Spawanie ocynku – wyzwania, metody i praktyczne porady

Spawanie ocynkowanej stali to temat, który staje się coraz bardziej istotny w wielu branżach, zwłaszcza w tych, które polegają na konstrukcjach narażonych na działanie warunków atmosferycznych. Elementy stalowe pokryte cynkiem to powszechnie używane materiały w konstrukcjach, gdzie cynk pełni rolę ochronną przed korozją. Spawanie ocynku jest możliwe przy użyciu różnych metod spawalniczych, które stosuje się również w przypadku standardowej stali. 

Jednakże, spawanie cynkowanej stali wiąże się z pewnymi wyzwaniami, zwłaszcza pod względem technicznym i zdrowotnym. Ważne jest, aby podczas spawania dbać o odpowiednią wentylację, unikać pracy w zamkniętych pomieszczeniach oraz dobrać odpowiednie metody i materiały spawalnicze, aby zapobiec uszkodzeniom powłoki cynkowej i zachować jej właściwości ochronne.

Czym jest cynkowanie i dlaczego jest stosowane?

Proces cynkowania polega na nałożeniu warstwy cynku na elementy metalowe w celu zabezpieczenia ich przed działaniem korozji. Wybór metody cynkowania zależy od wielu czynników, takich jak np.: wielkość elementu, wymagania dotyczące trwałości powłoki lub koszty procesu. Najczęściej wykorzystywaną metodą jest cynkowanie ogniowe, które zapewnia najwyższą ochronę przed korozją. 

Znaczenie ocynku dla ochrony przed korozją

Cynk jest powszechnie używany do powlekania powierzchni stali i żelaza w celu zabezpieczenia ich przed czynnikami zewnętrznymi powodującymi korozję. Wystawiony na działanie atmosfery metal reaguje z tlenem i w ten sposób koroduje. Zastosowanie powłoki cynkowej zapobiega zajściu powyższej reakcji.

Specyfika spawania elementów ocynkowanych i związane z tym trudności

Spawanie ocynkowanych elementów wiąże się z pewnymi trudnościami. Pod wpływem wysokiej temperatury cynk ulega stopnieniu, uwalniając szkodliwe opary. Opary te mogą wpływać na jakość spoiny, powodując wtrącenia cynku w spoinie, co może prowadzić do jej osłabienia i w efekcie – korozji. Ponadto obecność cynku w spoinie może prowadzić do powstawania porów, rozprysków czy trudności z przyczepnością spoiwa do materiału bazowego.

Wyzwania w spawaniu ocynku

Spawanie ocynku to proces pełen wyzwań, który wymaga precyzyjnego podejścia. Ze względu na właściwości materiału, takich jak obecność cynku, spawanie tego rodzaju blach wiąże się z trudnościami, które mogą wpłynąć na jakość i trwałość połączenia. Największe wyzwania w spawaniu ocynku to:

Tworzenie się tlenków i szkodliwość oparów cynku

Podczas spawania stali ocynkowanej powłoka cynkowa łatwo odparowuje. Powstałe opary tlenku cynku mieszają się z powietrzem. Wdychanie oparów cynku (tzw. fuma cynkowa) może prowadzić do chorób układu oddechowego, takich jak metaliczna gorączka. Spawacze mogą doświadczać także objawów grypopodobnych po wdychaniu oparów.

Wpływ na zdrowie spawacza

Opary cynkowe są szkodliwe dla zdrowia. Nadmierne narażenie na dym spawalniczy może doprowadzić do gorączki cynkowej. Do jej objawów należą:

• nagły wzrost temperatury,
• kaszel,
• duszności,
• bóle mięśniowe podobne do stanów grypowych.

 W przypadku zaobserwowania takich objawów należy niezwłocznie zgłosić się do lekarza, aby uniknąć trwałego uszkodzenia dróg oddechowych. 

Pogorszenie jakości spoiny

Obecność cynku na powierzchni spawanych elementów może powodować trudności w uzyskaniu wysokiej jakości spoiny. Do najczęściej występujących należą:

• Wydzielające się opary cynku mogą powodować większe rozpryski spawalnicze, co utrudnia utrzymanie czystości w strefie spoiny.
• W wyniku obecności warstwy cynkowej spoiwa mogą mieć trudności z przyczepnością do materiału bazowego.
• Obecność cynku w spoinach naprężonych może powodować pękanie, a także opóźnione pękanie z powodu korozji naprężeniowej.

Ryzyko powstawania porowatości i pęknięć

Cynk w stanie gazowym może zostać uwięziony w stopionym metalu spoiny podczas krzepnięcia. Jeśli tak się stanie, w metalu spoiny pojawi się porowatość i duże puste przestrzenie na powierzchni osadu.

Obecność cynku w spoinach naprężonych może powodować pękanie, a także opóźnione pękanie z powodu korozji naprężeniowej.

Przygotowanie powierzchni ocynkowanej do spawania

Aby zapewnić odpowiednią jakość spoiny, przed rozpoczęciem spawania należy usunąć cynk z miejsca spawania. W przeciwnym razie mogą wystąpić trudności w uzyskaniu mocnej i trwałej spoiny.

Czy zawsze należy usuwać warstwę ocynku przed spawaniem?

Jedyną metodą, która nie wymaga usuwania warstwy cynku przed spawaniem, jest spawanie laserowe. Jednak jest to technika stosowana głównie w zaawansowanych zakładach przemysłowych. W większości przypadków konieczne jest usunięcie cynku przed przystąpieniem do spawania.

Metody oczyszczania powierzchni (np. szlifowanie, piaskowanie)

Do usunięcia warstwy cynku można użyć szlifierki kątowej lub opalenia jej palnikiem. Należy jednak pamiętać, by nie przegrzać materiału, aby nie uszkodzić struktury stali. Oczyszczenie powierzchni przed spawaniem pozwala na uzyskanie trwałej i estetycznej spoiny.

Metody spawania ocynku

Spawanie MIG/MAG

Spawanie MIG/MAG jest jedną z najczęściej stosowanych metod w spawaniu stali ocynkowanej. Wykorzystuje się w niej drut spawalniczy, który jest podawany do strefy spawania, a proces chroniony jest gazem osłonowym (argon, mieszanka argonu i CO2). Jakie są zalety i wady spawania tą metodą?

Zalety: szybka i wydajna, nadaje się do spawania dużych powierzchni, gwarantuje trwałe połączenia.

Wady: spawanie ocynkowanej stali wiąże się z wydzielaniem oparów cynku, które są szkodliwe dla zdrowia, a także z ryzykiem rozprysków, które utrudniają czystość spoiny.

Dobór drutu i gazu osłonowego

Wybór odpowiedniego drutu i gazu osłonowego jest równie ważny dla jakości spoiny. Drut spawalniczy i gaz osłonowy muszą być dobrane do rodzaju spawanego materiału i konkretnego procesu spawania.

Spawanie TIG

Spawanie TIG to precyzyjna metoda spawania, szczególnie polecana do cienkich elementów ocynkowanych. Stosuje się ją z elektrodą nietopliwą, a osłona gazowa zapobiega utlenianiu spoiny.

Spawanie elektrodą otuloną (MMA)

MMA to jedna z najstarszych metod spawania, która jest stosunkowo prosta i nie wymaga skomplikowanego sprzętu. Umożliwia pracę w trudnych warunkach i daje możliwość spawania w różnych pozycjach.

Wpływ otuliny elektrody

Otulina elektrody w metodzie MMA pomaga zminimalizować problemy z obecnością cynku w spoinie, stabilizuje łuk i zmniejsza emisję gazów cynkowych.

Kluczowe wskazówki praktyczne

Przy spawaniu, istotne jest optymalne ustawienia parametrów spawania!

Spawanie ocynku jest możliwe przy użyciu różnych technik, takich jak spawanie mig/mag, tig czy elektrooporowe. Przed rozpoczęciem spawania ocynku, ważne jest odpowiednie przygotowanie i ustawienie parametrów spawania takich jak: rodzaj elektrody, grubość materiału, typ spoiny oraz warunki spawania (miejsce pracy i dostępność wentylacji).

Prąd, napięcie, prędkość spawania

Przy doborze prądu ważne jest, aby nie przekroczyć maksymalnej zalecanej 

wartości. Zbyt wysoka temperatura łuku może prowadzić do nadmiernego odparowywania cynku, a tym samym pogorszenia jakości spoiny i powstawania porowatości.

Napięcie zasilania jest niezbędne do prawidłowej pracy urządzenia. W większości spawarek wynosi ono 230 V/ 50 Hz.  W maszynach o bardzo dużej mocy stosuje się zasilanie trójfazowe, wymagające podania napięcia 400 V.

Prędkość spawania ma tutaj szczególne znaczenie. Przy spawaniu elementów ocynkowanych ważne jest utrzymanie odpowiedniej prędkości. Zbyt wolne może prowadzić do zbyt dużej ilości spalin cynkowych, a zbyt szybkie do słabej penetracji spoiny.

Optymalna prędkość spawania powinna pozwalać na uzyskanie równej spoiny bez nadmiernego nadtopienia materiału.

Należy też pamiętać o częstym przerywaniu pracy, aby uniknąć zbyt mocnego nagrzania się spawanej powierzchni i jej uszkodzenia. Większość specjalistów zaleca gęste spawanie punktowe i późniejsze uzupełnianie linii łączenia.

Znaczenie wentylacji i ochrony zdrowia spawacza

Spawanie stali ocynkowanej wiąże się z  uwolnieniem oparów cynku, które są niebezpieczne dla zdrowia. Należy zapewnić dobrą wentylację w miejscu pracy lub stosować odpowiednie środki ochrony osobistej, takie jak maski z filtrem do gazów i pyłów.

Wdychanie dymu powstającego podczas opalania i spawania ocynku wiąże się z bardzo niebezpiecznymi skutkami. Grozi to zatruciem, które objawia się nagłym wzrostem temperatury ciała, nawet do 40 st. C, a także nieprzyjemnymi dolegliwościami. 

Wymagane środki ochrony indywidualnej (maski, odciągi dymu)

Spawanie stali ocynkowanej powinno odbywać się w dobrze wentylowanych pomieszczeniach lub na świeżym powietrzu ze względu na wydzielające się opary cynku. W przypadku spawania w zamkniętych przestrzeniach należy używać odpowiednich systemów wentylacyjnych, a spawacze powinni stosować odpowiednie środki ochrony osobistej, w postaci: masek ochronnych z odpowiednimi filtrami, a także odzieży i rękawic ochronnych.

Naprawa warstwy ocynku po spawaniu

Po zakończeniu spawania konieczne jest odtworzenie warstwy cynkowej, która chroni metal przed korozją. Proces ten wymaga staranności, aby zapewnić równomierne pokrycie powierzchni i przywrócić pierwotne właściwości ochronne ocynku. Istnieją różne metody odtwarzania powłoki cynkowej: 

• Malowanie farbami: Wykorzystuje się specjalne farby zawierające cynk, które mogą być naniesione na spoinę i otaczający ją obszar.
• Galwanizacja: Proces, w którym warstwa cynku jest nakładana elektrolitycznie na spoinę i pobliskie obszary.
• Ocynkowanie ogniowe: Polega na zanurzeniu elementu w stopionym cynku, co prowadzi do odtworzenia warstwy cynkowej na całej powierzchni.

Podsumowanie

Praca z ocynkowanymi materiałami wymaga szczególnej uwagi na każdym etapie – od przygotowania powierzchni, przez spawanie, aż po naprawę warstwy ocynku. Największe wyzwania obejmują odpowiednią ochronę przed korozją, zachowanie integralności warstwy cynkowej i skuteczne zarządzanie temperaturą spawania. 

Spawanie ocynku jest możliwe, za pomocą kilku technik spawania, takich jak mig/mag, tig czy elektrooporowe, ale wymaga odpowiedniej wiedzy, umiejętności i środków ochrony. Przed przystąpieniem do spawania ocynku zawsze warto skonsultować się z wykwalifikowanym specjalistą, który pomoże dobrać odpowiednie parametry spawania oraz technikę spawania. 

Należy również pamiętać o usuwaniu warstwy ocynku przed spawaniem, a także o odpowiednim przygotowaniu stanowiska pracy, takim jak zapewnienie dobrej wentylacji i noszenie maski z filtrem. Prawidłowo wykonany spaw lub powłoka cynkowa potrafią wytrzymać od 35 lat nawet do 100, lub 170 lat w zależności od zanieczyszczeń, erozji oraz środowiska.