Metināšana Cinkots tērauds joprojām ir standarta prakse rūpnieciskajā ražošanā un konstrukciju inženierijā. Izturīgais cinka pārklājums nodrošina izcilu izturību pret koroziju. Tas padara šos materiālus neaizstājamus skarbos āra apstākļos un prasīgos infrastruktūras projektos.
Tomēr šo materiālu savienošana rada atšķirīgas metalurģijas un drošības problēmas, salīdzinot ar darbu pie oglekļa tērauda. Aizsargājošais cinka slānis rada tiešus konfliktus. Jūs saskarsieties ar problēmām, kas saistītas ar loka stabilitāti, metināšanas baseina tīrību un darbinieku veselību. Jūs nevarat vienkārši uzsist loku pār pārklājumu un sagaidīt tīru, spēcīgu savienojumu bez nopietnām sekām.
Šajā rokasgrāmatā ir sniegta uz pierādījumiem balstīta sistēma inženieriem, ražošanas vadītājiem un iepirkumu komandām. Mēs novērtēsim obligātās sagatavošanas prasības, optimālo procesu izvēli un kritiskos atbilstības standartus, piemēram, OSHA un AWS. Jūs uzzināsiet, kā saglabāt struktūras integritāti un efektīvi aizsargāt savu darbaspēku.
Key Takeaways
Ir ļoti iespējams metināt cinkotu tēraudu, ja tiek ievērota stingra virsmas sagatavošana pirms metināšanas un pārklājuma atjaunošana pēc metināšanas (ASTM A780).
Cinks iztvaiko pie ~420°C, izraisot metināšanas baseina piesārņojumu, porainību un akūtus veselības apdraudējumus (metāla dūmu drudzi), ja netiek pārvaldīts ar atbilstošu IAL un ventilāciju.
Procesa izvēlei ir nozīme: Flux-Cored Arc Welding (FCAW) un Shielded Metāla loka metināšana (SMAW/Stick) apstrādā cinka pēdas labāk nekā gāzes metāla loka metināšana (MIG), savukārt no gāzes volframa loka metināšanas (TIG) ir aktīvi jāizvairās, jo tā ir ļoti jutīga pret cinka pēdām.
Strukturālā integritāte tiek saglabāta: Saskaņā ar ILZRO pētījumu, pareizi izpildīta metināšana uz cinkota tērauda atbilst nepārklāta tērauda savienojumu izturībai pret lūzumu un noguruma izturību.
Cinkota tērauda metināšanas fizika: strukturālie riski
Lai saprastu, kāpēc cinkots materiāls slikti uzvedas zem loka, jums jāaplūko pamatā esošā termodinamika. Galvenā problēma ir masīvā termiskā neatbilstība starp aizsargpārklājumu un parasto metālu.
Cinks kūst aptuveni 420°C (788°F) temperatūrā. Tas pilnībā iztvaiko ap 906°C (1663°F). Oglekļa tērauda kausēšanai nepieciešama daudz augstāka temperatūra, parasti no 1370 °C līdz 1500 °C (2500 °F līdz 2732 °F). Uzliekot metināšanas loku, cinka slānis pārvēršas par gaistošu gāzi ilgi pirms tā pamata tērauds sāk sašķidrināties.
Materiāls |
Kušanas punkts |
Iztvaikošanas punkts |
Uzvedība zem loka |
Oglekļa tērauds |
~1370°C - 1500°C |
~3000°C |
Veido stabilu kausētu baseinu |
Cinka pārklājums |
~420°C |
~906°C |
Sprādzienbīstami iztvaiko |
Ja tas netiek mazināts, šis iztvaicētais cinks tiek iesprostots sacietēšanas metināšanas baseinā. Gāzes burbuļi cenšas izkļūt no viskozā šķidrā tērauda, pirms tas sasalst. Šī iesprūšana izraisa nopietnu iekšējo porainību. Jūs redzēsiet arī smagus sārņu ieslēgumus un biežu saplūšanas trūkumu gar metinājuma pirkstiem.
Metināšana tieši virs pārklājuma joprojām ir nopietna strukturāla atbildība. Cinka slānis ir jāapstrādā kā bīstams piesārņotājs tiešā karstuma zonā (HAZ). Jebkurš mēģinājums izdegt pārklājumu bez sagatavošanas apdraud savienojuma izturību un izraisīs pārmērīgu, neparedzamu šļakatu.
Veselības apdraudējumi un atbilstība videi (OSHA un AWS standarti)
Papildus strukturālajiem defektiem cinka iztvaikošana rada nopietnu bioloģisku apdraudējumu. Kad loks saskaras ar pārklājumu, tas rada biezus, baltus cinka oksīda dūmus. Šo toksisko izgarojumu ieelpošana tieši noved pie stāvokļa, kas pazīstams kā metāla dūmu drudzis.
Metāla dūmu drudzis izraisa akūtus, gripai līdzīgus simptomus. Darbinieki bieži ziņo par smagiem drebuļiem, augstu drudzi, sliktu dūšu, nogurumu un izteiktu saldu garšu mutē. Šie simptomi parasti parādās vairākas stundas pēc maiņas beigām. Tie var pilnībā padarīt operatoru rīcībnespējīgu.
Nozarē ir daudz bīstamu mītu par cinka toksicitāti. Mums ir jāprecizē faktiskā bioloģija, lai pienācīgi aizsargātu darbiniekus.
Pirmkārt, cinks ir ūdenī šķīstošs. Cilvēka ķermenis to metabolizē un laika gaitā izvada. Atšķirībā no svina vai sešvērtīgā hroma iedarbības, cinka oksīda ieelpošana neizraisa ilgstošu smago metālu uzkrāšanos. Slimība joprojām ir ārkārtīgi novājinoša 24 līdz 48 stundas, taču tā reti izraisa hroniskus sistēmiskus bojājumus.
Otrkārt, dzeramais piens nenodrošina bioloģisko aizsardzību pret cinka oksīda ieelpošanu. Tas joprojām ir plaši izplatīts veikalu grīdas mīts. Piens nonāk vēderā. Izgarojumi nonāk plaušās. Paļaušanās uz pienu kā aizsardzības mehānismu pakļauj operatoriem tiešas briesmas.
Stingra OSHA noteikumu un ANSI/ASC Z-49.1 standartu ievērošana nodrošina drošu darba vidi. Jums ir jāievieš inženiertehniskie pasākumi un atbilstoši individuālie aizsardzības līdzekļi.
Avota nosūkšana: izvietojiet lokalizētu izplūdes ventilāciju tieši metināšanas zonā. Dūmu nosūcējiem jāizvelk dūmi prom no operatora elpošanas zonas.
Elpošanas aizsardzība: operatoriem jāvalkā pusmaskas respiratori, kas aprīkoti ar P100 HEPA filtriem.
Uzlabotas sistēmas: Slēgtām telpām vai nepārtrauktai ražošanai obligāti jāizmanto elektriskie gaisa attīrīšanas respiratori (PAPR), kas integrēti metināšanas ķiverēs.
Vispārējā ventilācija: Nodrošiniet, lai veikala apkārtējā gaisa apmaiņa atbilstu minimālajiem vides drošības sliekšņiem.
Sagatavošana pirms metināšanas: '1-4 collu' noteikums
Virsmas sagatavošana nosaka savienojuma galīgos panākumus. Amerikas Metināšanas biedrība nosaka stingras vadlīnijas saskaņā ar AWS D-19.0 pārklājumu metālu sagatavošanai. Oficiālais standarts nosaka, ka operatoriem ir jānoņem cinka pārklājums 1–4 collu (minimums 10–25 mm) attālumā no abām paredzētā metinājuma savienojuma pusēm.
Jums ir divas galvenās pārklājuma tīrīšanas metodes. Katrai pieejai ir noteiktas priekšrocības un ierobežojumi.
Mehāniskā noņemšana (vēlams): izmantojiet cietu slīpēšanas disku vai abrazīvu atloku riteni. Sasmalciniet savienojumu līdz gaišam, tukšam tēraudam. Šī metode ir ātra un ļoti efektīva. Tomēr atzīstiet ieviešanas risku. Pat stingra slīpēšana bieži atstāj mikroskopiskas cinka pēdas, kas iestrādātas tērauda virsmā.
Ķīmiskā noņemšana: izmantojiet ķīmisku kodinātāju, piemēram, mūrskābi, apvienojumā ar balto etiķi. Tas tīri noņem cinku, nenoņemot parasto metālu. Pēc tam jums jāveic stingra neitralizācija. Ja skābe netiek izskalota un neitralizēta, atklātais tērauds nekavējoties izraisa ātru rūsēšanu.
Mērogs nosaka jūsu gatavošanās stratēģiju. Liela mēroga nepārtrauktu darbību apstrāde no a cinkota tērauda spolei pirms metināšanas stacijas bieži ir nepieciešama automatizēta mehāniskā tīrīšana vai lokāla indukcijas karsēšana. Turpretim pasūtījuma izgatavošana uz viena cinkota tērauda loksne parasti padara manuālo atloku-disku slīpēšanu par visrentablāko un praktiskāko izvēli.
Metināšanas procesa novērtējums cinkotiem materiāliem
Perfekta pārklājuma noņemšana lauka apstākļos reti ir iespējama. Parasti paliek mikroskopiskas cinka pēdas. Tāpēc jums ir jāizvēlas metināšanas process, kas spēj izturēt nelielu piesārņojumu.
Metināšanas process |
Trace cinka tolerance |
Ieteicamie izejmateriāli |
Pielietojuma piemērotība |
FCAW (ar plūsmas kodolu) |
Augsts |
Divu vairogu vai pašekranēts vads |
Smagie strukturālie, āra lauka darbi |
SMAW (nūja) |
Augsts |
E7018 elektrodi ar zemu ūdeņraža saturu |
Apkope, biezas sekcijas |
GMAW (MIG) |
Mērens |
ER70S-6 cietais vads |
Ātrgaitas ražošana, plānas loksnes |
GTAW (TIG) |
Nulle |
N/A |
Ļoti atturīgi |
FCAW (Flux-Cored) un SMAW (stick): šiem procesiem ir augsta tolerance pret cinka pēdām. Elektrodos iebūvētās plūsmas vielas ātri iztvaiko izkausētajā baseinā. Viņi aktīvi iztīra peļķi, izceļot piemaisījumus un notvertās gāzes izdedžu slānī. SMAW operācijām inženieri ļoti iesaka E7018 elektrodus ar zemu ūdeņraža saturu. Tie rada izturīgas, elastīgas metināšanas šuves pat tad, ja paliek nelielas pārklājuma atliekas.
GMAW (MIG): cietais vads MIG nodrošina lielisku ražošanas ātrumu. Tas darbojas īpaši labi uz plānas cinkota tērauda lokšņu komplekti. Tomēr MIG trūkst aktīvo kušanas līdzekļu. Tam nepieciešama stingra parametru kontrole. Ir jāizmanto zemas siltuma ievades metodes, piemēram, īssavienojums vai impulsa izsmidzināšanas pārnešana. Vienmēr izmantojiet ER70S-6 vadu. Pievienotais silīcijs un mangāns ER70S-6 darbojas kā deoksidētājs, palīdzot saplacināt lodītes un cīnīties ar iekšējo porainību.
GTAW (TIG) — izslēgšanas zona: lauka pieredze pierāda, ka TIG uz šiem materiāliem darbojas kā murgs. Neizlietojamam volframa elektrodam ir nepieciešama pilnīga tīrība. Tas kļūst uzreiz piesārņots ar jebkādām cinka pēdām, kas izlaistas sagatavošanas laikā. Loka izspļaus, klīst un galu galā nodzisīs. Izslēdziet TIG no savām darbībām, ja vien jūs nestrādājat ar 100% pārbaudītu tēraudu.
Kopīga kvalitātes nodrošināšana un atjaunošana pēc metināšanas
Daudzi ražotāji uztraucas par šo mezglu ilgtermiņa uzticamību. Viņi apšauba, vai materiāla īpašības pasliktinās termiskā cikla laikā.
Starptautiskā svina cinka pētniecības organizācija (ILZRO) veica plašu šo locītavu fizisko pārbaudi. Mehāniskās īpašības paliek pilnībā neskartas. ILZRO dati pierāda, ka pareizi metinātiem cinkotiem savienojumiem ir vienāda stiepes izturība, lieces rādiuss un trieciena veiktspēja salīdzinājumā ar nepārklātiem tērauda mezgliem.
Tomēr neliela mikroporainība bieži saglabājas. Jūs varat kompensēt porainības nogurumu, izmantojot viedas inženierijas stratēģijas. Savienojumiem, kas pakļauti kritiskām cikliskām noguruma slodzēm, inženieri bieži norāda 'lielizmēra metinājuma šuves'. Šis fiziskais palielinājums samazina kopējo stresa koncentrāciju. Tas novērš cinka penetratora starpgranulu plaisāšanu, kas izplatās caur sakni.
Visbeidzot, slīpēšana un metināšana iznīcina upurēšanas barjeru. Lai novērstu strauju atmosfēras rūsēšanu, pēc metināšanas ir jāievieš aizsardzība pret koroziju. Norādiet stingru atbilstību ASTM A780 standartam aizsargslāņa atjaunošanai.
Norādiet ar cinku bagātu krāsu izmantošanu, ko parasti sauc par aukstās cinkošanas aerosolu. Spēcīgi uzklājiet to uz HAZ un visām zemes zonām. Pārliecinieties, ka sausās plēves biezums atbilst apkārtējam karstās iegremdēšanas slānim. Lielākiem konstrukcijas elementiem termiskā metalizācija (cinka izsmidzināšana) nodrošina izcilu, rūpnīcas līmeņa savienojumu. Atbilstība ASTM A780 nodrošina, ka tikko metinātais savienojums sasniedz dzīves cikla paritāti līdzās oriģinālajam karstās iegremdēšanas pārklājumam.
Secinājums
Šo aizsargājošo sakausējumu metināšana ir pilnībā dzīvotspējīga strukturālām un rūpnieciskām vajadzībām. Jums tas ir jāpieiet kā stingri kontrolētam procesam, nevis tiešās metināšanas saīsnei. Sagatavošanas posmu izlaišana apdraud gan ēkas integritāti, gan cilvēku drošību. Laiks, lai noņemtu savienojumu, nodrošina dziļu iespiešanos, stabilus lokus un spēcīgu mehānisko veiktspēju.
Lai uzlabotu ražošanas rezultātus, nekavējoties veiciet šādas darbības:
Pārbaudiet savu pašreizējo lokalizēto dūmu nosūkšanas infrastruktūru, lai nodrošinātu atbilstošu uztveršanas ātrumu.
Atjauniniet savu WPS (metināšanas procedūru specifikācijas), lai skaidri atspoguļotu cinka noņemšanas attālumus no 1 līdz 4 collām.
Standartizējiet savus pēcmetināšanas pielāgošanas palīgmateriālus, lai tie stingri atbilstu ASTM A780 sausās plēves biezuma prasībām.
Pārejiet jutīgās lietojumprogrammas no TIG un ieviesiet dubultā vairogu FCAW vai impulsa MIG, lai nodrošinātu labāku piemaisījumu toleranci.
FAQ
J: Vai metināšanas cinkots tērauds vājina metālu?
A: Nē. Pareizi sagatavojot, stiepes izturība un izturība pret lūzumiem paliek identiska tēraudam bez pārklājuma. Cinka slāņa noņemšana pirms loka sitiena nodrošina pareizu iespiešanos un novērš lielus konstrukcijas defektus.
J: Vai es varu dzert pienu, lai novērstu metālu izgarojumu drudzi?
A: Absolūti nē. Piens nenodrošina elpceļu aizsardzību. Tas nonāk gremošanas traktā, piedāvājot nulles aizsardzību jūsu plaušām. Tikai avota ekstrakcija un atbilstoši IAL (piemēram, P100 respiratori) novērš bīstamu cinka oksīda iedarbību.
J: Vai es varu izmantot TIG, lai metinātu cinkotu tēraudu?
A: Tas ir ļoti atturīgi. TIG nepieciešama īpaši tīra virsma. Pat mikroskopiski cinka atlikumi, kas palikuši pēc stingras slīpēšanas, nopietni piesārņos volframa elektrodu, izraisot loka klīstību, spļaušanu un galu galā neveiksmi.
J: Cik tālu man ir jānoslīpē galvanizācija pirms metināšanas?
A: Nozares standarti (piemēram, AWS D-19.0) nosaka attālumu no 1 līdz 4 collām no metināšanas zonas. Šis kritiskais buferis neļauj apkārtējam siltumam iztvaicēt apkārtējo cinku un ievilkt to izkausētajā metināšanas baseinā.
