Soldagem de tubo de aço galvanizado: Por que o revestimento de zinco muda tudo na solda

Uma solda em um tubo galvanizado não é a mesma operação que uma solda em um tubo preto com uma superfície-de cor diferente. O revestimento de zinco que dá ao tubo galvanizado sua resistência à corrosão se comporta de maneira muito diferente do aço em temperaturas de soldagem, e essa diferença motiva quase todas as precauções especiais usadas em uma equipe de soldagem galvanizada - desde como a junta é preparada, até como a solda é executada, até o que acontece depois que o arco se apaga. Compreender por que essas precauções existem, em vez de tratá-las como uma lista de verificação arbitrária, é o que separa uma junta galvanizada soldada que dura tanto quanto o resto do tubo daquela que se torna o primeiro local onde o sistema sofre corrosão.

Nem todos os tubos galvanizados chegam à área de soldagem com o mesmo revestimento, e a diferença é importante antes mesmo de a soldagem começar.

Tubo galvanizado-por imersão a quenteé produzido pela imersão de um tubo de aço acabado em um banho de zinco fundido, normalmente em torno de 450°C. O zinco reage com a superfície do aço para formar uma série de camadas de liga de zinco-ferro, cobertas por uma camada de zinco relativamente puro. Essa ligação metalúrgica - e não apenas um depósito superficial - é o que dá ao revestimento por imersão a quente sua força de adesão e sua faixa de espessura típica de aproximadamente 45 a 100+ mícrons, dependendo da espessura do aço e do tempo de imersão. O revestimento não é perfeitamente uniforme em nível microscópico, mas em nível prático ele cobre continuamente as superfícies internas e externas do tubo, incluindo áreas de difícil-a-alcance, como roscas e cordões de solda, porque o tubo está totalmente imerso.

Tubo eletro-galvanizadoé produzido pela deposição eletroquímica de zinco na superfície do aço, normalmente à temperatura ambiente, a partir de uma solução de-sal de zinco. O revestimento resultante é mais fino - geralmente na faixa de 5 a 25 mícrons - de aparência mais lisa e unido por adesão eletroquímica em vez de se desenvolver o revestimento por imersão a quente-da camada de difusão da liga. É mais rápido e mais barato de aplicar, além de produzir um acabamento de superfície mais uniforme e cosmeticamente mais limpo, e é por isso que aparece frequentemente em aplicações internas ou com menor exposição à-corrosão-, onde a aparência e o custo são mais importantes do que décadas de vida útil em ambientes externos.

A consequência prática para a soldagem: um revestimento-por imersão a quente tem mais massa de zinco concentrada perto da junta, mais dela presa em uma camada de liga que adere à superfície do aço mesmo sob calor, e um revestimento mais espesso para ser removido antes da soldagem. Um revestimento eletro-galvanizado é mais fino e mais fácil de remover, mas também oferece uma vida útil mais curta quando a junta volta a funcionar, já que, para começar, há simplesmente menos zinco. Nenhuma das diferenças altera a física subjacente do que acontece quando o arco atinge perto do zinco - ela muda a quantidade do problema com o qual você está lidando e como o desempenho de corrosão da junta acabada se compara ao resto do trecho do tubo.

O problema central é uma simples incompatibilidade de temperatura. O zinco ferve a aproximadamente 907°C. O aço não começa a derreter até cerca de 1.500 graus Celsius. Um arco de soldagem funciona muito mais quente do que qualquer figura -, o que significa que quando o arco tiver feito alguma coisa com o aço, o zinco imediatamente ao seu redor já terá vaporizado.

Essa sequência causa vários problemas distintos na solda acabada, e não apenas um:

• Porosidade- vapor de zinco liberado na poça de fusão não escapa completamente antes que o metal se solidifique, deixando bolsas de gás no metal de solda. A porosidade reduz a seção transversal efetiva-da solda e dá às rachaduras por corrosão e fadiga um local para iniciar.
• Fragilização de metal líquido- se o calor da soldagem empurrar o zinco fundido ou vaporizado para os limites dos grãos da zona-afetada pelo calor no aço base, isso poderá reduzir a ductilidade dessa zona e, em alguns casos, contribuir para a trinca sob carga ou estresse térmico subsequente. Este é um risco bem{3}}documentado, especificamente associado à soldagem de aço galvanizado, diferente da porosidade comum da solda.
• Respingos e mau perfil do cordão- a vaporização do zinco perturba o arco e a superfície da poça de fusão, tornando mais difícil manter um cordão limpo e consistente em comparação com a soldagem da mesma junta em aço puro.
• Perigo de fumaça- o zinco vaporizado pelo arco oxida rapidamente no ar, produzindo fumaça de óxido de zinco. A inalação desses vapores em concentração suficiente causa a febre dos vapores metálicos, um risco ocupacional real e{2}}reconhecido, e é por isso que a ventilação e, quando necessário, a proteção respiratória são práticas padrão em trabalhos de soldagem galvanizada, e não uma precaução opcional.

Nenhum desses problemas desaparece porque um soldador é habilidoso - eles são consequências físicas da soldagem através de um revestimento de zinco intacto. Qual habilidade e controle de procedimento é quanto do problema atinge a junta acabada, e esse controle começa antes do arco ser iniciado.

A prática padrão é remover o revestimento de zinco da área da junta antes da soldagem, usando uma rebarbadora, lixamento abrasivo ou limpeza com chama, em vez de soldar diretamente através dele. Isso não é cosmético -, ele aborda o risco de porosidade e fragilização na fonte, mantendo o vapor de zinco fora da poça de fusão e da zona-afetada pelo calor em primeiro lugar. A área limpa normalmente se estende por uma curta distância da borda da junta no tubo e em qualquer flange ou acessório correspondente, não apenas na face chanfrada imediata, uma vez que a zona-afetada pelo calor se estende além da própria solda e o zinco residual logo fora da junta visível ainda pode vaporizar na área sob o calor da soldagem.

Cada método de remoção tem uma compensação prática. A retificação é rápida e controlável, mas gera pó carregado de zinco-que requer as mesmas precauções de fumaça/poeira que a soldagem. A limpeza com chama queima o revestimento usando uma passagem de tocha de intensidade-mais baixa antes do início da soldagem, o que é útil em tubos de-diâmetro maior, onde a retificação de toda a circunferência é demorada-, mas ainda libera fumaça de óxido de zinco durante a passagem de limpeza em si, de modo que os requisitos de ventilação não desaparecem apenas porque o arco de soldagem ainda não começou.

Para tubos galvanizados acima de aproximadamente DN100, métodos de união mecânica - conexões flangeadas, acoplamentos ranhurados/mecânicos ou acessórios do tipo-de compressão - são frequentemente especificados em vez de soldagem em campo, e o raciocínio se conecta diretamente à carga de remoção e reparo do revestimento-descrita acima. Uma junta DN100+ tem uma grande circunferência de revestimento para remover, soldar e depois reparar, e qualquer lacuna nesse reparo é uma lacuna na proteção contra corrosão em uma junta que geralmente é difícil de inspecionar ou re-revestir quando o sistema estiver em serviço. Uma junta mecânica evita perturbar o revestimento na área da junta - sem retificação, sem solda, sem revestimento de reparo -, o que remove toda a categoria de risco descrita acima, em vez de controlá-la. Isso é menos uma questão de exigência de código na maioria das jurisdições e mais uma questão de gerenciamento prático de riscos, uma vez que a área de{12}remoção de revestimento se torna grande o suficiente para que um reparo totalmente consistente se torne mais difícil de garantir.

Depois que a junta é soldada, a área que foi esmerilhada ou queimada - junto com o próprio cordão de solda - fica sem proteção contra corrosão, a menos que seja reparada deliberadamente. Isto é mais importante do que pode parecer à primeira vista: o zinco protege o aço descoberto adjacente, em parte, através de ação sacrificial (galvânica), onde o zinco corrói preferencialmente e protege pequenas áreas próximas de aço exposto. Essa proteção tem um alcance efetivo limitado - e funciona para furos e pequenos danos ao revestimento, não para uma costura de solda completa de aço puro. Se não for reparada, a zona de solda se torna o primeiro ponto de corrosão no sistema, minando a razão pela qual o tubo galvanizado foi especificado em primeiro lugar.

O reparo padrão usa um composto-rico em zinco -, seja um composto de galvanização a frio aplicado com pincel ou spray ou, em alguns casos, metalização de zinco com-aspersão térmica para aplicações de{3}}desempenho mais alto - construído até uma espessura de filme seco comparável ao revestimento por imersão a quente-ao redor, muitas vezes em múltiplas camadas para atingir a espessura adequada em uma única passagem. Este não é um retoque cosmético-que combina com a cor da tinta; está restaurando uma camada protetora de sacrifício real, e um reparo aplicado muito fino ou com má preparação da superfície por baixo falhará muito antes do resto do revestimento original do tubo.

A qualidade consistente da solda em tubos galvanizados é controlada em cinco áreas, cada uma abordando um ponto diferente onde os riscos-relacionados ao zinco acima podem dar errado.

Qualificação e continuidade do soldador.A soldagem correta de tubos galvanizados requer um controle mais rígido da entrada de calor e da velocidade de deslocamento do que a soldagem da junta de aço descoberto equivalente, especificamente para limitar a quantidade de zinco que vaporiza à frente e ao redor da poça de fusão. As equipes devem ser qualificadas de acordo com um procedimento que reflita isso - e não apenas uma certificação geral de soldagem - e verificadas por meio de um teste prático sob condições representativas do local antes de serem liberadas para trabalhar. Manter a mesma equipe em um projeto reduz a variabilidade que surge quando os soldadores reaprendem-esses ajustes no meio do trabalho.

Manuseio de material de enchimento.Eletrodos revestidos-de fluxo absorvem a umidade do ambiente, e a umidade no revestimento do eletrodo é um risco separado, mas agravado -, pois contribui para rachaduras-induzidas por hidrogênio na solda, independentemente de qualquer coisa relacionada ao zinco-. Os consumíveis devem vir de um fornecedor com certificação completa de material, ser armazenados e cozidos em temperatura controlada de acordo com o procedimento aplicável e ser emitidos em quantidades correspondentes a aproximadamente meio-dia de uso, para que a haste não utilizada não seja deixada para reabsorver a umidade no chão de fábrica. Este controle é mais importante, e não menos, em trabalhos galvanizados, uma vez que a porosidade do vapor de zinco e a porosidade do hidrogênio dos consumíveis úmidos podem se misturar na mesma solda.

Condição e calibração do equipamento.A saída real de uma máquina de solda precisa corresponder às configurações exibidas, e é por isso que os medidores de corrente e tensão devem ser calibrados antes do início do projeto. Como a soldagem galvanizada depende de manter um controle de entrada de calor-mais rígido do que a soldagem de aço carbono comum, uma máquina não calibrada - ou um cabo de soldagem longo o suficiente para causar uma queda de tensão significativa sem um ajuste de parâmetro correspondente - prejudica todo o objetivo de especificar cuidadosamente a corrente e o controle de velocidade de deslocamento-no procedimento.

Disciplina de processo.As dimensões e a limpeza da ranhura (confirmando que o revestimento de zinco foi realmente removido e não apenas escurecido visualmente) devem ser verificadas imediatamente antes do início da soldagem. A corrente, a tensão e a velocidade de deslocamento precisam permanecer dentro da faixa do procedimento qualificado durante todo o procedimento, e não apenas no início da junta, já que o desvio em direção a uma maior entrada de calor reintroduz mais vaporização de zinco e uma zona-afetada pelo calor mais ampla. Os passes de raiz merecem atenção especial, uma vez que a raiz está mais próxima de qualquer zinco residual no lado oposto da junta e é onde a porosidade tem maior probabilidade de se originar; soldas com vários-passes devem ser construídas em camadas finas e controladas, em vez de um pequeno número de passes pesados. Em juntas de maior-consequência, a inspeção visual deve ser apoiada por testes não{6}}destrutivos apropriados ao serviço - testes radiográficos ou ultrassônicos para pressão crítica ou juntas estruturais, no mínimo para uma amostra representativa da execução.

Condições ambientais.A temperatura ambiente, a umidade e a velocidade do vento no local da solda afetam a qualidade da solda, independentemente do problema do zinco - o vento perturba a blindagem, a umidade afeta a captação de hidrogênio na poça de fusão e nos consumíveis armazenados, e a temperatura ambiente fria altera a taxa de resfriamento e, com ela, o risco de rachaduras na zona afetada pelo calor-. Quando qualquer um deles estiver fora da faixa declarada do procedimento qualificado, a resposta correta é adiar o trabalho, não soldar de qualquer maneira e confiar na inspeção para detectar problemas posteriormente.