Mehanički spoj uopće izbjegava narušavanje premaza u području spoja - bez brušenja, bez zavara, bez premaza za popravku - koji uklanja cijelu kategoriju rizika opisanu iznad, umjesto da se njime upravlja. Ovo je manje pitanje zahtjeva koda u većini jurisdikcija, a više pitanje praktičnog upravljanja rizikom kada površina{12}}odstranjivanja premaza postane dovoljno velika da potpuno dosljednu popravku postaje teže garantirati.

Nakon što je spoj zavaren, područje koje je brušeno ili spaljeno - zajedno sa samim zavarenim rubom - ostaje bez zaštite od korozije osim ako se namjerno ne popravi. Ovo je važnije nego što se na prvi pogled moglo činiti: cink štiti susjedni goli čelik djelomično putem žrtvovanja (galvanskog) djelovanja, gdje cink prvenstveno korodira i štiti male obližnje površine izloženog čelika. Ta zaštita ima ograničen efektivni domet - i radi za rupice i manja oštećenja premaza, a ne za punu vrijednost zavarenog šava golog čelika. Ostavljena nepopravljena, zona zavara postaje prva tačka korozije u sistemu, potkopavajući razlog zašto je pocinkovana cijev navedena na prvom mjestu.

Standardna popravka koristi cinkom{0}}bogatu smjesu - ili smjesu za hladno pocinčavanje nanesenu četkom ili sprejom, ili u nekim slučajevima termički-metalizaciju cinka raspršenom za više-učinkovitije primjene - koja se stvara do debljine suhog filma uporedive sa okolnim vrućim{5}} slojem koji se često može postići u višestrukim slojevima za potapanje u više slojeva. Ovo nije kozmetički -kozmetički dodatak koji odgovara boji boje; obnavlja stvarni zaštitni sloj, a popravka nanesena pretanko ili sa slabom pripremom površine ispod njega će propasti mnogo prije nego ostatak originalnog premaza cijevi.

Dosljedan kvalitet zavara na pocinčanoj cijevi svodi se na kontrolu u pet područja, od kojih se svako bavi različitom tačkom gdje gore navedeni rizici povezani sa cinkom- mogu poći po zlu.

Kvalifikacija zavarivača i kontinuitet.Ispravno zavarivanje pocinčanih cijevi zahtijeva strožu kontrolu unosa topline i brzine kretanja nego zavarivanje ekvivalentnog golog čeličnog spoja, posebno da bi se ograničilo koliko cinka isparava ispred i oko bazena za zavarivanje. Posada treba da bude kvalifikovana u skladu sa procedurom koja odražava ovu -, a ne samo opštu certifikaciju za zavarivanje - i provjerena kroz praktičan test u reprezentativnim uvjetima na gradilištu prije nego što dobije dozvolu za rad. Zadržavanje iste ekipe na projektu smanjuje varijabilnost koja dolazi od toga što zavarivači ponovo-uče ova podešavanja u toku posla.

Rukovanje materijalom za punjenje.Elektrode obložene fluksom-upijaju vlagu iz vlažnosti okoline, a vlaga u premazu elektrode je zaseban, ali složeni rizik - doprinosi vodonikom-induciranom pucanju u zavaru, nezavisno od bilo čega što je povezano sa cinkom-. Potrošni materijal treba da dolazi od dobavljača s punim certifikatom materijala, da se skladišti i peče na kontrolisanoj temperaturi prema primjenjivoj proceduri i da se izdaje u količinama koje odgovaraju otprilike pola-dnevnog korištenja kako neiskorišteni štap ne bi bio ostavljen da ponovo upija vlagu u podu radnje. Ova kontrola je bitna više, a ne manje, na pocinkovanim radovima, budući da se poroznost od cinkove pare i poroznost vodonika iz vlažnih potrošnih materijala mogu međusobno spojiti u istom zavaru.

Stanje opreme i kalibracija.Stvarni učinak aparata za zavarivanje treba da odgovara njegovim prikazanim postavkama, zbog čega bi mjerači struje i napona trebali biti kalibrirani prije početka projekta. Budući da pocinčano zavarivanje zavisi od čvršće kontrole unosa topline-u odnosu na obično zavarivanje ugljičnog čelika, nekalibrirana mašina - ili kabel za zavarivanje radi dovoljno dugo da izazove značajan pad napona bez odgovarajućeg podešavanja parametara - potkopava cijeli smisao određivanja pažljive kontrole struje i{4}}brzine u proceduri.

Procesna disciplina.Dimenzije i čistoću žljebova (potvrđujući da je premaz cinka stvarno uklonjen, a ne samo vizualno potamnjen) treba provjeriti neposredno prije početka zavarivanja. Struja, napon i brzina putovanja moraju ostati unutar opsega kvalifikovane procedure u cijelom, a ne samo na početku spoja, budući da pomak prema većem unosu topline ponovo uvodi više isparavanja cinka i širu zonu{1}}zahvaćenu toplinom. Korijenski prolazi zaslužuju posebnu pažnju, budući da je korijen najbliži bilo kakvom zaostalom cinku na suprotnoj strani zgloba i gdje je najvjerovatnije da poroznost potiče; više-zavarene šavove treba izgraditi u kontroliranim, tankim slojevima umjesto u malom broju teških prolaza. Na spojevima sa višim{5}}posljedicama, vizuelna inspekcija bi trebala biti podržana ne-testiranjem bez razaranja koje odgovara servisu - radiografskim ili ultrazvučnim ispitivanjem kritičnog pritiska ili strukturalnih spojeva, u najmanju ruku za reprezentativni uzorak serije.

Uslovi okoline.Temperatura okoline, vlažnost i brzina vjetra na mjestu zavarivanja utiču na kvalitet šava neovisno o problemu s cinkom - vjetar ometa zaštitu, vlažnost utječe na prikupljanje vodonika u bazenu za zavarivanje iu uskladištenom potrošnom materijalu, a hladna temperatura okoline mijenja brzinu hlađenja i, s tim, rizik od pucanja u zoni utjecaja topline- Tamo gde bilo šta od toga ne padne u opseg navedenog kvalifikovanog postupka, ispravan odgovor je da se odloži rad, da se svejedno ne zavari i da se osloni na inspekciju da bi se kasnije otkrili problemi.