Во многих научных трудах отмечается, что технологический процесс горячего цинкования как вида антикоррозионной защиты способен негативно влиять на прочностные характеристики металлического изделия. Белорусские инженеры исследовали возможные причины возникновения повреждений внутренней структуры стальных элементов в результате такой обработки.
Монтаж путевой структуры комплекса uST в Центр испытаний и сертификации в г. Шардже (ОАЭ) / © Unitsky String Technologies Inc.
Горячее цинкование — один из наиболее распространенных и эффективных способов защиты металлических конструкций от коррозии. Однако при совокупном возникновении определенных факторов оно способно негативно повлиять на прочностные характеристики металлического изделия, о чем говорит ряд научных изданий.
Поэтому при проектировании строительных конструкций особое внимание уделяется расчетам всех возможных рисков. Но, несмотря на существенное развитие нормативно-технической базы, нередки случаи, когда при тщательном обследовании изготовленного по всем необходимым стандартам и готового к монтажу изделия выясняется, что оно не соответствует предъявляемым к нему требованиям. А вероятная причина хрупкого разрушения стальных элементов — проведение горячего цинкования.
Исследования разрушения горячеоцинкованных элементов отмечают три основных механизма охрупчивания:
• жидкометаллическое охрупчивание (liquid metal embrittlemen), которое вызывается воздействием жидкого металла на твердое тело и проявляется в виде многократного падения прочности, повышения хрупкости элемента, снижения его долговечности;
• водородное охрупчивание (hydrogen embrittlement), которое возникает в результате операции травления перед флюсованием, а затем и горячим цинкованием. Высокопрочная сталь может быть склонна к появлению трещин, вызванных водородом;
• охрупчивание, связанное со старением стали.
Во время строительства тестовой трассы транспортно-инфраструктурного комплекса uST в Шардже (ОАЭ) специалисты компании Unitsky String Technologies Inc. столкнулись с разрушением балочного элемента под воздействием горячего цинкования. Балочный элемент длиной 8200 мм с толщиной полки 300 мм был изготовлен из стали S355JR.
К полке в середине пролета методом полуавтоматической сварки встык с V-образной разделкой кромки была приварена пластина толщиной 40 мм. В ходе приемочного осмотра на строительной площадке выявили трещины, расположенные вблизи указанных сварных швов.
При последующем контроле сварного заводского соединения аналогичных элементов в тех же местах были обнаружены трещины схожей структуры. В некоторых элементах требовалось дополнительное снятие цинкового покрытия для установления этих дефектов, так как глубинные трещины визуально не просматривались на поверхности.
Нужно отметить, что в местах выявления трещин эстетические характеристики поверхности изделий были удовлетворительными, то есть отсутствовали подтеки, наплывы и прочие неравномерности толщины антикоррозионной защиты.
Образцы с повреждениями были вырезаны из балочных элементов и переданы для дальнейшего анализа. Его результаты показали, что наиболее вероятная причина возникновения указанных дефектов — нарушение технологии сварки, а именно:
• нарушение последовательности;
• нарушение количества проходок;
• отсутствие прогрева металла перед началом сварки, особенно при работе с массивными элементами;
• игнорирование выводных планок;
• ненадлежащее закрепление в стапелях, прихватках, зажимах.
Также нарушение технологии сварки может стать причиной возникновения остаточных напряжений, что негативно сказывается на процессе горячего цинкования.
Таким образом, горячее цинкование — это скорее своеобразный катализатор, способствующий выявлению нарушений в технологии изготовления стальных элементов, а не самостоятельный фактор возникновения дефектов, связанных с хрупким разрушением конструкций из стали. Учет опыта возникновения таких дефектов после процесса горячего цинкования может послужить основой для улучшения технологий изготовления стальных конструкций.
В частности, такой опыт будет полезен для совершенствования методик наложения сложных сварных швов, ужесточения требований к контролю, повышения качества обработки кромок после термической резки и так далее.
На основе проведенного эксперимента и изучения различных источников, профессиональной литературы инженеры компании UST Inc. выработали рекомендации, как избежать разрушения при горячем цинковании.
Для ответственных конструкций в качестве первичной меры рекомендуется указывать марку стали, исходя из ее ударной вязкости (должна быть одинаковой для всей конструкции). Наиболее предпочтительными являются стали J0, J2 и выше. Это не гарантирует исключения проблем при горячем цинковании, но может значительно снизить риск появления дефектов.
Необходимо руководствоваться локальными требованиями профильных предприятий касательно горячего цинкования с четким соблюдением их рекомендаций по конструированию.
Для исключения либо уменьшения напряжений в местах возможных концентраторов обязательна разработка технологической карты на сварку металлоконструкций с непременным указанием последовательности формирования сварных швов, дополнительного прогрева и так далее.
При производственных возможностях предприятия и наличии квалифицированных специалистов рекомендуется произвести расчет с использованием специализированных конечно-элементных программных комплексов по учету остаточных напряжений и их влияния на результат горячего цинкования.
При крупносерийном производстве, реализации сложных конструктивных решений необходимо изготовить ряд экспериментальных образцов, горячее цинкование которых позволит объективно оценить возможность применения данных решений с позиции дальнейшего использования.
