Особенности сварки углеродистых оцинкованных сталей

Основная технологическая проблема, которая возникает во время сварки с цинковым покрытием, это риск выгорания самого покрытия. Сам цинковый слой начинает плавиться уже при плюс 420 градусах, а при плюс 906 - цинк начинает испаряться.

Нарушение целостности защитного цинкового покрытия приводит к серьезным негативным последствиям в виде образования на месте выгорания проблемной зоны, не защищенной от воздействия влаги. Такое место через некоторое время подвергается атаке коррозии. Возникновение разрушительной ржавчины вынуждает время от времени заменять пораженные участки со всеми вытекающими из этого обстоятельствами: финансовыми и временными затратами, необходимостью переделывать уже законченные конструкции.

Резкое испарение цинкового слоя начинается при зажигании сварочной дуги. Именно это и создает негативные последствия при сварке: нестабильность сварочной дуги, появление трещин, образование пор и прочее.

Частично цинк усваивается плавящимся металлом, а частично попадает в состав сварочного аэрозоля. Попавший в сварочную ванну цинк способствует образованию пор в швах в связи с высокой упругостью паров цинка, а также способствует образованию кристаллизационных трещин в связи с низкой температурой плавления цинка и образованием легкоплавких межкристаллитных прослоек в процессе кристаллизации швов.

Кроме того пары цинка токсичны, что вызывает необходимость использования мощной местной вентиляции. Во время выполнения сварочных работ с оцинкованными сталями должны жестко соблюдаться меры безопасности. В частности, для защиты от вредных испарений оксида цинка сварщик обязан работать исключительно в респираторе. На лице у него должна быть защитная маска (защитные очки), на руках - резиновые перчатки, снабженные теплоизолирующей тканью. Даже при наличии респиратора работать необходимо либо на открытом воздухе, либо в хорошо проветриваемом помещении. Для недопущения нежелательного вспенивания цинка на месте сварки рабочую зону рекомендуют обработать соляной кислотой.

Методы предупреждения дефектов

Чтобы избежать образования дефектов технология сварки и сборки предусматривает:

- Перед сборкой под сварку кромки деталей следует очищать от покрытия. Удалять можно механически - строганием или абразивной обработкой или нагревом газовой горелкой. Однако следы цинка остаются;

- Для того чтобы избежать теплового испарения цинка, следует сокращать период, в течение которого производится сварка в местах соединения. С такой задачей могут справиться, например, специально сконструированные электроды, выдерживающие повышенные токи (табл.8). В результате сварщик получает возможность оперировать более высокими, чем обычно, температурами. Благодаря этому сварка цинка осуществляется безопаснее, а металл доводится до нужных условий быстрее, чем цинк начнет испаряться;

- Для защиты покрытия от чрезмерных температур применяют специальные флюсы. Слой данного материала предварительно нагревается до вязкого, полужидкого состояния и наносится в то место, где планируется сварное соединение оцинкованных свариваемых изделий. Оберегает флюс цинковое покрытие тем, что, принимая на себя избыточное тепло от сварочного аппарата, он испаряется и, соответственно, не позволяет испаряться цинку;

 

Таблица 8 – Электроды для сварки оцинкованной стали

Толщина металла, мм	Диаметр электрода, мм	Сварочный ток, А
1 - 2	1,6	25 - 50
2 - 3	2	40 - 80
2 - 3	2,5	60 - 100
3 - 4	3	80 - 160
4 - 6	4	120 - 200
6 - 8	5	180 - 250
10 - 24	5 - 6	220 - 320
30 - 60	6 - 8	300 - 400

 

- Для предупреждения образования пор в швах, сборку стыковых и тавровых соединений производят с зазором, в 1,5 - 2 раза превышающем зазор при сварке металла без перекрытия;

- Лучшие результаты при ручной дуговой сварке обеспечивают электроды с рутиловым покрытием, а при полуавтоматической - сварка в струе СО₂ проволокой Св-08Г2С;

- Сварку рекомендуется производить с колебаниями электрода вдоль шва (для более полного испарения цинка). В связи с этим скорость сварки однослойных швов снижается на 10-20 %;

- Для повышения стойкости против образования трещин рекомендуется снижать содержание кремния в шве. Добиться снижения его уровня поможет применение специальных материалов для сварочных работ.

 

Сварка оцинкованной стали

Сварка оцинкованного металла мало чем принципиально отличается от сварки обычной стали, но имеет свои нюансы. Как уже было сказано выше, весь процесс должен протекать достаточно быстро, чтобы цинк до прочного соединения деталей не успел испариться из зоны соединения. Такое технологическое условие способны обеспечить электроды для сварки с рутиловым покрытием. Благодаря химическому составу покрытия, которое имеет указанный тип электродов, они очень легко и быстро зажигаются. При этом формируется сварочная дуга, способствующая образованию качественных соединительных швов, причем практически совершенно без пор. Рутиловые электроды характеризуются также очень низким коэффициентом разбрызгивания расплавленного металла. Иногда для уменьшения удельного веса углерода в цинковой оболочке и повышения сопротивляемости металла к формированию опасных трещин в рутиловое покрытие добавляют некоторый объем железного порошка.

Для сварки оцинкованной стали, применяют ручную дуговую сварку, полуавтоматическую в углекислом газе или без применения дополнительной защиты. Режимы сварки зависят от свариваемого металла и применяемой проволоки или электродов. Лучшие результаты при ручной дуговой сварке обеспечивают электроды с рутиловым покрытием, обеспечивающим минимальное содержание кремния в металле шва.

Например, при ручной сварке штучными электродами оцинкованной стали толщиной 3 мм применяют рутиловые электроды диаметром 3,25 мм для стыковых и тавровых соединений J_св= 110 - 125 А; ток переменный, рутиловые электроды диаметром 2,5 мм, J_св= 90 А; ток переменный. При полуавтоматической сварке в углекислом (СО₂) газе применяют проволоку Св-08Г2С.

Например, Св-08Г2С диаметром 1 - 1,2 мм углекислый газ, стыковое, тавровое соединения. J_св=110 - 150 А; V_д=19 - 20 В, полярность обратная.

Металл толщиной до 3 мм сваривают встык в один проход без разделки кромок, толщиной 6 - 13 мм при V - образной заделке кромок многослойными швами. Механические свойства металла шва такие же, как при сварке стали той же марки без покрытия.

После окончания сварочных работ по поверхности швов и около шовных зон наносится защитный слой краски, состоящей из цинковой пыли и связующего, например, эпоксидной смолы. В качестве защиты от коррозии применяют покрытия на основе эпоксидно-полиамидных смол с цинковой пылью или алюминия и цинка, Наибольшее распространение получило горячее или гальваническое цинкование, обеспечивающее максимальную коррозионную устойчивость.

 

3.1.3. Сварка газовой горелкой на примере оцинкованных труб

Сварку газовой горелкой будем рассматривать на примере оцинкованных труб.

Для того чтобы производить качественную сварку, специалисты в области сварки разработали специальную технологию, позволяющую не нарушать поверхностный цинковый слой. Основана данная технология на использовании специального сварочного флюса. Перед началом сварки необходимо провести подготовительную работу. В частности, определенным образом подготавливаются концы соединяемых труб. Их необходимо тщательно зачистить до состояния блеска чистого металла. Разумеется, все масложировые пятна, и прочие следы загрязнения должны быть удалены. После этого на зачищенное место следует аккуратно нанести флюсовый слой. Флюс должен полностью, без «прогалин», покрыть зону будущего сварного соединения - только в этом случае он надежно защитит оцинковку от перегрева, который чреват последующим испарением цинка. Флюса при сварке необходимо использовать примерно в два раза больше, чем это делается при пайке стандартных не оцинкованных металлических труб. Необходимо обратить внимание на толщину обрабатываемых труб с цинковым покрытием. Если толщина их стенки составляет менее 3 мм, то надобность в специальной подготовке кромок таких труб отсутствует. При этом у подобных материалов не должно быть заметных скосов. Применяемая горелка должна быть на 1-2 номера меньше, чем у такой же сварки для обычных стальных труб. При этом сварка оцинкованной стали должна осуществляться пламенем газовой горелки, предварительно настроенным таким образом, чтобы к нему подавался кислород с некоторым избытком.

На место стыка фрагментов оцинкованных труб накладывается припойный пруток с нанесенным на него покрытием. Его необходимо расплавить для надежного соединения отдельных элементов сварной конструкции. Делается это пламенем горелки, которое направляют точно на пруток. Недопустимо направлять пламя горелки на стенки труб, не покрытых флюсом. После успешного окончания сварочных манипуляций оставшийся на стенках трубы флюс необходимо аккуратно удалить. Если при сварке произошло случайное нарушение структуры защитного слоя, то его надо обязательно восстановить для недопущения возникновения на этом месте коррозии. С этой целью, на поврежденные участки полностью остывшее изделие, наносят специально предназначенные для этого антикоррозийные вещества. В течение всего периода работы нужно постоянно внимательно следить за цинковой поверхностью. Самое главное, она не должна перегреваться.