Оцинковка металлоконструкций

Контроль уровня прочности сцепления покрытий

Метод предполагает нагревание образцов-свидетелей или деталей до температуры 190 ±10 ℃. При температуре такой величины детали выдерживают в течение часа, а затем охлаждают естественным путем (на воздухе). Обработанная поверхность должна иметь равномерное покрытие, исключая отслаивания и вздутия.

Метод крацевания

Метод предполагает использование латунных и стальных щеток, оснащенных проволокой диаметром от 0.1 до 0.3 мм. В процессе обработки поверхности щетки вращаются со скоростью 1500 – 2800 об/мин.

Крацевание поверхности проводят в течение 15 секунд. Обработанная поверхность должна иметь равномерное покрытие, исключая наличие вздутий и отслаиваний.

Метод нанесения сетки царапин

Данный метод применяется для покрытий толщиной до 50 мкм. На подготовленную поверхность, которую предварительно очистили, при помощи приспособления, оснащенного стальным острием, наносят по 4 – 6 параллельных и перпендикулярных линий. Насечки наносят под углом 30° на глубину до основного металла на расстоянии друг от друга 2.0 – 3.0 мм.

Нужно учитывать, что твердость стального острия должна быть больше твердости покрытия. Нанесение линий осуществляется в одном направлении. Если на обработанной поверхности отсутствуют отслаивания покрытия, тогда уровень прочности сцепления считается достаточным.

Метод удара поворотным молотком

Перед проверкой поверхность детали с толщиной основного металла от 3 мм, необходимо очистить от пыли и других загрязнений, а затем обезжирить, используя растворители на органической основе.

На плоскую поверхность детали поворотный молоток, масса которого составляет 212.5 г, устанавливают так, чтобы его головка падала на изделие строго вертикально. Выполняют минимум два удара молотком, выдерживая расстояние между отпечатками, которое должно составлять 6 мм. При этом расстояние от края отпечатка до кромки детали должно быть не меньше 13 мм.

Схема поворотного молотка

1 — молот; 2 — прижимная плита; 3 — поверхность образца;X — размер, определяемый опытным путем в зависимости от металла,из которого изготовлена головка молотка

ГОСТ 9.307-89(ИСО 1461-89)

Единая система защиты от коррозии и старения

ПОКРЫТИЯ ЦИНКОВЫЕ ГОРЯЧИЕ

Общие требования и методы контроля

Unified system of corrosion and ageing protection. Hot-dip zinc coatings. General requirements and methods of control

Критерии выявления признаков брака

Одной из целей тестирования является обнаружение брака. В частности, именно для выявления дефектов готовое изделие предварительно и осматривают. Качественные параметры заготовки, подвергнутой горячему цинкованию, установлены в ГОСТе 9.307-89. В частности, в обязательном порядке должны соблюдаться следующие критерии:

• Цинковый слой не должен иметь разрывов.
• Цвет покрытия должен быть матовым, темно-серым или же серебристо-глянцевым.
• Не допускается наличие никаких наплывов на поверхности обработанного изделия. Вкрапления гартцинка – химического осадка – если и могут присутствовать, то должны иметь размер не более 2 мм.
• Шероховатость покрытия ГОСТом вполне допускается.

Более того, ГОСТ устанавливает целый ряд признаков, которые не считаются дефектами:

• незначительные неровности поверхности или же незначительная рябизна;
• цветовые отличия в виде местных радужных оттенков или пятен, имеющих светло-серые оттенки;
• царапины защитного слоя, имеющие небольшую глубину (главное, чтобы основа заготовки не была видна невооруженным глазом).

Также ГОСТ допускает наличие участков с пробелами (разрывами) в покрытии, совокупная площадь которых не должна превышать 2 % от общей площади поверхности изделия, а также участки до 2 см в диаметре. Такие дефекты можно обработать веществами, предназначенными для холодного цинкования, а также с помощью методики газотермического напыления.

Толщина слоя цинкового покрытия, в соответствии с указанным ГОСТом, должна находиться в диапазоне 40-200 микрон. Если же требуется иная толщина (в зависимости от эксплуатационных требований), то она должна быть прописана в паспорте готового изделия.

Все проверки на соответствие ГОСТу должны осуществляться перед началом процедуры хроматирования, которая подразумевает под собой формирование дополнительного защитного слоя поверх цинкового покрытия (сюда относятся и консервационные смазки). Определение толщины цинкового слоя осуществляется двумя методиками:

• с использованием магнитных измерителей-толщиномеров;
• металлографическим способом с использованием образцов-свидетелей.

В заключение осуществляется проверка качества сцепления слоя цинка с поверхностью изделия. Наибольшее внимание уделяется участкам, непосредственно прилегающим к резьбовым соединениям детали, а также к местам сварки. Процесс контроля адгезии проводится с помощью одного из 4 возможных методов:

• нанесение сетки царапин;
• осуществление нагрева;
• процедура крацевания;
• нанесение серии ударов поворотным молотком.

Итак, характерной чертой горячего цинкования металлоконструкций является оптимальное соотношение приемлемой стоимости производственного процесса с высоким качеством получаемого результата, выражающегося в высокой долговечности и повышенных защитных свойствах образуемого предохраняющего слоя.

Цинковое покрытие, нанесенное с точным соблюдением всех требований технологии, способно сохранять эксплуатационную пригодность стальных изделий на протяжении длительных десятилетий. Причем данные изделия могут служить в самых неблагоприятных условиях, сохраняя все свои прочностные и другие полезные характеристики.

Термодиффузионное цинкование металлоконструкций

Суть термодиффузионной технологии: металлоконструкцию и сухой порошок, содержащий цинк, размещают в контейнере. Затем он герметизируется, нагревается до критически высокой температуры – 2 500 ?С.

В ходе этого процесса атомы цинка, находящиеся в сухом порошке, переходят в газообразное состояние. В результате упрощается их диффузное проникновение в верхний слой металлических заготовок.

Термодиффузная технология подходит для тех ситуаций, когда необходимо сделать цинковое покрытие, толщина которого более 15 мкм. Чтобы подготовить детали, необходимо действовать по общепринятому стандарту.

Данная технология, наряду с другими, имеет как достоинства, так и недостатки.

Для начала рассмотрим плюсы термодиффузной технологии:

• Она безопасна и экологична.
• Можно контролировать то, насколько толстым получится защитное покрытие.
• Цинковый слой будет высококачественным, на нем не образуются поры.
• После обработки не остаются отходы, которые нужно утилизировать.
• Получится оцинковать детали со сложной геометрической формой.

Минусы этого метода цинкования металлоконструкций:

• На деталях после обработки появляется налет, нет зеркального блеска.
• Образуется цинковая пыль в окружающей среде.
• Невысокая производительность.
• Сложно добиться равномерности защитного покрытия.

Государственные стандарты цинкования

Защиту металлоконструкций и деталей проводят по нормативно-техническим актам с обеспечением соблюдения требований профильного стандарта – горячее цинкование по ГОСТ 9.307 89. Данный стандарт регламентирует общие нормы в отношении качества защитных покрытий, которые наносятся на конструкционную сталь и стали повышенной прочности методом горячего цинкования.

Данная методика может применяться для обработки фасонного и трубопроката, листовой стали, а также изделий, выполненных из чугуна. Под действие настоящего стандарта не попадают покрытия, нанесение которых осуществляется непрерывным способом.

Требования к конструктивным особенностям проката, подлежащего цинкованию:

• Не разрешается присутствие в конструкциях воздушных пространств и закрытых полостей. Чтобы нанести покрытие максимально качественно, малейшие полости в детали должны быть доступны для проникновения и выхода из нее расплавленного цинка, жидкостей и газов.
• Наносить слой цинка на изделия с участками, в которых имеются закрытые пространства, запрещено. Это позволяет исключить вероятность взрыва. Детали, имеющие сложную конфигурацию и полости, сначала подвергают пробной обработке.
• Сварка любых элементов металлоконструкций должна осуществляться встык, односторонним швом с подваркой или двусторонним швом. Согласно требованиям ГОСТ, горячее цинкование металлоконструкций, элементы которых сварены внахлест, не допускается.

Обработке цинком подлежит только металлопрокат, на поверхности которого отсутствуют сварочные шлаки, заусенцы, поры, окалина, а также другие включения.

Если обработке подвергаются литые изделий и конструкции, на их поверхности не должно быть усадочных раковин и прочих углублений. Наличие кромок и острых углов (если это не имеет технического обоснования) не допускается. Такие детали должны иметь округления радиусом минимум 0.3 мм.

Структура сварных швов должна быть плотной и сплошной по всей длине проката, на поверхности сварных соединений которого не допускается присутствие шлаковых включений, свищей, наплавленных сопряжений, трещин и пор.

Согласно нормам действующего ГОСТ, покрытие горячим цинкованием допускается при условии, что поверхность проката очищена обезжириванием, а также протравлена или была подвержена стройно-абразивной обработке, а впоследствии офлюсована. Коэффициент очистки поверхности металлопроката от коррозии и окалины должен составлять 1. Это обусловлено требованиями, которые устанавливает ГОСТ 9.402.

Контроль толщины покрытия

В основе данной методики лежит фиксация изменений уровня магнитного сопротивления, что обусловлено разной толщиной проверяемого слоя. Для этого применяют специальные измерительные устройства (магнитные толщиномеры).

Процесс проверки предполагает снятие минимум 5 измерений в центральной части и у краев проверяемой поверхности одной детали. За результат принимают среднеарифметическое значение, основываясь на полученных измерениях.

Допустимая погрешность магнитного метода составляет ±10%.

Металлографический (арбитражный) метод

В основе методики лежат измерения толщины оцинкованного покрытия с использованием поперечного шлифа при помощи металлографических микроскопов разных видов. Образец для создания шлифа вырезают непосредственно из оцинкованной детали.

Замеры толщины покрытия выполняются на шлифе в трех и более зонах, которые равномерно распределены на поверхности изделия (длина участка составляет около 1 см). В качестве результата засчитывают среднеарифметическое значение от проведенных замеров.

Допустимая погрешность металлографического метода составляет ±10%.

Гравиметрический метод

Определение средней толщины покрытия выполняется по неразрушающим методам или при помощи гравиметрического метода на основании данных о весе образца до и после получения или же до и после удаления покрытия. Это обусловлено требованиями, которые регламентирует ГОСТ 9.302.

Чтобы снять покрытие, используют раствор, состоящий из 2 г трехокиси сурьмы или 3.2 г хлористой сурьмы, которую растворяют в 500 см соляной кислоты, плотность которой, согласно ГОСТ 3118, должна составлять 1.19 г/см, ч.д.а. Для приготовления раствора в требуемой пропорции используют колбу объемом 1 дм, в которой смесь до метки дополняют дистиллированной водой, согласно нормам ГОСТ 6709.

Допустимая погрешность составляет ±10%.

Контроль химического состава для горячего цинкования регламентируется требованиями следующих ГОСТ: 19251.1, ГОСТ 19251.2, ГОСТ 19251.3, ГОСТ 19251.5.

Все о горячем цинковании

Горячее цинкование – самый надежный, наиболее эффективный и при этом довольно-таки старый метод защиты изделий от коррозионных воздействий. Горячее цинкование позволяет обеспечить надежную защиту поверхности металлических конструкций от разрушающего воздействия окружающей среды. На элементах образуется защитный слой, который равномерно покрывает детали, а его толщина колеблется в среднем от 30 до 120 мкм. Горизонтальная ванна длиной 13 м шириной 1,8 м и глубиной 2 м позволяет цинковать трубы больших диаметров, опоры ЛЭП и различных металлоконструкций. Средний срок эксплуатации оцинкованных изделий, в зависимости от условий их использования, составляет 25-30 лет .

За счет горячего цинкования, покрытие обеспечивается не только барьерной, но и электрохимической защитой металла от коррозии. Оцинкование, которое можно выполнять по разным технологиям, используется преимущественно по отношению к стали.

По стоимости выполнения и по долговечности покрытие с горячим цинком превосходит другие виды цинкования, например электрохимическое. Горячее цинкование металла, если сравнивать его с другими технологиями, отличается оптимальным сочетанием доступной стоимости технологического процесса с высокими защитными свойствами получаемого цинкового слоя. Нанесенное методом горячего цинкования покрытие даже при эксплуатации изделия в самых неблагоприятных условиях способно прослужить долгое время, полностью сохранив при этом свои защитные свойства.

Суть цинкования при любой технологии его реализации сводится к тому, чтобы защитить металл от появления коррозии. В зависимости от применённой методики защитный слой может укутывать поверхность материала, либо дополнительно соединяться с ним за счёт диффузного взаимодействия.

Благодаря свойствам цинка при контакте с атмосферным кислородом на его поверхности моментально образуется оксидная плёнка, которая обладает высокой плотностью и прочностью, за счёт чего она не пропускает к металлу атмосферный кислород и не разрушается от механического воздействия.

Таким образом — оцинкованный металл оказывается в надежной воздухонепроницаемой оболочке, защищающая его от разрушающей коррозии.

В случае механического воздействия, оксидная плёнка повреждается, оголённый цинк тут же взаимодействует с атмосферным кислородом, который образует новый защитный слой. Благодаря этому свойству оцинковку называют самовосстанавливающейся защитой металла от коррозии.

Существует несколько методик цинкования металла, которые имеют своими особенностями. Выбранный метод существенно влияет в той или иной степени на получаемый результат, так как в зависимости от сферы эксплуатации металлических изделий и конструкций экономически выгодно применять далеко не все технологии оцинковки.

Методы цинкования отличаются между собой следующими свойствами:

Толщиной защитного покрытия — если для габаритных металлоконструкций чем большим будет слой защиты, тем лучше, то для высокоточных мелких деталей необходимо применять цинкование, при котором можно выбирать и контролировать толщину антикоррозионного покрытия. Реализовать это позволяет далеко не всякая технология.

Равномерностью толщины оцинковки — опять же, чем мельче и точнее металлическая деталь, тем выше требования к наносимому на неё защитному покрытию. Например, для опоры ЛЭП не имеет значение, насколько равномерно она будет укрыта цинком, тогда как для деталей, имеющих отверстия, резьбу и фаски — равномерность слоя цинка крайне важна.

Прочностью удержания защитного покрытия на металле — этот параметр сильно зависит от того, каким методом было выполнено цинкование. Так, например, при рассмотренном далее горячем цинке, он не только покрывает поверхность изделия, но также соединяется с ним на молекулярном уровне, что существенно повышает прочность удержания защиты на металле.

Внешним видом оцинкованной детали — в зависимости от применяемой технологии поверхностный слой оксида цинка может быть матовым, глянцевым, а также отличаться оттенками от тёмно-серого до голубоватого.

Стойкостью к механическим повреждениям — чем данный параметр выше, тем дольше продержится защита на изделиях, которые подвергаются тем или иным физическим нагрузкам и агрессивным факторам.

Способностью к самовосстановлению — это способность зависит от толщины нанесённого на металл цинка и характера эксплуатации конструкции или изделия.

Коррозионной устойчивостью — является общим свойством обработанного изделия, которое складывается из совокупности нескольких факторов. В том числе, устойчивость оцинкованной детали к коррозии зависит от толщины цинкового слоя, его равномерности, прочности удержания, а также от стойкости к механическим повреждениям и способности к самовосстановлению.

В современной промышленности наибольшей распространённостью различают следующие технологии цинкования:

Горячее — выполняется посредством погружения обрабатываемых изделий в расплавленный цинк.

Холодное — осуществляется по абсолютной аналогии с обычным окрашиванием вручную или при помощи напыления.

Гальваническое — реализуется путём погружения обрабатываемых деталей в цинкосодержащий электролит, через который пропускается электрический ток.

Термодиффузионное — слой защитного покрытия формируется при помещении обрабатываемой детали в среду, насыщенную порошкообразным цинком.

Газотермическое — на обрабатываемую деталь направляется газовая горелка и в пятно наибольшего нагрева подаётся цинковая проволока или цинковый порошок.

Рассмотрим основные достоинства, недостатки и технологию горячего цинкования

Газотермическое цинкование металлоконструкций

Газотермическое цинкование – это технология металлизации конструкций и деталей с помощью высокоскоростного напыления на поверхность порошка цинка.

Суть технологии: на металлоконструкцию направляют открытый огонь, для этого используют газовые горелки. Затем в зону максимального нагрева подают цинковый порошок (или проволоку).

В ходе этого процесса мелкодисперсные капли цинка на большой скорости налетают на металлическую поверхность. На ней они застывают, и образуется защитное покрытие, толщина которого 30-50 мкм. Когда нужно добиться толстого слоя, данная процедура повторяется несколько раз.

Основные достоинства газотермического цинкования металлоконструкций:

• Можно покрыть деталь в полевых условиях, не потребуется демонтировать металлоконструкцию.
• Защитный слой получается равномерным.
• Можно отрегулировать толщину цинкового покрытия.

Минусы этого способа цинкования:

• Не подходит для обработки деталей небольшого размера.
• Защитный слой получается пористым.
• Не удастся провести оцинковку труднодоступных мест.
• Нельзя использовать для нанесения защитного покрытия на прецизионные детали.
• Трудоемкий процесс.
• Производительность достаточно низкая.

Даже с учетом всех минусов газотермической технологии, ее используют нечасто и лишь в некоторых областях производства. Например, этот метод цинкования металлоконструкций подходит, если нужно защитить изделие от ржавчины, не демонтируя его. Либо восстановить поверхность материала, которая была испорчена в результате образования коррозии.

Металлоконструкции используются во многих сферах человеческой жизнедеятельности. Они обладают повышенной прочностью и надежностью, у них длительный эксплуатационный срок. Однако у стальных изделий есть одно уязвимое место: на них образуется коррозия, а при появлении ржавчины они быстро портятся. Цинкование металлоконструкций – эффективный способ защитить поверхность, сохранив изделие в первозданном виде.

Оцените, пожалуйста, статью

Всего оценок: 1, Средняя: 5

Суть технологии горячего цинкования металла

Горячее цинкование является наиболее надежным, весьма эффективным и давно себя зарекомендовавшим способом предохранения металлических изделий от коррозии. Такая технология позволяет защитить поверхность изделий от деструктивного влияния окружающей среды.

При данном виде обработке на покрываемой заготовке создается пленка из цинка, полностью покрывающая обрабатываемый объект. Толщина защитного слоя при горячем цинковании находится в диапазоне 30-120 мкм. Стандартные размеры ванн – 13 м в длину, 1,8 в ширину и 2 м в глубину – дают возможность обрабатывать таким способом трубы больших диаметров, детали конструкции ЛЭП и прочие металлические изделия.

Средний срок полезной эксплуатации металлоконструкций, подвергнутых горячему цинкованию, составляет не менее 25 лет.

Вообще, горячая оцинковка обеспечивает не только барьерную, но и электрохимическую противокоррозионную защиту. Данным способом можно покрывать любые металлы, но преимущественно так обрабатываются изделия из стали.

Горячее цинкование

Покрытие горячим цинком осуществляется по ГОСТ 9.307-89 «ЕЗСКС, Покрытия горячие цинковые. Общие требования и методы контроля». Выписка из ГОСТ 9.307-89 (п.2.Требования к покрытию):

2.1. Внешний вид покрытия

2.1.1. При внешнем осмотре поверхность цинкового покрытия должна быть гладкой или шероховатой, покрытие должно быть сплошным. Цвет покрытия от серебристо-блестящего до матового темно-серого.

2.1.2. На поверхности изделий не должно быть трещин, забоин, вздутий.

2.1.3. Наличие наплывов цинка недопустимо, если они препятствуют сборке. Крупинки гартцинка диаметром не более 2 мм, рябизна поверхности, светло-серые пятна и цвета побежалости, риски, царапины, следы захвата подъемными приспособлениями без покрытия до основного металла не являются дефектами.

Допустимо восстановление непокрытых участков, если они не шире 2 см и составляют не более 2% общей площади поверхности. Непокрытые участки защищают слоем цинкосодержащего лакокрасочного покрытия (минимальная толщина 90 мкм, массовая доля цинка в сухой пленке 80%-85%) или газотермическим напылением цинка (минимальная толщина 120 мкм).

Технологический цикл горячего цинкования

Полноценный процесс горячего цинкования включает в себя следующие технологичные этапы:

Отгрузка требующих обработки изделий в зону навески . Поскольку рассматриваемый метод один из немногих, который позволяет оцинковывать сравнительно крупногабаритные детали, то отгрузка, как правило, осуществляется при помощи специальных мостовых кранов.

Навеска металлоконструкций . Для последующей обработки доставленные на производство детали навешиваются на подвижные траверсы. Металлоконструкции распределяются и фиксируются таким образом, чтобы вся секция могла поместиться в технологические ёмкости на дальнейших этапах. Также важно навесить изделия так, чтобы они могли контактировать с жидкостями, в которые они будут погружаться, всей поверхностью, не мешая друг другу.

Предварительная обработка металлоконструкций. Перед цинкованием горячим методом изделия из стали подвергаются обязательной многоэтапной подготовке. Она заключается в попеременном погружение траверсы с вывешенными деталями в ванны с технологическими жидкостями. В том числе, в этих ваннах проводится обезжиривание, очистка, травление (за счёт чего обеспечивается проникновение цинка в кристаллическую решётку металла), удаление следов кислоты, покрытие защитным флюсом. Также на данном этапе выполняется предварительный подогрев металла перед погружением в расплавленный цинк, что позволяет избежать деформации изделий из-за резкого перепада температур.

Сушка и предварительный разогрев . Осуществляется в специальной многоступенчатой печи, в которую подаётся разогретый и очищенный воздух. В результате перед оцинковкой с металлоконструкций испаряются следы предварительной подготовки в ваннах с жидкостями, а также происходит их дополнительный прогрев.

Цинкование . Основной технологический этап процесса горячего цинкования металла. Выполняется путём транспортировки траверсы с подготовленными металлическими изделиями в закрытую со всех сторон печь, в которой расположена ванна с расплавленным цинком. Его температура поддерживается на постоянном уровне в районе +450°C при помощи высокоскоростных газовых горелок. Герметичность печи нужна по двум причинам.

Во-первых, это необходимо для обеспечения безопасности людей, которые работают на производстве. Во-вторых, в процессе цинкования выделяются разогретые до высокой температуры газы, которые нуждаются в очистке перед выбросом в атмосферу. Кроме того, тепловая энергия этих газов используется вторично для подогрева технологических жидкостей на этапе предварительной подготовки металлических изделий.

Снятие, сортировка и отгрузка оцинкованных металлоконструкций . По завершению процесса цинкования в ванне с расплавленным цинком траверса с вывешенными изделиями автоматически направляется в зону для их снятия и сортировки, после чего выполняется погрузка металлоконструкций на транспорт для отправки заказчику.

Несмотря на кажущуюся сложность описанного процесса, метод горячего цинкования является одним из самых простых и экономически выгодных. Кроме того, благодаря внедрению тех или иных технологических этапов возможно получать в итоге антикоррозионную защиту с многочисленными преимуществами по сравнению с другими методами цинкования.

Преимущества и недостатки горячего цинкования

Преимущества горячего цинкования :

— сравнительно невысокая стоимость реализации технологического процесса;

— высокая производительность автоматизированных линий (до 30 000 тонн в год);

— возможность цинкования тяжёлых и крупногабаритных металлоконструкций (до 6 тонн и 13×2×3,1 м);

— толщина защитного покрытия 45-200 мкм. Для крупногабаритных изделий толщина может составлять более 200 мкм;

— высокая прочность удержания защитного покрытия на металле за счёт проникновения цинка в кристаллическую решётку железа;

— высокая стойкость к механическим повреждениям;

— отличная способность защитного покрытия к самовосстановлению;

— высокая коррозионная устойчивость.

— невозможно наносить слой цинкового покрытия тоньше 45 мкм;

— неравномерность защитного покрытия;

— непрезентабельный внешний вид обработанных деталей — тёмно-серый, матовый.

Можно сделать вывод, что горячее цинкование является идеальной технологией для антикоррозионной обработки крупных и средних по размеру металлоконструкций, которые нуждаются в максимальной защите от коррозии, но не имеют высокоточных поверхностей, отверстий, резьбы, фасок и других прецизионных технологических решений. После ознакомления с этапами технологии также должно быть понятно, что горячим цинкованием невозможно обработать неподвижные стационарные металлоконструкции. То есть, те, которые нельзя доставить на производство.

Требования к покрытию

После нанесения цинковое покрытие должно обладать сплошной структурой и быть равномерным, исключая наличие забоин, трещин и вздутий. Допускается, что на самой поверхности могут присутствовать незначительные шероховатости. Также допускается, что покрытие может иметь разные оттенки: от серебристо-блестящего до матового темно-серого цвета.

Если на металлоконструкции присутствует рябизна, царапины или следы, оставленные вследствие захвата детали подъемными устройствами без разрушения целостности покрытия до основного металла, а также крупинки гартцинка, диаметр которых не превышает 2 мм – это не считается дефектом. Однако наплывы цинка не считаются браком, если они не мешают сборке.

Разрешено проводить восстановление непрокрытых областей при условии, что их ширина не более 2 см, а их общий объем не превышает 2% от общей площади конструкции. Защиту непрокрытым участкам осуществляют при помощи газотермического напыления цинка (допустимая минимальная толщина составляет 120 мкм) или путем нанесения на их поверхность лакокрасочного цинкосодержащего слоя (количество цинка в массе сухой пленки составляет 80 – 85%, допустимая минимальная толщина составляет 90 мкм).

Толщина цинкового покрытия

Толщина защитного слоя не должна быть меньше 40 мкм, максимальная – не больше 200 мкм. Выбор конкретной толщины определяется на основании предполагаемых условий эксплуатации обработанных конструкций, а также требований, прописанных в нормативно-технических актах для конкретного проката.

Прочность сцепления

Покрытие отличается достаточным уровнем сцепления при условии, что оно способно выдерживать проверку по любому из применяемых методов (нанесение сетки царапин, крацевание, нагрев, удары поворотным молотком).

Этапы горячего цинкования

Это комплексный процесс, который предусматривает самые разные процедуры, такие как обезжиривание, обработка кислотными составами (кислотное травление, а также флюсование). Обработка необходима для обеспечения большей адгезии цинка с металлической поверхностью изделия, чем обеспечивается качество покрытия.

Для данной процедуры предусмотрены специальные ванны, куда заготовки погружаются целиком. Там происходит удаление с поверхности изделий всевозможных загрязнений, пылевых и масляных наслоений. Процедура обезжиривания осуществляется с использованием химических веществ, перечень которых указан в регулирующем ГОСТе. После данного этапа остатки обезжиривающего реагента удаляются во время процедуры смывки.

За обезжириванием следует кислотное травление. Заготовки промываются от остатков окиси и закиси железа, а также для обеспечения сглаживания заусенцев, шелушащихся поверхностей и других дефектов. Во время травления обычно применяют раствор соляной кислоты. Данная стадия осуществляется при температуре 22–24°. Концентрация раствора подбирается в зависимости от того, насколько сильно обрабатываемая поверхность загрязнена коррозионными отложениями.

Для осуществления травления применяются реактивные растворы с концентрацией 140–200 граммов концентрированной кислоты на 1 литр раствора. Высокое содержание кислоты способно повредить саму поверхность.

Чтобы этого не произошло, а также для того, чтобы свести к минимуму выделение водорода из раствора, в него добавляют специальные ингибиторы, которые сами в процессе травления не участвуют, но замедляют активность протекания реакции. После процедуры травления заготовку также тщательно промывают, чтобы удалить как кислоту, так и продукты химической реакции.

После травления производится флюсование. Заготовка погружается во флюсовый реагент, содержащий 30%-й раствор хлорида цинк-аммония. Обработка осуществляется при температуре 65-80 °C. Флюсование дает возможность избавиться от остатков окислов на обрабатываемом изделии, а также позволяет нанести предохраняющий слой, чтобы предотвратить окисление.

Отметим, что флюсование – крайне важный подготовительный процесс перед оцинковыванием. Качественное удаление всех посторонних веществ, продуктов реакции даст возможность цинку осесть ровным слоем, обеспечив равномерное, гомогенное покрытие заготовки.

Этап 2. Гальванизация

Когда поверхность подготовлена, приступают к процессу гальванизации. Изделия погружаются в расплавленный цинк при температуре 450 °C. Заготовка некоторое время остается в ванне, где железо в составе стального сплава реагирует с цинком, в процессе чего формируются множественные интерметаллические слои железо – цинк, а внешний слой состоит из чистого цинка.

Скорость проистечения реакции очень высока на первом этапе, когда и формируется первичное покрытие – основа. Далее с ростом толщины слоя скорость процесса начинает замедляться. В целом время погружения составляет примерно 4-5 минут. Но общий принцип такой: чем больше габариты изделия, тем дольше время цинкования.

Когда изделие после процедуры горячей оцинковки извлекается из ванны, то цинк мгновенно вступает в реакцию с кислородом воздуха. В результате образуется оксид, который, в свою очередь, начинает реагировать с углекислым газом с образованием карбоната цинка. Последний добавляет покрытию твердости и дополнительно защищает от коррозии.

Этап 3. Дальнейшая обработка

Под дополнительной обработкой подразумевается этап закалки прошедшей оцинковывание заготовки в воде или же ускоренное ее охлаждение воздухом от компрессора. Более высокая скорость остывания способствует повышению твердости покрытия изделия. Принудительная закалка воздухом при этом – более дешевая альтернатива водяному охлаждению, для которого необходима ванна.

Далее оцинкованные изделия могут окрашиваться или покрываться дополнительными слоями того же цинка для усиления их эстетических свойств, а также для формирования дополнительных слоев защиты.

Этап 4. Контроль

Данный этап подразумевает визуальную проверку готового изделия, чтобы подтвердить целостность сформированного цинкового покрытия. Кроме визуального осмотра, производится тестирование магнитным толщиномером и неразрушающим ультразвуковым контролем, с помощью которых можно убедиться в равномерности толщины полученного цинкового слоя. На весь производственный цикл горячего цинкования уходит около 12 часов.

Преимущества горячего цинкования

У технологии горячего цинкования по сравнению с другими способами покрытия существует целый ряд существенных преимуществ:

• Геометрическая форма покрываемого изделия не имеет никакого значения – какой бы сложной она ни была, вся поверхность без исключения будет покрыта цинковым слоем, причем пленка везде будет иметь гомогенную толщину. (В частности, поэтому горячее цинкование применяется при обработке труб и изделий из них).
• Самым ценным свойством готовых изделий является то, что механические повреждения участков с цинковым покрытием имеют свойство восстанавливаться самостоятельно, без какого-либо внешнего воздействия!
• Металл после горячего цинкования стоек к взаимодействию с жидкими веществами. Он превышает по этому показателю другие формы защитных покрытий не менее чем в 6 раз. Именно поэтому горячее цинкование применяется для обработки внутренних поверхностей водопроводных труб и всевозможных емкостей для химической промышленности.
• Метод горячего цинкования эффективно устраняет такие дефекты поверхностей заготовок, как поры, раковины, микротрещины и пр.
• Эксплуатация стальных оцинкованных деталей крайне экономична. В частности, данные элементы не требуется окрашивать, что немаловажно для частей конструкций, располагающихся в труднодоступных местах. А кроме того, не нужно применять избыточных мер гидроизоляции.

Но, кроме преимуществ, присутствуют у данной технологии и недостатки. Самым значительным является ограничение размера деталей, а точнее, то, что они не могут превышать габариты ванны с расплавом цинка. Поэтому на крупных предприятиях большие изделия покрываются методом непрерывного горячего цинкования (АНГЦ).

Особенности покрытия горячим цинком

На сталях с высоким содержанием кремния и/или фосфора (из-за неоднородности химического состава стали), (слоя у поверхности, структуры поверхности, чужеродных вкраплений), а также на толстостенных изделиях наблюдается разнооттеночность покрытия. Серая поверхность состоит из сплава цинк-железо, выходящего на поверхность, а более светлые места – это чистый цинк. В случае стали с неблагоприятным содержанием кремния и фосфора может появиться значительное утолщение покрытия и ухудшение его адгезии, видимым эффектом этого явления, может быть шероховатая поверхность с серой и тёмно-серой окраской, переходящей со временем даже в коричневый оттенок.

Цинковая поверхность на том же изделии может быть неоднородной; могут появиться пятна разной степени глянца, серой матовости и шероховатости. Так как поверхностная локализация примесей в низколегированной стали приводит к тому, что при прокате изделий из неё, появляется значительное различие в содержании кремния и фосфора в разных частях изделия.

Однако это не может являться браковочным признаком, поскольку, кроме внешнего вида, отрицательных моментов нет – он не влияет на срок службы покрытия, а через какое-то время (в течение 1-1,5 года) цвет конструкции станет одинаковым).

Белая коррозия (бело-серые пятна, возникающие под влиянием атмосферных факторов), а также так называемые «кровавые потёки» (остатки флюса и кислоты в местах неплотной сварки) не являются основанием для претензий на качество оцинкованной поверхности.

Вышеуказанные проблемы являются наиболее характерными для сталей марки 09Г2С, что обусловлено особенностями их химсостава.

Наиболее часто проявляются дефекты цинкового покрытия для сталей 09Г2С, которые не являются основанием для предъявления претензий:

1. Повышенная толщина образующегося цинкового покрытия.

2. Разная толщина цинкового покрытия.

3. Повышенное образование гард-цинка.

4. Пониженная адгезия цинкового покрытия к металлу.

5. Пониженная плотность цинкового слоя.

6. Внешний вид покрытия (отсутствие блеска, неровности, потеки, серый цвет).

Стандарты цинковых покрытий

В области стандартизации цинковых покрытий мы заметно отстаем от западных стран и США. Если в этих странах давно существуют стандарты как на процессы горячего нанесения покрытий, так и на особенности проектирования изделий для горячего цинкования, то в СССР (а затем и в России) имеется только один ГОСТ на горячее цинкование, лишь недавно в России появился стандарт на шерардизацию; только относительно электроцинкования и напыления металлических покрытий дела обстоят относительно нормально. Основную нагрузку по нормированию толщины покрытий несут СНиПы, но и в этом случае понятия о необходимой толщине покрытия очень размыты и могут трактоваться по-разному.

В ГОСТ 9.307-89 указывается, что толщина цинкового покрытия должна лежать в пределах от 40 до 200 мкм, в СНиП 2.03.11-85 — что для оцинкованных изделий для зданий и сооружений толщина покрытия должна лежать в пределах от 60 до 100 мкм. В “Общих технических требованиях к ограждающим устройствам на мостовых сооружениях, расположенных на магистральных автомобильных дорогах”, ОДН 218.012-99, указывается толщина покрытия не менее 80 мкм. В то же время связь между условиями цинкования и толщиной покрытия практически отсутствует, если не считать краткой информации в строительных правилах СП 23-101-98, где приведена связь между толщиной покрытия и временем цинкования (таблица № 3.1), причем для температуры, при которой промышленное цинкование не производится (480°С).

Таблица № 3.1. Рекомендуемые толщины покрытий (мкм) при различном содержании кремния в стали (из СП 23-101-98).

Время выдержки, мин

Толщина цинкового покрытия, мкм, при содержании кремния, % масс.

Очевидно, что эти толщины весьма далеки от реальной практики цинкования, тем не менее, некоторые чиновники на основании этого документа создают требования толщины покрытия на отдельных объектах до 200 мкм.

До 80-х годов прошлого столетия разные страны имели свои собственные стандарты на горячее цинкование, причем эти стандарты часто не согласовывались между собой ни в части контроля, ни в классификации областей применения. Отметим, как наиболее разработанные, серию американских стандартов: ASTM A-385/1986/), ASTM A-384 (96), ASTM A-143/94, общеевропейские стандарты по горячему цинкованию EN ISO 1461 и EN ISO 14713. Но ни в этих, ни в большинстве стандартов других стран вообще не рассматривался тип сталей, применяемых в горячем цинковании.

Единственной страной, где в свое время была сделана попытка связать качество покрытия с типом стали, была Франция. Попытки на более низком уровне (уровне рекомендаций) связать тип стали с качеством покрытия были сделаны в Германии, а также в Швеции, где существовал стандарт SMS 2950 “Основные принципы и требования к технологии гальванизации горячим погружением”, в котором существовали два отдельных раздела с толщиной покрытия менее 100 мкм и с толщиной покрытия свыше 215 мкм с указанием об областях использования таких покрытий, но, по- видимому, и в них не было упоминаний о количестве кремния в используемых сталях. В северных странах, где особые требования к морозостойкости сталей, для удобства пользователей пошли по следующему пути: начали производить сталь с интервалом содержания концентрации кремния от 0,15 до 0,25%, особо мелкозернистую. Покрытие для такой стали остается умеренно толстым, матовым и неоднородным по цвету, но в этом случае мы уже не рискуем оказаться в пике Санделина, как при использовании полуспокойных сталей. Необходимо напомнить, что цвет покрытия играет роль только при сдаче объекта, через полгода-год цвет покрытия практически для всех сталей становится темно-серым из-за образования карбонатной пленки, и различия в цвете различных участков изделия становятся не очень заметными.

Из-за неопределенностей с толщиной покрытия во всех стандартах регламентируется минимальная толщина покрытия, но, в отличие от ГОСТ 9.307, как в американском, так и общеевропейском стандартах учитывается зависимость этой минимальной величины от толщины подложки. Эта зависимость определяется нижеследующей таблицей № 3.2.

Таблица № 3.2. Зависимость локальной и средней толщины покрытия на изделиях из стального проката (поз. 1-4), стального литья (поз. 5-6), а также подвергаемых центрифугированию деталей из прутка (поз. 7-9) и плоских изделий (поз. 10, 11).

Толщина стали (мм)

Локальная толщина покрытия (мкм)

Средняя толщина покрытия (мкм)

Сталь 6 мм и более

Сталь от 3 до 6 мм

Сталь от 1,5 до 3 мм

Сталь менее 1,5 мм

Литье более 6 мм

Литье менее 6 мм

Диаметр более 20 мм

Диаметр от 6 до 20 мм

Диаметр менее 6 мм

толщина более 3 мм

толщина менее 3 мм

Эти данные перекликаются с данными американского стандарта ASTM A 123A/123M-97 “Standard Specification for Zinc (Hot-Dip Galvanized) Coatings on Iron and Steel Products”(табл.3.3), поскольку они основаны на реальной практике горячего цинкования.

Таблица № 3.3. Зависимость минимальной толщины покрытия от градации стали в изделии.

Толщина материала в мм

Примечание: под градацией понимается отнесение стали по толщине к некоторому интервалу толщины.

Существующие стандарты позволяют учитывать только часть практики горячего цинкования: как следует из рисунка № 3.1, обширная практика двух заводов, чьи данные приведены на рисунке, показывает, что толщины покрытия расположены, в основном, в области выше области нормального цинкования, причем толщины покрытия могут превышать нормальные аж в пять раз. Частично разброс в толщинах покрытия объясняется различной длительностью нахождения изделий или отдельных частей изделий в расплаве (это, кстати, учитывается в стандартах тем, что разрешенная локальная толщина в изделии может быть меньше средней толщины покрытия, рассчитываемой как средняя от суммы толщин различных частей изделия).

Но из рисунка вытекает и другая особенность горячего цинкования — часть покрытий имеет меньшую толщину, чем это допускается стандартами. Объяснить эту особенность горячего цинкования в настоящее время пока не представляется возможным, но с большой вероятностью это связано с особенностями кристаллизации сталей при непрерывной разливке. Борьба с этим отрицательным явлением — расцинковка изделия и его повторное цинкование. В этом случае из-за повышения шероховатости поверхности последующее цинкование идет с несколько большей скоростью, и толщина покрытия будет несколько больше.

Еще до массового применения оцинковки стальных изделий стало ясно, что для цинкового покрытия имеются всего два врага: это сернистый газ, побочный продукт тепловых электростанций, и дистиллированная вода. На рис. 3.2 показана хронологическая зависимость скорости уменьшения толщины цинкового покрытия и наличия сернистого газа в воздухе. Видно, что корреляция весьма и весьма хорошая.

Другая интересная зависимость приведена на рис. № 3.3. Здесь показана скорость коррозии цинкового покрытия, находящегося в воде, имеющей различные значения рН. Видно, что наименьшая скорость коррозии наблюдается в довольно широком интервале рН — от примерно 6 до 11. Но и в этом, оптимальном для покрытия интервале, скорость коррозии очень велика. Это объясняется очень просто — в воде происходит разрушение плотного карбонатно-гидроксидного покрытия, вместо него образуется проницаемое покрытие, и цинк уже не защищен. Таким образом, если цинковое покрытие периодически смачивается дождевой водой или на нем данная дождевая вода скапливается, то такое покрытие довольно быстро разрушается.

Рис. 3.1. Зависимость реально измеренной толщины покрытия от толщины металла для двух предприятий Германии (данные 1940 года).

Рис. 3.2. Скорость атмосферной коррозии цинка (г/м 2 *сутки) и поглощения диоксида серы из воздуха (г/м 2 *сутки) по месяцам в Берлине: 1 – поглощение диоксида серы; 2 – потери цинка.

Рис. 3.3. Скорость коррозии цинка в водных растворах в зависимости от значения рН.

Однако на практике оказалось значительно проще. При правильном проектировании изделий избыточной толщины не нужно. Исследования, проведенные за годы эксплуатации оцинкованных изделий, показали, что избыточная толщина цинкового покрытия в большинстве случаев не является оправданной, так как изделие морально устаревает прежде, чем оно начнет разрушаться под воздействием погодных факторов. Оказалось, что толщина покрытия в 60 мкм отражает все требования, предъявляемые к жизнестойкости оцинкованных изделий — в большинстве условий как континентального, так и приморского климата начальные скорости коррозии почти для всех категорий климата не превышают 4 мкм в год, а по мере течения времени скорость коррозии продолжает уменьшаться. Наглядно ожидаемое время жизни оцинкованных изделий наглядно видно из рис. 3.4 и таблицы № 3.4. Ожидаемое время жизни оцинкованного изделия с толщиной покрытия 100 мкм для сельской местности — порядка 100 и более лет, для приморского климата и промышленного города — порядка 50-40 лет, и только для морского климата и насыщенного промышленностью индустриального района — порядка 25-20 лет. Лишь для сооружений, находящихся в морской воде (особенно в зоне приливов) и в подземных сооружениях оцинкованные конструкции не рекомендуются к применению. В то же время в закладных изделиях, находящихся внутри бетона в контакте с солеными водами толщина покрытия в 50 мкм вполне достаточна.

Рис. 3.4. Предположения по времени службы оцинкованных изделий в зависимости от толщины покрытия для различных категорий агрессивности окружающей среды (по ISO 9223): С1- очень слабая; С2 – слабая; С3 – умеренная; С4 – суровая; С5 – очень суровая; Im2 – морская вода в районах умеренного климата.

Таблица № 3.4. Категории агрессивности климата (по ISO 9223, EN ISO 14713).

Твердость цинка

Прочность любого лакокрасочного покрытия определяется прочностью связующего.

Лаки по твердости, в соответствии с международными стандартами ISO 15184, ASTM D 3363, SIS 184187, NEN 5350, ECCA Test Method, определяется с помощью карандашных грифелей по шкале 6В-5В-4В-3В-В-НВ-F-Н-2H-3H-4H-5H-6H-7Н-8Н-9Н, где 6В является показателем наименьшей, а 9Н – наивысшей твёрдости. Она соответствует по твердости карандашу 2Т.

Твердость покрытия горячим цинкованием равна твердости металла. Цинк. А под цинком у нас находится железо.

По ювелирной шкале Мооса:

Свинец — 1,5 Янтарь (гипс) — 2 Цинк (алюминий, золото, серебро) — 2,5-3 Медь — 3 Железо — 4 Сталь — 5 Стекло — 6 . Алмаз — 10

ФотоПравить

• Ванна с расплавленным цинком для горячего цинкования
• Горячеоцинкованный гнутый уголок
• Стальной прокат, готовый к горячей оцинковке

Горячее цинкование металлоконструкций

Горячее цинкование представляет собой способ нанесения цинкового покрытия на обрабатываемую поверхность, который по своей эффективности уступает лишь гальванической технологии. При этом по себестоимости, а также долговечности сформированного защитного слоя горячее цинкование превосходит электрохимическое.

В данном методе, в отличие от других способов цинкования металлоконструкций, сочетаются низкая стоимость реализации технологического процесса и повышенные защитные характеристики покрытия.

Цинковый слой, который был нанесен этим методом, сохранится в идеальном состоянии спустя 65-70 лет, даже в суровых эксплуатационных условиях, не изменив свои первоначальные свойства.

Какие достоинства есть у метода горячего цинкования металлоконструкций и почему эта технология является самой популярной среди других способов нанесения защитного покрытия?

• Обрабатывать по такой технологии можно заготовки со сложной геометрической формой. К примеру, горячее цинкование применяется для создания защитного покрытия на трубах.
• Если во время эксплуатации деталей цинковое покрытие повредится из-за механического воздействия, защитный слой самовосстановится, не потребуется повторять цинкование заново.
• Если сравнивать горячее цинкование с другими технологиями нанесения защиты, то с его помощью получится сделать покрытие, в шесть раз более устойчивое к пагубному воздействию жидких сред. Поэтому метод горячей оцинковки используется, чтобы защитить трубы и емкости.
• С помощью этого способа цинкования металлоконструкций получится устранить дефекты на металлической поверхности, к примеру раковины, поры.
• Эксплуатировать трубы и метизы, покрытые цинком по этой технологии, получится без серьезных денежных вложений. Так, поверхность детали не нужно окрашивать, поскольку она уже защищена от пагубного воздействия окружающей среды. Это касается труб, монтируемых в стенах, а также расположенных под грунтом, до которых достаточно сложно добраться.

ИсторияПравить

• В 1742 году французский химик и физик Поль Жак Малуэн (1701—1778) описал метод цинкования железа погружением в ванну с расплавленным цинком в докладе французской Королевской академии.
• В 1836 году французский химик Станислас Сорель (1803—1871) получил патент на данный метод цинкования железа, после очистки его сначала 9 % раствором серной кислоты (H2SO4) и затем флюсом — хлоридом аммония (NH4Cl).