Svařování pozinkované ocelové trubky: Proč zinkový povlak mění vše na svaru

Svar na galvanizované trubce není stejná operace jako svar na černé trubce s jiným-barevným povrchem. Zinkový povlak, který dodává galvanizované trubce její odolnost proti korozi, se při teplotách svařování chová velmi odlišně od oceli a tento rozdíl řídí téměř všechna speciální opatření použitá u galvanizovaného svářečského týmu - od způsobu přípravy spoje, přes průběh svaru až po to, co se stane po zhasnutí oblouku. Pochopení toho, proč tato opatření existují, spíše než s nimi zacházet jako s libovolným kontrolním seznamem, je to, co odděluje svařovaný galvanizovaný spoj, který vydrží tak dlouho jako zbytek trubky, od spoje, který se stane prvním místem, kde systém zkoroduje.

Ne všechny pozinkované trubky dorazí do svařovacího prostoru se stejným povlakem a na rozdílu záleží ještě před začátkem svařování.

Žárově-pozinkovaná trubkase vyrábí ponořením hotové ocelové trubky do lázně roztaveného zinku, typicky kolem 450 degC. Zinek reaguje s povrchem oceli a vytváří řadu vrstev slitiny zinku{2}}železa, které jsou překryty vrstvou relativně čistého zinku. Toto metalurgické pojivo - nejen povrchový povlak - je to, co dodává povlaku za horka- jeho přilnavost a typický rozsah tloušťky zhruba 45 až 100+ mikronů v závislosti na tloušťce oceli a době ponoření. Povlak není dokonale rovnoměrný na mikroskopické úrovni, ale v praktické rovině nepřetržitě pokrývá vnitřní a vnější povrchy trubky, včetně těžko{10}}{11}}dostupných oblastí, jako jsou závity a svary, protože trubka je zcela ponořena.

Elektro-galvanizované potrubíse vyrábí elektrochemickým nanášením zinku na povrch oceli, obvykle při teplotě okolí, z roztoku zinku-soli. Výsledný povlak je tenčí - běžně v rozmezí 5 až 25 mikronů - hladší na pohled a je spojen elektrochemickou adhezí, spíše než se vytváří vrstva difúzní slitiny-máčením. Jeho aplikace je rychlejší a méně nákladná a vytváří jednotnější, kosmeticky čistší povrchovou úpravu, a proto se často objevuje ve vnitřních aplikacích nebo aplikacích vystavených nižší -korozi-, kde na vzhledu a ceně záleží více než desetiletí venkovní životnosti.

Praktický důsledek pro svařování: žárový-potah má více zinkové hmoty koncentrované v blízkosti spoje, více zinkové hmoty je uzamčeno ve vrstvě slitiny, která přilne k povrchu oceli i za tepla, a silnější povlak, který se před svařováním stáhne. Elektro-pozinkovaný povlak je tenčí a snáze se odstraňuje, ale také nabízí kratší životnost, jakmile je spoj opět v provozu, protože je tam na začátku prostě méně zinku. Žádný rozdíl nemění základní fyziku toho, co se stane, když oblouk zasáhne blízko zinku -, změní to, jak velkou část tohoto problému řešíte a jak je korozní výkon hotového spoje v porovnání se zbytkem potrubí.

Hlavním problémem je jednoduchý nesoulad teploty. Zinek se vaří při teplotě přibližně 907 °C. Ocel se začne tavit až kolem 1500 degC. Svařovací oblouk je mnohem teplejší než kterýkoli z obrázků -, což znamená, že v době, kdy oblouk udělá s ocelí cokoli, zinek bezprostředně kolem něj se již vypaří.

Tato sekvence způsobuje několik různých problémů v hotovém svaru, nejen jeden:

• Pórovitost- zinkové páry uvolněné do svarové lázně plně neuniknou dříve, než kov ztuhne a zanechá ve svarovém kovu plynové kapsy. Pórovitost snižuje účinný průřez svaru-a dává prostor pro vznik korozních a únavových trhlin.
• Zkřehnutí tekutého kovu- Pokud teplo při svařování vtlačí roztavený nebo odpařený zinek do hranic zrn tepelně-ovlivněné zóny v základní oceli, může to snížit tažnost této zóny a v některých případech přispět k praskání při následném zatížení nebo tepelném namáhání. Toto je dobře-zdokumentované riziko specificky spojené se svařováním galvanizované oceli, které se liší od běžné poréznosti svaru.
• Rozstřik a špatný profil korálků- odpařující se zinek narušuje oblouk a povrch svarové lázně, takže je těžší udržet čistou, konzistentní housenku ve srovnání se svařováním stejného spoje v holé oceli.
• Nebezpečí výparů- zinek odpařený obloukem rychle oxiduje na vzduchu a vytváří výpary oxidu zinečnatého. Vdechování tohoto dýmu v dostatečné koncentraci způsobuje horečku z kovových dýmů, skutečné a dobře{2}}rozpoznané pracovní riziko, a proto je ventilace a v případě potřeby i ochrana dýchacích cest standardní praxí při svařování galvanickým zinkováním, nikoli volitelným opatřením.

Žádný z těchto problémů nezmizí, protože svářeč je zručný -, jedná se o fyzikální důsledky svařování přes neporušený zinkový povlak. Jaká kontrola dovedností a postupu je, jak velká část problému dosáhne hotového spoje, a tato kontrola začíná před zapálením oblouku.

Standardní praxí je odstranit zinkový povlak z oblasti spoje před svařováním pomocí úhlové brusky, abrazivního broušení nebo čištění plamenem, spíše než svařováním přímo skrz. Není to kosmetické -, řeší to riziko poréznosti a křehnutí u zdroje tím, že v první řadě zadržuje zinkové páry mimo svarovou lázeň a tepelně-ovlivněnou zónu. Vyčištěná oblast se obvykle rozprostírá o krátkou vzdálenost zpět od okraje spoje jak na trubce, tak na jakékoli protilehlé přírubě nebo tvarovce, nejen na bezprostřední zkosené ploše, protože tepelně-ovlivněná oblast přesahuje samotný svar a zbytkový zinek těsně za viditelným spojem se může stále odpařovat do oblasti působením tepla ze svařování.

Každá metoda odstranění má praktický kompromis. Broušení je rychlé a ovladatelné, ale vytváří zinkový-prach, který vyžaduje stejná opatření proti výparům a prachu jako svařování. Čištění plamenem spálí povlak pomocí hořáku s nižší intenzitou před zahájením svařování, což je užitečné u trubek s větším-průměrem, kde je broušení celého obvodu časově- náročné, ale přesto se při samotném čištění uvolňuje výpary oxidu zinečnatého, takže požadavky na ventilaci nezmizí jen proto, že se ještě nezačal svařovací oblouk.

U galvanizovaných trubek nad zhruba DN100 se často místo svařování v terénu používají metody mechanického spojování - přírubové spoje, drážkované/mechanické spojky nebo kompresní-tvarovky - a zdůvodnění se přímo napojuje zpět na zátěž-odstranění povlaku a opravy popsané výše. Spoj DN 100+ má velký obvod povlaku, který je možné odizolovat, svařit a poté opravit, a jakákoli mezera v této opravě je mezerou v ochraně proti korozi na spoji, kterou je často obtížné zkontrolovat nebo znovu natřít, jakmile je systém v provozu. Mechanický spoj zabraňuje narušení povlaku v oblasti spoje - žádné broušení, žádný svar, žádný opravný nátěr -, což odstraňuje celou kategorii rizik popsanou výše, než aby je řídilo. Ve většině jurisdikcí to není ani tak otázka požadavků na kód, ale spíše otázka praktického řízení rizik, jakmile se oblast odstranění nátěru{12}}rozšíří natolik, že bude obtížnější zaručit plně konzistentní opravu.

Jakmile je spoj svařen, oblast, která byla vybroušena nebo spálena holá - spolu se samotnou svarovou housenkou -, zůstane bez ochrany proti korozi, pokud nebude záměrně opravena. Na tom záleží více, než by se na první pohled mohlo zdát: zinek chrání přilehlou holou ocel částečně prostřednictvím obětního (galvanického) působení, kdy zinek přednostně koroduje a chrání malé blízké oblasti odkryté oceli. Tato ochrana má omezený účinný rozsah -, funguje pro dírky a menší poškození povlaku, nikoli pro celý svar v hodnotě holé oceli. Ponechání neopravené se svarová zóna stává prvním bodem koroze v systému, což podkopává důvod, proč byla galvanizovaná trubka specifikována na prvním místě.

Při standardní opravě se používá -sloučenina bohatá na zinek - buď směs pro zinkování za studena nanášená štětcem nebo stříkáním, nebo v některých případech tepelně-nástřiková metalizace zinku pro aplikace s vyšším výkonem - vytvořená do tloušťky suchého filmu srovnatelného s okolním žárovým-nátěrem, často ve více vrstvách, aby bylo dosaženo dostatečné tloušťky v jednom průchodu. Nejedná se o kosmetický-doladění barvy laku; obnovuje skutečnou obětní ochrannou vrstvu a oprava nanesená příliš tence nebo se špatnou přípravou povrchu pod ní selže dříve než zbytek původního povlaku potrubí.

Konzistentní kvalita svaru na galvanizované trubce je pod kontrolou v pěti oblastech, z nichž každá řeší jiný bod, kde se mohou výše uvedená rizika související se zinkem-zkazit.

Kvalifikace svářeče a návaznost.Správné svařování pozinkované trubky vyžaduje přísnější kontrolu přísunu tepla a rychlosti posuvu než svařování ekvivalentního holého ocelového spoje, konkrétně za účelem omezení množství zinku vypařovaného před a kolem svarové lázně. Posádky by měly být kvalifikovány podle postupu, který odráží toto -, nikoli pouze podle obecné svářečské certifikace -, a před povolením k práci by měly být ověřeny praktickým testem v reprezentativních podmínkách na místě. Zachování stejné posádky na projektu snižuje variabilitu, která pramení z toho, že se svářeči znovu{4}}naučili tyto úpravy v průběhu práce.

Manipulace s výplňovým materiálem.Elektrody potažené tavivem-pohlcují vlhkost z okolní vlhkosti a vlhkost v potahu elektrody je samostatným, ale kombinovaným rizikem - přispívá k vodíku-indukovanému praskání ve svaru, nezávisle na čemkoli souvisejícím se zinkem-. Spotřební materiál by měl pocházet od dodavatele s plnou certifikací materiálu, měl by být skladován a pečen při kontrolované teplotě podle příslušného postupu a měl by být vydáván v množství odpovídajícím zhruba půl-dennímu používání, aby nepoužitá tyč nezůstala znovu absorbovat vlhkost na podlaze dílny. Tato kontrola je u galvanizovaného materiálu důležitější, ne méně, protože pórovitost zinkové páry a pórovitost vodíku z vlhkých spotřebních materiálů se mohou v jednom svaru vzájemně kombinovat.

Stav zařízení a kalibrace.Skutečný výkon svařovacího stroje musí odpovídat jeho zobrazeným nastavením, a proto by měly být měřiče proudu a napětí kalibrovány před zahájením projektu. Protože galvanizované svařování závisí na přísnější kontrole vstupu tepla-než běžné svařování uhlíkové oceli, nezkalibrovaný stroj - nebo svařovací kabel běží dostatečně dlouho na to, aby způsobil smysluplný pokles napětí bez úpravy odpovídajícího parametru -, podkopává celý smysl zadání pečlivého řízení proudu a rychlosti-pojezdu v postupu.

Procesní disciplína.Rozměry a čistota drážky (potvrzující, že zinkový povlak byl skutečně odstraněn, nikoli pouze vizuálně ztmaven) by měly být zkontrolovány bezprostředně před zahájením svařování. Proud, napětí a rychlost pohybu musí zůstat v rozsahu kvalifikovaného postupu po celou dobu, nejen na začátku spoje, protože posun směrem k vyššímu tepelnému příkonu znovu zavádí více odpařování zinku a širší tepelně-ovlivněnou zónu. Kořenové přechody si zasluhují zvláštní pozornost, protože kořen je nejblíže jakémukoli zbytkovému zinku na vzdálené straně kloubu a je tam, kde s největší pravděpodobností vzniká pórovitost; víceprůchodové svary by měly být vytvořeny v kontrolovaných tenkých vrstvách spíše než v malém počtu těžkých průchodů. U spojů s vyšším-následkem by měla být vizuální kontrola podpořena ne-destruktivním testováním vhodným pro servisní - radiografické nebo ultrazvukové testování kritických tlakových nebo konstrukčních spojů, minimálně pro reprezentativní vzorek cyklu.

Podmínky prostředí.Okolní teplota, vlhkost a rychlost větru v místě svaru ovlivňují kvalitu svaru nezávisle na problému zinku - vítr narušuje stínění, vlhkost ovlivňuje nasávání vodíku ve svarové lázni a ve skladovaných spotřebních materiálech a nízká okolní teplota mění rychlost ochlazování a tím i riziko praskání v tepelně-postižené zóně. Pokud některá z nich spadá mimo uvedený rozsah kvalifikovaného postupu, správnou reakcí je odložit práci, stejně nesvařovat a spoléhat na kontrolu, aby byly problémy zachyceny později.