Hàn ống thép mạ kẽm: Tại sao lớp phủ kẽm thay đổi mọi thứ về mối hàn

Mối hàn trên ống mạ kẽm hoạt động không giống như mối hàn trên ống đen có bề mặt{0}có màu khác. Lớp phủ kẽm giúp cho ống mạ kẽm có khả năng chống ăn mòn hoạt động rất khác so với thép ở nhiệt độ hàn và sự khác biệt đó thúc đẩy hầu hết mọi biện pháp phòng ngừa đặc biệt được sử dụng cho đội hàn mạ kẽm - từ cách chuẩn bị mối nối, đến cách chạy mối hàn, cho đến điều gì xảy ra sau khi hồ quang tắt. Hiểu lý do tại sao những biện pháp phòng ngừa này tồn tại, thay vì coi chúng như một danh sách kiểm tra tùy ý, là điều phân biệt mối nối mạ kẽm hàn tồn tại suốt thời gian còn lại của đường ống với mối nối trở thành nơi đầu tiên hệ thống bị ăn mòn.

Không phải tất cả các ống mạ kẽm đều đến khoang hàn với cùng một lớp phủ và sự khác biệt rất quan trọng trước khi quá trình hàn bắt đầu.

Ống mạ kẽm nhúng nóng-được sản xuất bằng cách ngâm ống thép thành phẩm vào bể kẽm nóng chảy, thường ở nhiệt độ khoảng 450 độ C. Kẽm phản ứng với bề mặt thép để tạo thành một loạt các lớp hợp kim sắt-kẽm, bên trên là một lớp kẽm tương đối tinh khiết. Liên kết luyện kim này - không chỉ là cặn bề mặt - là thứ mang lại cho lớp phủ nhúng nóng-độ bền bám dính và phạm vi độ dày thông thường của nó là khoảng 45 đến 100+ micron tùy thuộc vào độ dày thép và thời gian ngâm. Lớp phủ không đồng nhất hoàn toàn ở cấp độ vi mô nhưng ở mức độ thực tế, nó bao phủ liên tục các bề mặt bên trong và bên ngoài của đường ống, bao gồm cả những khu vực khó tiếp cận như ren và đường hàn vì đường ống được ngâm hoàn toàn.

Ống mạ kẽm điện-được tạo ra bằng cách lắng đọng kẽm lên bề mặt thép theo phương pháp điện hóa, thường ở nhiệt độ môi trường, từ dung dịch muối{0}}kẽm. Lớp phủ thu được mỏng hơn - thường ở phạm vi 5 đến 25 micron - có bề ngoài mịn hơn và được liên kết bằng độ bám dính điện hóa thay vì lớp phủ nhúng nóng-của lớp khuếch tán hợp kim phát triển. Nó nhanh hơn và ít tốn kém hơn khi sử dụng, đồng thời tạo ra bề mặt đồng đều hơn, sạch hơn về mặt thẩm mỹ, đó là lý do tại sao nó thường xuất hiện trong các ứng dụng trong nhà hoặc có mức độ tiếp xúc-ăn mòn{9}}trong nhà hoặc thấp hơn, nơi hình thức bên ngoài và chi phí quan trọng hơn nhiều thập kỷ sử dụng ngoài trời.

Kết quả thực tế của việc hàn: lớp phủ nhúng nóng-có khối lượng kẽm tập trung nhiều hơn ở gần mối nối, phần lớn kẽm bị khóa vào một lớp hợp kim bám vào bề mặt thép ngay cả dưới nhiệt và lớp phủ dày hơn cần được loại bỏ trước khi hàn. Lớp phủ mạ điện-mạ kẽm mỏng hơn và dễ dàng loại bỏ hơn, nhưng nó cũng có tuổi thọ sử dụng ngắn hơn sau khi mối nối hoạt động trở lại vì ban đầu đơn giản là có ít kẽm hơn. Không có sự khác biệt nào làm thay đổi tính chất vật lý cơ bản của những gì xảy ra khi hồ quang chạm gần kẽm -, nó thay đổi mức độ của vấn đề mà bạn đang giải quyết và hiệu suất ăn mòn của mối nối đã hoàn thiện so với phần còn lại của đường ống.

Vấn đề cốt lõi là sự không phù hợp đơn giản về nhiệt độ. Kẽm sôi ở khoảng 907 độ C. Thép không bắt đầu tan chảy cho đến khoảng 1.500 độ C. Hồ quang hàn chạy nóng hơn nhiều so với hình -, có nghĩa là vào thời điểm hồ quang tác động lên thép, kẽm ngay xung quanh nó đã bốc hơi.

Trình tự đó gây ra một số vấn đề riêng biệt trong mối hàn đã hoàn thiện, không chỉ một vấn đề:

• độ xốp- hơi kẽm thoát ra vũng hàn không thoát ra hết trước khi kim loại đông đặc lại, để lại các túi khí trong kim loại mối hàn. Độ xốp làm giảm mặt cắt ngang hiệu quả của mối hàn-và tạo điều kiện cho các vết nứt do ăn mòn và mỏi xuất hiện.
• Tính dòn của kim loại lỏng- nếu nhiệt hàn đẩy kẽm nóng chảy hoặc bốc hơi vào các ranh giới thớ của vùng-bị ảnh hưởng nhiệt trong thép cơ bản thì nó có thể làm giảm độ dẻo của vùng đó và, trong một số trường hợp, góp phần gây ra vết nứt dưới tải trọng hoặc ứng suất nhiệt tiếp theo. Đây là một rủi ro-được ghi chép cụ thể liên quan đến hàn thép mạ kẽm, khác với độ xốp của mối hàn thông thường.
• Hồ sơ hạt kém và rải rác- kẽm bốc hơi làm xáo trộn hồ quang và bề mặt vũng hàn, khiến việc giữ hạt sạch, đồng nhất khó hơn so với hàn cùng một mối nối bằng thép trần.
• Nguy cơ khói- kẽm bay hơi bởi hồ quang sẽ oxy hóa nhanh chóng trong không khí, tạo ra khói oxit kẽm. Hít phải khói này với nồng độ vừa đủ sẽ gây sốt khói kim loại, một mối nguy hiểm nghề nghiệp thực sự và{2}}được công nhận rõ ràng, đó là lý do tại sao thông gió và bảo vệ đường hô hấp, khi cần, là biện pháp tiêu chuẩn đối với công việc hàn mạ kẽm chứ không phải là biện pháp phòng ngừa tùy chọn.

Không có vấn đề nào trong số này biến mất vì thợ hàn có tay nghề cao - chúng là hậu quả vật lý của việc hàn qua lớp mạ kẽm còn nguyên vẹn. Kiểm soát kỹ năng và quy trình là mức độ vấn đề đạt đến mối nối đã hoàn thiện và việc kiểm soát đó bắt đầu trước khi vòng cung được đánh vào.

Thực hành tiêu chuẩn là loại bỏ lớp phủ kẽm khỏi khu vực mối nối trước khi hàn, sử dụng máy mài góc, chà nhám hoặc làm sạch bằng ngọn lửa, thay vì hàn trực tiếp qua nó. Đây không phải là biện pháp thẩm mỹ - nó giải quyết nguy cơ rỗ và giòn ở nguồn bằng cách giữ hơi kẽm lọt vào vũng hàn và vùng bị ảnh hưởng nhiệt-ngay từ đầu. Khu vực được làm sạch thường kéo dài một khoảng ngắn về phía sau mép mối nối trên cả đường ống và bất kỳ mặt bích hoặc khớp nối nào, không chỉ mặt vát ngay lập tức, vì vùng{4}}bị ảnh hưởng nhiệt kéo dài ra ngoài mối hàn và kẽm dư ngay bên ngoài mối nối nhìn thấy được vẫn có thể bay hơi vào khu vực chịu nhiệt hàn.

Mỗi phương pháp loại bỏ đều có sự đánh đổi thực tế. Quá trình mài diễn ra nhanh chóng và có thể kiểm soát được nhưng tạo ra bụi chứa đầy kẽm-cần có biện pháp phòng ngừa khói/bụi tương tự như khi hàn. Làm sạch bằng ngọn lửa sẽ đốt cháy lớp phủ bằng cách sử dụng ngọn đuốc có cường độ-thấp hơn trước khi bắt đầu hàn, hữu ích trên đường ống có đường kính-lớn hơn khi việc mài toàn bộ chu vi tốn thời gian-nhưng nó vẫn giải phóng khói oxit kẽm trong quá trình làm sạch, do đó yêu cầu thông gió không bị loại bỏ chỉ vì hồ quang hàn chưa bắt đầu.

Đối với ống mạ kẽm trên khoảng DN100, các phương pháp nối cơ khí - kết nối mặt bích, khớp nối có rãnh/cơ khí hoặc-phụ kiện loại nén - thường được chỉ định thay vì hàn tại hiện trường và lý do kết nối trực tiếp trở lại lớp phủ-loại bỏ và gánh nặng sửa chữa được mô tả ở trên. Mối nối DN{6}} có chu vi lớn của lớp phủ để tước, hàn rồi sửa chữa và bất kỳ khe hở nào trong quá trình sửa chữa đó đều là khe hở trong khả năng chống ăn mòn trên mối nối thường khó kiểm tra hoặc phủ lại-khi hệ thống được đưa vào sử dụng. Mối nối cơ học hoàn toàn tránh làm xáo trộn lớp phủ trong khu vực mối nối - không mài, không hàn, không sửa chữa lớp phủ - giúp loại bỏ toàn bộ danh mục rủi ro được mô tả ở trên thay vì quản lý nó. Đây không phải là vấn đề về yêu cầu quy tắc ở hầu hết các khu vực pháp lý mà là vấn đề quản lý rủi ro thực tế khi khu vực loại bỏ lớp phủ{12}}đủ lớn nên việc sửa chữa hoàn toàn nhất quán trở nên khó đảm bảo hơn.

Sau khi mối nối được hàn, khu vực được mài hoặc đốt trần - cùng với chính đường hàn - sẽ không được bảo vệ chống ăn mòn trừ khi nó được cố ý sửa chữa. Điều này quan trọng hơn những gì nó có thể xuất hiện lúc đầu: kẽm bảo vệ thép trần liền kề một phần thông qua tác động hy sinh (mạ điện), trong đó kẽm ăn mòn ưu tiên và bảo vệ các khu vực nhỏ gần đó của thép lộ ra. Lớp bảo vệ đó có phạm vi hiệu quả hạn chế - nó chỉ có tác dụng đối với các lỗ kim và những hư hỏng nhỏ ở lớp phủ, chứ không phải đối với toàn bộ đường hàn bằng thép trần. Nếu không được sửa chữa, vùng hàn sẽ trở thành điểm ăn mòn đầu tiên trong hệ thống, làm suy yếu lý do ống mạ kẽm được chỉ định ngay từ đầu.

Sửa chữa tiêu chuẩn sử dụng hợp chất-giàu kẽm - hoặc hợp chất mạ kẽm nguội bằng chổi hoặc phun hoặc trong một số trường hợp là phun kim loại kẽm-nhiệt cho các ứng dụng-hiệu suất cao hơn - được tạo thành độ dày màng khô tương đương với lớp phủ nhúng nóng-xung quanh, thường được sơn nhiều lớp để đạt được độ dày thích hợp trong một lần. Đây không phải là màu sơn phù hợp-của mỹ phẩm; nó đang khôi phục một lớp bảo vệ hy sinh thực sự và việc sửa chữa được áp dụng quá mỏng hoặc chuẩn bị bề mặt kém bên dưới sẽ thất bại trước khi phần còn lại của lớp phủ ban đầu của đường ống hoạt động.

Chất lượng mối hàn nhất quán trên ống mạ kẽm được kiểm soát ở năm lĩnh vực, mỗi lĩnh vực giải quyết một điểm khác nhau mà-các rủi ro liên quan đến kẽm ở trên có thể xảy ra sai sót.

Trình độ thợ hàn và tính liên tục.Hàn ống mạ kẽm một cách chính xác đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ hơn lượng nhiệt đầu vào và tốc độ di chuyển so với hàn mối nối thép trần tương đương, đặc biệt để hạn chế lượng kẽm bay hơi trước và xung quanh vũng hàn. Các đội phải có trình độ chuyên môn theo quy trình phản ánh điều này - chứ không chỉ là chứng chỉ hàn chung - và được xác minh thông qua bài kiểm tra thực tế trong các điều kiện tại địa điểm đại diện trước khi được phép làm việc. Việc giữ nguyên một đội trong một dự án sẽ làm giảm sự biến đổi do thợ hàn -học lại những điều chỉnh này trong quá trình thực hiện công việc.

Xử lý vật liệu phụ.Các điện cực-được phủ chất trợ dung sẽ hấp thụ độ ẩm từ độ ẩm xung quanh và độ ẩm trong lớp phủ điện cực là một rủi ro riêng biệt nhưng phức tạp - nó góp phần gây ra vết nứt do hydro-gây ra trong mối hàn, không phụ thuộc vào bất kỳ thứ gì liên quan đến kẽm-. Vật tư tiêu hao phải đến từ nhà cung cấp có chứng nhận đầy đủ về vật liệu, được bảo quản và nung ở nhiệt độ được kiểm soát theo quy trình hiện hành, đồng thời được xuất xưởng với số lượng phù hợp với khoảng nửa-ngày sử dụng để que chưa sử dụng không bị tái hấp thụ độ ẩm trên sàn cửa hàng. Việc kiểm soát này quan trọng hơn chứ không kém hơn đối với công việc mạ kẽm, vì độ xốp từ hơi kẽm và độ xốp hydro từ vật liệu tiêu hao ẩm có thể kết hợp với nhau trong cùng một mối hàn.

Tình trạng thiết bị và hiệu chuẩn.Đầu ra thực tế của máy hàn cần phải khớp với các cài đặt được hiển thị trên máy hàn, đó là lý do tại sao đồng hồ đo dòng điện và điện áp phải được hiệu chỉnh trước khi bắt đầu dự án. Bởi vì hàn mạ kẽm phụ thuộc vào việc giữ điều khiển đầu vào nhiệt- chặt chẽ hơn so với hàn thép cacbon thông thường, nên máy không được hiệu chỉnh - hoặc cáp hàn chạy đủ lâu để gây ra sụt áp đáng kể mà không cần điều chỉnh tham số tương ứng - sẽ làm suy yếu toàn bộ quan điểm chỉ định kiểm soát tốc độ dòng điện và hành trình-một cách cẩn thận trong quy trình.

Quy trình kỷ luật.Kích thước và độ sạch của rãnh (xác nhận lớp mạ kẽm đã thực sự được loại bỏ chứ không chỉ bị tối màu về mặt trực quan) phải được kiểm tra ngay trước khi bắt đầu hàn. Dòng điện, điện áp và tốc độ di chuyển cần phải nằm trong phạm vi của quy trình đủ tiêu chuẩn xuyên suốt, không chỉ ở điểm bắt đầu mối nối, vì việc chuyển hướng về phía nhiệt đầu vào cao hơn sẽ khiến kẽm bốc hơi nhiều hơn và vùng bị ảnh hưởng nhiệt-rộng hơn. Các đường rễ cần được chú ý đặc biệt, vì rễ nằm gần nhất với bất kỳ lượng kẽm dư nào ở phía xa của mối nối và là nơi có nhiều khả năng hình thành độ xốp nhất; các mối hàn nhiều đường hàn nên được tạo thành các lớp mỏng, có kiểm soát thay vì một số lượng nhỏ các đường hàn dày đặc. Trên-các mối nối có hệ quả cao hơn, việc kiểm tra trực quan phải được hỗ trợ bằng thử nghiệm không-phá hủy phù hợp với thử nghiệm chụp X quang hoặc siêu âm - của dịch vụ đối với các mối nối kết cấu hoặc áp suất tới hạn, ở mức tối thiểu đối với một mẫu đại diện của quá trình vận hành.

Điều kiện môi trường.Nhiệt độ môi trường, độ ẩm và tốc độ gió tại vị trí hàn đều ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn mà không phụ thuộc vào vấn đề kẽm - gió làm xáo trộn tấm chắn, độ ẩm ảnh hưởng đến việc thu hydro trong bể hàn và trong các vật tư tiêu hao được bảo quản, đồng thời nhiệt độ môi trường xung quanh lạnh làm thay đổi tốc độ làm mát và cùng với đó là nguy cơ nứt ở vùng bị ảnh hưởng nhiệt. Khi bất kỳ điều nào trong số này nằm ngoài phạm vi đã nêu của quy trình đủ tiêu chuẩn, thì phản ứng đúng đắn là hoãn công việc, không hàn bằng mọi cách và dựa vào việc kiểm tra để phát hiện vấn đề sau đó.