Suvirinimas Cinkuotas plienas išlieka standartine pramoninės gamybos ir konstrukcijų inžinerijos praktika. Patvari cinko danga užtikrina puikų atsparumą korozijai. Dėl to šios medžiagos yra nepakeičiamos atšiaurioje lauko aplinkoje ir sudėtingiems infrastruktūros projektams.
Tačiau sujungus šias medžiagas, kyla skirtingų metalurginių ir saugos iššūkių, palyginti su pliko anglies plieno darbu. Apsauginis cinko sluoksnis sukuria tiesioginius konfliktus. Susidursite su lanko stabilumo, suvirinimo baseino grynumo ir darbuotojų sveikatos problemomis. Negalite tiesiog nulenkti dangos ir tikėtis švarios, tvirtos jungties be rimtų pasekmių.
Šiame vadove pateikiama įrodymais pagrįsta sistema inžinieriams, gamybos vadovams ir pirkimų komandoms. Įvertinsime privalomus parengiamuosius reikalavimus, optimalų procesų pasirinkimą ir svarbiausius atitikties standartus, tokius kaip OSHA ir AWS. Sužinosite, kaip išlaikyti struktūrinį vientisumą ir efektyviai apsaugoti savo darbo jėgą.
Key Takeaways
Labai įmanoma suvirinti cinkuotą plieną, jei laikomasi griežto paviršiaus paruošimo prieš suvirinimą ir dangos atstatymo po suvirinimo (ASTM A780).
Cinkas išgaruoja esant ~420°C, todėl suvirinimo baseinas gali būti užterštas, poringumas ir ūmus pavojus sveikatai (metalo dūmų karštligė), jei nėra valdomas tinkamomis AAP ir ventiliacija.
Proceso parinkimas yra svarbus: lankinis suvirinimas srautiniu šerdeliu (FCAW) ir ekranuotas metalinis lankinis suvirinimas (SMAW/Stick) geriau sulaiko cinko pėdsakus nei dujinis lankinis suvirinimas (MIG), o lankinio dujinio volframo suvirinimo (TIG) reikėtų aktyviai vengti dėl didelio jautrumo cinko pėdsakams.
Išlaikomas konstrukcinis vientisumas: ILZRO tyrimų duomenimis, tinkamai atlikta cinkuoto plieno suvirinimo siūlė atitinka nepadengtų plieninių jungčių atsparumą lūžiams ir atsparumą nuovargiui.
Cinkuoto plieno suvirinimo fizika: konstrukciniai pavojai
Norėdami suprasti, kodėl cinkuota medžiaga blogai elgiasi po lanku, turite pažvelgti į pagrindinę termodinamiką. Pagrindinė problema yra didžiulis šiluminis neatitikimas tarp apsauginės dangos ir netauriojo metalo.
Cinkas lydosi maždaug 420 °C (788 °F) temperatūroje. Jis visiškai išgaruoja maždaug 906°C (1663°F). Anglies plienui ištirpti reikia daug aukštesnės temperatūros, paprastai nuo 1370 °C iki 1500 °C (2500 °F iki 2732 °F). Kai uždedate suvirinimo lanką, cinko sluoksnis virsta lakiosiomis dujomis gerokai anksčiau, nei apatinis plienas net pradeda skystėti.
Medžiaga |
Lydymosi taškas |
Garavimo taškas |
Elgesys po lanku |
Anglies plienas |
~1370°C - 1500°C |
~3000°C |
Sudaro stabilų išlydytą baseiną |
Cinko danga |
~420°C |
~906°C |
Išgaruoja sprogstamai |
Jei jis nesumažinamas, šis išgaravęs cinkas įstrigo kietėjančio suvirinimo baseino viduje. Dujų burbuliukai stengiasi ištrūkti iš klampaus skysto plieno, kol jis neužšąla. Šis įstrigimas sukelia didelį vidinį poringumą. Taip pat pamatysite sunkius šlako inkliuzus ir dažną susiliejimo trūkumą išilgai suvirinimo pirštų.
Suvirinimas tiesiai virš dangos išlieka rimta konstrukcine prievolė. Cinko sluoksnį turite laikyti pavojingu teršalu tiesioginio karščio poveikio zonoje (HAZ). Bet koks bandymas perdegti dangą be paruošimo pablogins jungties stiprumą ir sukels per daug nenuspėjamų purslų.
Pavojai sveikatai ir aplinkosaugos laikymasis (OSHA ir AWS standartai)
Be struktūrinių defektų, garuojantis cinkas kelia didelį biologinį pavojų. Kai lankas patenka į dangą, susidaro tiršti balti cinko oksido dūmai. Įkvėpus šių nuodingų dūmų, atsiranda būklė, žinoma kaip metalo dūmų karštinė.
Metalo dūmų karštligė sukelia ūmius, į gripą panašius simptomus. Darbuotojai dažnai praneša apie stiprų šaltkrėtį, aukštą karščiavimą, pykinimą, nuovargį ir aiškų saldų skonį burnoje. Šie simptomai dažniausiai pasireiškia praėjus kelioms valandoms po pamainos pabaigos. Jie gali visiškai nedarbinti operatorių.
Pramonė turi daug pavojingų mitų apie cinko toksiškumą. Turime išsiaiškinti tikrąją biologiją, kad tinkamai apsaugotume darbuotojus.
Pirma, cinkas yra tirpus vandenyje. Žmogaus kūnas laikui bėgant jį metabolizuoja ir išskiria. Skirtingai nuo švino ar šešiavalenčio chromo poveikio, cinko oksido įkvėpimas nesukelia ilgalaikio sunkiųjų metalų kaupimosi. Liga labai vargina 24–48 valandas, tačiau retai sukelia lėtinę sisteminę žalą.
Antra, geriamasis pienas nesuteikia jokios biologinės apsaugos nuo cinko oksido įkvėpimo. Tai išlieka kaip plačiai paplitęs parduotuvių grindų mitas. Pienas patenka į skrandį. Dūmai patenka į plaučius. Pasikliaujant pienu kaip gynybos mechanizmu, operatoriams kyla tiesioginis pavojus.
Griežtas OSHA reglamentų ir ANSI/ASC Z-49.1 standartų laikymasis užtikrina saugią darbo aplinką. Turite įdiegti inžinerines kontrolės priemones ir tinkamas asmenines apsaugos priemones.
Šaltinio ištraukimas: suvirinimo zonoje įdiekite vietinę ištraukiamąją ventiliaciją. Dūmų siurbliai turi ištraukti dūmus iš operatoriaus kvėpavimo zonos.
Kvėpavimo takų apsauga: operatoriai turi dėvėti puskaukes respiratorius su P100 HEPA filtrais.
Pažangios sistemos: uždarose patalpose arba nuolatinei gamybai įpareigokite naudoti į suvirinimo šalmus integruotus elektrinius oro valymo respiratorius (PAPR).
Bendra vėdinimas: Užtikrinkite, kad patalpos oro mainai atitiktų minimalius aplinkos saugos slenksčius.
Paruošimas prieš suvirinimą: „1–4 colių“ taisyklė
Paviršiaus paruošimas lemia galutinę jungties sėkmę. Amerikos suvirinimo draugija pagal AWS D-19.0 pateikia griežtas dengtų metalų paruošimo gaires. Oficialus standartas reikalauja, kad operatoriai pašalintų cinko dangą 1–4 colių (mažiausiai 10–25 mm) atstumu nuo abiejų numatytos suvirinimo jungties pusių.
Turite du pagrindinius dangos valymo būdus. Kiekvienas metodas turi tam tikrų privalumų ir apribojimų.
Mechaninis pašalinimas (pageidautina): naudokite kietą šlifavimo diską arba abrazyvinį atvarto ratą. Šlifuokite jungtį iki šviesaus, pliko plieno. Šis metodas yra greitas ir labai efektyvus. Tačiau pripažinkite įgyvendinimo riziką. Net kruopštus šlifavimas dažnai palieka mikroskopinius cinko pėdsakus, įterptus į plieno paviršių.
Cheminis pašalinimas: naudokite cheminį ėsdiklį, pvz., Muriato rūgštį, kartu su baltuoju actu. Tai švariai pašalina cinką nepašalinant netauriųjų metalų. Po to turite griežtai neutralizuoti. Nepavykus nuplauti ir neutralizuoti rūgšties, plienas greitai pradeda rūdyti.
Mastelis diktuoja jūsų pasiruošimo strategiją. Didelio masto nuolatinių paleidimų tvarkymas nuo a cinkuoto plieno ritė prieš suvirinimo stotį dažnai reikalauja automatinio mechaninio šepečio arba vietinio indukcinio kaitinimo. Priešingai, gamyba pagal užsakymą Cinkuoto plieno lakšto šlifavimas rankiniu būdu paprastai yra ekonomiškiausias ir praktiškiausias pasirinkimas.
Cinkuotų medžiagų suvirinimo proceso įvertinimas
Puikiai pašalinti dangą retai pavyksta lauko sąlygomis. Paprastai lieka mikroskopinių cinko pėdsakų. Todėl turite pasirinkti tokį suvirinimo procesą, kuris atlaikytų nedidelį užteršimą.
Suvirinimo procesas |
Cinko pėdsakų tolerancija |
Rekomenduojamos eksploatacinės medžiagos |
Taikymo tinkamumas |
FCAW (Flux-Cored) |
Aukštas |
Dvigubas ekranas arba savaime ekranuotas laidas |
Sunkūs statybiniai, lauko lauko darbai |
SMAW (Stick) |
Aukštas |
E7018 mažai vandenilio turintys elektrodai |
Priežiūra, storos sekcijos |
GMAW (MIG) |
Vidutinis |
ER70S-6 vientisas laidas |
Greita gamyba, ploni lakštai |
GTAW (TIG) |
Nulis |
N/A |
Labai nusivylęs |
FCAW (Flux-Cored) ir SMAW (Stick): Šie procesai pasižymi dideliu cinko pėdsakų tolerancija. Į elektrodus įmontuotos srauto medžiagos greitai išgaruoja išlydytame baseine. Jie aktyviai pašalina balą, iškeldami nešvarumus ir sulaikytas dujas į šlako sluoksnį. SMAW operacijoms inžinieriai labai rekomenduoja E7018 mažai vandenilio turinčius elektrodus. Jie gamina tvirtas, plastiškas suvirinimo siūles net tada, kai lieka nedidelių dangos likučių.
GMAW (MIG): vientisa viela MIG užtikrina puikų gamybos greitį. Tai ypač gerai veikia ant plonų cinkuoto plieno lakštų mazgai. Tačiau MIG trūksta aktyvių srauto agentų. Tam reikia griežtos parametrų kontrolės. Turite naudoti mažo šilumos įvedimo metodus, pvz., trumpojo jungimo arba impulsinio purškimo perdavimą. Visada naudokite ER70S-6 laidą. Į ER70S-6 pridėtas silicis ir manganas veikia kaip deoksidatoriai, padeda išlyginti karoliuką ir kovoti su vidiniu poringumu.
GTAW (TIG) – išskirtinė zona: lauko patirtis rodo, kad šios medžiagos TIG veikia kaip košmaras. Nenaudojamas volframo elektrodas reikalauja visiško grynumo. Jis akimirksniu užterštas bet kokiais cinko pėdsakais, praleistais pasiruošimo metu. Lankas spjaudys, klajos ir galiausiai užges. Nenaudokite TIG iš savo veiklos, nebent dirbate su 100 % patikrintu plienu.
Bendras kokybės užtikrinimas ir restauravimas po suvirinimo
Daugelis gamintojų nerimauja dėl ilgalaikio šių mazgų patikimumo. Jie abejoja, ar medžiagos savybės pablogėja terminio ciklo metu.
Tarptautinė švino cinko tyrimų organizacija (ILZRO) atliko išsamius fizinius šių sąnarių bandymus. Mechaninės savybės išlieka visiškai nepakitusios. ILZRO duomenys rodo, kad tinkamai suvirintų cinkuotų jungčių tempiamasis stipris, lenkimo spinduliai ir smūginės savybės yra vienodos, palyginti su nepadengtais plieniniais mazgais.
Tačiau nedidelis mikroporingumas dažnai išlieka. Akytumo nuovargį galite kompensuoti naudodami išmaniąsias inžinerijos strategijas. Sujungimams, kuriuos patiria kritinės ciklinės nuovargio apkrovos, inžinieriai dažnai nurodo 'negabaritinių suvirinimo siūles'. Šiek tiek padidinus suvirinimo siūlės dydį veiksmingai kompensuojamas tūris, prarastas dėl mikroporingumo. Šis fizinis padidėjimas sumažina bendrą streso koncentraciją. Jis neleidžia cinko įsiskverbimo tarpgranuliniam įtrūkimui plisti per šaknį.
Galiausiai šlifavimas ir suvirinimas sunaikina aukos barjerą. Turite įdiegti apsaugą nuo korozijos po suvirinimo, kad išvengtumėte greito atmosferos rūdijimo. Nurodykite griežtą ASTM A780 standarto atitikimą apsauginio sluoksnio atstatymui.
Nurodykite, ar naudojami cinko turintys dažai, paprastai žinomi kaip šalto cinkavimo purškalas. Tai stipriai užtepkite ant HAZ ir visų žemės plotų. Įsitikinkite, kad sausos plėvelės storis sutampa su aplinkiniu karšto panardinimo sluoksniu. Didesniems konstrukciniams elementams terminis metalizavimas (cinko purškimas) užtikrina puikų, gamyklos kokybės sukibimą. ASTM A780 laikymasis užtikrina, kad naujai suvirintų jungčių gyvavimo ciklo lygis būtų lygus kartu su originalia karšto panardinimo danga.
Išvada
Šių apsauginių lydinių suvirinimas yra visiškai tinkamas konstrukciniams ir pramoniniams tikslams. Turite tai vertinti kaip griežtai kontroliuojamą procesą, o ne tiesioginio suvirinimo nuorodą. Praleidus paruošimo etapus, kyla pavojus pastato vientisumui ir žmonių saugumui. Skiriant laiko nuimti jungtį, užtikrinamas gilus įsiskverbimas, stabilūs lankai ir tvirtas mechaninis veikimas.
Norėdami pagerinti savo gamybos rezultatus, nedelsdami atlikite šiuos veiksmus:
Patikrinkite dabartinę lokalizuotą dūmų ištraukimo infrastruktūrą, kad užtikrintumėte tinkamą surinkimo greitį.
Atnaujinkite WPS (suvirinimo procedūros specifikacijas), kad aiškiai atspindėtumėte 1–4 colių cinko pašalinimo atstumus.
Standartizuokite eksploatacines medžiagas po suvirinimo, kad jos griežtai atitiktų ASTM A780 sausos plėvelės storio reikalavimus.
Perėjimui jautrias programas pašalinkite nuo TIG ir įdiekite dvigubo ekrano FCAW arba impulsinį MIG, kad būtų geriau toleruojamas priemaišas.
DUK
K: Ar suvirinant cinkuotą plieną susilpnėja metalas?
A: Ne. Tinkamai paruošus, atsparumas tempimui ir atsparumas plyšimui išlieka tokie patys kaip nepadengto plieno. Pašalinus cinko sluoksnį prieš sudarant lanką, užtikrinamas tinkamas įsiskverbimas ir išvengiama didelių konstrukcinių defektų.
K: Ar galiu gerti pieną, kad išvengčiau metalo dūmų karštinės?
A: Visiškai ne. Pienas neapsaugo kvėpavimo takų. Jis patenka į virškinamąjį traktą, nesuteikdamas nulinės plaučių apsaugos. Tik šaltinio ištraukimas ir tinkamos AAP (pvz., P100 respiratoriai) apsaugo nuo pavojingo cinko oksido poveikio.
K: Ar galiu naudoti TIG cinkuoto plieno suvirinimui?
A: Tai labai nerekomenduojama. TIG reikalingas išskirtinai švarus paviršius. Netgi mikroskopiniai cinko likučiai, likę po kruopštaus šlifavimo, smarkiai užterš volframo elektrodą, todėl lankas klaidžios, spjaudys ir galiausiai suges.
K: Kiek atgal turiu šlifuoti cinkavimą prieš suvirinimą?
A: Pramonės standartai (pvz., AWS D-19.0) numato, kad suvirinimo zona turi būti 1–4 colių atstumu. Šis kritinis buferis neleidžia aplinkos šilumai išgarinti aplinkinio cinko ir įtraukti jį į išlydytą suvirinimo baseiną.
