Зварювання оцинкованої сталевої труби: чому цинкове покриття змінює все про зварювання

Зварювання оцинкованої труби – це не те саме, що зварювання чорної труби з поверхнею іншого-кольору. Цинкове покриття, яке надає оцинкованій трубі корозійну стійкість, поводиться зовсім по-різному від сталі при температурах зварювання, і ця різниця обумовлює майже всі спеціальні запобіжні заходи, які застосовуються бригадою зварювальних робіт із оцинкованим покриттям -, від того, як готується з’єднання, до того, як виконується зварювання, до того, що відбувається після гасіння дуги. Розуміння, чому існують ці запобіжні заходи, замість того, щоб розглядати їх як довільний контрольний список, є те, що відрізняє зварне оцинковане з’єднання, яке служить так само довго, як решта труби, від того, яке стає першим місцем, де система піддається корозії.

Не всі оцинковані труби надходять до місця зварювання з однаковим покриттям, і різниця має значення ще до початку зварювання.

Гаряче{0}}оцинкована трубавиробляється шляхом занурення готової сталевої труби у ванну з розплавленим цинком, як правило, близько 450 °C. Цинк реагує зі сталевою поверхнею, утворюючи низку шарів сплаву цинку-заліза, покритих шаром відносно чистого цинку. Цей металургійний зв’язок - не просто поверхневий нанос - є тим, що надає гарячому-покриттю міцність адгезії та його типовий діапазон товщини приблизно від 45 до 100+ мікрон залежно від товщини сталі та часу занурення. Покриття не є ідеально рівномірним на мікроскопічному рівні, але на практичному рівні воно постійно покриває внутрішню та зовнішню поверхні труби, включаючи важкодоступні--місця, як-от різьби та зварні шви, оскільки труба повністю занурена.

Електро{0}}оцинкована трубавиробляється шляхом нанесення цинку на сталеву поверхню електрохімічним шляхом, як правило, при температурі навколишнього середовища, з розчину-солі цинку. Отримане покриття тонше - зазвичай у діапазоні від 5 до 25 мікрон - більш гладке на вигляд і скріплене електрохімічною адгезією, а не дифузійним шаром сплаву, утворюється гаряче-покриття зануренням. Його наносити швидше й дешевше, а також забезпечує більш рівномірну, косметично чистішу поверхню, тому він часто з’являється у приміщеннях із меншим -корозійним-приміщенням, де зовнішній вигляд і вартість важливіші, ніж десятиліття терміну експлуатації поза приміщеннями.

Практичні наслідки для зварювання: гаряче{0}}покриття зануренням має більше маси цинку, зосереджене біля з’єднання, більше його зафіксовано в шарі сплаву, який тримається на поверхні сталі навіть під впливом тепла, і товстіше покриття, яке знімається перед зварюванням. Електро-гальванізоване покриття є тоншим і його легше видалити, але воно також пропонує менший термін служби після повернення з’єднання в експлуатацію, оскільки спочатку там просто менше цинку. Жодна різниця не змінює основну фізику того, що відбувається, коли дуга спалахує поблизу цинку - це змінює те, з якою проблемою ви маєте справу, і як ефективність готового з’єднання проти корозії порівняно з рештою ділянки труби.

Основна проблема - проста невідповідність температур. Цинк кипить приблизно при 907 °C. Сталь не починає плавитися приблизно до 1500 градусів Цельсія. Зварювальна дуга працює набагато гарячіше, ніж будь-який малюнок -, що означає, що до того моменту, коли дуга щось зробила зі сталлю, цинк безпосередньо навколо неї вже випарувався.

Ця послідовність викликає кілька різних проблем у готовому зварюванні, а не одну:

• пористість- пари цинку, що потрапляють у зварювальну ванну, не виходять повністю, поки метал не затвердіє, залишаючи газові кишені в металі зварного шва. Пористість зменшує ефективний поперечний-переріз зварного шва та дає місце для появи корозії та втомних тріщин.
• Крихкість рідкого металу- якщо тепло під час зварювання виштовхує розплавлений або випарований цинк до меж зерен зони термічного-впливу в основній сталі, це може зменшити пластичність цієї зони та, у деяких випадках, сприяти розтріскування під наступним навантаженням або термічним впливом. Це добре-задокументований ризик, пов’язаний із зварюванням оцинкованої сталі, що відрізняється від звичайної пористості швів.
• Бризки та поганий профіль борту- Цинк, що випаровується, порушує дугу та поверхню зварювальної ванни, ускладнюючи утримання чистого, однорідного валика порівняно зі зварюванням того самого з’єднання на голій сталі.
• Небезпека диму- цинк, який випаровується дугою, швидко окислюється на повітрі, утворюючи дим оксиду цинку. Вдихання цього диму в достатній концентрації викликає лихоманку металевих парів, реальну та-визнану професійну небезпеку, тому вентиляція та, за необхідності, захист органів дихання є стандартною практикою під час зварювання оцинкованих матеріалів, а не необов’язковими запобіжними заходами.

Жодна з цих проблем не зникає через досвідченість зварювальника - це фізичні наслідки зварювання непошкодженого цинкового покриття. Які навички та процедури контролюють, наскільки проблема досягає готового суглоба, і цей контроль починається до того, як увімкнеться дуга.

Стандартною практикою є зняття цинкового покриття з області з’єднання перед зварюванням за допомогою кутової шліфувальної машини, абразивного шліфування або очищення полум’ям, а не зварювання безпосередньо через нього. Це не косметичний засіб -, він усуває пористість і ризик крихкості в джерелі, утримуючи пари цинку від зварювальної ванни та зони-термічного впливу, перш за все. Очищена ділянка зазвичай простягається на коротку відстань від краю з’єднання як на трубі, так і на будь-якому сполучному фланці чи фітингу, а не лише на безпосередній скосі, оскільки зона термічного -впливу виходить за межі самого зварного шва, а залишковий цинк безпосередньо за межами видимого з’єднання все ще може випаровуватися в зону, що піддається нагріванню зварюванням.

Кожен метод видалення має практичний компроміс. Шліфування є швидким і контрольованим, але утворює пил, -насичений цинком, який потребує таких же заходів безпеки, як і під час зварювання. Очищення полум’ям спалює покриття за допомогою пальника нижчої-інтенсивності перед початком зварювання, корисно для труб більшого-діаметра, де шліфування по всьому колу потребує-часу, але воно все одно виділяє дим оксиду цинку під час самого проходу очищення, тому вимоги до вентиляції не зникають лише тому, що зварювальна дуга ще не запрацювала.

Для оцинкованих труб діаметром понад DN100 часто вказуються методи механічного з’єднання - фланцеві з’єднання, рифлені/механічні муфти або фітинги-типу стиснення - замість зварювання в польових умовах, і міркування безпосередньо пов’язані з видаленням-покриття та ремонтом, описаним вище. З’єднання DN100+ має велику окружність покриття, яке необхідно зняти, зварити та потім відремонтувати, і будь-яка щілина в цьому ремонті є щілиною в захисті від корозії на з’єднанні, яку часто важко оглянути або повторно -покрити після експлуатації системи. Механічне з’єднання взагалі дозволяє уникнути пошкодження покриття в зоні з’єднання - без шліфування, без зварювання, без ремонтного покриття -, що усуває всю категорію ризику, описану вище, замість того, щоб керувати нею. У більшості юрисдикцій це не стосується вимог коду, а більше стосується практичного управління ризиками, коли площа-видалення покриття стає настільки великою, що стає важче гарантувати повний ремонт.

Після зварювання з’єднання відшліфована або обпалена ділянка - разом із самим швом - залишається без захисту від корозії, якщо її не відремонтувати навмисно. Це важливіше, ніж може здатися на перший погляд: цинк захищає прилеглу оголену сталь частково завдяки жертвенній (гальванічній) дії, де цинк переважно піддається корозії та захищає невеликі довколишні ділянки відкритої сталі. Цей захист має обмежений ефективний діапазон - він працює для точкових отворів і незначних пошкоджень покриття, а не для повного зварного шва голої сталі. Залишена без ремонту зона зварювання стає першою точкою корозії в системі, підриваючи причину, по якій оцинкована труба була вказана в першу чергу.

У стандартному ремонті використовується склад-збагачений цинком - склад для холодного цинкування, нанесений пензлем або розпиленням, або в деяких випадках металізація цинку-напиленням термічним-для вищої{3}}ефективності -, створеної до товщини сухої плівки, порівнянної з навколишнім покриттям гарячим-зануренням, часто кількома шарами для досягнення потрібної товщини за один прохід. Це не косметичний догляд-під колір фарби; це відновлення фактичного жертовного захисного шару, і ремонт, нанесений занадто тонким або з поганою підготовкою поверхні під ним, зазнає невдачі набагато раніше, ніж решта первинного покриття труби.

Незмінна якість зварювання оцинкованих труб зводиться до контролю в п’яти областях, кожна з яких стосується окремої точки, де ризики,-пов’язані з цинком, можуть піти не так.

Кваліфікація зварника та безперервність.Правильне зварювання оцинкованої труби вимагає суворішого контролю надходження тепла та швидкості руху, ніж зварювання еквівалентного з’єднання оголеної сталі, зокрема, щоб обмежити кількість випаровування цинку перед і навколо зварювальної ванни. Бригади мають пройти кваліфікацію відповідно до процедури, яка відображає це -, а не лише загальну сертифікацію зі зварювання -, і перевірити за допомогою практичного випробування в типових умовах на місці, перш ніж отримати допуск до роботи. Зберігання тієї самої бригади на проекті зменшує варіативність, яка виникає через те, що зварювальники-засвоюють ці налаштування під час роботи.

Транспортування наповнювача.Електроди з флюсовим-покриттям поглинають вологу вологості навколишнього середовища, а волога в покритті електродів є окремою, але додатковою небезпекою - вона сприяє утворенню-спричинених воднем тріщин у зварному шві, незалежно від того,-пов’язаного з цинком. Витратні матеріали мають надходити від постачальника з повною сертифікацією матеріалів, зберігатися та випікатися при контрольованій температурі відповідно до застосовної процедури та видаватись у кількості, яка відповідає приблизно пів-дня використання, щоб невикористаний стрижень не залишався для повторного поглинання вологи на підлозі цеху. Цей контроль має більше значення, а не менше, для оцинкованих робіт, оскільки пористість від парів цинку та пористість водню від вологих витратних матеріалів можуть поєднуватися одна з одною в одному зварному шві.

Стан обладнання та калібрування.Фактична потужність зварювального апарату повинна відповідати параметрам, які відображаються, тому вимірювачі струму та напруги слід відкалібрувати перед початком проекту. Оскільки оцинковане зварювання залежить від утримання більш жорсткого контролю-надходження тепла, ніж звичайне зварювання вуглецевої сталі, невідкалібрований апарат - або зварювальний кабель, протягнутий достатньо довго, щоб спричинити значне падіння напруги без відповідного коригування параметрів - підриває весь сенс визначення ретельного контролю струму та-швидкості ходу в процедурі.

Дисциплінованість процесу.Безпосередньо перед початком зварювання необхідно перевірити розміри канавок і чистоту (що підтверджує, що цинкове покриття дійсно видалено, а не лише візуально потемніло). Струм, напруга та швидкість переміщення повинні залишатися в межах кваліфікованого діапазону процедури на всьому протязі, а не лише на початку з’єднання, оскільки дрейф у бік більшого надходження тепла знову викликає більше випаровування цинку та ширшу зону-термічного впливу. Корінні проходи заслуговують на особливу увагу, оскільки корінь знаходиться найближче до будь-якого залишкового цинку на дальній стороні з’єднання, і саме там, швидше за все, виникає пористість; багато{3}}зварювальні шви слід створювати контрольованими тонкими шарами, а не невеликою кількістю важких проходів. На з’єднаннях із вищим{5}}наслідком візуальний огляд має супроводжуватися не-руйнівним тестуванням, відповідним для служби - радіографічним або ультразвуковим тестуванням на критичний тиск або структурні з’єднання, принаймні для репрезентативного зразка серії.

Екологічні умови.Температура навколишнього середовища, вологість і швидкість вітру в місці зварювання впливають на якість зварного шва незалежно від проблеми з цинком - вітер порушує екранування, вологість впливає на поглинання водню у зварювальній ванні та витратних матеріалах, що зберігаються, а низька температура навколишнього середовища змінює швидкість охолодження, а разом з цим і ризик утворення тріщин у зоні впливу тепла-. Якщо будь-який із них виходить за межі встановленого діапазону кваліфікованої процедури, правильною реакцією буде відкласти роботу, не зварювати в будь-якому випадку та покладатися на перевірку, щоб виявити проблеми пізніше.