Горячее цинкование металла: технология, оборудование, ГОСТ

Горячее оцинкование входит в число наиболее эффективных способов, обеспечивающих защиту крепежных элементов от воздействия коррозии. Нередко данный метод по сравнению с другими покрытиями воспринимается как более дорогостоящий. Однако, если рассматривать этот вопрос, принимая во внимание цену каждого года эксплуатации крепежных деталей без какой-либо ржавчины, горячее оцинкование сегодня – самый экономичный способ покрытия. Кроме того, болты с таким защитным слоем могут использоваться, практически, в любой отрасли народного хозяйства. Все это в полной мере относится к оцинкованному крепежу, произведенному по ГОСТ 7805 и ГОСТ 7798.

Отличия болтов

Основное отличие болтов, изготовленных по нормам данных стандартов – класс точности размерных характеристик.

• Крепежные элементы, соответствующие требованиям ГОСТ 7805, характеризуются повышенной точностью, соответствующей требованиям класса «A».
• Болты, произведенные согласно нормам стандарта ГОСТ 7798, имеют нормальную точность рабочих параметров – класс «B».

По состоянию на настоящее время для большинства производств, связанных со сборкой конструкций, точность болтов класса «B» вполне достаточна.

А меньшая стоимость по сравнению с изделиями высокой точности обусловила факт большей востребованности крепежных элементов ГОСТ 7798.

Контроль качества покрытий по ГОСТ 9-307

Важные моменты при процедуре описаны контролем Госстандарта. Требований к обработке существует множество, основные из них:

• Требования к металлу, при данном разделе описаны категории изделий из стали, которые можно обрабатывать.
• Внешний вид и качество покрытия, а также толщина готового изделия определены согласно ГОСТу.
• Методы контроля качества определяются способами определения качества готовой продукции.

Процесс горячего цинкования труб

Контроль и его методы подразумевают проверку готовой продукции путем нанесения механических повреждений или специальных меток. Горячее цинкование металлоконструкций определяется также температурным воздействием, изделие нагревается до 200 ⁰С, визуально проверяется на наличие повреждений либо отслаивания металла.

Производство оцинкованных болтов

Технология покрытия болтов горячим цинком включает ряд этапов. Коротко рассмотрим их.

• Подготовительный этап. С поверхности крепежных элементов тщательно удаляется грязь и оставшееся от предыдущих технологических операций масло. Делается это путем погружения стальных болтов в кислый либо щелочной обезжиривающий раствор.
• Процесс горячего оцинкования. Корзина с крепежными деталями на 5 – 10 минут помещается в емкость с расплавленным цинком, имеющим температуру около 460°С. После оцинкования для избавления излишков этого металла с болтов используется центрифуга.
• Охлаждение. Оцинкованные детали затем подвергаются закаливанию в воде, либо охлаждаются на воздухе. Последний вариант более положительно сказывается на состоянии поверхности крепежных элементов.
• Контроль качества. Специалисты ОТК по завершению процедуры оцинкования проводят следующие действия: — осматривают болты; — проверяют толщину нанесенного защитного слоя; — проверяют качество поверхности.

В результате горячего оцинкования болты становятся матово-серого цвета. Толщина покрытия, созданного по такой технологии, колеблется в диапазоне 40…60 микрометров.

Горячее цинкование

Цинковое покрытие является защитным, а не декоративным.

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).

Повышенные требования к внешнему виду цинкового покрытия должны быть, установлены при открытии заказа, и заложены дополнительно в цену изделия.

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).

Не допускайте хранения изделий в полиэтиленовой плёнке на длительный срок.

Историческая справка

В 1742 году Поль Жак Малуэн описал способ защиты железа от коррозии погружением детали в расплавленный цинк.

В 1836 году Станислас Сорель получил патент на технологический процесс горячего цинкования: деталь очищается, обезжиривается, протравливается, покрывается флюсом и погружается в ванну с расплавленным цинком. Этот способ используется уже более 180

лет, имеются детали которые уже более
180
лет защищены горячим цинком. ГОСТ 9.307 регламентирует данный технологический процесс в нашей стране и даёт полное изложение получения, методику контроля покрытия и допустимые параметры.

Горячий цинк и Холодный цинк

На рынке есть опоры по очень приятный цене, но в описании указано, что они защищены от коррозии методом «холодного цинкования». Что это такое?

Цинковая краска

– одно из наиболее популярных антикоррозийных средств по металлу на современном рынке отделочных материалов. Не секрет, что цинкование является самым долговечным методом защиты металла от коррозии. Однако провести его традиционными способами не всегда является возможным. Все-таки и «горячий» метод, и способ электрохимического осаждения доступны только в промышленных условиях. Именно поэтому «холодное» цинкование с применением цинковой краски является столь популярным.

Итак, это краска с наполнением цинковым порошком. У неё есть существенное преимущество — цена покрытия.

Твердость

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 (кто кого царапает)

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

Понятно, что любая краска гораздо менее твердая, чем цинк

Адгезия (прилипание)

И горячий и холодный цинк наносится на подготовленную поверхность. От качества подготовки поверхности зависит прочность покрытия, это всем известно. Лакокрасочное покрытие нужно обновлять через 1-3 года для уличных изделий. Оно теряет защитные свойства: стирается и отшелушивается от старости, сырости, и механических повреждений. Это известно каждому, у кого есть что-нибудь окрашенное на улице.

Оцинковка по ГОСТ «Горячий цинк» образует на поверхности цинковый припой

, который обеспечивает: —
барьерную защиту
простой изоляцией стали от воздействия электролитов из окружающей среды (как краска). Цинк чрезвычайно плотный и непроницаемый материал, счистить его с поверхности можно только с помощью напильника, желательна — «болгарка» —
катодную защиту
. Это означает, что цинк сначала будет корродировать сам, защищая этим лежащий под ним металл. Это происходит в соответствии с так называемым «гальваническим рядом металлов» при наличии идеального гальванического контакта цинк-сталь. Катодная защита стали цинком обеспечивается даже тогда, когда повреждение цинкового покрытия на стали до «голой» стали достигает 5-6 мм: никакой коррозии стали не начинается, пока она не «съест» окружающий цинк.

Длительность защиты

При идеальном нанесении краска обеспечивает защиту поверхности 1-3 года (для улицы в зависимости от климатических условий), её требуется регулярно подновлять на поврежденных участках или лучше перекрашивать полностью, но это неудобно. При горячем цинковании гарантирована защита на 25 лет, а напомним — имеются детали, которым 180 лет…

Контрольная проверка покрытия «Горячий цинк» VS «Холодный цинк»

Возьмите трубу покрытую цинковой краской и оцинкованную трубу. Постучите потрите их друг об друга. Посмотрите что произошло…

Варианты исполнения

Оба рассматриваемые стандарты предусматривают изготовление болтов в одном из четырех вариантов. Причем по количеству специальных отверстий и месту их расположения они полностью идентичны.

У болтов, изготовленных по ГОСТам 7805 и 7798 в этом варианте исполнения шплинтовые отверстия отсутствуют.

Наличие отверстия в резьбовой части стержня позволяет при совместном использовании болта с корончатой гайкой и шплинтом избежать самораскручивания соединения, когда на него воздействуют нагрузки динамического характера.

В головке имеются два отверстия, высверленные в смежных гранях под острым углом относительно друг друга. Помимо препятствования самораскручиванию путем шплинтования, эти отверстия служат также для установки пломб.

На наружной поверхности головки имеется углубление. На практике сюда наносится маркировка. Условие не превышения глубины этой лунки величины 0,4 k, где k – высота головки, выдвигается из-за требования, чтобы прочность головки от формирования данного углубления не снижалась.

Требования к изделиям подлежащим цинкованию в соответствии с ГОСТ 9.307 – 89

1. В металлоконструкциях не должно быть «карманов», закрытых полостей и воздушных мешков. Все полости должны быть доступны для беспрепятственного поступления и выхода из них жидкостей, расплавленного цинка и газов.
2. Сварку элементов стальных конструкций следует производить встык, либо двусторонними швами, либо односторонним швом с подваркой.
3. Сварные швы должны быть равномерными, плотными и сплошными по всей длине.
4. Все детали металлоконструкций должны иметь технологические отверстия (как для выполнения требований п. 1, так и для подвешивания самих изделий). Технологические отверстия должны иметь диаметр 15,5-25,5 мм и быть расположены на расстоянии 30 мм от торца детали.
5. Расположение и целесообразность технологических отверстий должны быть согласованы с Подрядчиком до заключения сторонами дополнительного соглашения или договора.
6. Герметичные емкости, барабаны, змеевики из труб, узлы с резьбовыми соединениями, покрытию методом горячего цинкования не подлежат.
7. Во избежание взрыва не допускается наносить покрытие на изделия, имеющие закрытые полости.
8. Полые изделия и изделия сложной формы подвергают пробному цинкованию.
9. Не допускается цинковать изделия со сварными соединениями в «нахлестку».

Технические характеристики

Стандарты ГОСТ 7805 и ГОСТ 7798 устанавливают не только совпадающие, но и отличающиеся технические характеристики шестигранных болтов. Все эти моменты отображены в таблице. Первое число в столбцах ГОСТов – минимальное значение параметра, а вторая – его максимальная величина.

Требования к поверхности основного металла

1. На поверхности основного металла не допускаются: — закатанная окалина, заусеницы, грязь, остатки абразивного материала от механической обработки, сварочные шлаки, остатки формовочной массы, графит, смазка (силикон), металлическая стружка, маркировочная краска.
2. Не допускаются поры, свищи, трещины, наплавные сопряжения сварных швов. Зачистка сварных швов обязательна.
3. Острые углы и кромки изделий, за исключением технически обоснованных случаев, должны быть скруглены радиусом не менее 0,3 мм.

При соблюдении вышеуказанных требований Подрядчик гарантирует нанесение покрытия методом горячего цинкования в соответствии с ГОСТ 9.307 – 89. Толщина покрытия по согласованию с заказчиком и в зависимости от марки стали от 80 до 250 мкм. Для мелких изделий с толщиной стенки менее 3 мм и длиной до 0,5 м толщина покрытия 50-70 мкм.

Еще статьи в этом разделе

Состав для холодного цинкования металлоконструкций

Почему оцинкование называют горячим

Нормы расхода лакокрасочных материалов на изготовление металлоконструкций

ГОСТ 9.307-89 ЕСЗКС. Покрытия цинковые горячие. Общие требования и методы контроля

Технологические характеристики процесса горячего цинкования

При горячем цинковании скорость диффузионного процесса напрямую зависит от • температурного режима, • агрегатное состояние взаимодействующих веществ.

Плотность поверхностного слоя — 7,13 г/см3. Микротвердость цинкового слоя после горячего цинкования составляет 360 МПа.

При горячем цинковании процесс протекает путем кратковременного погружения металлоизделия в расплавленный цинк (рабочая температура раствора

450 градусов, время выдержки – 9-12 мин).

Твердость и износостойкость покрытия увеличивается за счет формирования на поверхности защитного слоя, состоящего из карбоната цинка. При извлечении обрабатываемой детали из расплавленного раствора происходит ряд последовательных химических реакций. Сначала образуется оксид цинка (цинк вступает в реакцию с кислородом, окисляется). Затем в результате взаимодействия диоксида углерода и оксида цинка получается устойчивое, твердое соединение – карбонат цинка.

Цинковое покрытие после финишной обработки имеет серый, матовый цвет. Для улучшения декоративных характеристик в цинковый расплав добавляют алюминий, никель (вместе или раздельно).

После горячего цинкования слой наносимого покрытия может находиться в диапазоне от 30 до 200 мкм. Толщина цинкового слоя зависит от • рабочей температуры расплавленного раствора, • временного интервала погружения, • скоростного режима извлечения обрабатываемого изделия из ванны цинкования, • финишного удаления излишков цинкового расплава.

Высокая износостойкость цинкового покрытия, большая толщина защитного слоя увеличивают срок эксплуатации обрабатываемых изделий.

В среднем металлоконструкции после горячей оцинковки служат 60 лет и больше.

Преимущества данного метода

Обработанные представленным методом изделия применяются фактически в любых условиях, исключение составляют сильная кислотная и щелочная среда.

1. Возможность обработки изделий любых форм и конфигураций.
2. Способность самостоятельного восстановления участка металлоконструкции при механических повреждениях.
3. Высокая степень устойчивости перед жидкостями.
4. Дефекты основы тщательно скрываются под слоем цинка.
5. Оборудование для горячего цинкования простое и понятное в эксплуатации.
6. Значительная экономия – изделия не требуют регулярной обработки и окрашивания.

Для наилучшей степени покрытия изделий, на производствах используется низкоуглеродистая сталь ГОСТ 380-94, 1050-88, 27772-88.

Единственным недостатком метода отмечают ограниченность размеров деталей, которые зависят от параметров емкости с расплавленным цинком. На предприятиях крупногабаритного производства изделия обрабатывают с использованием агрегатов непрерывной оцинковки, цена на такой процесс соответственно выше.

Приоритеты технологии горячего оцинкования

1. Высокая устойчивость к химическому воздействию. 2. Способность защитного слоя к самовосстановлению в местах механического повреждения. 3. Высокие механические характеристики, ударная устойчивость. 4. Длительный срок эксплуатации обработанных деталей. 5. Простота технологического процесса. 6. Возможность оцинковать крупногабаритные изделия и конструкции.

7. Высокая электро- и теплопроводность цинкового покрытия.

Линии горячей оцинковки центрифугой

Ручная и автоматическая оцинковка посредством центрифуги

• Ручной тип с «Монорельсовым циклом»
• Автоматический робот верхней центрифуги на 40 корзин в час
• Автоматический робот верхней центрифуги на 80 корзин в час

Инновационная высокопроизводительная и высококачественная установка оцинковки посредством центрифуги.

Чистая производительность до 4 тонн в час.

100% возврат цинка прямо над поверхностью зеркала без вмешательства оператора для ее очистки.

Очень важная экономия цинка.

Устройство наполнения барабанов и подающие конвейеры.

Закрытый туннель предобработки с автоматическим двойным портальным краном, работающим в соответствии с введенным “рецептом”.

Разгрузка барабана и конвейер перемещения материала.

Полностью автоматические процессы взвешивания материала, наполнения корзины, погружения, очистки поверхности цинка, выхода из цинка.

Керамическая печь с верхним нагревом.

Программное обеспечение регулировки и наблюдения автоматической транспортной системы.

Недостатки процесса горячего цинкования

1. Отсутствует возможность наложить слой с точными (жесткими) геометрическими параметрами, неравномерность толщины финишного покрытия (наплывы, утолщения).

2. Невозможность создать на обрабатываемой поверхности слой толщиной от 4 мкм (минимальная толщина покрытия 30 мкм). 3. Технология не позволяет обрабатывать мелкогабаритные изделия. 4. При обработке сложных, геометрических конструкций обязательно наличие дополнительных технологических отверстий для удаления излишков цинка.

Особенности цинкования различных конструкций

При обработке металлов расплавленным цинком необходимо соблюдать ряд обязательных требований. Одним из обязательных условий является отсутствие закрытых полостей, т.к. наличие газовых пузырей в изделии будет препятствовать погружению метиза в ванну (плотность цинка составляет 6,8 кг/дм3, а плотность стали – 7,5 кг/дм3). Крупные конструкции подвешиваются на приваренные по краям ушки и опускаются в цинковый раствор под углом, для свободного стекания цинка.

Особенности горячего цинкования различных изделий из стали:

• Ограждения. При оцинковке секции перильных ограждений необходимо обратить внимание на некоторые узлы соединений конструкции. Самая высокая точка элемента забора будет служить местом выхода газов флюсования. Для устранения препятствий свободного перелива цинка в местах соединения горизонтальных и вертикальных деталей в вертикальной трубе перед сваркой с горизонтальной трубой делается отверстие диаметром, равным диаметру горизонтальной трубы.
• Тяги. Это изделия, изготавливаемые из расплющенной трубы, в которую вставляется крепежная часть. В тягах, которые подлежат горячему цинкованию, после обварки делаются отверстия с обеих сторон изделия.
• Колонны. При наплавлении цинка на такие изделия необходимо удалять металл на прямых углах ребер, а также делать отверстия на основании во избежание избыточного захвата цинкового раствора поверхностью. Углы срезаются для того, чтобы все участки были хорошо оцинкованы (в точках, которые образуют три плоскости, флюс испаряется раньше и покрытие может быть неравномерным). В опорной плите по диагонали делается не менее двух отверстий поближе к стенке трубы.
• Фермы. Фермы, изготовленные из открытых профилей, свариваются таким образом, чтобы между элементами оставался зазор для свободного стекания цинка. С зазорами также привариваются ребра жесткости конструкций.
• Осветительные опоры. Такие конструкции изготавливаются из труб разного диаметра, которые соединяются распорным и внешним кольцами. Распорное кольцо может быть заменено установкой ребер жесткости. Для обработки металла горячим цинком предусматриваются отверстия в деталях и технологическая петля для подвешивания в точке соединения труб.
• Резервуары. Габариты емкостей, которые проходят обработку горячим цинкованием, не должны превышать размера ванны. При стандартном расположении сливных штуцеров (сверху и снизу резервуара) цинкование невозможно, при размещении штуцеров на боковых поверхностях емкости цинкование возможно.
• Изделия «труба в трубе». При соединении труб различного диаметра перед обработкой цинком необходимо проделать технологические отверстия для свободного слива цинкового раствора и выхода газов флюса. В изделиях для оцинковки между трубами разного диаметра должно быть предусмотрено расстояние не менее 5 мм.

Оптимальный размер отверстий для слива цинка в металлических изделиях – 1/7 – 1/10 площади сечения детали конструкции.

Области применения изделий после горячего цинкования

Большая толщина наносимого покрытия, высокая коррозионная устойчивость, длительный срок эксплуатации – параметры, которые учитываются при создании ответственных металлоизделий. Горячей оцинковке подвергаются : • строительные металлоконструкции, • линии электропередач, • дорожные и мостовые опоры,

• осветительные и рекламные конструкции, • дорожные, оградительные приспособления.

Горячее цинкование используется в трубопрокатном производстве. Горячеоцинкованые трубопроводы используются в нефтяной и газодобывающей промышленности (добыча и переработка). Оцинкованные изделия и конструкции используют в коммунальном хозяйстве, сельскохозяйственной отрасли.В автомобилестроении активно применяют оцинкованный, тонколистовой, холоднокатаный прокат (изготовление кузовных панелей). Разработана специальная методика высокоскоростного, горячего цинкования проволоки.

Источник https://paes250.ru/metally/tolshchina-cinkovogo-pokrytiya-gost.html

Источник https://separett.su/info/goryacheocinkovannaya-stal.html

Источник