Què fa la galvanització en calent a una canonada d'acer
La galvanització és l'aplicació d'un recobriment de zinc a l'acer, i el recobriment protegeix l'acer de dues maneres diferents alhora. Com a barrera segella la superfície de la humitat i l'oxigen. Com a ànode de sacrifici, es corroeix amb preferència a l'acer a les ratllades, els extrems tallats i els fils danyats, perquè el zinc és menys noble que el ferro. Aquest segon mecanisme és el que separa la galvanització de la pintura: un recobriment pintat falla des del primer forat cap a fora, mentre que un recobriment de zinc continua protegint una petita àrea exposada fins que es consumeix el zinc circumdant.
El procés utilitzat per a canonades és la galvanització en calent. El tub es desgreixa, es decapa, es fundeix i després es submergeix en zinc fos a aproximadament 445 a 465 graus centígrads, tal com s'especifica a la norma ISO 1461 i a la norma ASTM A123/A123M. El resultat és un recobriment enllaçat metal·lúrgicament construït a partir d'una seqüència de capes d'aliatge de zinc-ferro, des de la capa eta de zinc gairebé pur a la superfície exterior passant per les capes zeta, delta i gamma fins a la interfície d'acer. Les capes d'aliatge són dures i moderadament trencadisses, la qual cosa explica per què la canonada galvanitzada es maneja amb cura a les vores tallades i per què els recobriments molt gruixuts no són automàticament millors a les peces que es doblegaran o roscaran.
La massa del recobriment, el gruix i els estàndards que els estableixen
El gruix del recobriment és el millor predictor de la vida útil de la canonada galvanitzada, i es controla per dues coses: la massa de zinc aplicada per unitat d'àrea i el contingut de silici i fòsfor de l'acer base, que afecta la velocitat de reacció al bany. La pràctica d'informació difereix entre els mercats. La massa del recobriment s'indica en grams per metre quadrat, i la conversió es fixa per la densitat de zinc, aproximadament 7,14 grams per centímetre cúbic, de manera que 1 micròmetre de recobriment equival a uns 7,1 grams per metre quadrat. Per tant, un recobriment de 300 grams per metre quadrat mesura uns 42 micròmetres i un recobriment de 600 grams per metre quadrat uns 84 micròmetres.
| Estàndard | Àmbit | Patró de requisits de recobriment | Mètode de prova |
|---|---|---|---|
| ASTM A123/A123M | Revestiment de zinc sobre productes de ferro i acer | El gruix mitjà mínim puja d'uns 45 a 85 micròmetres amb el gruix del metall base | Massa de recobriment per ASTM A90/A90M, calibre magnètic segons ASTM E376 |
| ISO 1461 | Recobriments galvanitzats en calent sobre ferro i acer fabricats | Bandes de gruix local i mitjà d'uns 55 a 85 micròmetres segons el gruix de l'acer | Mètodes gravimètrics i magnètics, àrees de referència definides |
| ASTM A53/A53M | Tub galvanitzat soldat i sense soldadura | Recobriment mínim establert per la norma de canonades, recobriment més pesat per acord | Massa i gruix del recobriment, més prova hidrostàtica |
| ASTM A153/A153M | Recobriment de zinc en ferreteria i accessoris roscats | Massa de recobriment de classe per a components roscats | Gravimètric, amb regles de marge de fil |
| EN 10240 | Recobriments interns i externs sobre tub d'acer soldat | Classes de recobriment per massa per unitat de superfície, interior i exterior declarades per separat | Gravimètric sobre proves definides |
D'aquesta taula es desprèn dos hàbits d'acceptació. En primer lloc, el requisit de recobriment s'ha de citar amb la seva base de prova, perquè un resultat gravimètric en una mostra dissolta i una lectura de calibre magnètic en una superfície corba no coincideixen amb l'últim micròmetre, i les disputes a la inspecció solen venir de la barreja dels dos. En segon lloc, els recobriments externs i interns són requisits separats a la canonada. Una canonada amb un recobriment extern pesat i un recobriment intern nominal es corroirà pel forat del servei d'aigua, i l'ordre hauria d'indicar explícitament la massa del recobriment intern.
Taxa de corrosió per medi ambient i com estimar la vida útil
El zinc es corroeix a una velocitat fixada pel medi ambient, i la taxa es caracteritza per les categories de corrosivitat ISO 9223 i ISO 12944, que publiquen bandes de pèrdua de massa de zinc del primer any per a tipus d'atmosfera. La combinació d'un gruix de recobriment mesurat amb la taxa de categoria proporciona una estimació de vida útil, i aquesta estimació és molt més útil que un sol número genèric citat en un catàleg.
| Categoria de corrosivitat | Entorn típic | Taxa de corrosió del zinc (micròmetres per any) | Vida indicativa a 85 micròmetres |
|---|---|---|---|
| C1 | Interior sec i climatitzat | 0,1 o menys | Més de 50 anys |
| C2 | Rural, baixa contaminació, interior sense calefacció | 0,1 a 0,7 | Uns 50 anys i més enllà |
| C3 | Urbana, industrial amb diòxid de sofre moderat | 0,7 a 2,1 | Entre 40 i 120 anys aproximadament |
| C4 | Industrial, costaner amb salinitat moderada | 2.1 a 4.2 | Entre 20 i 40 anys aproximadament |
| C5 | Industrial pesat o costanera d'alta salinitat | 4.2 a 8.4 | Entre 10 i 20 anys aproximadament |
| CX | Extrem industrial o offshore | 8,4 a 25 | De 3 a 10 anys aproximadament |
El servei enterrat és un cas especial. El zinc al sòl depèn de la resistivitat, el pH, el clorur i la presència de corrent dispers, i el recobriment per si sol rarament és la base de disseny d'una línia soterrada: un recobriment més pesat més embolcall, o un recobriment més protecció catòdica, és la combinació normal. Quan s'ha de recobrir la canonada després de la galvanització, els dos sistemes han de ser compatibles, ja que una superfície de zinc passivada o pintada pot evitar que el recobriment exterior s'uneixi.
Normes de canonades, metall base i estat de lliurament
La canonada galvanitzada s'encarrega d'una norma de canonada que defineix l'acer, les dimensions i la prova de pressió, amb galvanització afegit com a requisit de recobriment a una norma separada. ASTM A53/A53M cobreix canonades negres i galvanitzades per immersió en calent soldades i sense soldadura de graus A i B, amb soldadura contínua tipus F, soldadura per resistència elèctrica tipus E i sense soldadura tipus S, i dimensions referenciades a ASME B36.10M. La canonada galvanitzada soldada a GB/T 3091 es demana àmpliament per a l'aigua i la construcció, amb una massa de recobriment especificada habitualment a 300 grams per metre quadrat o superior. El grau d'acer i l'estàndard de canonada no són intercanviables amb una especificació de tub arbitrària, perquè la classificació de pressió i la tolerància de la paret pertanyen a l'estàndard de canonada, no a l'estàndard de recobriment.
Sovint es perd un detall de l'A53: la canonada destinada a la galvanització ha de ser adequada per al procés, i la norma aborda l'estat de la soldadura i la preparació de la superfície abans del recobriment. Una superfície molt oliada o rovellada produirà un recobriment amb poca adherència o amb capes gruixudes i trencadisses de zinc i ferro, i cap defecte serà visible en una fotografia. Els compradors haurien d'exigir el certificat del molí per indicar la massa de recobriment aconseguida, juntament amb l'estàndard de la canonada, el grau i el número de calor, en un document EN 10204 3.1.
Enfilar, tallar i unir sense perdre el recobriment
La canonada galvanitzada normalment s'uneix amb accessoris roscats perquè el roscat és ràpid, desmuntable i no crema el recobriment en una àrea àmplia. Les rosques es tallen a la forma cónica i de rosca d'ASTM B1.20.1, i el roscat elimina inevitablement el recobriment de la superfície de la rosca, per això l'enfocament de l'especificació és protegir la rosca exposada amb un compost d'articulació aprovat i confiar en accessoris recoberts de zinc segons ASTM A153/A153M en lloc de accessoris nus.
La soldadura és possible però canvia la situació de corrosió. El zinc es crema al costat de la soldadura, deixant una banda nua que s'ha de recobrir, i el fum d'òxid de zinc generat durant la soldadura requereix extracció i protecció respiratòria segons les normes d'exposició laboral aplicables; Per tant, el procés s'ha de planificar com una operació de reparació controlada en lloc de tractar-se com una soldadura de canonades ordinària. Tots els extrems tallats, les zones danyades i les zones afectades per soldadura necessiten reparació amb un recobriment ric en zinc, i la pràctica de reparació està coberta per ASTM A780. Una reparació que s'aplica sobre l'òxid o sobre una superfície mal netejada fallarà en una temporada, de manera que la preparació de la superfície abans de la reparació forma part del criteri d'acceptació.
La flexió de la canonada galvanitzada és possible per a radis moderats, però un recobriment gruixut i trencadís es trencarà a l'exterior de la corba i exposarà l'acer. Quan els corbes formen part del disseny, l'ordre ha d'especificar el radi de flexió o la canonada s'ha de doblegar abans de galvanitzar. El treball en fred d'acer fortament galvanitzat també planteja la qüestió de la fragilitat per edat de tensió, i ASTM A143 estableix les garanties que s'han d'acordar quan es combinen la conformació en fred i la galvanització.
Òxid blanc, emmagatzematge i química de l'aigua en servei
L'òxid blanc és el producte d'hidròxid de zinc i carbonat de zinc pàl·lid i en pols que es forma quan les superfícies acabades de galvanitzar s'emmagatzemen en condicions humides i mal ventilades i la pel·lícula d'òxid protectora no es pot desenvolupar. És un defecte d'emmagatzematge i transport, no un error de corrosió, però consumeix recobriment i és un motiu habitual de rebuig a la recepció de mercaderies. La prevenció és procedimental: mantenir els farcells fora del terra, espaiar-los perquè l'aire es mogui entre les canonades, evitar cicles de condensació en un contenidor i requerir un assecat adequat abans de l'embalatge o un tractament de passivació acordat en el moment de la comanda.
En el servei d'aigua, el recobriment també és sensible a l'aigua. El zinc passiva i funciona bé en el rang de pH gairebé neutre, aproximadament entre 6 i 12, i es corroeix ràpidament en aigua suau i àcida amb baixa alcalinitat. Les aigües amb un alt contingut de clorur, un alt oxigen dissolt i una temperatura elevada augmenten la taxa de dissolució del zinc, i les primeres setmanes de servei són quan es forma la majoria de la pel·lícula protectora, de manera que la posada en marxa hauria d'evitar un estancament llarg. La canonada galvanitzada també és catòdica al coure i a la majoria dels llautons, de manera que la connexió directa als components de coure afavoreix la corrosió del zinc a la junta; un acoblament dielèctric a la transició és una pràctica estàndard. La idoneïtat per a l'aigua potable depèn de les normes locals de qualitat de l'aigua i dels límits de zinc i de qualsevol residu de plom o cadmi en el recobriment, que s'han de confirmar amb la regulació d'aigua potable aplicable abans que la canonada sigui alliberada per a aquesta funció.
Inspecció, mostreig i acceptació de documents
L'acceptació d'un lot de canonades galvanitzades es basa en tres comprovacions prou senzilles com per realitzar-les a la recepció de mercaderies. El primer és la massa o el gruix del recobriment, mesurat en àrees de referència definides pel mètode gravimètric d'ASTM A90/A90M o mitjançant un calibre magnètic segons ASTM E376, amb un nombre indicat de lectures per longitud i un valor individual mínim i mitjà determinat. El segon és l'aspecte i la continuïtat: la superfície ha de ser contínua, lliure de taques nues, butllofes, grumolls i cendra de zinc excessiva, i les zones del fil han de portar el recobriment especificat amb el perfil del fil encara dins de la tolerància després del recobriment. La tercera és la integritat dimensional i de pressió, comprovada amb l'estàndard de canonada mitjançant el registre de prova hidrostàtica o la ruta de prova no destructiva que permet la norma.
Els documents han de permetre lligar la canonada del lloc als resultats de la prova. Això significa un certificat EN 10204 3.1 que mostra l'estàndard de la canonada, el grau, la mida, el nombre de calor i el resultat del recobriment, i un marcatge a la canonada o el paquet que porta els mateixos identificadors. Quan es requereixi una inspecció de tercers, l'autorització d'inspecció s'ha d'emetre a partir de l'informe de prova real en lloc d'una declaració genèrica de conformitat.
Errors d'especificació que val la pena evitar
La majoria de les queixes de canonades galvanitzades es remunten a una comanda de compra incompleta. Les recurrents són: citar un gruix de recobriment sense mètode d'assaig o pla de mostreig, de manera que el resultat no es pot discutir ni defensar; especificant només el recobriment extern i deixant el mandrinatge al molí; demanant tub A53 però acceptant un estàndard de tub amb tolerància de paret diferent; comprar tubs galvanitzats per a un deure superior a la categoria ambiental que pot suportar el recobriment, com ara l'enterrament directe sense embolcall; i acceptant el tall de fil després de la galvanització sense un procediment de reparació del fil exposat. Cadascun d'ells es resol mitjançant una o dues línies addicionals a la consulta, i cap d'elles es pot arreglar després d'instal·lar la canonada.
Preguntes freqüents
P: Quin gruix ha de tenir el recobriment de zinc a la canonada d'acer galvanitzat?
Per al servei atmosfèric general, un recobriment mitjà d'uns 55 a 85 micròmetres és típic segons ISO 1461 i ASTM A123/A123M, equivalent a aproximadament 390 a 600 grams per metre quadrat. S'especifiquen recobriments més gruixuts per a serveis costaners, industrials o enterrats, on la taxa de corrosió és més alta.
P: Quant de temps dura el tub d'acer galvanitzat?
La vida depèn principalment del medi ambient. Espereu 50 anys o més en servei interior sec, de 20 a 40 anys en atmosferes costaneres o industrials a 85 micròmetres i uns 10 a 20 anys en condicions d'alta salinitat o industrials pesades. El servei enterrat sol necessitar un recobriment més gruixut amb embolcall o protecció catòdica.
P: Es pot soldar la canonada galvanitzada?
Pot, però el zinc s'ha d'eliminar de la zona de la junta, l'extracció de fums és necessària perquè el fum d'òxid de zinc és perillós i la zona afectada per la soldadura i la calor s'ha de recobrir amb un producte ric en zinc segons ASTM A780. Es prefereixen les juntes roscades on el disseny ho permet.
P: Què és l'òxid blanc i és un defecte?
L'òxid blanc és hidròxid de zinc i carbonat de zinc format per condensació sobre superfícies acabades de galvanitzar en emmagatzematge humit i sense ventilació. Consumeix recobriment i és un punt de rebuig legítim, però és una condició d'emmagatzematge més que una fallada del procés de recobriment, i s'evita mitjançant la ventilació, l'assecat i la passivació.
P: Per què es corroeix la canonada galvanitzada a les connexions amb accessoris de llautó o coure?
El zinc és anòdic als aliatges de coure, de manera que es forma un parell galvànic a la transició i el recobriment de zinc es corroeix preferentment. Una unió dielèctrica o una connexió aïllant recoberta a la transició és el remei habitual.
P: Quins estàndards s'apliquen a la canonada d'acer galvanitzat?
La canonada en si a ASTM A53/A53M o GB/T 3091 amb dimensions segons ASME B36.10M, el recobriment a ASTM A123/A123M, ISO 1461 o EN 10240, accessoris roscats recoberts a ASTM A153/A153M, rosques a la zona de reparació ASTM B1, i ASTM270.
