Svetsning av galvaniserat stålrör: varför zinkbeläggningen förändrar allt om svetsen

En svetsning på galvaniserat rör är inte samma operation som en svetsning på ett svart rör med en annan-färgad yta. Zinkbeläggningen som ger galvaniserat rör dess korrosionsbeständighet beter sig mycket annorlunda än stål vid svetstemperaturer, och den skillnaden driver nästan alla speciella försiktighetsåtgärder som används på ett galvaniserat svetsteam - från hur skarven är förberedd, till hur svetsen körs, till vad som händer efter att ljusbågen slocknar. Att förstå varför dessa försiktighetsåtgärder existerar, snarare än att behandla dem som en godtycklig checklista, är det som skiljer en svetsad galvaniserad skarv som håller lika länge som resten av röret från en som blir den första platsen där systemet korroderar.

Alla galvaniserade rör kommer inte till svetsfacket med samma beläggning, och skillnaden spelar roll innan svetsningen ens börjar.

Varmförzinkat-rörtillverkas genom att sänka det färdiga stålröret i ett bad av smält zink, vanligtvis runt 450 grader. Zinken reagerar med stålytan och bildar en serie zink-järnlegeringslager, toppade med ett lager av relativt ren zink. Denna metallurgiska bindning - inte bara en ytavlagring - är det som ger varm-doppbeläggning dess vidhäftningsstyrka och dess typiska tjockleksområde på ungefär 45 till 100+ mikron beroende på ståltjocklek och nedsänkningstid. Beläggningen är inte perfekt enhetlig på mikroskopisk nivå, men på en praktisk nivå täcker den rörets inre och yttre ytor kontinuerligt, inklusive svåråtkomliga-områden som gängor och svetsfogar, eftersom röret är helt nedsänkt.

Elektro-galvaniserat rörframställs genom att avsätta zink på stålytan elektrokemiskt, vanligtvis vid rumstemperatur, från en zinksaltlösning-. Den resulterande beläggningen är tunnare - vanligen i intervallet 5 till 25 mikron - jämnare till utseendet, och binds genom elektrokemisk vidhäftning snarare än att legeringsdiffusionsskiktet som het-doppbeläggning utvecklas. Det är snabbare och billigare att applicera, och det ger en mer enhetlig, kosmetiskt renare ytfinish, vilket är anledningen till att det ofta visas i applikationer inomhus eller med lägre-korrosionsexponering- där utseende och kostnad har betydelse för mer än decennier av livslängd utomhus.

Den praktiska konsekvensen för svetsning: en varm-beläggning har mer zinkmassa koncentrerad nära fogen, mer av den låst in i ett legeringsskikt som klamrar sig fast vid stålytan även under värme, och en tjockare beläggning att skala tillbaka före svetsning. En elektro-galvaniserad beläggning är tunnare och lättare att ta bort, men den ger också en kortare livslängd när fogen väl är i drift igen, eftersom det helt enkelt är mindre zink där till att börja med. Ingen av skillnaderna förändrar den underliggande fysiken för vad som händer när bågen träffar nära zink - den ändrar hur mycket av det problemet du har att göra med och hur den färdiga fogens korrosionsprestanda jämförs med resten av röret.

Kärnproblemet är en enkel obalans i temperatur. Zink kokar vid ungefär 907 grader. Stål börjar inte smälta förrän runt 1500 grader. En svetsbåge blir mycket varmare än någondera figuren - vilket betyder att när bågen har gjort något med stålet har zinken omedelbart runt den redan förångats.

Den sekvensen orsakar flera distinkta problem i den färdiga svetsen, inte bara ett:

• Porositet- zinkånga som släpps ut i svetsbadet försvinner inte helt innan metallen stelnar och lämnar gasfickor i svetsmetallen. Porositet minskar svetsens effektiva tvärsnitt- och ger korrosion och utmattningssprickor en plats att initiera.
• Försprödning av flytande metall- om svetsvärme trycker in smält eller förångad zink i korngränserna för den värme-påverkade zonen i basstålet, kan det minska duktiliteten för den zonen och i vissa fall bidra till sprickbildning under efterföljande belastning eller termisk påkänning. Detta är en väl-dokumenterad risk specifikt förknippad med svetsning av galvaniserat stål, skild från vanlig svetsporositet.
• Stänk och dålig pärlprofil- förångande zink stör bågen och svetsbassängens yta, vilket gör det svårare att hålla en ren, konsekvent sträng jämfört med att svetsa samma fog i rent stål.
• Risk för rök- zink som förångas av ljusbågen oxiderar snabbt i luften och producerar zinkoxidrök. Att andas in denna rök i tillräcklig koncentration orsakar metallröksfeber, en verklig och väl-erkänd yrkesrisk, vilket är anledningen till att ventilation och vid behov andningsskydd är standardpraxis för galvaniserade svetsjobb, inte en valfri försiktighetsåtgärd.

Inget av dessa problem försvinner eftersom en svetsare är skicklig - de är fysiska konsekvenser av att svetsa genom en intakt zinkbeläggning. Vilken skicklighet och procedurkontroll är hur mycket av problemet som når den färdiga fogen, och den kontrollen börjar innan ljusbågen träffas.

Standardpraxis är att ta bort zinkbeläggningen från fogområdet före svetsning, med hjälp av en vinkelslip, slipande slipning eller flamrengöring, istället för att svetsa direkt genom den. Det här är inte kosmetiskt - det åtgärdar porositeten och sprödhetsrisken vid källan genom att hålla zinkånga borta från svetsbadet och den värme-påverkade zonen i första hand. Det rensade området sträcker sig vanligtvis en kort bit bakåt från skarvkanten på både röret och eventuell passande fläns eller koppling, inte bara den omedelbara avfasade ytan, eftersom den värme-påverkade zonen sträcker sig utanför själva svetsen och kvarvarande zink strax utanför den synliga skarven fortfarande kan förångas in i området under svetsvärme.

Varje borttagningsmetod har en praktisk kompromiss. Slipning är snabb och kontrollerbar men genererar zink-damm som kräver samma försiktighetsåtgärder för rök/damm som svetsning gör. Flamrengöring bränner bort beläggningen med en brännare med lägre-intensitet innan svetsningen börjar, användbart på rör med större-diameter där slipning av hela omkretsen är tidskrävande-, men det släpper fortfarande ut zinkoxidrök under själva rengöringspasset, så ventilationskraven försvinner inte bara för att svetsningen har börjat.

För galvaniserade rör över ungefär DN100 specificeras ofta mekaniska skarvningsmetoder - flänsanslutningar, räfflade/mekaniska kopplingar eller kompressionskopplingar av -typ - istället för fältsvetsning, och resonemanget kopplas direkt tillbaka till beläggningen-borttagnings- och reparationsbördan som beskrivs ovan. En DN100+-fog har en stor omkrets av beläggning för att strippa, svetsa och sedan reparera, och varje lucka i den reparationen är en lucka i korrosionsskyddet på en fog som ofta är svår att inspektera eller om-belägga när systemet väl är i drift. En mekanisk fog undviker att störa beläggningen alls i fogområdet - ingen slipning, ingen svets, ingen reparationsbeläggning - vilket tar bort hela riskkategorin som beskrivs ovan snarare än att hantera den. Detta är mindre en fråga om kodkrav i de flesta jurisdiktioner och mer en fråga om praktisk riskhantering när beläggnings{12}}borttagningsområdet blir tillräckligt stort för att det blir svårare att garantera en helt konsekvent reparation.

När fogen väl är svetsad lämnas området som slipades eller brändes blott - tillsammans med själva svetssträngen - utan korrosionsskydd om det inte repareras avsiktligt. Detta betyder mer än det kan tyckas först: zink skyddar intilliggande blankt stål delvis genom offerverkan (galvanisk), där zinken företrädesvis korroderar och skyddar små närliggande områden av utsatt stål. Det skyddet har en begränsad effektiv räckvidd - det fungerar för pinholes och mindre beläggningsskador, inte för en hel svetssömsvärde av blankt stål. Om den inte är reparerad blir svetszonen den första korrosionspunkten i systemet, vilket undergräver anledningen till att galvaniserat rör specificerades i första hand.

Standardreparation använder en zink-rik förening -, antingen en kall galvaniseringsblandning applicerad med pensel eller spray, eller i vissa fall termisk-sprutad zinkmetallisering för applikationer med högre-prestanda - byggd upp till en torrfilmtjocklek jämförbar med den omgivande varm-beläggningen för att nå en adekvat tjockbeläggning. Det här är inte en kosmetisk touch-på matchande färg; det återställer ett verkligt offerskyddsskikt, och en reparation som appliceras för tunt eller med dålig ytbehandling under kommer att misslyckas långt innan resten av rörets ursprungliga beläggning gör det.

Konsekvent svetskvalitet på galvaniserade rör handlar om kontroll inom fem områden, som vart och ett adresserar en annan punkt där de zinkrelaterade-riskerna ovan kan gå fel.

Svetsarkompetens och kontinuitet.Att svetsa galvaniserat rör på rätt sätt kräver strängare kontroll av värmetillförsel och färdhastighet än att svetsa motsvarande blanka stålfog, speciellt för att begränsa hur mycket zink som förångas framför och runt svetsbadet. Besättningar bör kvalificeras mot en procedur som återspeglar denna - inte bara en allmän svetscertifiering - och verifieras genom ett praktiskt test under representativa förhållanden på plats innan de kan köras. Att behålla samma besättning i ett projekt minskar variationen som kommer från att svetsare-lär sig om dessa justeringar halvvägs i ett jobb.

Hantering av fyllnadsmaterial.Flux-belagda elektroder absorberar fukt från omgivande luftfuktighet, och fukt i elektrodbeläggningen är en separat men förvärrande risk - den bidrar till väte-inducerad sprickbildning i svetsen, oberoende av allt zinkrelaterat-. Förbrukningsvaror bör komma från en leverantör med fullständig materialcertifiering, förvaras och bakas vid kontrollerad temperatur enligt tillämplig procedur och utfärdas i kvantiteter som motsvarar ungefär en halv-dags användning så att oanvänd stång inte lämnas för att återuppta fukt på verkstadsgolvet. Denna kontroll är viktigare, inte mindre, på galvaniserat arbete, eftersom porositet från zinkånga och väteporositet från fuktiga tillsatsmaterial kan förena varandra i samma svets.

Utrustningens skick och kalibrering.En svetsmaskins faktiska uteffekt måste matcha dess visade inställningar, varför ström- och spänningsmätare bör kalibreras innan ett projekt startar. Eftersom galvaniserad svetsning är beroende av att hålla strängare värme-inmatningskontroll än vanlig kolstålsvetsning, undergräver en okalibrerad maskin - eller en svetskabel tillräckligt länge för att orsaka ett meningsfullt spänningsfall utan motsvarande parameterjustering - hela poängen med att specificera noggrann ström- och färdhastighetskontroll i proceduren.

Processdisciplin.Spårdimensioner och renhet (som bekräftar att zinkbeläggningen faktiskt har tagits bort, inte bara visuellt mörklagd) bör kontrolleras omedelbart innan svetsningen börjar. Ström, spänning och färdhastighet måste hålla sig inom det kvalificerade förfarandets intervall hela tiden, inte bara i början av fogen, eftersom drift mot högre värmetillförsel återinför mer zinkförångning och en bredare-värmepåverkad zon. Rotpassager förtjänar särskild uppmärksamhet, eftersom roten är närmast eventuell kvarvarande zink på bortre sidan av fogen och det är där porositeten med största sannolikhet uppstår; fler-svetsar bör byggas upp i kontrollerade, tunna skikt snarare än ett litet antal tunga svetsar. På fogar med högre-konsekvens bör visuell inspektion stödjas av icke-destruktiv testning som är lämplig för tjänsten - röntgen- eller ultraljudstestning för kritiskt tryck eller strukturella leder, åtminstone för ett representativt prov av körningen.

Miljöförhållanden.Omgivningstemperatur, luftfuktighet och vindhastighet på svetsplatsen påverkar alla svetskvaliteten oberoende av zinkproblemet - vinden stör avskärmningen, fuktighet påverkar väteupptagningen i svetsbassängen och i lagrade förbrukningsvaror, och kall omgivningstemperatur ändrar kylningshastigheten och därmed risken för sprickbildning i den-påverkade värmezonen. Om något av dessa faller utanför det kvalificerade förfarandets angivna intervall, är det korrekta svaret att skjuta upp arbetet, inte att svetsa ändå och förlita sig på inspektion för att fånga problem efteråt.