Zincarea Termica
Zincarea termică
Cuprins
Lista tabelelor și a figurilor
Lista abrevierilor
Prefața
Capitolul 1.
COROZIUNEA. CONCEPTE DE BAZĂ ÎN COROZIUNE. CONDIȚII ȘI CERINȚE PENTRU ASIGURAREA PROTECȚIEI ÎMPOTRIVA COROZIUNII
1.1 Cauzele coroziunii
1.2 Clasificarea coroziunii
1.3 Implicații economice și importanța prevenirii și/sau reducerii coroziunii
1.4 Principii și criterii, privind concepția și proiectarea, pentru protecția împotriva coroziunii a construcțiilor din oțel
Capitolul 2.
SISTEME DE PROTECłIE ANTICOROZIVĂ A CONSTRUCłIILOR DIN OȚEL
2.1 Condiții generale
2.2 Alcatuirea generală a sistemelor de protecție anticorozivă
2.3 Avantajele zincării termice față de alte procedee de acoperire de suprefețe metalice
Capitolul 3.
ZINCAREA TERMICĂ A ELEMENTELOR DIN OȚEL PENTRU PROTECȚIA ANTICOROZIVĂ
3.1 Rezistența la coroziune asigurată de zincarea termică
3.2 Mecanismul de protecție anticorozivă a oțelului prin procesul de zincare termică
3.3 Fluxul tehnologic al procesului de zincare
3.4 Caracteristici fizice
3.5 Proiectarea și execuția produselor care urmează să fie zincate termic
3.6 Verificarea calității acoperirilor de zinc depuse termic
3.7 Asamblarea produselor din oțel zincate termic
Capitolul 4.
STUDIU DE CAZ. ANALIZA COMPARATIVĂ ECONOMICĂ: ZINCARE TERMICĂ – PELICULĂ DE VOPSEA
4.1 Aspecte economice
4.2 Estimarea și compararea costurilor toatale (whole – life cost)
Concluzii
Bibliografie
(Anexa 6)
Lista figurilor (exemplu)
Figura 1.1: Denumire 12
Figura 1.2: Denumire 12
Figura 1.3: Denumire 13
Figura 2.3: Denumire 30
Figura 3.1: Denumire 54
Figura 3.3: Denumire 58
Lista tabelelor (exemplu)
Tabel 1.1: Denumire 12
Tabel 1.2: Denumire 13
Tabel 1.3: Denumire 14
Tabel 2.4: Denumire 25
Tabel 3.1: Denumire 38
Tabel 3.2: Denumire 40
CAPITOLUL 1 – COROZIUNEA. CONCEPTE DE BAZĂ ÎN COROZIUNE. CONDIȚII ȘI CERINȚE PENTRU ASIGURAREA PROTECȚIEI ÎMPOTRIVA COROZIUNII
Coroziunea metalelor reprezintă un proces de distrugere spontană a acestora în cursul interacției lor chimice, electrochimice și biochimice cu mediul înconjurător. Coroziunea este un proces nedorit.
Coroziunea mai poate fi definită ca: distrugerea materialelor, a metalelor și aliajelor în special, sub acțiunea mediului înconjurator Distrugerea poate fi parțială, totală sau poate antrena modificari ale proprietăților materialelor facându-le să devină inutilizabile. Coroziunea este interpretată uneori impropriu ca uzura unei piese sau ca distrugerea unei structuri.
Cauzele coroziunii
Faptul că majoritatea metalelor se găsesc în natură sub formă de combinații, este dovada cea mai bună a tendinței naturale a metalelor de a trece de la starea metalică, caracterizată printr-un conținut ridicat de energie, într-o stare cu un conținut redus energetic. Scaderea energiei produsă în urma acestei modificări este măsura tendinței de reacție a metalului cu mediul său și este exprimată în termeni fizici prin variația entalpiei libere de reacție ΔG. ΔG < 0: tendința de reacție (fără a da nici un fel de informații asupra vitezei cu care ea se desfășoară ), iar ΔG > 0 arată imposibilitatea reacției în mediul considerat.
Figura 1.1 – Reprezentarea tendinței naturale de coroziune a metalelor
In condiții atmosferice normale, la pH=7, în prezența oxigenului, metale ca Au, Ir, Pt, Pd arată un ΔG > 0 și, deci, nereacționabilitate. Aceste metale, cunoscute ca metale rare, sunt singurele care se găsesc în stare metalica pură în natură. Toate celelalte metale posedă tendința de a forma compuși și deci, de a se coroda.
Bazele coroziunii au fost puse încă din anul 1830 de către August de la Rive, prin teoria elementelor locale de coroziune, conform căreia cauza coroziunii este eterogenitatea chimică a suprafețelor metalice, producătoare de cupluri galvanice de coroziune (sau pile locale). Cercetările ulterioare demonstrat faptul că și în cazul metalului perfect omogen (mercur și amalgame), procesul de coroziune decurge de asemenea după un mecanism electrochimic. Deci, principala cauza a coroziunii unui metalelor într-un mediu o constituie instabilitatea termodinamică a metalului respectiv în raport cu o formă oxidată a sa în același mediu.
Clasificarea coroziunii
Coroziunea se poate produce în diferite forme. Clasificarea coroziunii este de obicei bazată pe unul dintre următorii factori:
Natura agentului coroziv: In funcție de acesta, coroziunea poate fi: coroziune umedă și coroziune uscată. Coroziunea umedă apere în prezența lichidelor sau a umezelii; în timp ce coroziunea uscată se dezvoltă în urma reacției cu gazele la temperaturi ridicate.
Aspectul exterior al metalului: Coroziunea poate să fie uniformă atunci când metalul se corodează pe întreaga sa suprafață cu aceeași viteză, sau localizată, atunci când suprafețele afectate sunt mici.
Clasificare generală a coroziunii este dată în următoarea schema:
Figura 1.2 – Tipuri de coroziune.
Mecanismul coroziunii: implică coroziunea chimică, biochimică și electrochimică
• Coroziunea chimică implică procese în care metalul vine în contact cu agenții chimici (lichide sai gaze) și suferă reacții chimice obișnuite. Aceste reacții sunt pur eterogene fară gererare de curent electric.
• Biocoroziunea este cauzată de activitatea unor microorganisme, acestea folosesc suprafața metalului ca mediu de cultură. Coroziunea biochimică este însoțită de obicei si de alte tipuri de coroziune.
• Coroziunea electrochimică. Este cea mai importanta formă de coroziune si apare atunci când un metalul se află într-un mediu cu conductibilitate electrolitică.
Implicații economice și importanța prevenirii și/sau reducerii coroziunii
Pagubele provocate de către coroziune ating proporții uriașe. Conform datelor existente, aproape 1/3 din producția mondială de metal este scoasă din uz datorită coroziunii. Aproximativ 2/3 din metalul corodat este recupereat prin topire, înseamna că circa 10% din producția mondială se pierde definitiv ăn urma acțiunii distructive a coroziunii.
Pagubele datorate coroziunii sunt adesea legate nu numai de pierderile de metal, ci si de scoaterea din functiune a unor instalatii întregi, pentru a caror prelucrare si montare se cheltuieste mai mult decât costul materialului din care sunt facute (ex: Daca pentru sinele de cale ferata costul materialului depaseste costul de fabricatie, pentru alte produse cum ar fi masinile, avioanele, aparatele de precizie etc., costul de fabricatie depaseste cu mult costul materialului).
Controlul coroziunii este foarte important pentru că, nesupravegheata, poate deveni foarte costisitoare. Prin actiunea ei, aceasta poate duce la oprirea instalațiilor, iar costurile de întreținere și reparații vor crește. Uneori, insa, costurile preintampinarii totale, respectiv eliminarii coroziunii, pot fi foarte mari. De aceea, în urma unei analize atât economice cât și a lucrarilor ce trebuiesc efectuate, se poate realiza un echilibru între impactul coroziunii și cheltuielile pentru prevenirea acesteia. Prin prevenirea coroziunii s-a constatat că 25 % din cheltuielile anuale legate de coroziune pot fi eliminate. Cheltuielile anuale legate de coroziune reprezintă circa 16% din valoarea instalațiilor și echipamentelor. Se impune ca la proiectarea și execuția instalațiilor și echipamentelor, respectiv la modificările majore sau reparațiile instalațiilor existente trebuie să se țină cont de aspectele legate de controlul coroziunii.
Reducerea cheltuielilor inca din faza de proiectare se poate realiza prin alegerea materialelor rezistente la coroziune, aceste cheltuieli fiind mult mai mici decât acțiunile de înlăturare a cauzelor atunci când construcția echipamentelor și instalațiilor s-a încheiat.
Aproape toate tipurile de coroziune pot fi anticipate, observate, controlate. Coroziunea poate provoca defecte ascunse în afara celor cunoscute, cum ar fi:
Distrugerea structurilor și pierderile de materiale.
Produsele de coroziune pot să contamineze alimentările cu apă sau combustibil cauzând atât probleme tehnice cât și probleme legate de sănătatea oamenilor. În general, echipamentele sunt proiectate ca să reziste în condiții medii, iar atunci când se folosesc într-un mediu coroziv este nevoie de protecție suplimentară.
Contaminarea mediului datorită scurgerilor de combustibil și de materiale periculoase reprezintă o problemă importantă în legătură cu mediul. De obicei, cheltuielile făcute pentru eliminarea acestor materiale sunt mult mai mari decât cele asociate controlului coroziunii.
Coroziunea poate avea un impact mare asupra funcționării întreprinderilor deoarece poate cauza creșteri de emisii poluante. În unele cazuri, chiar produșii de coroziune sunt foarte periculoși și de aceea coroziunea trebuie controlată pentru a preveni poluarea mediului.
De asemenea, controlul coroziunii poate reduce cheltuielile cu manopera pentru inlaturarea efectelor coroziunii.
Principii și criterii, privind concepția și proiectarea, pentru protecția împotriva coroziunii a construcțiilor din oțel
La conceperea și proiectarea construcțiilor din oțel, se vor avea în vedere următoarele principii, pentru asigurarea durabilității acestor construcții prin măsuri de protecție împotriva coroziunii:
Măsurile de protecție împotriva coroziunii se referă la ansamblul de acțiuni întreprinse începând de la conceperea și alcătuirea elementelor construcției și continuate pe parcursul executării și exploatării acesteia. Aceste măsuri se referă, în principal, la :
conceperea, alcătuirea și proiectarea elementelor/construcției, cu luarea în considerare a acțiunii corozive a mediului asupra acesteia;
prevederea sistemelor adecvate de protecție anticorozivă;
asigurarea executării corespunzătoare a lucrărilor de protecție, astfel încât să nu fie favorizată inițierea acțiunii corozive;
întreținerea/mentenanța sistemelor de protecție anticorozivă pe durata exploatării construcției;
evitarea accentuării condițiilor de mediu agresiv pe durata exploatării, în special prin asigurarea funcționalității tuturor elementelor construcției (hidroizolație, ventilații, instalații ș.a.).
Măsurile de protecție împotriva coroziunii se stabilesc prin proiect, pentru toate aspectele arătate, cu un grad de detaliere diferențiat, determinat de clasa de corozivitate a mediului și de sensibilitatea la coroziune a elementelor/construcției. Măsurile adoptate trebuie să asigure o protecție uniformă pentru toate zonele elementelor sau construcției.
Măsurile de protecție împotriva coroziunii sunt indisolubil legate de concepția și alcătuirea elementelor și a construcției în ansamblu, pentru fiecare proiect, și, în consecință, acestea trebuie să fie adoptate și rezolvate concomitent și având în vedere interdependența dintre ele.
La conceperea și proiectarea construcțiilor din oțel trebuie ca, din colectivul de proiectare, să facă parte – direct sau prin colaborare – personal de specialitate în problemele de coroziune. Este necesar, de asemenea, ca pentru rezolvarea unor situații deosebite să fie asigurată colaborarea unor laboratoare de specialitate, pentru caracterizarea unor medii sau materiale.
Concepția și detalierea măsurilor de protecție împotriva coroziunii trebuie să ia în considerare toate aspectele, până la detaliu, atât pe cele legate de manipulare, depozitare, transport, precum și de executare a lucrărilor (spre exemplu pentru unele zone ale sudurilor la montare la poziție), cât și pe cele legate de întreținere/mentenanță.
Pe lângă asiguraraea unei protecții anticorozive adcevate, soluțiile adoptate pentru sistemele de protecție anticorozivă trebuie să respecte prevederile legale privind:
rezistența la foc (dacă este cazul);
reacția la foc;
emisia de substanțe periculoase.
Eventualele cereri de înlocuire/modificare, la executarea lucrărilor, a unor elemente constructive, produse sau tehnologii utilizate, trebuie să fie analizate și sub aspectul implicațiilor și eventualelor modificări privind măsurilcătuirea elementelor și a construcției în ansamblu, pentru fiecare proiect, și, în consecință, acestea trebuie să fie adoptate și rezolvate concomitent și având în vedere interdependența dintre ele.
La conceperea și proiectarea construcțiilor din oțel trebuie ca, din colectivul de proiectare, să facă parte – direct sau prin colaborare – personal de specialitate în problemele de coroziune. Este necesar, de asemenea, ca pentru rezolvarea unor situații deosebite să fie asigurată colaborarea unor laboratoare de specialitate, pentru caracterizarea unor medii sau materiale.
Concepția și detalierea măsurilor de protecție împotriva coroziunii trebuie să ia în considerare toate aspectele, până la detaliu, atât pe cele legate de manipulare, depozitare, transport, precum și de executare a lucrărilor (spre exemplu pentru unele zone ale sudurilor la montare la poziție), cât și pe cele legate de întreținere/mentenanță.
Pe lângă asiguraraea unei protecții anticorozive adcevate, soluțiile adoptate pentru sistemele de protecție anticorozivă trebuie să respecte prevederile legale privind:
rezistența la foc (dacă este cazul);
reacția la foc;
emisia de substanțe periculoase.
Eventualele cereri de înlocuire/modificare, la executarea lucrărilor, a unor elemente constructive, produse sau tehnologii utilizate, trebuie să fie analizate și sub aspectul implicațiilor și eventualelor modificări privind măsurile de protecție împotriva coroziunii. Acestea trebuie să fie stabilite de către proiectant, prin aplicarea principiilor de mai sus la situația nou creată, după caz.
Principalele criterii pentru stabilirea și alegerea sistemelor de protecție anticorozivă sunt următoarele :
corelarea între caracteristicile implicate ale materialelor și clasa de corozivitate preconizată ;
asigurarea protecției pentru o diversitate mai mare privind natura mediului, pentru o aceeași clasă de corozivitate ;
durabilitatea sistemelor și produselor de protecție anticorozivă utilizate ;
simplitatea verificării calității acestora la executare și a performanțelor în timp;
raportul eficacitate/complexitate;
accesibilitatea pentru executarea lucrărilor de protecție anticorozivă și monitorizarea comportării in situ;
raportul între executarea în atelier și pe șantier (la montare), în special sub aspectul asigurării calității;
raportul eficacitate/cost total;
raportul cost inițial/cost mentenanță.
Condiții la proiectare pentru protecția împotriva coroziunii
Principalele condiții și cerințe de bază ce trebuie avute în vedere la proiectare pentru protecția împotriva coroziunii, se referă la:
– alegerea materialelor pentru elementele de construcție;
– alcătuirea constructivă;
– accesibilitatea pentru executarea lucrărilor de protecție anticorozivă și monitorizarea comportării in situ;
– alegerea sistemelor de protecție anticorozivă aplicate pe suprafața elementelor din oțel.
Alegerea materialelor constitutive ale elementelor/construcțiilor se referă la corelarea dintre clasa de corozivitate a mediului și categoriile de oțel, caracterizate prin rezistența la coroziune, din care sunt constituite elementele de construcție, precum și elementele de asamblare (șuruburi și piulie, șaibe, nituri, electrozi pentru sudură ș.a.). Având în vedere criteriile menționate mai sus, alegerea materialelor componente trebuie să constituie o bază pentru prevenirea coroziunii, care răspunde îndeosebi criteriilor (a) – (c); (h); (i).
Condițiile privind alcătuirea constructivă au în vedere următoarele:
– forma (deschisă sau chesonată) și poziția relativă a elementelor componente în secțiuni;
– grosimea în secțiune și mărimea suprafeței perimetrale (expusă);
– îmbinările și zonele de rezemare;
– vecinătatea cu elemente din alte materiale.
Forma și poziția relativă a elementelor componente în secțiuni, trebuie să fie astfel încât să nu favorizeze inițierea și dezvoltarea coroziunii. Principalele condiții, în acest sens, se referă la :
Evitarea posibilității de acumulare a apei/condensului și a materialelor pulverulente din aer. În acest scop :
Profilele concave vor fi amplasate cu concavitatea orientată astfel încât să nu rețină apa/condensul și materialele pulverulente (exemplificări de principiu în fig. 1.3).
Figura 1.3 – Evitarea posibilității de acumulare a apei/condensului și a pulberilor din aer
Profilele chesonate care nu permit accesul în interior (țevi, secțiuni închise realizate prin sudură ș.a.) vor fi prevăzute cu găuri de ventilare interioară, având în vedere că închiderea etanșă a acestor profile nu se realizează, de regulă, și oferă astfel, o probabilitate foarte mare de inițiere și dezvoltare a coroziunii interioare, care nu poate fi depistată și controlată. Găurile de ventilare vor fi suficient de mari și astfel amplasate încât să asigure circulația permanentă a aerului, fără a permite intrarea directă a apei.
Zonele de îmbinare a elementelor componente care pot crea interstiții de acumulare, vor fi evitate, astfel (exemplificări în fig. 1.4):
prin amplasarea corespunzătoare a plăcilor/fururilor alăturate;
prin suduri continue, având profilul corespunzător;
prin adoptarea unor soluții de îmbinare adecvate.
necorespunzător corespunzător
Figura 1.4 – Evitarea amplasarea plăcilor/fururilor alăturate
Figura 1.5 – Închiderea prin sudură continuă
Evitarea detaliilor de îmbinare care pot crea interstiții de acumulare a apei/condensului și pulberilor din aer
La înglobarea elementelor metalice în beton sau zidărie, se vor prevedea detalii de alcătuire care să asigure îndepăratrea apei (exemplificare în fig. 1.6). Aplicarea sistemului de protecție anticorozivă pe elementul din oțel astfel încât ptotecția să pătrundă cca. 5 cm în beton.
Necorespunzător Corespunzător
Figura 1.6 – Element metalic înglobat în beton (zidărie)
Limitarea distanței minime dintre profilele care alcătuiesc o secțiune compusă, conform precizărilor din fig. 1.7.
Figura 1.7 – Distanțe minime dintre profilele care alcătuiesc o secțiune compusă.
În cazul în care din calculul de rezistență rezultă că nu se poate respecta această condiție, se vor lua măsuri adecvate, ținând seama de inaccesibilitatea spațiului dintre profile și de clasa de corozivitate a mediului.
muchie vie muchie șanfrenată muchie rotunjită
necorespunzător acceptabil corespunzător
Figura 1.8 – Prelucrarea muchiilor sau reliefurilor datorită sudurii
Această condiție se aplică, în funcție de clasa de corozivitate a mediului și în măsura în care este impusă de sistemul de acoperire utilizat.
Decuparea prevăzută în rigidizări pentru a asigura continuitatea sudurii elementelor principale (spre exemplu talpă-inimă), trebuie sa permită și prelucrarea acestei suduri, dacă este cazul, precum și aplicarea sistemului de protecție prevăzut (exemplificare în fig. 1.9)
Figura 1.9 – Conceptie recomandata pentru rigidizari, pentru protectia impotriva coroziunii
mai usor de uzinat, insa protectia anticoroziva se aplica mai greu in zona de racordare
mai dificil de uzinat, insa protectia anticoroziva se aplica mai usor in zona de racordare
Grosimea în secțiune și mărimea suprafeței perimetrale (expusă) a elementelor care alcătuiesc structura de rezistență a construcției, inclusiv a celor care asigură contravântuirea, sunt caracteristici ale secțiunilor elementelor, care rezultă din dimensionarea la rezistență și stabilitate, dar trebuie să îndeplinească și condițiile privind protecția împotriva coroziunii, precizate în continuare.
Grosimea minimă a pieselor care alcătuiesc elementele de rezistență, inclusiv rigidizările acestora, precum și a celor care realizează contravântuirea, va fi conform tabelului 1.1.
Tabelul 1.1 – SR EN ISO 1461: Grosimea minimă a acoperirii pe piese centrifugate
în care:
rcor – viteza de coroziune
La verificarea proiectelor, acestea trebuie să obțină un aviz explicit, privind rezistența la coroziune, în cazurile în care:
rezistența mecanică și stabilitatea construcției este conferită de elemente din tablă, profilată, având grosimea mai mică decât cea prevăzută în tabelul 1.1;
contravântuirea construcției este asigurată de panourile de închidere (pereți, învelitoare) din tablă sau cu alcătuire sandwich.
Suprafața perimetrală a elementelor de rezistență, inclusiv a contravântuirilor, trebuie să fie minimă și, în funcție de clasa de corozivitate a mediului în care se află expusă construcția, să fie astfel alcătuită încât să respecte și următoarele prevederi:
reducerea, la minimum, a numărului de îmbinări, preferându-se secțiuni compacte, laminate sau sudate continuu;
evitarea formelor complicate în secțiune care conțin unghiuri intrânde și îngreunează ventilarea și aplicarea/refacerea sistemului de protecție anticorozivă prin acoperire;
condiționarea, pentru executarea lucrărilor, a stării suprafeței, în sensul de a fi lipsită de neregularități, bavuri, țunder ș.a., cu precizarea limitelor maxime ale acestora și, dacă este cazul, a modalităților de corectare a suprafeței.
Îmbinările, care constituie zone sensibile la coroziune, trebuie reduse, ca număr, la minimum și trebuie să fie alcătuite având în vedere condițiile prevăzute în continuare, pe tipuri de îmbinări.
La îmbinările prin sudură :
rezistență la coroziune, în mediul agresiv respectiv, a materialului de adaos (electrozi, sârmă ș.a.), precum și a zonei influențată termic;
prelucrarea suprafeței, pentru îndepărtarea neregularităților și crearea condițiilor optime de aplicare a sistemelor de protecție anticorozivă;
precizarea condițiilor speciale, după caz, pentru protecția în zona sudurilor de montaj, executate pe șantier (pentru ambele fețe ale zonei sudate).
La îmbinările cu șuruburi (inclusiv pretensionate) sau nituri :
compatibilitatea între materialele în contact (piesele îmbinate, șaibe, șuruburi, piulițe, nituri), pentru a nu forma pile de coroziune;
precizarea condițiilor pentru protecția în zona îmbinărilor definitive, precum și a celor demontabile, dacă este cazul (având în vedere și condițiile impuse de proiectarea de rezistență, privind starea suprafețelor în contact).
Zonele de rezemare sunt, de asemenea, sensibile la coroziune, atât datorită expunerii la mediul agresiv, cât și a faptului că sunt supuse unor concentrări de eforturi și deplasărilor relative între elementele componente. Pentru aceste zone se vor avea în vedere următoarele condiții :
compatibilitatea între materialele în contact pentru a nu forma pile de coroziune ;
compatibilitatea între sistemele de protecție anticorozivă și condițiile, determinate prin calcul, privind presiunile locale și deplasările relative între piesele componente;
accesibilitatea pentru verificarea periodică, prin observare directă, a suprafețelor pieselor componente.
Vecinătatea cu elemente din alte materiale se referă la contactele directe cu acestea, cum sunt, spre exemplu : fundații sau reazeme din beton; reazeme din neopren sau alte materiale; pereți sau tavane din cărămidă sau lemn (lipite de metal sau cu rosturi închise cu materiale de etanșare, cum sunt spumele poliuretanice). Pentru aceste zone se vor avea în vedere următoarele condiții:
protecția suprafețelor metalice considerând cel puțin situația în care umiditatea este de 100% (producerea condensului, pe diferite perioade și la diferite intervale de timp) pe aceste suprafețe;
mediul agresiv care poate apare, în prezența umidității și a produselor din materialele alăturate (inclusiv, spre exemplu, produse pentru tratarea lemnului, dacă este cazul);
electricitatea statică sau curenții de dispersie (vagabonzi), care pot să apară datorită sau în prezența acestor materiale.
Accesibilitatea elementelor din oțel, a celor structurale în orice situație, este o condiție de bază pentru asigurarea realizării lucrărolor de protecție și a întreținerii sistemelor de protecție anticorozivă, deoarece:
permite efectuarea lucrărilor de pregătire a suprafeței elementelor de construcții din oțel și de aplicare a produselor de protecție anticorozivă
permite investigarea periodică, prin observare directă și efectuarea unor determinări/măsurări, pentru a stabili starea sistemelor de protecție anticorozivă;
permite efectuarea lucrărilor de intervenție, începând cu remedierea sistemelor de protecție anticorozivă, în cazul în care se constată degradarea acestora, înainte de a începe procesul de coroziune a oțelului.
Accesibilitatea se realizează prin respectarea următoarelor condiții:
prevederea, pentru fiecare suprafață exterioară a elementelor structurale (inclusiv contravântuirile), a unui spațiu liber care să permită efectuarea activităților precizate; spațiul minim este de 350 mm, iar în cazul în care acesta nu poate fi respectat, se vor specifica condițiile și sistemele de protecție anticorozivă și de mentenanță aplicabile în situația respectivă (având în vedere și mediul agresiv respectiv);
prevederea, pentru suprafețele interioare ale elementelor chesonate accesibile în interior, a posibilităților de intrare în interior; aceste elemente sunt cele având secțiunea interioară:
prevederea, pentru fiecare element, a mijloacelor de acces pentru realizarea activităților precizate, mijloace prin care se înțelege:
mijlocul de a ajunge la nivelul elementelor respective (schelă, platformă ridicătoare, scară ș.a.).
CAPITOLUL 2 – SISTEME DE PROTECȚIE ANTICOROZIVĂ A CONSTRUCȚIILOR DIN OȚEL
Condiții generale
Sistemele de protecție anticorozivă a construcțiilor din oțel se aleg în funcție de clasa de corozivitate a mediului, de starea suportului de oțel, de durabilitatea estimată a protecției și de considerente economice.
Protecția împotriva coroziunii este, de regulă, cu atât mai economică, cu cât are o durabilitate mai ridicată, deoarece astfel se reduc la minimum lucrările de întreținere/refacere a protecției pe durata de serviciu a construcției.
Durabilitatea sistemelor de protecie anticorozivă aplicate pe suprafețele de oțel se clasifică în trei clase de durabilitate :
durabilitate limitată (L) : 2…5 ani ;
durabilitate medie (M) : 5…15 ani ;
durabilitate ridicată (R) : peste 15 ani.
Principalii factori care determină durabilitatea sistemelor de protecție anticorozivă aplicate pe suprafețele de oțel sunt următorii :
concepția structurii ;
calitatea produselor folosite pentru protecție ;
starea inițială a suportului ;
eficacitatea pregătirii suportului ;
condițiile de aplicare ;
calitatea aplicării ;
condițiile de expunere după aplicare.
Elementele de construcții din oțel expuse la acțiunea corozivă a mediului și care, după montaj, nu mai sunt accesibile, se vor proteja împotriva coroziunii în așa fel încât, pe durata de serviciu a construcției să nu afecteze durabilitatea acesteia. In cazul în care accesul pentru aplicarea sistemului de protecție anticorozivă pe suprafața suportului de oțel nu este posibil, se vor prevedea alte măsuri, ca de exemplu : execuția elementelor de construcții dintr-un material rezistent la coroziune, supradimensionarea elementelor pentru compensarea pierderilor prin coroziune, asigurarea posibilității înlocuirii elementelor degradate datorită coroziunii.
În cazul reperelor din oțel protejate exclusiv prin zincare se va prevedea tratamentul îmbinărilor sudate prin polisare și aplicarea unei paste de zincare la rece.
Principalele criterii și niveluri de performanță care trebuie satisfăcute de stratul suport de oțel (oțel zincat) pe suprafața căruia se aplică sistemele de protecție anticorozivă sunt precizate în urmatorul tabel:
La aplicarea sistemelor de protecție anticorozivă trebuie să se respecte reglementările în vigoare privind protecția mediului înconjurător, măsurile de protecția muncii și măsurile privind prevenirea incendiilor.
Alcătuirea generală a sistemelor de protecție anticorozivă
În tabelul următor sunt prezentate tipurile, alcătuirea generală a sistemelor de protecție anticorozivă aplicate pe suprafața elementelor de construcții din oțel, precum și domeniul de utilizare a acestora.
Sisteme de acoperiri prin vopsire
Zincarea ca și sistem de protecție anticorozivă intră în acoperiri metalice și poate fi întâlnită sub urmatoarele forme:
Avantajele zincării termice față de alte sisteme de protecție anticorozivă
Zincarea termică este sistemul care oferă o bună protecție anticorozivă a constructilor metalice.
Principalele avantaje ale acestui sistem sunt:
Procedeul este mai economic în comparatie cu alte tehnologii, în special cea prin aplicarea de peliculelor de vopsea.
Durata medie de viață a stratului protector de zinc este de 20 de ani, poate ajunge chiar la 50 de ani, în funcție agreside mediul ambiant.
Oferă o acoperire uniformă, astfel întreaga suprafață care vine în contact cu aerul este protejată.
Zincarea termică se execută în fabricii și nu necesită o pregătire exigentă a suprafețelor elementelor metalice.
Verificarea stării acoperii cu zinc este mult mai facilă față de acoperirea cu peliculă de vopsea.
Acoperirea prin zincare termică prezintă o rezistență sporită la vibrații față de alte sisteme de protecție anticorozivă.
Figura 1.1 – Comparație între diversele procedeea folosite în protejarea oțelului
Figura 1.2 – Durabilitatea în relație cu grosimea stratului de Zn și mediul înconjurător
AVANTAJELE ZINCĂRII TERMICE
Zincarea termică ca sistem de protecție anticorozivă este folosită de aproape 150 de ani, bazele ei fiind puse de Paul Jacques Malouin în anul 1742, până în prezent tehnologia nu a primit modificări, deci a permis să fie efectuată în aceleași condiții tehnice stabile. Au fost aduse îmbunătățiri ale stratului de zinc depus în scopul prelungirii duratei de viață. Zincarea termică este primul sistem folosit pentru protecția anticorozivă a oțelului.
Stratul de zinc depus este cea mai durabilă protecție anticorozivă aplicată pe suprafața elementelor de oțel, comparativ cu restul procedeelor. Stratul protector ce rezultă după zincarea termică, rezistă cca. 70 de ani în zonele rurale și între cca. 20-30 de ani în zonele urbane, funcție de nivelul gradului de poluare.
Viteza de corodare este foarte redusă; la contactul cu aerul, stratul de zinc depus este corodat cu o viteză de 0,1-7 μm/an în funcție de gradul de agresivitate al mediului, în timp ce oțelul fară o protecție anticorozivă prezintă o viteza de corodare de cca 1,5 -200 μm/an. Durata de viață a unui strat de zinc depus termic este cca 50 – 100 de ani. La o umiditate de max. 60%, și o poluare redusă a aerului ce vine în contact cu zincul viteza de corodare este foarte redusă.
Zincarea termică este o tehnologie care care prezintă reliabilitate foarte ridicată (fidelitate).
Fidelitatea, conform ISO 1461, reprezintă probabilitatea ca un dispozitiv sau proces să funcționeze corect pe o perioadă de timp specificată și în condiții prestabilite (altfel spus: ceea ce dă rezultate în laborator dă rezultate și în lumea reală).
Exemplu:
Utilizând metodele din statistică, se poate determina reliabilitatea factorilor ce influențează stratul de protecție în raport cu factorii ce afectează calitatea stratului.
Pentru pelicula de vopsea, acești factori sunt:
starea inițială a suprafeței oțelului (prezența ruginii, contaminări);
pregătirea suprafeței oțelului (metoda de sablare, metoda de vopsire, accesul);
mediul in care se execută vopsirea (umed, uscat, punct de rouă);
calitatea materialelor și experiența personaluluit (echipamentul de vopsire, brand-ul vopselei) ;
condițiile și mediului de întărirea a vopselei (umiditate, temperatură, calitatea aerului);
manipularea pieselor după întărirea stratului de vopsea (gradul de uscare a stratului de vopsea, mijloacele de împachetare și transport folosite, depozitarea);
În cazul zincării, calitatea stratul obținut este influențat de:
tratamentul chimic al pieselor de oțel;
reacțiile metalurgice care apar la contactul piesei de oțel și zincul topit în procesul de zincare.
Putem observa că pentru a obține o protecței anticorozivă de calitate, factorii de care trebuie sa ținem cont pentru sistemul de protecție prin vopsire depășesc numeric pe cei corespunzatoari sistemului de protecție prin zincare termică.
Rezultă că reliabilitatea sistemului de protecție prin zincare termică, este net superioară celei ce corespunde sistemului de prtecție prin vopsirie.
Mentenabilitatea, siguranța și securitatea stratului obținut prin zincare termică sunt însușiri net superioare sistemului de protecței prin vopsire.
Stratul de protecție depus prin zincare poate fi inspectat mult mai ușor fața de cel depus prin vopsire.
Predictibilitatea, durabilitatea stratului de zinc depus în procesul de zincare termică, este determinată de gradul de coroziune al Zn în mediul specific, cât și de grosimea stratului. În general procesul de corodare al Zn are loc uniform, astfel că stratul depus prin zincare termică este predictibil în mai toate cazurile în care se respectă tehnologia.
Cerințe reduse privind mentenanța / Costuri reduse pe termen lung – Chiar dacă serviciul de zincare presupune costuri mai mari inițial, pe termen lung acest sistem de protecție este mai avantajoas comparativ cu alte procedee, deoarece stratul de zinc depus are o viață lungă, iar costurile necesare cu întreținerea (mentenanța) sunt reduse. În cazul altor procedee de protecție costurile cu mentenața sunt mult mai mari, mai ales în situația în care structurile se găsesc la distanțe mari față de furnizorul de servicii.
Stratul de zinc depus termic prezintă durabilitate mult mai mare, net superioară altor sisteme de protejare și astfel se asigură o rezistență mecanică mare la transport, montaj și depozitare.
Protecția zonelor de dimensiuni mici care au fost deteriorate. Stratul de zinc furnizează o protecție catodică (de sacrificiu a Zn, prin realizarea unui cuplu electrochimic între Zn și Fe) zonelor de dimensiuni mici care au fost deteriorate din diverse motive. Această protecție suplimentară nu mai face necesară intervenția ulterioară pentru refacerea stratului de protectie.
Protecția totală. Stratul de zinc acopera toate părțile componente ale unei piese metalice, inclusiv cele ascunse. Astfel suprafețele sunt acoperite uniform și pot fi protejate cu multă ușurință și spre deosebire de alte procedee.
Inspectarea ușoară. Calitatea suprafețelor zincate poate fi verificată foarte ușor (chir cu ochiul liber) în timp ce grosimea stratului depus poate fi măsurată prin procedee nedistructive.
Piesele zincate termic pot fi montate direct, fără să mai necesite corecții sau inspecții ale suprafețelor. După montare structura poate fi utilizată imediat spre deosebire de alte sisteme de protecție (cazul vopsirii) – în care după asamblarea componentelor, mai sunt necesare corecții ale suprafețelor.
Durata porocesului de zincare termică dureză câteva minute, față de un sistem de cu peliculă de vopsea în trei straturi (strat grung + strat intermediar + stat final) care poate dura 1-3 zile.
Nu necesită o pregătire prealabilă a suprafețelor ca în cazul altor procedee (de exeplu nu este necesară operația de sablare)
Nu conține solvenți (substanțe volatile) daunători sănătății ca în cazul vopsirii sau revopsirii libere.
Stratul de zinc nu este inflamabil în caz de incendiu, ca la vopsire.
Există un singur standard SR EN ISO 1461:2009 – Acoperiri prin zincare termică ale fierului și oțelului specificații și metode de testare.
Cost redus cu manopera (cca 30% din total costurilor), zincarea fiind o tehnologie care se realizează mecanizat în unități specializate comparativ cu sistem de protecție cu peliculă de vopsea care poate atinge 60% din total costurilor (dacă este necesară și pregătirea suprafețelor prin sablare).
Zincarea termică reprezintă principala sursă de recirculare a zincului (cca 30%). Prin retopire zincul poate fi recuperat și reutilizat.
Rezistența la vibrații
Zincarea termică față de alte protecții cum ar fi vopsirea sau zincarea electrochimică, are o mare rezistentă la vibrații, fapt confirmat de studiile făcute. Din acest motiv este recomandată în sectorul auto, în industrie, și în construcția de poduri.
Zincarea termică este mai economică comparativ cu alte tehnologii, în special față de vopsire. Costul pe întreaga durată de viață a structurii pentru un sistem de protecție anticorozivă cu peliculă de vopsea este cu cca 50-60% față de zincarea termică.
Produsele zincate termic sunt reciclabile. Oțelul zincat poate fi reciclat în cuptoare electrice (EAF), unde zincul ce se volatilizează este colectat.
Protecția prin zincare termică, afectează mai puțin mediul, comparativ cu vopsirea.
Figura 1.3 – Comparație între diversele procedee folosite în protejarea oțelului
CAPITOLUL 3– ZINCAREA CONSTRUCȚIILOR DIN OȚEL PENTRU PROTECȚIA ANTICOROZIVĂ
Zincarea termică este primul sistem de protecție anticorozivă, utilizat în urmă cu 150 ani pentru acoperirea tablelor ondulate din oțel și care s-a dezvoltat continuu. Zincarea termică prezintă o serie de avantaje tehnico- econimice la care se adaugă simplitatea procesului în execuție, fapt pentru care este o tehnologie care a reușit să țină pasul în competiția cu alte sisteme de protecție.
Rezistența la coroziune
Durata de viață a unei acoperiri prin zincare este invers proporțională cu nivelul de poluare a aerului care vine in contact cu elementele din oțel.
Rezistența la coroziune atmosferică
Rezistența la coroziune obținută prin zincarea termică depinde de grosimea pieselor de oțel, grosimea stratului protector, calitatea filmului care se formează la suprafața zincului și de nivelul de corozivitate atmosferic. La scoaterea din baia de zinc, suprafața piesei de oțel are aspect strălucitor și curat. Cu timpul, aceasta este acoperită cu o patină gri – întunecată, datorită prezenței în atmosferă a apei, oxigenului și dioxidului de carbon ce intră în reacție cu zincul. În urma reacței se formeză un strat stabil care prezintă aderență la zinc și duritate ridicată.
Dioxidul de sulf (SO2) este principalul agent coroziv al stratului de zinc și este întâlnit în zonele industriale și urbane. El favorizează foarte mult coroziunea atmosferică a zincului.
În medile cu o concentrație constantă de dioxid de sulf (SO2) viteza de coroziune a zincului se desfășoară după o lege liniară (este constantă). Astfel se poate estima durata de viață a stratului de zinc într-un mediu dat prin efectuarea de măsurători periodice a grosimii acestuia. Evaluarea performanțelor elementelor zincate termic necesită o analiză complexă datorită diversității mediilor în care lucrează. În literatura de specialitate au fost publicate o serie de modele de apreciere a duratei de viață a sistemelor de protecție în diferite medii.
La începutul anilor ’70 au fost puse bazele pentru aprecierea duratei de viață pentru sistemele de protecție anticorozivă. De atunci și până în prezent, nivelul de dioxid de sulf (SO2) din atmosferă a scăzut considerabil. Mai jos în figura 4.1 este prezentat un grafic care ilustrează legătura directă între concentrația de SO2 și viteza de coroziune a zincului. Se poate observa că datorită scăderii semnificative a concentrației de SO2 durata de viață a acoperirilor prin zincare termică a crescut semnificativ din anul 1970. Pentru o bună estimare a duratei de viață este necesară actualizarea datelor privind nivelul SO2 în atmosferă.
Figura 4.1 – Reducerea nivelului de dioxid de sulf în Stockholm începând din anul 1978
Tabelul 4.1 – Vitezele de coroziune a zincului în diferite medii conform SR EN 14713
Rezistența la coroziune în diferite medii
Produse aflate în medii interioare
O prejudecată des întâlnită, este aceea că, coroziunea nu se produce în medii interioare. În realitate, datorită variației de temperatură și a ventilații necorespunzătoare a spațiului se formează condens, care poate provoca o coroziune agresivă a elementelor din oțel neprotejate sau protejate necorespunzător. În schimb dacă elemente de oțel sunt zincate termic, acestea poate rezista pe o durată de 40- 50 de ani. Zincarea termică s-a extins și la elemente din oțel aflate la interior precum bazinele de înot sau fabricile de bere ș.a. Cel mai întâlnit caz este atunci când elementele de oțel neprotejate sunt depozitate în spații necorespunzător amenajate din cauza întârzierilor de asamblare sau de construcție, iar datorită condensului creat acestea sunt atacate de rugină.
Produse imersate in apă rece
Instalațiile din oțel folosite la distribuția apei sunt protejate anticoroziv prin zincare termică deoarece apa care este transportată conține săruri minerale care în contact cu zincul formeză la interior un strat dur de tartrați cu are rol de protecție.
Aceste straturi de tartrați poate prelungi durata de viața a instalațiilor la peste 50 ani. La transportarea apelor dulci cu conținut scazut de săruri protecția prin zincare termică nu este suficientă, deoarece stratul protector de tartrați nu se mai formează, preferându-se să se utilizeze protecția cu soluție bituminoasă aplicată în două straturi.
Mecanismul de protecție anticorozivă a oțelului prin zincare termică
Rezistența la coroziune a suprafețelor zincate: Caracterul mecanic de barieră și caracterul electrochimic de sacrificiu al stratului.
Caracterul de barieră
Stratul de zinc depus termic constituie o membrană/barieră de protecție, printr-o izolare mecanică a substratului împotriva coroziunii. În figura 5.10 este prezentată grosimea medie a acoperirii de zinc, obținută prin diferite procedee de zincare. Durata de protecție a elementelor de oțel este direct proporțională cu grosimea acoperiri acestora. Acoperirile mai groase conferă produselor o protecție ridicată și durată de viață mai mare.
Figura 5.10 – Grosimea acoperirilor de zinc obținute prin diferite procedee
Protecția oțelului prin reacția de sacrificiu a zincului
Datorită caracterului electronegativ al zincului (), față de al fierului (), în cuplul Zn-Fe, zincul devine catod (este protejat catodic).
După ce stratul de zinc depus este distrus în urma coroziunii, produșii care rezultă în urma reacței rămân pe suprafața oțelului și creează o membrană uniformă care asigură în continuare protecție anticorozivă prin izolarea piesei față de mediul exterior. Astfel în condițiile în care a fost distrus stratul de zinc, pentru pentru a împiedica formarea ruginii, se pot aplica straturi de vopsea direct pe substratul de zinc.
Dacă pelicula de vopsea nu este aplicată imediat după distrugerea startului de zinc, stratul de rugină care se formează în primă fază se dezvoltă sub vopsea și duce la exfolierea întegului strat deoarece procesul de corodare a oțelului este o reacție auto-catalitică.
Figura 5.11 – Schemă ce ilustrază consecințele defecțiunilor la diferite tipuri de acoperiri de protecție anticorozivă
Zincare termică: în acest caz în zona defectului se formeză o pilă galvanică Zn-Fe. Zincul din jurul defecțiunii se corodează, iar produșii care rezultă în urma reacției de crozine precipită pe suprafața oțelului din fisură creând o membrană de protecție și astfel oțelul în cazul unei fisuri în stratul de acoperire este protejat. Oțelul mai este protejat și prin faptl că este catod față de acoperirea de zinc, care este anod în pila galvanică de corozine ZN-Fe formată.
Vopsire: Oțelul este atacat de rugină acolo unde pelicula de vopsea este defectă (fisurată). Rugina apărută în zonele cu defecte ale stratului de vopsea, se extinde treptat pe sub filmul de vopsea, provocând exfolierea vopselei de pe suprafața elementului de oțel. Coroziunea oțelului fiind o reacție auto-catalitică, poate continua sub stratul de vopsea, dar poate fi diminuată sau oprită prin repararea defecțiunii.
Acoperire cu metale mai electropozitive decât oțelul (Cu; Ni; Cr): în acest cuplu oțel-stratul de acoperire cu metal mai electropozitiv ( cupru; nichel; crom), oțelul se corodează cu viteză mărită, comparativ cu viteza de coroziunii oțelului care nu a fost deloc protejat. Corozinea în acest caz ia adesea forma de corozine tip pitting, care se propagă în interiorul oțelului și poate chir să îl perforeze.
Desfășurarea procesului tehnologic de zincare
Pregătirea suprefețelor de oțel
În timpul laminării și forjării la cald a semifabricatelor, la suprafața acestora iau naștere oxizi, datorită condițiilor tehnologice în care au loc procesele de laminare și de forjare. De asemenea, în timpul transportului și depozitării, suprafețele semifabricatelor sunt supuse fenomenului de coroziune, fiind totodată posibilă și depunerea de impurități la suprafața acestora.
Realizarea unei protecții anticorozive de bună calitate implică două etape tehnologice:
Curățarea suprafețelor de oțel și fontă pentru înlăturarea oxizilor, grăsimilor și impurităților;
Imersarea în baia de zinc topit în vederea obținerii stratului de protecție anticorozivă;
Aplicarea stratului protector de zinc se poate face numai pe suprafețele metalice care sunt curate chimic. În general curățirea suprafețelor elementelor de oțel se poate face prin procedee manuale, mecanice, termice, chimice. Atunci când elemtele de construcții sunt confecționate din oțel proaspăt laminat este suficientă curățirea suprafețelor prin procedee chimice deoarece se face economie de timp și energie.
Pregătirea suprafețelor pieselor care urmează să fie zincate este realizată în trei etape distincte: degresarea, decaparea și fluxarea.
Degresarea are rolul de a îndepărta uleiurile de uzinare și alte impurități. Ea se realizează prin imersarea elementelor de oțel în soluție alcalină sau în soluție acidă. După ce este scos din baia de degresare piesele sunt clătite cu apa rece.
Decaparea are rolul de a îndepărta rugina, tunderul și așchiile rămase pe suprafața elementelor de oțel. Se realizează de regulă prin imersarea pieselor în soluție de acid clorhidric la temperatura de 20-25°C sau în soluție de acid sulfuric la 50-70°C. După ce este scos din baia de decapare piesele sunt clătite cu apa rece.
În cazul în care elementele de oțel prezintă urme de zgura de sudură sau vopsea veche vopseaua, acestea trebuiesc înlăturate prin procedee manuale sau mecanice deoarece nu pot fi îndepărtate prin etapele de curățire de mai sus.
Fluxarea are rolul de a înlătura ultimele urme de oxid de pe suprafața metalului pentru a obține o acoperire cât mai uniformă a stratului de zinc. Se realizează prin imersarea în soluție de clorură de amoniu sau clorură de zinc la temperatura de 70°C
Fluxul tehnologic al procesului de zincare termică este prezentat schematic în figura 3.1.
Figura 3.1 – Fluxul tehnologic al procesului de zincare termică
Procesul de zincare termică
După operațiile de curățare a suprafeței, piesele sunt imersate într-o baie de zinc topit (aprox. 450°C), pentru câteva minute. În momentul în care piesele de oțel sunt imersate în baia de zinc, dacă suprața metalului este perfect curată are loc reacția dintre Zn și Fe în urma căreia se formeză straturi de aliaj Fe – Zn, legate metalurgic de metalul de bază.
Timpul de imersie este de aproximativ 5-7 minute. Atunci când zincul topit trebuie să patrundă și în spațiile interioare ale pieselor alcătuite din țevi sau în cazul în care piesele care se zinchează sunt grele și de mari dimensiuni timpul de imersie poate fi prelungit. După scoaterea din baie, o parte din zincul topit rămâne pe stratul de aliaj. În urma răcirii acestui strat, rezultă o suprafață cu aspect strălucitor și lucios.
Piesele zincate termic sunt supuse tratamentului prin răcite in aer liber sau imersie în apa.
Condițiile din hala de zincare termică precum: temperatura, umiditatea, și calitatea aerului, nu afectează calitatea acoperirii zincate termic. În schimb, în cazul vopsirii aceste condiții influențează semnificativ calitatea straturilor de vopsea.
Stratul de zinc obținut prin zincare termică
După scoaterea produselor din baia de zincare și răcirea lor se încheie procesul de zincare termică. Confor diagramei Fe-Zn, începând de la suprafața acoperirii se formează următoarele faze: eta (ɳ) – zinc pur; zeta (Ʒ) – 6% Fe; delta (ɗ) – 10% Fe și gama (ɡ) – 23% Fe, care au durități diferite și care sunt atacate succesiv de coroziune. Grosimea diferitelor faze și grosimea totală a acoperirii depind de: calitatea oțelului, compoziția băii, temperatura și durata, viteza de extragere ș.a. În realitate, nu există o demarcație între oțel și zinc, ci o tranziție graduală printr-o serie de straturi de aliaj, care asigură o legătură metalurgică foarte bună. Procesele de difuziune din stratul de zinc încetează practic de la 300°C. Microstructura unei acoperiri zincate termic se prezintă ca în figura 3.2.
Figura 3.2 – Microstructura unei acoperiri tipice obținută prin zincare termică
Figura 3.3 – Reprezentarea schematică a unui strat de zinc obținut prin zincare termică
Grosimea acoperirii
Grosimile acoperirilor de zinc sunt în mod normal direct proporționale cu grosimea pieselor din oțel și de clasa de corozivitate a mediului în care urmează să fie exploatată construcția. Grosimile de acoperire sunt reglementate în SR EN ISO 1461.
Straturi mai subțiri sau mai groase
Atunci când se dorește obținerea unor grosimi mai mici ale acoperiri se apelează la centrifugare astfel:
– Suprafața pieselor este curățată prin degresare, decapare și fluxare;
– Piesele sunt introduse recipient tip cilindru perforat și imersate in baia de zinc timp de 5-10 minute.
– Se scoate recipientul iar acesta este centrifugat/ rotit cu viteză mare, pentru a înlătura surplusul de zinc și a asigura astfel un strat curat.
Acoperiri mai groase pot fi obținute prin creșterea rugozității suprafeței. Sablarea este cea mai practicată metoda de obținere a unor acoperiri mai groase de zinc.
Metoda are la bază acțiunea abrazivă a particulelor de nisip proiectate pe suprafețele metalice.
Prin sablare, oxizii sunt îndepărtați cu ajutorul unui jet de nisip de cuarț. Jetul este produs într-un ajutaj special (duză), racordat la rețeaua de aer comprimat. Operația de sablare se execută pe cale umedă (folosindu-se nisip umezit în prealabil) sau uscată, în interiorul aparatelor de sablare.
Instalațiile de sablare funcționează pe principiul aspirației, refulării sau gravitației. La aparatele de sablare construite pe principiul aspirației , aerul comprimat intră prin tub antrenând particulele de nisip aspirate , în interiorul camerei de amestec . Particulele de nisip de cuarț care se află sub influența aerului comprimat (p = 60… 70 N/cm2) creează, la ieșirea din camera de amestec, prin intermediul unui ajutaj special (duză), jetul necesar pentru efectuarea operației de sablare.
Semifabricatul sau piesa ce urmează a fi curățită prin sablare se așează sub ajutajul respectiv, la o distanță de circa 100 mm. Cu acest aparat de sablat se execută sablarea pieselor de dimensiuni mici. Nisipul trebuie să fie cernut fin, uscat, pentru a da astfel posibilitatea refolosirii lui în cadrul circuitului închis care se creează în interiorul rezervorului .
Sablarea suprafeței oțelului la Sa 2 ½ (ISO 7079) înaintea zincării termice, cu alice și bile din oțel, de mărimea G24, mărește rugozitatea suprafeței și crește aria suprafeței oțelului care intră în contact cu zincul topit. Aceasta va determina, în general, creșterea grosimii cu până la 50% (figura 3.4).
Figura 3.4 – Microstructura unei acoperiri groase obținute prin sablarea oțelului înainte de zincarea termică
Zincarea oțelurilor reactive
Acoperiri mai groase se pot obține și prin utilizarea oțelurilor reactive cu conținut de Si (Si˃0,25; 0,04˂Si˂0,12). Elementele chimice din oțel care au cea mai mare influență asupra reacției fier/zinc sunt siliciul și fosforul. Siliciul se adaugă frecvent ca dezoxidant în timpul elaborării oțelului. În timpul procesului de zincare siliciul schimbă compoziția straturilor de aliaje de zinc – fier, astfel încât acestea continuă să crească în timp, iar viteza de reacție nu scade odată cu creșterea grosimii stratului (figurile 5 și 7). Fosforul are o influență similară asupra formării acoperirii, însă într-o mai mică măsură.
Atunci când un produs fabricat dintr-un oțel reactiv este scos din baia de zincare, un strat de zinc aderă la straturile de aliaj, la fel ca în cazul oricărui produs din oțel. Însă, viteza de reacție în aceste oțeluri reactive poate fi atât de ridicată, încât acest strat de zinc se transformă complet în aliaj de zinc-fier, înainte ca produsul să aibă timp să se răcească. Rezultă astfel un strat de grosime mai mare sau egală față de stratul obținut pe oțeluri nereactive, care are însă un aspect mult mai întunecat. Schimbarea aspectului exterior nu afectează rezistența la coroziune a produselor.
Tratamente ulterioare zincării termice
După zincarea termică nu sunt necesare tratamente ulterioare, însa pentru a îmbunătăți aspectul sau pentu a marirea gradul de protecței pot fi aplicate pelicule de vopsea sau acoperiri cu pulberi.
Pentru a acoperi petele aparute ca urmare a unei depozitări incorecte în medii umede pot fi aplicate sisteme care au rol de estetic și de barieră precum cromatarea, fosfatarea, vopsirea
Mărimea elementelor de oțel zincate termic
Zincarea termică este un procedeu care se poate aplica produselor cu o gamă dimensională și de formă diversificată, de la organe de asamblare (șuruburi, cuie ș.a.) până la elemente de construcții cu dimensiuni de 20 m și chiar mai mult.
Această varietate dimensională și de formă cât și posibilitatea de asamblare prin sudură a produselor zincate permite aplicarea acestui procedeu până la orice formă și dimensiune de produse. Se pot zinca termic într-o singură operație produse cu configurație complicată – recipienți deschiși, piese cu găuri, ș.a. atât la interior cât și la exterior, asigurându-se o depunere compactă și uniformă chiar în zonele greu accesibile, pe muchii și colțuri, deci o protecție integrală a pieselor. Unele produse, dacă se dorește, pot fi zincate termic doar la exterior, însă acestea necesită o proiectare și tehnologii speciale de zincare termică.
Caracteristici fizice
Prin procedeul de zincare termică se obține o acoperire dură și rezistentă la abraziune, ceea ce înseamnă reducerea deteriorării produselor în timpul exploatării și reducerea timpului de execuție a lucrărilor.
Aderența
Spre deosebire de majoritatea depunerilor, care au legături de natură mecanică sau chimică cu oțelul (cum sunt straturile de nichel, crom, staniu, alame etc.), acoperirile obținute prin zincare termică au legături de natură metalurgică (aliere) cu substratul, ceea ce le face foarte aderente; astfel se evită exfolierea sau fisurarea straturilor cu ocazia manipulării, în timpul transportului, depozitării sau montajului produselor.
Duritatea
Stratul de zinc (faza ɳ) este relativ moale și absoarbe în mare parte șocul mecanic într-un eventual impact intervenit pe parcursul manipulării. Straturile aliate de sub acesta (fazele Ʒ, ɗ, ɣ) sunt însă mult mai dure, uneori chiar mai dure decât substratul în sine. Aceste straturi de aliaj sunt de 4 – 6 ori mai rezistente la uzură decât zincul pur. Rezistența la uzură a acoperirilor de zinc este mai mare decât a vopselelor, pentru aceeași grosime, deci pot fi folosite cu succes la piesele supuse la uzare prin abraziune (scări, plăci de podea, refturi etc.) (figura 3.1)
Zincarea termică, față de zincarea electrolitică sau de vopsire, are și o mare rezistență la vibrații. Din acest motiv este recomandată în sectorul auto, în industrie și în construcții.
Figura 3.1 – Fluxul tehnologic al procesului de zincare termică
Proiectarea și execuția produselor care urmează să fie zincate termic
Consultare și colaborarea dintre proiectant, producător și zincator, asigură obținerea celor mai bune rezultate în procesul de zincare termică. Pentru ca procesul de zincare termică să se desfășoare în condiții cât mai bune și cu eficiență maximă, sunt necesare o serie de recomandări tehnice care trebuie luate în considerare încă din faza de proiectare a produsului zincat.
Execuția produselor care vor fi zincate
Umplerea, aerisirea și scurgerea zincului
O bună proiectare a produselor pentru zincare termică necesită:
Prevederea de găuri tehnologice pentru umplerea, circulația și scurgerea soluțiilor de la pregătirea suprafețelor și a zincului topit, la extragerea reperelor din aceste băi.
Evacuarea gazelor din compartimentele închise (aerisirea) pentru evitarea exploziilor.
Mijloace de manipulare a produselor (urechi, găuri de prindere ș.a.)
Este important de avut în vedere faptul că produsul din oțel este imersat într-o baie de zinc topit, la temperatura de 450°C. Deci orice factor care ajută la accesul și scurgerea zincului topit vor îmbunătăți calitatea acoperirii și vor reduce costurile.
În cazul anumitor produse, găurile inițiale destinate diferitelor scopuri pot îndeplini și cerinele de aerisire și scurgere; în alte cazuri însă, pot fi necesare noi găuri suplimentare pentru acest scop (găuri tehnologice).
Pentru asigurarea unei protecții complete, zincul topit trebuie să poată curge liber pe toate suprafețle produsului. În cazul produselor care au goluri sau compartimente interioare, zincarea termică a acestora elimină riscul de apariție a croziunii în timpul exploatării.
Princpii generale
Găurile pentru aerisire și scurgere trebuie sș fie cât mai mari posibil. Diametrul minim al găurilor este precizat în tabelul 5.
Găurile pentru aerisire și scurgere trebuie să fie amplasate diagonal opuse unele față de altele, la punctele superioare și inferioare ale produsului, aflat în poziția în care se face zincarea termică. Aceste găuri trebuie să fie vizibile din exterior, pentru a putea fi controlate ușor și pentru siguranța produsului. Profilele foarte lungi cu goluri interioare pot necesita găuri de aerisire suplimentare pentru a îmbunătății scurgerea soluțiilor de pregătire și a zincului topit în vederea obținerii unei acoperiri de calitate.
La produsele care au compartimente interioare închise la capete, trebuie asigurate găuri diagonal opuse una alteia, cât mai apropiate de capete. În cazul secțiunilor transversale sau a tălpilor grinzilor cu capete închise, este mai economică realizarea de crestături în formă de U sau de V la capete, obținându-se astfel locuri foarte bune pentru aerisire și scurgere.
Găurile efectuate în peretii de închidere sau în secțiunile terminale ale structurilor, trebuie să fie plasate diagonal opuse unele față de celelalte, departe de centru și cât mai apropiate de peretele de care sunt legate aceste elemente.
Elementele de rigidizare, regulatoare de debit, gușee, despărțitoare ș.a., atât interioare cât și exterioare, trebuie să aibă colțurile tăiate, pentru a permite curgerea zincului topit.
Tabelul 8.1: Diametrul găurilor de aerisire la structuri tubulare
La produsele lungi (˃ 3m) goale în interior, pot fi necesare mai multe găuri de aerisire, sau de dimensiuni mai mari, pentru a îmbunătăți calitatea acoperiri. Aceste aspecte trebuie discutate ci zincatorul.
Găurile pentru aerisire se pot astupa ulterior, dar aceasta se face în principal doar din motive estetice. Dacă este necesar, se pot folosi dopuri conice de aluminiu sau dopuri din plstic, pentru a împiedica pătrunderea nedorită a apei.
Alegerea materialui de bază
Pentru zincarea temică se folosesc oțeluri carbon și slab aliate, fonte cenușii și maleabile.
Nu se zinchează termic produsele asamblate prin lipire cu aliaje de alamă sau cositor, deoarece aceste aliaje se topesc la temperatura de zincare.
Nu se recomandă zincarea termică a produselor formate din mai multe material, cu compoziții chimice și caracteristici de suprafață diferite, deoarece acestea poate afecta uniformitatea și aspectul acoperirii. Acolo unde este absolut necesară folosirea de materiale cu calități diferite, se recomandă sablarea întregului produs, pentru a reduce diferențele de uniformitate și aspect ale acoperirii. Este preferabil ca produsele care se zinchează termic sș fie formate din elemente de aceeași compoziție chimică sau foarte apropiate.
Produsele din oțel care au fost supuse deformării plastice la rece, cu un grad mare de deformare, de exemplu îndoirea pe diametre mici, sunt susceptibile la durificarea prin precipitare (îmbătrânire). Această durificare, care apare la oțelurile sensibile și puternic deformate plastic la rece, constă în deplasarea atomilor de carbon și de azot în soluția solida α și separarea (segregarea) acestora în dislocații, prezente în cantități mari datorită deformării plastice, care astfel sunt blocate și ca urmare oțelul se durifică scăzând foarte mult proprietățile plastice.
Procesul de durificare este puternic influențat de temperatură și de timp. La temperaturi joase procesul se desfășoară relativ lent dar se intensifică rapid la temnperatura de 450-460°C, care corespunde cu temperatura de zincare termică. Pentru evitarea apariției acestui fenomen se recomandă: aplicarea unei recoaceri de detensionare, înainte de zincare, la 600-650°C; evitarea îndoirii la rece pe diametere mai mici de 3 ori decât grosimea produsului; efectuarea îndoirii la cald sau îndepărtarea mecanică a straturilor ecruisate.
La zincarea termică a oțelurilor de înaltă rezistență, cu concentratori de tensiune și tensiuni remanente ridicate, trebuie luate măsuri pentru reducerea riscului de fisurare a acestora. O astfel de situație este mai rară.
Dimensiunile și forma produselor
În ultimii ani, dimensiunea băilor și capacitatea de producție a societăților comerciale de zincare termică a crescut semnificativ. Piesele care urmează să fie zincate termic trebuie să aibe o formă adecvată care să permită o scurgere uniformă a zincului și depunerea lui pe toate suprafețele. La produsele a căror lungime depășește dimensiunea băii se pot aplica tehnici speciale pentru zincarea acestora în condiții corespunzătoare.
Organe de asamblare
La zincarea termică a organelor de asamblare filetate, datorită grosimii acoperirii, trebuie prevăzute toleranțe dimensionale pentru filetele interioare și exterioare. Ajustajele se pot realiza fie prin supradimensionarea filetului interior, fie prin supradimensionarea filetului exterior. Pentru filete pereche se realizează ajustaje care să țină seama de grosimea acoperiri. Grosimile acoperirilor filetate trebuie să corespundă grosimii pieselor care necesită centrifugare imediat după zincare pentru a se obține filete curate. Acoperirea filetului exterior protejează electrochimic într-un ansamblu filetul interior. Din această cauză filetele piulițelor se vor realiza după zincarea termică.
Suprafețe suprapuse sau în contact
Suprapunerea suprafețelor trebuie evitată pe cât posibil. Se recomandă de asemenea să nu se zincheze termic produsele etanșe. Dacă suprapunerile devin complet etanșe prin sudare, există riscul de explozie în timpul imersării, din cauza creșterii presiunii aerului închis în spațiu etanș. Dacă suprapunerea nu este complet etanșă prin sudare, există pericolul ca lchidul de curățire să pătrundă în cavitate și apoi să se scurgă în afară și să producă pete locale pe suprafața acoperirii.
Fonta
Fonta trebuie sablată înaintea zincării termice, deoarece nisipul încorporat prin tehnologia de turnare nu poate fi înlăturat prin procese de curățire chimică obișnuite. La proiectarea produselor din fontă ce urmează a fi zincate termic, trebuie evitate elementele precum colțuri ascuțite sau găuri pe anumite adâncimi, deoarece acestea duc la apariția tensiunilor termice și la deformări în timpul zincării termice. Sunt de asemenea recomandate filete cu raze mari și o grosime uniformă a secțiunii.
Părți mobile
Deformațiile pieselor se datorază, în general, repartiției neuniforme a tensiunilor interne (mecanice, termice, structurale). Deformarea produselor în timpul zincării termice este determinată de relaxarea tensiunilor interne, odată cu încălzirea acestora la temperatura de zincare termică. Tensiunile respective pot fi remanente sau apărute datorită sudării, deformării la rece și găuririi (ștanțării).
Pentru minimizarea tensiunilor remanente, se pot lua măsuri în stadiul de proiectare, de exemplu:
Controlul procedeelor de sudare în timpul fabricației.
Dispunerea simetrică a cusăturilor de sudură. Dimensiunea acestora trebuie să fie minimă.
Evitarea produselor cu variații mari de secțiune care pot determina creșterea tensiunilor și a deformațiilor apărute în baia de zincare termică.
Acolo unde există o tendință inerentă de deformare, de exemplu în cazul produselor cu forme asimetrice, acest efect poate fi minimizat sau chiar eliminat prin reproiectarea produsului la o dimensiune și formă care să permită imersarea printr-o singură manevră în baia de zincare. În aceste situații, zincatorul trebuie consultat încă din faza de proiectare, pentru îndrumări. Mărimea și amplasarea găurilor de umplere și de scurgere, a găurilor de prindere și a urechilor pentru manipulare, pot influența semnificativ deformatiile, mai ales în cazul produselor goale interior.
Rezistența
Proprietățile de rezistență ale oțelurilor de construcții nu sunt afectate de zincarea termică după cum se poate observa în următorul tabel:
Tabelul 8.2 – Proprietățile de rezistență la întindere conform testelor pe tablă de oțel pentru construcții de 12.7 mm ( sursa: ILZRO 2006)
Sudarea
Zgura de la sudură nu se poate înlătura prin procedee obișnuite de curățire. Prezența ei poate să ducă la apariția de pete negre, neacoperite după zincarea termică. Pentru evitarea acestui neajuns se recomandă utilizarea sudării în gaz protector, ( de exeplu M.I.G.). În cazul utilizării electrozilor acoperiți, zona sudată trebuie curățată complet de zgură. Pentru a evita creșterea prea mare a stratului de zinc pe cusăturile sudate, conținutul de siliciu din materialul electrodului de sudură trebuie să fie sub 0.04%. Folesirea acestor elecrozi asigură și abținerea după zincare a unor acoperiri cu grosimi uniforme. Spray-urile utilizate împotriva stropirilor de sudură trebuie să fie solubile în apă și să nu conțină ulei sau siliciu.
Etichetarea și marcarea
Marcarea se realizează prin: poansonare la rece, înainte de zincare; agățarea unor plăcuțe cu inscripționarea necesară, după zincare; lipirea unor etichete cu inscripționarea necesară, după zincare. Se va evita marcarea cu vopsele, în special pe bază de ulei, care se îndepărtează foarte greu prin curățire. Pentru marcarea temporară se pot folosi și anumite vopsele care sunt solubile în apa.
Protecția împortiva zincării termice
Dacă anumite suprafețe ale oțelului trebuie să rămână neacoperite, aceasta se poate realiza prin protejare, cu benzi rezistente la temperaturi ridicate, grăsime sau vopsea și alte tratamente de protecție. În asemenea situații, zincatorul trebuie consultat cu privire la suprafețele care se doresc să rămână neacoperite.
Asamblarea
Produsele zincate termic se pot asambla prin șuruburi (inclusiv asamblări prin frecare), sudare, nituire și lipire. Este bine ca asamblările cu șuruburi să fie realizate după zincarea termică. (vezi cap 10).
Manipularea produselor
Mijloacele de manipulare a produselor sunt alese în funcție de forma și dimensiunile acestora. La produsele de dimensiuni mici și mijlocii se prevăd găurii tehnologice cu diametrul de 4mm care permit agățarea acestora în suporții sau dispozitive de prindere. Se pot folosi și coșuri la piesele mai mici. La produsele mari se sudează inele de prindere care sunt tăiate după zincare, zona respectivă urmând a fi recondiționată. În cazul rezervoarelor (în special a celor deschise) este necesară o ancorare încrucișată, pentru menținerea stabilității acestora în timpul manipularii.
Impurificarea suprafeței
Curățirea suprafeței oțelului este o cerință esențială pentru o bună zincare termică.
Impurificarea cu grăsime, gudron, pacură, vopsea și zugură de la sudură, nu poate fi înlăturată prin curățire chimică, și trebuie îndepărtată prin alte procedee (sablare) pentru că altfel pot apărea zone neacoperire după zincarea termică. Producătorul structurii metalice care urmează să fie zincată termic are obligația să livreze reperul curat, lipsit de astfel de impurități.
Prelucrările mecanice ale produselor unde s-au folosit uleiuri de ungere sau de răcire, pot genera efecte similare cu spray-urile folosite la sudură împotriva formării stropilor. Lichidele utilizate la tăierea produselor, care au fost arse pe suprafața oțelului, trebuie înlăturate înaintea expedierii oțelului către zincator.
Măsuri care trebuie luate în considerare la proiectarea produselor pentru zincarea temică
Figura 8.1 – Recomandări suplimentre asupra proiectării produselor care urmează să fie zincate termic se pot găsi în SR EN ISO 14713
Figura 8.2 – Elementele de rigidizare exterioare (cornișe sudate și membrane) pe grinzi și cornișe trebuie să aibă colțurile tăiate.
b)
Figura 8.3 – Asigurare curgerii libere a zincului topit
Elementele de rigidizare unghiulare trebuie să fie, pe cât posibil, mai scurte la capătul prins pe grindă. Aceasta va permite curgerea liberă a zincului topit în lungul suprafeței grinzii. Prin aceasta se asigură o acoperire de calitate, se evită eventuala reținere a cenușii pe suprafața grinzii, precum și a aerului în interiorul structurii. În acest fel se poate evita apariția zonelor neacoperite. (fig. 8.3-a).
În cazul reperelor cu goluri interioare, trebuie asigurate aerisirea și scurgerea zincului. Secțiunile transversale sau tălpile grinzilor cu capete etanșe, trebuie asigurate fie cu găuri ,fie cu crestături în formă de V. Poziția lor va fi opusă pe diagonală, sus și jos și cât mai aproape posibil de capătul etanș. (fig. 8.3-b).
Figura 8.4 – Asigurare de găuri de aerisire
Toate secțiunile etanșe ale unui produs trebuie prevăzute cu găuri de aerisire din motive de siguranță și pentru a permite accesul și circulația liberă a soluțiilor de pregătire a suprafeței și a zincului topit. Găurile trebuie dispuse diagonal opuse și cât mai aproape de capătul etanș. Buna aerisire a acestor secțiuni va ajuta la accesul și scurgerea zincului topit, asigurând obținerea unei acoperiri de calitate.
Figura 8.5 – Asamblarea suprafețelor în contact
La asamblarea suprafețelor suprapuse sau în contact este posibil ca între suprafețele în contact să rămână soluții de acid sau de fondant care, introduse în baia de zincare, se vor transforma în vapori și pot duce la explozii. Daca această asamblare este inevitabilă (fig 8.5) atunci marginile în contact trebuie sudate continuu și să fie absolut etanșe. Prin aceasta se esvită și oxidarea zonelor de contact a pieselor. În plus, se mai recomandă și efectuarea unei găurii prin ambele piese, la fiecare 100 cm2 de suprapunere. Diametrul minim al găurilor trebuie să fie de 10 mm, sau egal cu grosimea secțiunii, dacă aceasta este mai mare, pentru a elimina pericolul de explozie în baia de zincare termică.
b) c)
Figura 8.6 – Tăierea colțurilor elementelor de rigidizare
Dacă nu este posibil sudarea continuă, atunci se aplică o sudură cu cusături intermitente. În aceste cazuri pot să apară însă scurgeri de soluții rămase între aceste suprafețe de la operațiile de pregătire a suprafețelor. În urma acestor scurgeri se formează pe acoperire pete brute, dar acestea nu afectează calitatea protecției dată de acoperire. În cazul în care zona etanșă este mai mică de cca 100 cm2 (de exemplu 10cm x 10cm), nu este necesară în general luarea de măsuri speciale.
Acolo unde proiectantul nu poate evita zonele mari de suprapunere (de exemplu asamblarea a două șine, sau plăci fixate pe șine), trebuie solicitate informații de la zincatori.
Elementele despărțitoare interioare, trebuie să aibă colțurile tăiate și trebuie să fie vizibile printr-un orificiu de vizitare. Dacă un reper prezintă găuri de aerisire în interor, este important, din motive de sigurantă, ca zincatorul să le poată observa. (fig. 8.6-a).
Elementele exterioare de rigidizare pentru grinzi cu diferite secțiuni trebuie să aibă colțurile tăiate. (fig. 8.6-b).
În fig. 8.6-c sunt prezentate variante de dispunere a găurilor de golire la capete, pentru structuri de diferite secțiuni.
Figura 8.6 – îmbinări sudate
Îmbinările sudate trebuie să fie continue dacă nu include alte suprafețe sau volume închise. Asamblarea structurilor metalice cu șuruburi, după zincare, este metoda cea mai ușoară, practică și economică.
Figura 8.7 – Evitarea deformării panourilor plate
Pentru minimizarea riscului de deformare, panourile plate trebuie rigidizate prin deformare/ambutisare sau confecționaea acestora din tablă striată. La structurile din figură este de asemenea necesară executarea de orificii la colțuri.
Figura 8.8 – Rigidizarea rezervoarelor
Rezervoarele mari deschise trebuie rigidizate pentru a reduce la minim deformarea. Acolo unde se folosesc colțare, trebuie asigurate deschideri la colțuri. Colțarele sau barele de rigidizare folosite, trebuie să aibă o grosime cât mai apropiată de cea a peretelui rezervorului.
Figura 8.9 – Amplasarea orificiilor de aerisire
Orificiile de aerisire trebuie să fie diametral opuse și cel puțin 50mm diametru. Piesele despărțitoare interioare trebuie teșite în partea superioară și inferioară iar suprafețele tăiate se recomandă să fie vizibile printru-un orificiu de verificare sau prin găurile de aerisire. Amplasarea acestor orificii se discută cu zincatorul. Urechile pentru ridicare trebuie amplasate conform figurii.
Verificarea calității acoperirilor de zinc depuse
Asigurarea calității pentru produselor zincate termic este reglementată de seria de standardelor SR EN ISO 9000 – Sisteme de calitate. Inteprinderile prestatoare de astfel de servicii trebuiesc să respecte prevederile acestor standarde.
Asigurarea calității
Măsurarea grosimii stratului de zinc
Grosimea acoperii de zinc este cel mai important parametru, deoarece durata de viață a protecției anticorozive este direct proporțională cu aceasta.
Grosimea stratului de zinc se stabilește funcție de grosimea piesei de oțel și de clasa de corozivitate a mediului în care va fi exploatată. Acoperirea se determină conform standardului SR EN ISO 1461 și este exprimată în μm sau g/m2. Determinarea grosimii stratului de zinc se poate face prin metode distructive și metode nedistructive.
Metodele distructive sunt cele mai precise și constau în:
Determinarea masei acoperirii de zinc;
Măsurare microscopică;
În practică se folosesc metodele nedistructive dintre care cea mai cunoscută este metoda magnetică. Metoda magnetică constă în determinarea forței de atracție magnetică dintre palpatorul aparatului și substrat sau pe determinarea variației inducției într-o sondă inductivă față de o sondă. Metodele nedistructive sunt utilizate în orice etapă din ciclului de viață a produsului.
Aspectul acoperiri
În tabelul 8.1 este prezent aspectul exterior dat de stratul final pentru elementele zincate termic. Variațiile în aspectul exterior ale pieselor zincate termic sunt date în special de caracteristicilile substratului. Atunci când se face inspecția produselor zincate termic la acceptarea sau respingerea lor sunt luate în considerare în principal caracteristici tehnice care dau rezistența la coroziune (grosimea acoperiri, aderența stratului, duritatea stratului), mai puțin cele legate de aspectul exterior
Tabelul 8.1 – Aspectul exterior al acoperirilor zincate termic
Straturi cu aspect cenușiu mat
La turnarea oțelului în oala de coacere se adaugă siliciu pentu împiedicarea oxidării timpul elaborării.
Prezența siliciului în compoziția oțelului, facea ca reacția dintre fier și zinc să continue inclusiv după ce piesa de oțel este scoasă din baia de zinc și poate conduce la transformarea parțială a stratului de zinc în aliaj zinc-fier.
Atunci când stratul de zinc se transformă parțial în aliaj zinc-fier culoarea acestuia devine cenușiu-închisă.
Straturile de aliaj Zn – Fe, au o aderență mai mare la suprafața oțelului sunt mai groase și au o durată de viață mai mare decât cele formate pe oțelurile necalmate sau calmate cu aluminiu.
În urma analizelor s-a constatat că rezistența la coroziune în medii industriale obținută prin zincarea oțelurilor reactive este mai mare decât cea obținută prin zincarea oțelurilor obișnuite.
Deasemenea pentru oțelurile reactive stratul de zinc are o rezistență la abraziune mult mai mare decât acoperirile pe oțeluri obișnuite în care este prezentă faza ɳ. Acoperirile mai groase au tendința de exfoliere dacă sunt manipulate și transportate în mod neadecvat. Din această cauză trebuie acordată mare atenție acoperirilor obținute pe oțeluri reactive.
S-a constatat că pe straturile de zinc care prezintă un aspect cenușiu-mat, pot apărea chiar și în condiții normale de expunere o serie de pete albe. Apariția acestor pete pe suprafața zincată nu conduce la deteriorarea acoperirii ci formeză o membrană care continuă să protejeze oțelul.
Figura 9.1 – Strat cu aspect cenușiu – mat
Pătarea și decolorarea datorită ruginii
Oțelul zincat termic corect, asigură protecție anticorozivă pentru o lungă perioada de timp, chiar dacă poate uneori prezintă pete de rugină sau decolorare. Aceasta poate da impresia, incorectă, că acoperirea s-a distrus, și din punct de vedere vizual poate fi considerată inacceptabilă. Pătarea și decolorarea datorită ruginii poate fi însă rezultatul următorilor factori:
Contactul direct al produsului zincat termic cu oțelul neprotejat sau incorect protejat (de exemplu secțiuni de oțel zincat termic asamblate cu șuruburi neprotejate, zincate electrochmic sau vopsite).
Depuneri pe suprafața zincată termic de pulbere și/sau pilitură de fier și de oțel provenite din alte oprerații sau surse.
Scurgerea ruginei de pe piesele de oțel neprotejate, care vin în cotact cu piesele zincate termic, sau de pe zonele deteriorate ale pieselor vopsite.
Reziduri de materiale de curățire reținute în suduri. În timpul curățirii acizii pot pătrunde în suduri prin găuri foarte mici sau alte fisuri ale sudurii.
Ruginirea zonelor sudate după zincarea termică, rămase neprotejate au insuficient protejate.
Surgeri de apă de pe alte materiale, în special metale precum cuprul sau de pe unele esențe lemnoase tari (de exemplu stejar). Acest efec poate apărea atunci când apa poate dizolva materialele de pe o anumită suprafață, și să le transporte pe oțelul zincat termic.
Pentru evitarea petelor de rigină, toate componentele unei structuri trebuie să fie, pe cât posibil, la fe de eficient protejate împotriva coroziunii. Șuruburile, piulițele și alte organe de asamblare, trebuie de asemenea zincate termic. Sudurile trebuie să fie continue, pe cât posibil, lipsite de zgură de sudură, pentru a minimiza reținerea rezidurilor provenite din procesul de curățire. Structurile trebuie protejate astfel încât să se evite scurgerea de apă de pe alte metale pe oțelul zincat termic. Acolo unde este necesară sudarea după zincarea termică, zonele sudate trebuie curățate foarte bine, iar acoperirea de zinc refăcută.
Decolorarea și pătarea, provenite din majoritatea surselor exterioare, nu afectează în nici un fel durata de viață a acoperirii. Totuși, zonele afectate se pot curăți pentru a îmbunătăți aspectul exterior al acoperirii. În general, perierea cu perii de sârmă sau folosirea unei pudre de curățire vor înlătura petele, lăsând o acoperire zincată termic curată.
Figura 9.2 – Pătarea cu rugină
Rogozitatea suprafețelor
Standardul SR EN 1461 recomandă ca acoprrirea prin zincare termică să fie netedă, fără zone rugoase, dar subliniează faptul că suprafața rugoasă și suprafața netedă sunt noțiuni relative. Rugozitatea suprafețelor zincate termic nu trebuie analizată după aceleași standarde ca la produsele prelucrate mecanic cum este sârma, tablele zincate și tuburile.
Modificarea compoziției chimice și a calității substratului pot sș ducă la obținere de straturi neuniforme. Aceste straturi pot să afecteze condițiile de exploatare a produsului și în consecință ele pot fi respinse.
Figura 9.3 – Suprafață rugoasă
Rogozitatea suprafețelor
Standardul SR EN 1461 recomandă ca acoprrirea prin zincare termică să fie netedă, fără zone rugoase, dar subliniează faptul că suprafața rugoasă și suprafața netedă sunt noțiuni relative. Rugozitatea suprafețelor zincate termic nu trebuie analizată după aceleași standarde ca la produsele prelucrate mecanic cum este sârma, tablele zincate și tuburile.
Modificarea compoziției chimice și a calității substratului pot sș ducă la obținere de straturi neuniforme. Aceste straturi pot să afecteze condițiile de exploatare a produsului și în consecință ele pot fi respinse.
Protuberanțe și scurgeri de zinc
Protuberanțele și sucurgerile de zinc sunt cauzate de neuniformitatea desprinderiii zincului de produs la scoaterea acestuia din baia de zincare termică. Acestea pot apărea datorită formei și grosimii mici a produsului și nu afectează durata de viață a acoperiri. Vârfurile ascuțite de zinc în exces solidificat, sunt inacceptabile deoarece pot prezenta un pericol în timpul manipulării. Produsele care prezintă zone în care aceste vârfuri au fost rupte, necesită reparații imediate ale acoperirii, așa cum se va prezenta mai jos.
Figura 9.4. – Suprafață cu protuberanțe
Suprafață grizată
Suprafețele grizate sunt cauzate de drojdia de zinc (zinc dur) care rămâne înglobată în stratul de acoperire. Cauza formării acestui defect este adâncimea mică a băii. În această situație, produsele se pot apropia de fundul băii, producând agitarea acestuia și astfel drojdia de zinc dur se ridică la suprafață Rezistența la corziune a produselor cu suprafețe grizate nu este efectată deoarece particulele de zinc dur nu se comportă la coroziune ca și zincul. În cazul când drojdia de zinc dur se află sub formă de particule fin dispersate în acoperire, aceasta nu constitue criteriu de respingere. În schimb, prezența unor incluziuni mari de zgură duc la fragilizarea acoperirie și de aceea zincatorul trebuie să evite acest fenomen, prin scoaterea zincului dur din baie la frecvența necesară.
Figura 9.5 – Suprafață grizată
Pătarea din cauza depozitării în mediu umed
Petele care apar datorită depozitării produslelor zincate termic în condiții de umezeală reprezintă produși de coroziune de culoare albă (rugină albă) și/sau pete de culoare închisă. Acestea pot fi observate pe suprafața produselor zincate termic, chiar și după un timp scurt de la scoaterea din baia de zincare. Suprafața de sub aceste pete poate avea o culoare gri închis sau chiar negru. Pentru a preveni apariția petelor, produsele zincate termic trebuie transportate și depozitate în condiții uscate și bine ventilate. Dacă se depozitează în aer liber, suprafețele nu trebuie să fie în contact direct. Circulația leberă a aerului este necesară pentru a prevenirea formării condensului și a reținerii umezelii. Împachetarea sau depozitarea compactă trebuie evitate deoarece datorită fenomenului de capilaritate apa poate pătrunde între suprafețele aflate în contact direct. De asemenea produsele nu trebuie depozitate în contact direct cu pământul.
În cazul în care aspectul exterior este important, se pot utiliza straturi barieră precum lacurile transparente, care asigură păstrare strălucitoare a acoperirii. În comerț se găsesc o serie de produse destinate acestui scop, specifice anumitor aplicații. Depunerile însemnate de rugină albă trebuie înlăturate. Aceasta se poate realiza de regulă cu o perie aspră sau cu materiale ușor abrazive. Metodele chimice trebuie folosite doar ca o ultimă soluție, după care este necesară o spălare completă cu apă curată.
Figura 9.6 – Rugina alba
Pete de fluxare și impurități
La zincarea umedă, unde baia de fluxare se află pe o anumită suprafață deasupra băii de zincare, rezidurile de fluxare pot adera la suprafață după imersie, și astfel să rețină umezeala, care duce la formarea de produși albi de coroziune. Întrucât aceste pete de fluxare pot afecta durata de viață a acoperirii, ele trebuie îndepărtate obligatoriu.
Impuritățile pot de asemenea adera la suprafața produsului în fabrică, în timpul transportului sau prin contact cu alte produse. Acestea pot fi îndepărtate cu ușurință prin spălare și de aceea nu afectează calitatea acoperirii.
Figura 9.7 – Pete de fluxare și impurități
Suprafețe cu zone neacoperite
Cauzele apariției acestor defecte sunt: contaminarea oțelului cu vopsea, smoală, zgură, sau alte impurități care nu au fost eliminate cu ocazia operețiiloe de pregătire a suprafețelor; conținutul ridicate de aluminiu din baie, defectele de laminare a oțelului ș.a. Dacă aceste zone neacoperite au marimii de până la maxim 5mm, ele vor dispărea după un timp datorită fenomenului de protecție prin sacrificiu a zincului, afectând foarte puțin durata de viață a acoperirii. Produsele care au zone neacoperite pe suprafețe mari nu sunt acceptate decât după o nouă zincare termică.
Figura 9.8 – Suprafață cu zone neacoperite
Recondiționarea acoperirilor deteriorate
Recondiționarea se aplică în următoarele cazuri:
Suprafețe neacoperite datorită unor defecte de zincare;
Exfolieri locale apărute în urma manipulării defectuoase în timpul transportului și depozitării;
Îmbinărilor sudate care afectează zona în jurul sudurii, prelucrărilor mecanice după zincare (tăiere, găurire);
În urma unor lucrări de montaj pe șantiere.
Recondiționarea se face cât mai repede posibil. Pentru recondiționare se folosesc vopsele bogate în zinc, aliaje pe bază de zinc (de ex Zn – Sn ) sub formă de bastonașe sau pulbere. Recondiționarea se poate realiza și cu zinc aplicat prin pulverizare.
Deoarece zincul conferă protecție prin sacrificiu, defectele locale de dimensiuni mici nu vor afecta rezistența la coroziune a acoperirii. În practică se recomandă totuși ca aceste defecte mici precum și cele mai mari să fie supuse rezincării, asiguând astfel și un aspect estetic corespunzător.
Zonele care prezintă defecte, după recondiționare trebuie să aibă o grisime a stratului cel puțin echivalentă cu grosimea acoperirii inițiale. Conform SR EN ISO 1461 , se recomandă următoarele metode de recondiționare:
Perierea cu perie de sârmă a zonei afectate și aplicarea de straturi de vopsea bogate în zinc (cu o pensulă sau prin pulverizare), pentru a obține o grosime a acoperii conformă cu standardul SR EN ISO 1461;
Perierea cu perie de sârmă a zonei afectate, încălzirea acesteia cu o lampă de benzină la 300°C și apoi frecarea zonei deteriorate cu bastonașe sau depunerea de pulberi din aliaj special de zinc, până la obținerea grosimii corespunzătoare a acoperirii. Acest procedeu poate fi însă dificil de aplicat și necesită uneori timp îndelungat mai ales în cazul structurilor înalte și zone inaccesibile. Trebuie acordată atenție deosebită la încălzirea cu ajutorul lămpii de benzină, pentru a nu afecta acoperirea din jurul zonei defecte, în special la acoperirile mai groase pentru oțeluri reactive.
Sablarea zonei afectate și pulverizarea termică cu o sârmă de zinc de puritate 99.9 %. O acoperire de zinc de prin pulverizare termică de 100μm conferă o protecție la coroziune echivalentă cu 85μm acoperire prin zincare termică. Peste zonele pulverizate se poate aplica și un strat de vopsea pe bază de aluminiu pentru uniformizarea aspectului. Procedeul de recondiționare cu vopsea bogată în zinc este cel mai simplu de aplicat, în special pe șantier. Pulverizarea termică cu zinc este rentabilă doar atunci când se aplică în atelier și se recomandă în special pentru corecția zonelor sudate.
Conform SR EN ISO 1461 grosimea acoperirii pe suparafețele recondițonate trebuie să fie cu minim 30 μm mai mare decât valoarea grosimii locale a acoperirii termice de zinc indicate în tabelele 2 sau 3 din standard.
Cumpărătorii și producătorii acoperirilor ulterioare trebuie sș se asigure că sistemul ulterior de acoperire este compatibil cu metodele și materialele utilizate.
Transportul și depozitarea pieselor zincate
La furnizor
După zincare piesele sunt strânse în pachet și depozitate în spații acoperite și uscate;
Depozitarea se face pe grinzi de lemn sau tampoane de cauciuc;
Încărcarea (ca și descărcarea) se va face folisind chingi din materiale textile;
La destinație
Se va face inspecția pieselor la momentul recepției;
Se vor desface unele pachete pentru a verifica dacă nu sunt afectate de umiditate;
Piesele transportate cu camionul sau trenul vor fi protejate cu prelate. Acestea nu vor staționa pentru o perioadă lungă, mai ales în condiții de umiditate atmosferică ridicată;
Nu se efectuează transporturi în perioadele de viscol sau vikelii puternice când apa poate pătrunde printre pachetele cu piese;
Stocarea se va face pe grinzi de lemn sau tampoane de cauciuc;
Se vor face inspecții periodice pentru a verifica apariția petelor datorită umezelii. În cazul apariției petelor de rugină se înteprind următoarele: se îndepărtează piesele afectate din zona în care au fost depozitate; reparația se va face respenctând standardele în vigoare.
Asamblarea produselor din oțel zincat termic
Durata de viață a structurilor din oțel zincat termic nu este redusă din cauza organelor de asamblare, deoarece și acestea se pot zinca termic.0
Zincarea termică a organelor de asamblare filetate
Dimensiuni
Șuruburile, piulițele, prezoanele și șaibele cu diametrul mai mare de 8mm se pot zinca termic. Datorită utilizării de echipamente specializate se pot zinca, de asemenea, o varietate mare de piese filetate. Zincarea acestora a apărut ca o necesitate din cauza creșterii numărului construcțiilor metalice unde este nevoie de foarte multe elemente de asamblare. În cazul zincării termice a organelor de asamblare, proiectantul trebuie să prevadă toleranțe și operații suplimentare de prelucrare deoarece acest procedeu nu asigură cote tolerate. În cazul filetelor metrice ISO, interioare sau exterioare, se recomandă prevederea unei toleranțe de circa patru ori grosimea acoperirii. Majoritatea elementelor de asamblare, cu excepția piulițelor se supun zincării atât la interior cât și la exterior. Piulițele se zinchează în stare brută. Filetarea se realizează ulterior zincării astfel încât să poată fi strânse cu mâna sau ușor cu o cheie pe șurub zincat. După zincare se protejează suplimentar filetul prin ungere cu un fluid de protecție anticorozivă. În ansamblul piuliță – șurub, filetul nezincat al piuliței este protejat împotriva coroziunii ca urmare a contactului acestuia cu filetul șurubului zincat. Chiar după mulți ani de exploatare piulițele zincate termic pot fi desfăcute cu ușurință chiar dacă filetul piuliței nu a fost niciodată zincat termic.
Uniformitatea acoperirii
Deși există o anumită tendință de îngroșare a stratului zincat termic la fundul filetului, se poate realiza o grosime aproape uniformă a stratului cu ajutorul tehnologiilor și echipamentelor moderne. Dacă totuși, stratul este mai gros spre fundul filetului, surplusul de strat este îndepărtat automat în momentul înșurubării piuliței (care are filetul nezincat).
Finisarea suprafeței și aspectul exterior
Organele de asamblare zincate termic au de regulă un aspect exterior de gri deschis strălucitor, dar în cazul bolțurilor și șuruburilor de înaltă rezistență acoperirea poate fi gri mată datorită conținutului ridicat de siliciu al oțelului folosit, care determină o reactivitate mai mare față de zincul topit. Organele de asamblare zincate termic la temperaturi înalte (550°C) au de obicei un aspect exterior uniform, gri mat, dat de structura acoperirii formate la rădăcina produsului.
Depozitarea
Organele de asamblare zincate termic trebuie depozitate în locuri uscate, bine aerisite, ventilate, sub șoproane acoperite, pentru a minimiza apariția petelor.
Acestea nu trebuie stocate în incinte unde există degajări nocive, abur, umiditate, în apropierea băilor de decapare sau de fluxare. Se va evita stocarea îndelungată a acestora.
Tabelul 10.1 – Grosimea straturilor de zinc depuse pe oțel prin diferite procedee pentru organele de asamblare.
Notarea zincării termice pe documentația termică
Grosimile corespunzătoare diferitelor procedee de zincare, pentru organele de asamblare sunt enumerate în tabelul 10.1. Deoarece se confundă frecvent zincarea electrolitică cu zincarea termică, în documentația tehnică se va preciza clar: ,,Zincare termică a organelor de asamblare se face conform BS 7371: partea 6-a: 1998” . Se recomandă ca după această precizare, documentația să fie completată și cu: ,,Zincarea termică se va executa de societăți comerciale membre ANAZ”. Această precizare va garanta respectarea normelor tehnice în vigoare și o bună calitate a produselor și serviciilor precum și acordarea de asistență tehnică de către Asociația Națională a Zincatorilor (ANAZ).
Costurile relative
Costul inițial de zincare termică a organelor de asamblare filetate este în general ușor mai ridicat decât cel al zincării electrolitice conform BS3382. Totuși, dacă se ia în considerare costul anual de întreținere pentru a preveni apariția ruginii, zincarea termică, este de departe cea mai economică acoperire.
Șuruburi de înaltă rezistență
În general șuruburile de înaltă rezistență (gradul 8.8 ISO conform BS4395 Partea 1; echivalent ASTM A325), se pot zinca termic fără dificultate. Șuruburile de gradul 10.9 ISO (BS4395 Partea 2 sau ASTM A490) sunt zincate termic în Anglia, Japonia, Italia, Franța și Germania. Acestea necesită însă curățire prin sablare ca tratament alternativ de pregătire a suprafeței înaintea zincării termice. Șuruburile de gradul 12.9 ISO și organele de asamblare de rezistență mai mare, în general nu se recomandă să fie zincate termic.
Figura 10.1 – Șuruburi zincate termic
Asamblări prin ferecare
Inițial, coeficientul de frecare între suprafețele de contact zincate termic este scăzut – în medie el este de circa 0,19. Totuși, odată cu începerea alunecării între aceste suprafețe, frecarea se intensifică rapid și apare fenomenul de gripare, datorită sudării la rece dintre neregularitățile suprafețelor acoperite. Dacă se acceptă o alunecare pe distanțe mici, nu este necesară tratarea suplimentară a suprafețelor, în schimb, dacă trebuie evitată complet alunecarea, coeficientul de frecare trebuie mărit prin creșterea rugozității suprafeței stratului zincat termic. Folosirea unei perii de sârmă poate mării coeficientul de alunecare la 0,5 sau mai mare, se poate realiza prin diferite procedee de sablare sau prin alte metode de modificare a rugozității. În SUA, zincarea termică este una dintre puținele acoperiri acceptate în cazul suprafețelor de contact la asamblările realizate prin forțe de frecare.
Datorită efectului de ,,gripare” descris mai sus, la îmbinările prin filetare a organelor de asamblare zincate termic, se recomandă folosirea unor lubrifianți pentru a ușura strângerea și a împiedica uzarea filetului. S-a observat că ceara de albine este cel mai eficient lubrifiant, precum și disulfura de molibden (molicot), sau grăsimea animală.
Sudarea oțelului zincat termic
Încercările realizate la Institutul de Sudură (The Welding Institute), au arătat că pe oțelurile zincate termic se pot realiza suduri de calitate ridicată și că proprietățile mecanice (rezistența la întindere, încoviere, oboseală, reziliență ș.a.) ale acestor suduri sunt aproape identice, uneori chiar mai bune, decât cele ale sudurilor făcute pe oțel nezincat. Deși sudarea se poate realiza direct pe stratul de zinc se recomandă îndepărtarea stratulu ide zinc din zona ce urmează a fi sudată, în general prin șlefuire sau sablare cu alice și sudarea directă pe materialul de bază. Vitezele de sudare sunt mai mici și rezultă mai mulți stropi, mai ales la sudarea cu CO2. Aspectul suprafețelor zincate pe suprafețele sudate poate fi diferit față de zonele zincate pe suprafețe obișnuite. Acest fapt poate fi determinat de diferența între conținutul de Si și P în sârma de sudură față de materialul care trebuie sudat.
Pe oțelurile zincate termic se pot aplica destul de simplu toate procedeele de sudară, totuși în anumite cazuri, pot fi necesare anumite modificări minore, în funcție de procedeul de sudare utilizat, tipul de îmbinare și poziția de sudare. De exemplu, modificările necesare în cazul sudării manuale cu arc electric sunt:
O ușoară mișcare de dute-vino a electrodului de-a lungul îmbinării.
În timpul sudării, pe cordonul de sudură și în zona afectată termic are loc o volatilizare a zincului în fața băii de sudură.
Se recomandă o distanță ușor mai mare în cazul îmbinărilor cap la cap, pentru a asigura o penetrare totală a sudurii.
O lungime mai mică a arcului electric asigură un control mai bun al băii de sudare și ajută la prevenirea penetrării excesive a sudurii sau tăierii materialului.
Se pot utiliza atât electrozi bazici cât și rutil, dar trebuie realizate teste simple de procedură înaintea trecerii la sudare în producția de masă.
În zonele unde stratul de zinc a fost îndepărtat pentru a facilita sudarea și în zonele afectate de temperatura de sudură, trebuie realizate recondiționării folosind una dintre metodele descrise în secțiunea Recondiționarea acoperirilor zincate termic. Înainte de recondiționare, toți produșii rămași în urma sudării trebuie îndepărtați din zona sudată și din zonele adiacente acesteia.
Deși zincul este un element necesar în alimentația zilnică și nu se acumulează în organism, inhalarea vaporilor de oxid de zinc în timpul sudării în anumite cantități poate provoca așa numita ,,febră a zincului” care are simptome similare cu gripa. Aceste simptome sunt de scurtă durată și în mod normal dispar după 24 de ore. Pentru a menține concentrația vaporilor de oxid de zinc în limite acceptabile, trebuie asigurată exhaustarea și ventilarea atunci când se sudează oțel zincat termic în spații închise, iar dacă aceasta nu poate fi asigurată, sudorul trebuie să poarte obligatoriu mască. Indiferent de condițiile în care se realizează sudarea, sudorul trebuie să respecte normele de sănătate și siguranță în vigoare.
Prevenirea ruginirii sudurilor
Toate sudurile realizate pe produse zincate termic trebuie protejate împotriva ruginirii, imediat după sudare, deoarece atunci suprafața este lipsită de rugină și ușor de tratat.
CAPITOLUL 4 – STUDIU DE CAZ: ANALIZA COMPARATIVĂ ECONOMICĂ: ZINCARE TERMICĂ – PELICULĂ DE VOPSEA
Zincarea termică – este cel mai economic sistem de protecție anticorozivă, raportat la întreaga durată de viață a construcțiilor.
Aspecte economice
La stabilirea costului real pentru protejarea anticorozivă a structurilor din oțel trebuie să avem în vedere două aspecte:
Costul inițial pentru realizarea protecției anticorozive;
Costul cu protecția anticorozivă pe parcursul duratei de viață a structurii ( costuri de mentenanță + costuri de întreținere a sistemului de protecție anticorozivă)
Costul inițial
Astăzi zincarea termică este percepută de oameni ca fiind un sistem de protecție anticorozivă foarte scump. Greșeala provine din următoarele motive: în primul rând costul inițial pentru un sistem de protecție anticorozivă cu peliculă de vopsea este vizibil mai ieftin față de zincarea termică, cumparătorul fiind atras de prețurile foarte scăzute la vopsele dar de calitate slabă, iar în al 2-lea rând acesta nu cunoaște performațele zincării termice în raport cu alte sisteme de protecție anticorozivă.
Odată cu introducerea restricțiilor privind protecția mediului, prețurile vopselelor au crescut treptat, în timp ce costul cu zincarea termică a rămas constant.
A fost demonstrat faptul că protecția prin zincarea termică este considerabil mai ieftină decât majoritatea sistemelor de protecție prin acoperire cu peliculă de vopsea.
Deoarece zincarea termică este o tehnologie integral mecanizată care se desfășoară în unități industriale specializate, costul cu manopera este redus (max 30% din costul total), pe când la sistemele de protecție prin vopsire costul cu manopera poate atinge 60% din costul total (dacă se include și curătirea suprafețelor).
Figura 4.1 – Costuri inițiale pentru diferite tehnologii de acoperire
Costul pe toată durata de viță a unei clădiri (whole-life cost)
În managementul proiectelor de construcții termenul de ,,whole-life cost” este definit ca suma tuturor costurilor unei clădiri începând cu proiectarea, execuția, exploatarea, întreținerea, reabilitarea și terminând cu dezafectarea.
Studiile de fezabiletate in construcții includ analize economico-financiare prin care este determinat costul total al unui proiect (whole-life cost).
Acest mod de abordare, deși nu este nou, este în prezent considerat ca cea mai bună practică (BAT) în momentul în care se dorește realizarea unei clădiri noi.
Apoximativ 80% din costul unei constructii, pe întreaga sa durată de viață, reprezintă costurile de funcționare/menținere, reparații curente și reparații capitale. Din figura 4.2a se observă că după 10 ani de la punerea în funcțiune costurile încep să crească treptat pană la dezafectarea construcței.
Un factor esențial în reducerea costurilor de întreținere/mentenanță /reparație îl reprezintă calitatea inițială a materialelor folosite. Cu cât calitatea materialelor folosite la realizarea proiectului este mai scazută cu atât costurile de mentenanță/ întreținere pe parcursul exploatării sunt mai mari.
Alegerea inițială a tehnologiei și materialeleor pentru realizarea protecției anticorozive joacă un rol esențial în reducerea costurilor pe pe întreaga lor durată de viață.
Folosind metoda ,,whole-life cost” pentru diferite tipuri de sisteme de protecție anticorozivă s-a constatat că, cea mai rentabilă este protecția prin zincarea termică, deoarece prezintă cel mai mic cost final.
Tabelul 4.2 – Repartiția aproximativă a costurilor pentru toată durata de viață a unei clădiri
Figura 4.2a – Variația costurilor în timp
Costurile de-a lungul ciclului de viață a unui produs determină aparitia de maxime de cheltuieli la 10, 15, 20 ,25 de ani.
Figura 4.2b – Comparație între valorile nete actualizate (prezente, curente)
Costul pe durata de viață a produsului
Costul total de protecție anticorozivă a unei structuri de oțel, pe parcursul ciclului său de viață depinde de costul inițial de protecție anticorozivă și durabilitatea acesteia într-un mediu dat precum și de costul și frecvența de menținere și întreținere, dacă durata de viață a structurii depășește durata de viață a acoperirii inițiale.
În majoritatea aplicațiilor, zincarea termică asigură o durată de viață lungă, fără a fi necesare cheltuieli de întreținere și nici aplicarea de straturi de vopsea.
Există metode de calcul a beneficiilor și dezavantajelor în cazul diferitelor tehnologii de protecție împotriva coroziunii. Cea mai frecventă metodă este aceea de a calcula Valoarea Prezentă Netă ( Net Present Value- NPV) pentru fiecare metodă în parte, urmată apoi de compararea rezultatelor. Acest calcul ia în considerare cheltuielile legate de costul împrumutului bancar, costul inițial de protecție, costurile de întreținere ulterioară, precum și durata de viață a produsului. Companiile folosesc frecvent acest tip de calcul pentru a determina posibilul profit al unui proiect de investiție de capital.
Unde: I = Costul initial al sistemului de protecție anticorozivă;
M1 = Costul de mentenanță în anul P1;
M2 = Costul de mentenanță în anul P2;
r = Rata de actualizare a costurilor (dobânda)
EXEMPLE: Să considerăm cazul unei structure de oțel care are o durată de viță prevăzută în proiect de 25 de ani și pentru care dobânzile sunt de 5%.
Sistemul 1 – Zincare termică
Prin zincare termică conform SR EN ISO 1461 rezultă o acoperire medie minima de 85 μm pentru o grosime a oțelului de zincat de 6 mm sau mai mare. Deoarece zincarea termică conform acestui standard are o durată de viață estimată la mai mult de 50 de ani, în majoritatea mediilor exterioare, se poate estima o durată de 25 de ani fără cheltuieli ulterioare de întreținere. Să considerăm cheltuielile de zincare termică la o valoarea de 100 de unități. Costurile de întreținere ulterioară sunt nule. (NPV = 100).
Sistemul 2 – Vopsire
Se consideră un sistem de vopsire care constă în curățire urmată de un strat pregătitor de grund și de două straturi de vopsea. Acest sistem are o durată de viață estimată la 8 ani, astfel sunt necesare trei revopsiri în timp de 25 de ani. Costul inițial este ușor mai scăzut decât zincarea termică, adică 90 de unități pentru cea de-a treia revopsire, atunci când vopseaua originală trebuie îndepărtată. (NPV = 169)
Sistemul 3 – Vopsire
Al treilea exemplu se referă la un sistem de vopsire superior care constă în curățirea prin sablare a structurii, urmată de grunduire și de trei acoperiri cu vopsea de bună calitate. Acest sistem are o durată de viață estimată la11 ani și sunt necesare două revopsiri în 25 de ani. Costul inițial este mai ridicat decât pentru sistemul de vopsire 2, fiind egal cu 135 de unități. Costul celei de-a doua revopsiri este jumătate din această valoare, adică 67,5 unități. (NPV = 197,5).
Concluzii
Se poate observa că pentru o structură cu durată de viață de peste 25 de ani, costul sistemului de vopsire ,,mai ieftin” este cu aproape 70% mai scump decât zincarea termică. De asemenea, costul unui sistem de vopsire ,,scump” este aproape dublu față de zincarea termică. În ce privește costurile inițiale, de bază, zincarea termică este comparabilă cu sitemul de vopsire de bună calitate.
Totuși, analizând costurile pe durata de viață, zincarea termică este considerabil mai ieftină decât majoritatea altor sisteme.
Ca urmare a avantajelor zincarii termice față de vopsire, în SUA, dacă în 1960 circa 20% din poduri erau vopsite, astăzi se vopsesc doar circa 4%.
Estimarea si compararea costurilor totale (whole – life cost) pentru sistem de protectie prin zicare termica si sistem de protectie prin acoperire cu pelicula de vopsea.
4.2.1 Structura sustinere coloana distilare in cadrul rafinariei VEGA Ploiesti, judetul Prahova
Structura metalica, face parte din categoria constructiilor supraterane, constructie pentru care mediul agresiv este format din mediul ambient.
Agresivitatea mediului coroziv se defineste prin intensitatea cu care se manifesta actiunea mediului coroziv asupra metalului.
Solutia de protectie anticoroziva se stabileste in functie de clasele de agresivitate a mediilor in care constructia va fi amplasata si exploatata, precum si de durata ei de viata estimata.
Incadrarea in clasa de agresivitate a mediului:
Mediile agresive atmosferice se clasifica , conform SR ISO 9223 si SR ISO 12944-2, in patru clase de corozivitate asupra constructiilor din otel.
Clasa de corozivitate a mediului in care este amplasata si exploatata constructia se stabileste in functie de:
– starea fizica a factorilor agresivi;
– felul mediilor;
Clasa de corozivitate pentru rafinaria VEGA este considerata C3-C4: atmosfera industriala cu umiditate ridicata si poluare moderata – ridicata (SO2 : 12…90mg/m3), sau zone costiere cu concentratie moderata in cloruri.
Stabilirea solutiilor de protectie anticoroziva.
Pentru clasele de agresivitate C3- C4 sistemul de protectie anticoroziva ales este zincare termica si zincare prin metalizare. Din retetele de protectie exemplificate in GP 111 – 04 s-au ales pentru:
a. confectiile metalice:
– Zincare termica, grosimea stratului de acoperire 85 mm, durata de viata a acoperirii estimata la peste 20 ani.
– Zincare termica, grosimea stratului de acoperire 20 mm, durata de viata a acoperirii estimata la peste 5-10 ani, pentru balustrade, gratare;
b. pentru buloanele de ancorare inglobate in fundatii:
– Zincare prin metalizare (pulverizare), grosimea stratului de acoperire 100 mm, pentru durata de viata a acoperirii estimata la peste 20 ani.
c. pentru imbinarile sudate, realizate “in situ”
– Zincare prin metalizare (pulverizare), grosimea stratului de acoperire 100 mm, pentru durata de viata a acoperirii estimata la peste 20 ani.
d. pentru protectia elementelor / pieselor de imbinare (suruburi, piulite, saibe, etc.)
– Zincare electrochimica, grosimea stratului de acoperire 20 mm, protejat cu sisteme de acoperiri prin vopsire, pentru clase de corozivitate C5.1 si durata de viata a acoperirii estimata la sub 5 ani.
Pregatirea suprafetelor
Pregatirea suprafetelor se va face in uzina , prin procedeul de sablare cu nisip , in urma caruia se obtine gradul de curatare 1 ( conform STAS 10166/1 si SR EN ISO 8501-1 ).
Deasemenea pentru aplicarea sistemelor de acoperire prin vopsire trebuie sa se creeze urmatoarele conditii pentru mediul ambiant:
lipsa de praf (SR EN ISO 8502-3);
concentratie cat mai redusa a gazelor agresive;
temperatura aerului si a pieselor de protejat intre 5 si 40 ° C (SR EN ISO 8502-4);
umiditatea relativa a aerului sub 70% (SR EN ISO 8502-4);
Este urmarit si gradul de rugozitate al suprafetei (SR ISO 8503-1).
Aplicarea protectiei
Aplicarea stratului de acoperire prin zincare termica se va face inainte de montarea elementelor de constructii. Sistemul de protectie se va aplica conform SR EN ISO 22063:/1995
Acoperiri termice de zinc pe otel.
Aplicarea stratului de acoperire prin pulverizare cu zinc (metalizare) se va face inainte sau dupa montarea elementelor de constructii conform SR EN ISO 1461:2002 Acoperiri metalice si anorganice. Pulverizare termica. Zinc, aluminiu si aliajele lor.
Dupa montarea elementelor zincate se va verifica starea stratului de protectie si se va trece la remedieri locale .
La executia protectiilor anticorozive trebuie sa se respecte reglementarile privind protectia mediului inconjurator si regulile de protectia muncii , corespunzatoare legilor si instructiunilor in vigoare , precum si P.S.I. .
Prescriptii tehnice de baza
STAS 10128/86 Protectia contra coroziunii a constructiilor supraterane din otel.
STAS 10166/1 Protectia contra coroziunii a constructiilor supraterane din otel. Pregatirea mecanica a suprafetelor.
STAS 10702/1 Protectia contra coroziunii a constructiilor supraterane din otel. Acoperiri protectoare. Conditii tehnice generale.
C56-85 Normativ privind verificarea calitatii si receptia lucrarilor de constructii si instalatii aferente. Caietul XX.
“Ghid de proiectare privind protectia impotriva coroziunii a constructiilor din otel”, indicativ GP 111-04 (revizuire GP 035-1998).
SR EN ISO 8501/1:2002 Pregatirea suporturilor de otel inaintea aplicarii vopselelor si produselor similar. Evaluarea vizuala a curateniei suprafetei. Partea1: Grade de ruginire si grade de pregatire a suporturilor de otel neacoperite si a suporturilor de otel dupa indepartarea acoperirilor anterioare.
SR EN ISO 8502/2:1994 Pregatirea suporturilor de otel inaintea aplicarii vopselelor si produselor similar. Incercari pentru aprecierea curateniei unei suprafete. Partea 2: Determinarea clorurilor pe suprafetele curatate.
SR EN ISO 8502/3:1995 Pregatirea suporturilor de otel inaintea aplicarii vopselelor si produselor similar. Incercari pentru aprecierea curateniei unei suprafete. Partea 3: Evaluarea prafului pe suprafete de otel pregatite pt vopsire.
SR EN ISO 8502/4:1995 Pregatirea suporturilor de otel inaintea aplicarii vopselelor si produselor similar. Incercari pentru aprecierea curateniei unei suprafete. Partea 4: Pricipii directoare pentru estimarea probabilitatii de condensare inainte de aplicarea vopselei.
SR EN ISO 8503/1:1995 Pregatirea suporturilor de otel inaintea aplicarii vopselelor si produselor similar. Caracteristicile rugozitatii suprafetei suporturilor de otel decapate. Partea 1: Precizari si definitii referitoare la placile de comparare ISO pentru profilul suprafetei in vederea evaluarii suprafetelor decapate abraziv.
SR EN ISO 1461:2002 Acoperiri metalice si anorganice. Pulverizare termica. Zinc, aluminiu si aliajele lor.
SR EN ISO 22063:1995 Acoperiri termice de zinc pe otel.
4.2.1.1 Calculul suprafetelor de acoperire
Centralizator
4.2.1.2 Compartie sistem de protectie anticoroziva prin zincare termica si sistem de protectie prin acoperire cu pelicula de vopsea Sika
VS
Zincare termica Pelicula de vopsea
Ghiduri:
1) Zincare termica
2) Pelicula de vopsea
Zincare termica:
In lipsa unei oferte de pret pentru sistemul de protectie prin zincare termica, costul/mp zincat s-a determinat astfel:
Din pretul de vanzare al profilelor laminate zincate am scazut pretul profilelor laminate din otel negru. Preturile au fost preluate de pe siteul: www.metal-online.ro.
Din tabelul de mai sus reiese un cost de 13 euro /mp otel zincat pentru o acoperire medie de 80 μm (corespunzator C3)
La 50 μm costul este de 12 euro/mp (corespunzator C2)
La 85 μm costul este de 17.7 euro/mp (corespunzator C4)
La 115 μm costul este de 22.6 euro/mp (corespunzator C5)
Pelicula de vopsea Sika:
COMPARATIE PROTECTIE ANTICOROZIVA PENTRU CLASA C2 DE COROZIVITATE
Pentru clasa C2 de corozivitate costul total pentru un sistem de protectie cu pelicula de vopsea este cu 50% mai scump decat zincarea.
SikaCor® EP Color
COMPARATIE PROTECTIE ANTICOROZIVA PENTRU CLASA C4 DE COROZIVITATE
Pentru clasa C4 de corozivitate costul total pentru un sistem de protectie cu pelicula de vopsea este cu 67% mai scump decat zincarea.
SikaCor® EG Phosphat [Strat grund + strat final ]
Grund
Strat final
COMPARATIE PROTECTIE ANTICOROZIVA PENTRU CLASA C5 DE COROZIVITATE
Pentru clasa C4 de corozivitate costul total pentru un sistem de protectie cu pelicula de vopsea este cu 82% mai scump decat zincarea.
SikaCor® Zinc R [Strat grund + strat intermediar + Strat final]
Grund
Strat intermediar
Strat final
4.2.1.3 Comparție sistem de protecție anticorozivă prin zincare termică și sistem de protecție prin acoperire cu pelicula de vopsea Hempel
VS
Zincare termică Peliculă de vopsea
Ghiduri:
1) Zincare termică
2) Peliculă de vopsea
COMPARAȚIE PROTECȚIE ANTICOROZIVĂ PENTRU CLASA C2 DE COROZIVITATE
Pentru clasa C2 de corozivitate costul total pentru un sistem de protecție cu pelicula de vopsea este cu 38% mai scump decat zincarea.
HEMPA QUICK C2 [Strat grund + strat final ]
Grund
Strat final
COMPARAȚIE PROTECTIE ANTICOROZIVĂ PENTRU CLASA C4 DE COROZIVITATE
Pentru clasa C4 de corozivitate costul total pentru un sistem de protecție pentru 25 ani cu peliculă de vopsea este cu 66% mai scump decât zincarea.
HEMUTHANE ENAMEL 58510 [Strat grund + strat final ]
Grund
Strat final
COMPARAȚIE PROTECȚIE ANTICOROZIVĂ PENTRU CLASA C5 DE COROZIVITATE
Pentru clasa C5 de corozivitate costul total pentru un sistem de protectie pentru 30 ani cu pelicula de vopsea este cu 81% mai scump decat zincarea.
HEMPATHANE HS 55610 [Strat grund + strat intermediar + Strat final]
Grund
Strat intermediar
Strat final
COSTUL CU PROTECȚA ANTICOROZIVĂ LA CONSTRUCȚIILE METALICE
Pentru clasa C2 de corozivitate costul cu protecța anticorozivă pentru o durată de viață de 40 ani se ridică la 54% din valoarea oțelului utilizat pentru varianta cu peliculă de vopsea și la 47% pentru varianta cu zincare termică.
Pentru clasa C4 de corozivitate costul cu protecța anticorozivă pentru o durată de viață de 50 ani se ridică la 84% din valoarea oțelului pentru varianta cu peliculă de vopsea și la 69% pentru varianta cu zincare termică.
Pentru clasa C5 de corozivitate costul cu protecța anticorozivă pentru o durată de viață de 60 ani se ridică la 135% din valoarea oțelului pentru varianta cu peliculă de vopsea și la 88% pentru varianta cu zincare termică.
BIBLIOGRAFIE
A.N.A.Z.- Ghid pentru ingineri și arhitecți, Internet http://www.bergbanat.ro/?page_id=386
GP 111 – 2004 – Ghid de proiectare privind protecția împotriva coroziunii a construcțiilor din oțel – Faza I, ICECON București, 2004
SIKA România – Ghid de selecție a sistemelor de protecție anicorozivă, Internet http://rou.sika.com http://www.hempel.ro
HEMPEL România –Guidelines for coating protection in accordance with ISO 12944, Internet http://www.hempel.ro
Bordignon Group –Zincarea termica – Ghid pentru proiectanți, ingineri și anteprenori, Internet http://issuu.com/zincherie/docs/zincarea_termica_-web2
BIBLIOGRAFIE
A.N.A.Z.- Ghid pentru ingineri și arhitecți, Internet http://www.bergbanat.ro/?page_id=386
GP 111 – 2004 – Ghid de proiectare privind protecția împotriva coroziunii a construcțiilor din oțel – Faza I, ICECON București, 2004
SIKA România – Ghid de selecție a sistemelor de protecție anicorozivă, Internet http://rou.sika.com http://www.hempel.ro
HEMPEL România –Guidelines for coating protection in accordance with ISO 12944, Internet http://www.hempel.ro
Bordignon Group –Zincarea termica – Ghid pentru proiectanți, ingineri și anteprenori, Internet http://issuu.com/zincherie/docs/zincarea_termica_-web2
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Zincarea Termica (ID: 164082)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.