亜鉛メッキ鋼管の溶接: 亜鉛コーティングが溶接に関するすべてを変える理由

亜鉛めっきパイプの溶接は、表面の色の異なる黒いパイプの溶接とは異なります。-亜鉛めっきパイプに耐食性を与える亜鉛コーティングは、溶接温度で鋼とは大きく異なる挙動を示します。その違いにより、接合部の準備方法から溶接の実行方法、アークが消えた後の動作に至るまで、亜鉛めっき溶接作業員 - が使用するほぼすべての特別な予防措置が講じられます。これらの予防策を恣意的なチェックリストとして扱うのではなく、なぜこれらの予防策が存在するのかを理解することが、パイプの残りの部分が続く限り持続する溶接亜鉛メッキ継手と、システムが最初に腐食する継手とを区別するものです。

すべての亜鉛メッキパイプが同じコーティングで溶接ベイに到着するわけではなく、その違いは溶接が始まる前から重要になります。

溶融亜鉛メッキ管-完成した鋼管を通常約 450 ℃の溶融亜鉛浴に浸漬することによって製造されます。亜鉛は鋼の表面と反応して一連の亜鉛-鉄合金層を形成し、その上に比較的純粋な亜鉛の層が置かれます。この冶金的結合-は単なる表面堆積物-ではなく、溶融めっきの付着力-と、鋼の厚さと浸漬時間に応じておよそ45〜100+ミクロンの一般的な厚さの範囲を与えます。コーティングは顕微鏡レベルでは完全に均一ではありませんが、実際のレベルでは、パイプが完全に浸されているため、ねじ山や溶接の継ぎ目などの届きにくい領域も含め、パイプの内面と外面を継続的に覆っています。{10}{11}}

電気亜鉛メッキパイプ-亜鉛-塩溶液から、通常は周囲温度で電気化学的に鋼表面に亜鉛を析出させることによって生成されます。結果として得られるコーティングは、一般に 5 ～ 25 ミクロンの範囲でより薄い - - 外観がより滑らかで、合金拡散層の溶融めっきコーティングが発達するのではなく、電気化学的接着によって結合されます -。塗装はより早く、より安価で、より均一で見た目にきれいな表面仕上げが得られます。そのため、数十年の屋外耐用年数よりも外観とコストが重要となる、屋内または{8}}腐食-にさらされにくい用途でよく使用されます。

溶接の実際的な結果: 溶融めっきの亜鉛塊は接合部付近に集中し、加熱下でも鋼の表面に張り付く合金層に多くの亜鉛が固定され、溶接前に剥がす皮膜が厚くなります。{0}}電気亜鉛めっきコーティングは薄くて除去が簡単ですが、そもそもの亜鉛の量が少ないため、接合部が再使用されると耐用年数が短くなります。-どちらの違いも、アークが亜鉛の近くに当たったときに何が起こるかという根本的な物理学を変えるものではありません。- 対処する問題の量と、完成した継手の腐食性能をパイプの残りの部分と比較する方法が変わります。

中心的な問題は、単純な温度の不一致です。亜鉛は約 907℃で沸騰します。鋼は約1,500℃まで溶け始めません。溶接アークはどちらの図 - よりもはるかに高温になります。これは、アークが鋼に何らかの影響を与えるまでに、その周囲の亜鉛がすでに蒸発していることを意味します。

このシーケンスにより、完成した溶接に 1 つだけではなく、いくつかの異なる問題が発生します。

• 気孔率- 溶接池に放出された亜鉛蒸気は、金属が凝固する前に完全に逃げることができず、溶接金属内にガスポケットが残ります。気孔率により溶接部の有効断面積が減少し、腐食や疲労亀裂が発生しやすくなります。-
• 液体金属脆化-溶接熱によって溶融または蒸発した亜鉛が母材鋼の熱影響部の粒界に押し込まれると、その領域の延性が低下し、場合によっては、その後の荷重や熱応力による亀裂の原因となる可能性があります。これは、通常の溶接気孔とは異なり、特に亜鉛メッキ鋼板の溶接に関連する十分に文書化されたリスクです。-
• スパッタと不良なビードプロファイル- 蒸発する亜鉛はアークと溶接池の表面を乱し、裸の鋼で同じ継手を溶接する場合と比較して、きれいで一貫したビードを保持するのが難しくなります。
• ヒュームの危険性- アークによって蒸発した亜鉛は空気中で急速に酸化し、酸化亜鉛フュームを生成します。このヒュームを十分な濃度で吸入すると、金属ヒューム熱を引き起こします。これは実際によく知られている職業上の危険です。そのため、亜鉛めっき溶接作業では、換気と、必要に応じて呼吸器の保護が標準的な措置であり、オプションの予防策ではありません。-

これらの問題はいずれも、溶接工の熟練によって解消されるものではありません - これらは、無傷の亜鉛コーティングを介して溶接することによる物理的な結果です。どのようなスキルと手順で制御するかというと、問題のどの程度が完成したジョイントに到達するかということであり、その制御はアークが発生する前から始まります。

標準的な方法では、直接溶接するのではなく、アングル グラインダー、研磨サンディング、またはフレーム クリーニングを使用して、溶接前に接合部の亜鉛コーティングを剥がします。これは表面的なものではありません。-そもそも、亜鉛蒸気を溶接池や熱影響部から遮断することで、発生源の気孔と脆化のリスクに対処します。-熱の影響を受ける領域は溶接自体を超えて広がり、目に見える接合部のすぐ外側に残っている亜鉛は依然として溶接熱を受けている領域に蒸発する可能性があるため、除去された領域は通常、直接のベベル面だけでなく、パイプと接合フランジまたは継手の両方の接合端から少し後方に広がります。{4}}

各削除方法には実際的なトレードオフがあります。研削は高速で制御可能ですが、亜鉛を含んだ粉塵が発生するため、溶接と同様のヒュームや粉塵に対する注意が必要です。{1}フレーム クリーニングでは、溶接を開始する前に低強度のトーチ パスを使用してコーティングを焼き落とします。これは、全周を研削するのに時間がかかる大きな直径のパイプに役立ちます。-ただし、クリーニング パス自体中に酸化亜鉛のヒュームが発生するため、溶接アークがまだ始まっていないからといって換気の必要性がなくなるわけではありません。

およそ DN100 を超える亜鉛めっきパイプの場合、現場溶接の代わりに機械的接合方法 - フランジ接続、溝付き/機械的カップリング、または圧縮-タイプの継手 - が指定されることが多く、その理由は、前述のコーティングの除去と修理の負担に直接つながります。- DN100+ ジョイントには、剥離、溶接、修理を行うためのコーティングの周囲が大きくあり、その修理のギャップはジョイントの腐食保護にギャップがあり、システムの使用開始後に検査したり再コーティングしたりするのが困難なことがよくあります。-メカニカルジョイントは、ジョイント領域のコーティングをまったく乱すことを回避します-、研削、溶接、修復コーティングは不要です-。これにより、リスクを管理するのではなく、上記のカテゴリ全体が除去されます。これは、ほとんどの法域における規定要件の問題ではなく、コーティング除去領域が十分に大きくなり、完全に一貫した修理を保証することが難しくなると、実際的なリスク管理の問題となります。{12}}

接合部が溶接されると、溶接ビード自体 - とともに研削または焼成された領域 - は、意図的に修理しない限り、腐食保護が施されないままになります。これは、最初に思われるよりも重要です。亜鉛は部分的には犠牲（ガルバニック）作用によって隣接する裸鋼を保護します。この場合、亜鉛は優先的に腐食し、露出した鋼の近くの小さな領域を保護します。この保護の有効範囲は限られています-。溶接シーム全体に相当する剥き出しの鋼材には効果がありませんが、ピンホールや軽微なコーティングの損傷には効果があります。修理せずに放置すると、溶接部がシステム内の最初の腐食箇所となり、そもそも亜鉛メッキパイプが指定された理由が損なわれてしまいます。

標準的な修理では、亜鉛-が豊富な化合物-を使用します。これは、ブラシまたはスプレーで塗布される冷間亜鉛めっき化合物、または場合によっては、より高性能な用途のための熱-溶射亜鉛メタライジング-で、周囲の溶融めっきコーティングに匹敵する乾燥膜厚まで構築されます。多くの場合、1 回のパスで十分な厚さに達するまで複数回のコーティングが行われます。-これはペイントの色に合わせて表面を修正するものではありません。-これは実際の犠牲保護層を修復することであり、その下に薄すぎる補修や表面処理が不十分な場合は、パイプの元のコーティングの残りの部分が修復される前に修復が失敗します。

亜鉛めっきパイプの溶接品質を安定させるには、5 つの領域で管理する必要があります。各領域は、上記の亜鉛関連のリスクが問題を引き起こす可能性がある異なる点に対処します。{0}}

溶接工の資格と継続性。亜鉛メッキパイプを正しく溶接するには、同等の裸鋼継手を溶接するよりも入熱と移動速度を厳密に制御する必要があり、特に溶接池の前方および周囲で蒸発する亜鉛の量を制限する必要があります。作業員は、一般的な溶接認定 - だけでなく、この - を反映した手順に対する資格を取得し、作業を許可される前に、代表的な現場条件下での実地試験を通じて検証される必要があります。プロジェクトに同じ作業員を配置することで、溶接工が作業の途中でこれらの調整を学習することによる変動が軽減されます。{4}}

充填材の取り扱い。フラックス-でコーティングされた電極は周囲の湿度から湿気を吸収します。また、電極コーティング内の湿気は別個の、しかし複合的なリスクです-亜鉛に関係するものとは関係なく、水素-によって引き起こされる溶接部の亀裂の原因となります。-消耗品は、完全な材料認証を取得したサプライヤーから入手し、該当する手順に従って制御された温度で保管および焼成し、未使用のロッドが作業現場で湿気を再吸収するために放置されないように、およそ半日の使用に見合った量で発行される必要があります。-亜鉛蒸気による気孔率と湿った消耗品からの水素気孔率が同じ溶接部で互いに複雑になる可能性があるため、この制御は亜鉛めっき作業においてはさらに重要です。

機器の状態と校正。溶接機の実際の出力は、表示されている設定と一致する必要があるため、プロジェクトを開始する前に電流計と電圧計を校正する必要があります。亜鉛めっき溶接は、通常の炭素鋼溶接よりも厳密な入熱制御に依存しているため、校正されていない機械 - や溶接ケーブルを、対応するパラメータ調整を行わずに重大な電圧降下を引き起こすほど十分に長く動作させると、手順で慎重に電流と移動速度の制御を指定するという意味が台無しになります。-。

プロセスの規律。溶接を開始する直前に、溝の寸法と清浄度（亜鉛コーティングが視覚的に黒ずむだけでなく、実際に除去されていることを確認する）をチェックする必要があります。電流、電圧、移動速度は、接合の開始時だけでなく、全体を通して認定手順の範囲内にとどまる必要があります。これは、より高い入熱に向かう方向へのドリフトにより、より多くの亜鉛が蒸発し、より広い熱影響を受けるゾーンが再び導入されるためです。-ルートパスは特に注意が必要です。ルートは接合部の反対側にある残留亜鉛に最も近く、気孔が最も発生しやすい場所だからです。マルチパス溶接は、少数の重いパスではなく、制御された薄い層で構築する必要があります。重大度の高い接合部では、少なくとも実行の代表的なサンプルに対して、臨界圧力または構造接合部の X 線検査または超音波検査-に適した非破壊検査による目視検査を行う必要があります。-

環境条件。溶接箇所の周囲温度、湿度、風速はすべて、亜鉛の問題とは無関係に溶接の品質に影響します。-風はシールドを妨げ、湿度は溶接池や保管されている消耗品内の水素の吸収に影響し、周囲温度が低いと冷却速度が変化し、それに伴って熱影響部での亀裂のリスクが変化します。-これらのいずれかが認定手順に記載された範囲外である場合、正しい対応は作業を延期し、とにかく溶接せず、後で問題を発見するために検査に頼ることです。