Antykorozja, trwałe i bezpieczne powłoki

Przybliżamy tematykę związaną z ochroną powłokową nie tylko inspektorom nadzoru, lecz również osobom spoza branży antykorozyjnej.

ANTYKOROZJA – TRWAŁE I BEZPIECZNE POWŁOKI

Autor: Magdalena Dyrda,
Dział Kontroli Jakości Huty Pokój SA

KONTROLA PO OCYNKOWANIU. RODZAJE BADAŃ. KRYTERIA ODBIORÓW.

Aby skutecznie badać elementy i materiały przeznaczone do ocynkowania mamy do dyspozycji wiele metod badawczych. Dzięki nim możemy sprawdzać właściwości, skład chemiczny, wytrzymałość, mierzyć grubości poszczególnych warstw oraz wykrywać wady i nieciągłości na etapie:

• produkcyjnym: tak międzyoperacyjnym po kolejnych etapach jako kontrola w procesie wytwarzania „on – line” bezpośrednio na linii produkcyjnej oraz na zakończenie procesu produkcji „off – line” w celu zapewniania wymaganego poziomu jakości określonego w zamówieniu klienta,
• eksploatacyjnym podczas okresowych przeglądów. W przypadku badań diagnostycznych zwykle producent, użytkownik czy jednostka kontrolująca zaleca przeprowadzenie okresowej kontroli lub ocenę stanu technicznego obiektu, konstrukcji czy elementu, po pewnym czasie jego użytkowania. Może być to określone czasowo np. po roku, dwóch czy więcej, po konkretnej ilości cykli pracy lub po określonej liczbie przepracowanych godzin. Okresowe przeglądy polegają na kontroli wizualnej, dzięki której można stwierdzić, czy nie nastąpiły uszkodzenia antykorozyjnych powłok zabezpieczających.

Badania można podzielić ogólnie na dwie podstawowe grupy:

• badania niszczące DT – destructive testing Polegające na bezpowrotnym zniszczeniu części elementu lub wycięciu jego fragmentów i poddaniu ich badaniom.
• badania nieniszczące NDT– non destructive testing, których definicja brzmi:
  „Badanie nieniszczące jest to postępowanie, w wyniku którego uzyskuje się informację o występowaniu nieciągłości materiałowych w obiektach, o właściwościach materiałów obiektów badanych i wymiarach obiektów, bez naruszania ciągłości ich makrostruktury i mikrostruktury oraz powodowania zmian lub wpływania na ich właściwości użytkowe.” [4]

Mając na uwadze to, że mamy do czynienia z powłokami zabezpieczającymi naszą konstrukcję przed korozją powinniśmy korzystać w jak największym stopniu z badań nieniszczących. W zależności od miejsca występowania wad i nieciągłości, które zamierzamy wykrywać, to czy będą to powierzchnie zewnętrzne badanego obiektu czy jego wnętrze należy dobrać odpowiednie metody i techniki badawcze.

WYGLĄD POWŁOK

Po ocynkowaniu wszystkie elementy konstrukcyjne muszą zostać poddane kontroli.
Jako, że głównie poszukujemy nieciągłości w postaci miejsc nieocynkowanych, zanieczyszczeń i wtrąceń w warstwie cynku, zacieków, przegrubień powłoki, pęcherzy, porów i pęknięć to ludzkie oko i doświadczenie w ocenie jest tu najszybszym i najtańszym sposobem wykrycia niezgodności. Przed przystąpieniem do procesu cynkowania, zamawiający powinien ustalić z wykonawcą powłoki specjalne wymagania dotyczące jakości wykończenia powierzchni. W tym celu zamawiający powinien dostarczyć próbkę modelową, służącą pracownikom podczas prowadzenia badan wizualnych jako wzorzec do oceny staranności wykonania powłoki.

1. Kontrola wizualna VT – może nastąpić poprzez dokonanie oględzin bez używania środków pomocniczych z odległości nie większej niż 1m. Pęknięcia wypełnione cynkiem nie są z reguły rozpoznawalne poprzez kontrole wizualne. W przypadku trudnodostępnych miejsc, rur, przestrzeni zamkniętych z pomocą przyjdą takie przyrządy jak lusterka, boroskopy, endoskopy czy wideoskopy. Podczas prób odbiorczych wszystkie powierzchnie istotnie ważne na wyrobach ocynkowanych powinny być wolne od zgrubień, pozostałości topnika i pęcherzy, miejsc chropowatych, lub obszarów pozbawianych powłoki [3].
    
   Foto.3. Badanie wnętrza rury lusterkiem z własnym oświetlaczem (zasięg do 0,6 – 1,0 m)

   Foto.4. Badanie wnętrza rury endoskopem giętkim ( zasięg do 2,0 – 3,0 m )

    
   Kryteria odbiorowe: norma PN-EN ISO 1461, pkt. 6.1:

   • „Podstawowym zadaniem powłoki cynkowej jest ochrona przed korozją podłoża na wyrobie żeliwnym lub stalowy. Rozważania związane z estetyką lub cechami dekoracyjnymi są drugorzędne. ”
   • „Chropowatość i gładkość są pojęciami względnymi”
   • „Występowanie ciemno- i jasnoszarych obszarów (np. wzór w formie siatki lub ciemnoszarych obszarów ) albo nieznaczna nierówność powierzchni nie może być powodem reklamacji. Wystąpienie tzw. białej korozji składającej się głównie z tlenku/wodorotlenku cynku (powstałej po cynkowaniu zanurzeniowym wskutek składowania w wilgotnych warunkach) nie stanowi podstawy do reklamacji, jeżeli grubość powłoki cynkowanej jest powyżej określonej wartości minimalnej.”
2. Badania magnetyczno- proszkowe MT Metodą magnetyczną MT wg normy PN-EN ISO 9934-1÷3 możemy skutecznie wykrywać nieciągłości w postaci pęknięć, pęcherzy i większych wad płaskich podpowierzchniowych.Mając możliwość wykonania badania w zaciemnieniu możemy zastosować technikę fluorescencyjną.
    
   
   Foto.5. Magnesowanie Defektoskopem jarzmowym

   
   Foto.6. Defektoskop stałomagnesowy

 

3. Metoda penetracyjna PT Metoda penetracyjna PT wg norm PN-EN 571-1, PN-EN ISO 3452-2÷4 rzadziej stosowana głównie z powodu konieczności stosowania kolorowych preparatów do detekcji nieciągłości, które na trwałe mogą zabarwić zewnętrzną powierzchnię badanego elementu czy konstrukcji. Można również zastosować jak w poprzedniej metodzie technikę fluorescencyjną, aby uniknąć trwałych przebarwień. Metoda penetracyjna wymaga dłuższego czasu badania dla stosunkowo małych powierzchni, dlatego jest, z uwagi na koszty i czas, mało wydajna. Jest natomiast bardzo czuła i wykrywa z prawie 100% pewnością bardzo groźne w spoinach konstrukcji stalowych pęcherze kanalikowe wychodzące na zewnątrz, pęknięcia i przyklejenia boczne, które mają duży wpływ na powstawanie ognisk korozji.

Konieczność wykonania innych badań nieniszczących np. UT i RTG na konstrukcjach zabezpieczonych cynkową powierzchnią antykorozyjną nie wpływa na jej trwałość. Przy dobraniu odpowiednich technik i sprzętu badawczego powierzchnia pozostanie nienaruszona. Jedynie mogą powstać niewielkie ślady po użytych do badań kolorowych odczynnikach co w żadnej mierze nie wpływa na stan i trwałość konstrukcji.

GRUBOŚĆ POWŁOKI

Główną funkcją powłok cynkowych nanoszonych metodą zanurzeniową jest ochrona przed korozją, a ich trwałość jest proporcjonalna do grubości wyrobu stalowego lub żeliwnego. Jeżeli klient tego wymaga, w celu zbadania grubości powłoki pobiera się losowo próbkę kontrolną z każdej partii kontrolnej wybranej do badań.

Oznaczenie grubości powłoki wg PN-EN ISO 1461, Załącznik D:

Metody nieniszczące:

1. Metoda magnetyczna EN ISO 2178 Przyrządy stosowane w pomiarach metodami magnetycznymi mierzą albo przyciągnie magnetyczne pomiędzy magnesem trwałym a metalem podłoża, zmieniane poprzez obecność powłoki, albo opór magnetyczny strumienia magnetycznego przechodzącego przez powłokę do podłoża. Pomiary są stykowe i nieniszczące. Metoda przyczepności magnetycznej ma funkcję wyłącznie informacyjną.Czynniki wpływające na dokładność pomiaru grubości powłoki metodą magnetyczną:
   • Grubość mierzonej warstwy powłoki,
   • Grubość ściany cynkowanego elementu,
   • Magnetyczne właściwości podłoża,
   • Chropowatość powierzchni,
   • Obce pole magnetyczne. [5,6]
2. Metoda elektromagnetyczna – grubość powłoki oznacza ze zmiany pola magnetycznego powstałego w wyniku zbliżania elektromagnesu do podłoża ferromagnetycznego. Zaletą tej metody jest jej operatywność oraz niedestrukcyjność.

Metody niszczące:

1. Metoda grawimetryczna(rozjemcza)
   wg PN-EN ISO 1460 – metoda należąca do badań niszczących, powoduje bowiem uszkodzenie powłoki cynkowej. Za pomocą tej metody oznacza się średnią masę powłoki cynkowej na jednostkę powierzchni, z uwzględnieniem w obliczeniach nominalnej gęstości powłoki cynkowej (7,2g/cm3). [7]
2. Metoda kulometryczna 
   wg PN-EN ISO 2177 – polega na pomiarze wielkości ładunku potrzebnego do elektrolitycznego rozpuszczania powłoki na ściśle określonej powierzchni, który jest przeliczany na objętość stopionego metalu. Metoda oparta jest na prawach Faradaya. W praktyce oznaczanie grubości powłoki metodą kulometryczną sprowadza się do zastosowania warstwomierza kulometrycznego wyposażonego w elektrodę cieczową.
3. Metoda metalograficzna
   wg. EN ISO 1463 Jest ona nieodpowiednia do codziennego stosowania szczególnie w przypadku wyrobów dużych i kosztownych. Jest to metoda niszcząca i umożliwia oznaczenie grubości powłoki tylko w konkretnym przekroju. Zaletą tej metody jest uzyskanie bezwzględnej dokładności pomiaru 0,8um. Określa to przydatność do pomiaru cienkich powłok. [9]

Kryteria odbiorowe: norma PN-EN ISO 1461, pkt. 6.2.:

• Wymaga się, aby wartość średnia całej powierzchni odniesienia była co najmniej równa grubości miejscowej powłoki podanej w tablicy 3.
• „Pomiarów grubości powłoki nie należy wykonywać na krawędziach ani w odległości mniejszej niż 10 mm od krawędzi przedmiotu obrabianego, powierzchni przecinanych palnikiem oraz naroży.”

PRZYCZEPNOŚĆ POWŁOKI

Zanurzeniowe powłoki cynkowe ze względu na chemiczną naturę wiązania mają dostateczną przyczepność. W przypadku, kiedy przedmioty obrabiane narażone są na wysokie obciążenia mechaniczne i jest konieczna zbadanie przyczepności, wtedy badanie to przeprowadza się z wykorzystaniem metody nacięcia krzyżowego. [10]

NAPRAWA

Wyroby, które podczas oceny wizualnej nie spełniają wymagań, należy naprawić lub ocynkować ponownie i sprawdzić. Nawet przy zachowaniu największej staranności w czasie procesu cynkowania często dochodzi do powstania miejscowych usterek w powłoce cynkowej. Jest to zazwyczaj spowodowane błędami konstrukcyjnymi powstałymi przy projektowaniu elementów stalowych przeznaczonych do ocynkowania, a także w wyniku nie przestrzegania wymagań technologicznych i konstrukcyjnych jakie muszą zostać spełnione przed przekazaniem elementów lub konstrukcji stalowych do ocynkowania.

Na podstawie PN-EN ISO 1461, pkt. 6.3.:

• ” Łączna powierzchnia niepokryta powłoką, którą należy poddać naprawie, nie powinna przekraczać 0,5 % powierzchni całkowitej elementu. Pojedynczy obszar bez powłoki nie powinien przekraczać 10 cm ².
• „Naprawę należy wykonać metodą natryskiwania cieplnego cynkiem (na przykład ISO 2063) albo poprzez pokrycie odpowiednią farbą cynkową o wysokiej zawartości cynku. Pył cynkowy jako pigment powinien być zgodny z ISO 3549.
• „Dopuszcza się również zastosowanie powłoki z płatkami cynkowymi oraz tzw. past cynkowych. Zastosowanie stopów lutowniczych na bazie cynku jest również możliwe.”
• Grubość powłoki na naprawianym obszarze powinna wynosić co najmniej 30 µm więcej niż jest wymagana grubość miejscowa powłoki cynkowe i nie mniej niż 100 µm. W tym celu niezbędne są dwie lub trzy warstwy

PODSUMOWANIE

Elementy i konstrukcje zabezpieczane antykorozyjnie za pomocą cynkowania ogniowego dają się skutecznie zbadać za pomocą wielu metod badań nieniszczących. Dzięki temu powłoki te są trwałe co wpływa na przedłużenie żywotności konstrukcji, a możliwość wykonania na nich w każdej chwili badań diagnostycznych zwiększa bezpieczeństwo ich eksploatacji i pozwala na wydłużanie okresu ich użytkowania. Jakość cynkowanych powłok antykorozyjnych, czyli ich trwałość jest wprost proporcjonalna do spełnienia wymagań normy PN-EN ISO 1461, PN-EN ISO 14713-1, -2 i wytycznej DASt 022 przez cały cykl produkcyjny począwszy od projektów aż do ich wykonania.

LITERATURA:

1. DASt 022 (Deutscher Ausschuß für Stahlbau). Cynkowanie ogniowe nośnych elementów stalowych
2. PN-EN ISO 1461:2011 Powłoki cynkowe nanoszone na wyroby stalowe i żeliwne metodą zanurzeniową. Wymagania i metody badań
3. PN-EN ISO 14713- 1:2010, – 2:2010 Powłoki cynkowe. Wytyczne i zalecenia dotyczące ochrony przed korozją konstrukcji ze stopów żelaza. Część 1: Zasady ogólne dotyczące projektowania i odporności korozyjnej. Część 2: Cynkowanie zanurzeniowe
4. „Badania nieniszczące podstawy defektoskopii” A. Lewińska-Romicka, WNT
5. PN-EN ISO 2178:2016 Powłoki niemagnetyczne na podłożu magnetycznym. Pomiar grubości powłok. Metoda magnetyczna
6. PN-EN ISO 3882:2004 Powłoki metalowe i inne nieorganiczne. Przegląd metod pomiaru grubości
7. PN-EN ISO 1460:2001 Powłoki metalowe. Powłoki cynkowe zanurzeniowe na materiałach żelaznych. Oznaczanie masy jednostkowej metodą wagową
8. PN-EN ISO 1463:2006 Powłoki metalowe i tlenkowe. Pomiar grubości powłoki. Metoda mikroskopowa
9. PN-EN ISO 16276-2:2008 Ochrona konstrukcji stalowych przed korozją za pomocą ochronnych systemów malarskich. Ocena i kryteria przyjęcia adhezji/kohezji (wytrzymałości na odrywanie) powłoki. Część 2: Badanie metodą siatki nacięć i metodą nacięcia w kształcie X
10. PN-EN ISO 13018:2016 Badania nieniszczące. Badania wizualne. Zasady ogólne
11. PN-EN ISO 9934-1:2017, -2:2015,-3:2015 Badania nieniszczące. Badania magnetyczne proszkowe. Część 1: Zasady ogólne / Część 2: Środki wykrywające / Część 3: Aparatura
12. PN-EN 571-1:2013 Badania nieniszczące. Badania penetracyjne. Część 1: Zasady ogólne
13. PN-EN ISO 3452 -2:2014, – 3:2014,- 4:2001 Badania nieniszczące. Badania penetracyjne. Część 2: Badania materiałów penetracyjnych / Część 3: Próbki odniesienia / Część 4: Wyposażenie