Lakiernictwo 2

38
ANTYKOROZJA
Błędy projektowe i problemy
z odpowiednią ochroną
Występowanie korozji na różnych elementach i konstrukcjach stalowych
Korozja jest zagadnieniem obszernym i nie sposób opisać ją omawiając kilka kwestii
związanych z danym obszarem działania, dlatego w artykule skupiono się tylko na korozji
atmosferycznej. Faktem jest, że zagraża wszelkiego rodzaju konstrukcjom stalowym,
obojętnie czy jest to felga samochodu osobowego, burta przyczepy rolniczej lub konstrukcja
hali przemysłowej. Na pomalowanych powierzchniach najczęściej objawia się w postaci
wybrzuszeń (pod którymi oddziałuje), łuszczących się pęcherzy, rdzawych plam i odpadających
warstw lakieru [1]. Po czasie może objąć swym działaniem cały element.
Z
jawisko korozji oddziałuje głównie
w warunkach dużej wilgotności.
Nie tworzy się w trakcie panowania niskich temperatur (poniżej
0°C), a także w miejscach ogrzewanych, które
charakteryzują się obecnością suchego powietrza [2]. Działanie korozji polega na takim
wpływie czynników zewnętrznych, które powodują zmianę własności materiału, pogarszając
jakość i wymuszając konieczność dokonywania
napraw. Z reguły korozja zaczyna oddziaływać
na powierzchni materiału. Bardzo często to-
warzyszy jej powstawanie zgorzeliny (rys. 1),
która wyglądem przypomina cienkie płaty
rozwałkowanego kruchego ciasta, nałożone
jeden na drugim. Odrywanie się poszczególnych warstw wiąże się z pocienieniem ścianek
stali i powstawaniem zagłębień (wżerów).
Korozja atmosferyczna, jak sama nazwa
wskazuje, występuje w powietrzu i bardzo
często w środowisku zanieczyszczonym gazami spalinowymi. Duże zasolenie panujące
w miejscach nadmorskich, ma również negatywny wpływ na jej powstanie.
Rys. 1. Zgorzelina wynikająca z długotrwałego oddziaływania korozji.
www.lakiernictwo.net
Okazuje się, że elementy konstrukcji pokryte zanieczyszczeniami (błotem, kurzem,
pyłem itp.) mogą być najbardziej zagrożone
wystąpieniem korozji. Dzieje się tak, ponieważ zatrzymując wilgoć jeszcze agresywniej
oddziałują na stal niż w miejscach suchych
i czystych.
W celu efektywnego oddalenia w czasie
widma rozwoju korozji, elementy należy do
tego odpowiednio przygotować. Nie chodzi
tu tylko o pokrycie stali ochronną warstwą
farby, czy poddaniu danego elementu cynkowaniu, ale również o inne bardzo istotne
kwestie. Warto spojrzeć na problem korozji
z szerszej perspektywy.
Faza projektowania jest pierwszym etapem, w którym należy przemyśleć sprawy
związane z wytworzeniem danej konstrukcji,
możliwościami montażowymi i zabezpieczeniem jej specjalną antykorozyjną powłoką.
Oprócz tego, powinno się zwrócić uwagę na
późniejszą eksploatację – warunki panujące
w danym miejscu (czy będzie znajdować się
wewnątrz pomieszczenia czy na zewnątrz).
Spoglądanie w przyszłość, przedstawiające
pewną wizję dotyczącą stosowania danej
konstrukcji pomoże właściwie zaprojektować
poszczególne detale, zważywszy na miejsce
pracy danego elementu – kto i jak będzie się
nim posługiwał i ewentualnie, czy w razie
przecieków będzie możliwe samoczynne
odprowadzenie wody.
ANTYKOROZJA
Jednymi z ważniejszych zasad projektowania i wykonywania konstrukcji stalowych są:
stosowanie materiałów dostosowanych
do panujących warunków,
korzystanie z prostych kształtów, unikając
ostrych naroży,
stosowanie materiałów hutniczych
(kształtowników) bądź innych w celu
eliminacji ilości spoin,
zastosowanie rozwiązań, które uniemożliwiają zaleganie wilgoci
jeśli to możliwe eliminacja powierzchni
poziomych,
znajomość zagadnień związanych z odpowiednim rozmieszczeniem złączy spawanych,
stosowanie ochrony antykorozyjnej
stosowanie produktów lakierniczych
zgodnie ze specyfikacją producenta,
wykonywanie prac przez wykwalifikowanych i doświadczonych malarzy,
jeśli to konieczne stosować farbę ognioodporną,
staranny transport i montaż u klienta.
Wytwarzanie konstrukcji stalowych
bardzo często stwarza konieczność przestrzegania wymagań określonych w odpowiednich normach. Z pewnością ułatwi to
projektowanie poszczególnych elementów,
co z kolei wpłynie na możliwość właściwego
zabezpieczenia antykorozyjnego konstrukcji.
Ważniejsze normy obejmujące omawiane
zagadnienia to m.in.:
PN-EN 1090-2+A1:2012P Wykonanie
konstrukcji stalowych i aluminiowych
- Część 2: Wymagania techniczne dotyczące konstrukcji stalowych,
PN-EN ISO 12944: 1-8 Farby i lakiery.
Zapobieganie korozji konstrukcji stalowych przy pomocy ochronnych systemów
powłokowych,
PN-EN ISO 8501-2:2011E Przygotowanie
podłoży stalowych przed nakładaniem
farb i podobnych produktów - Wzrokowa
ocena czystości powierzchni, PN-ISO 19840:2009P Farby i lakiery
- Ochrona przed korozją konstrukcji stalowych za pomocą ochronnych systemów
malarskich - Pomiar i kryteria przyjęcia
grubości suchych powłok na chropowatych powierzchniach,
PN-EN ISO 16276:1-2:2008P Ochrona
konstrukcji stalowych przed korozją za
pomocą ochronnych systemów malarskich - Ocena i kryteria przyjęcia adhezji/
kohezji (wytrzymałości na odrywanie)
powłoki.
Głównymi przyczynami pojawienia się
korozji (pod względem lakierniczym) są przede
wszystkim:
niewłaściwe przygotowanie powierzchni,
nieodpowiednio (niestarannie) pomalowane elementy,
uszkodzenie warstwy farby/cynku (rys. 2),
źle dobrane materiały lakiernicze.
Kiedy powierzchnia materiału jest intensywniej narażona na korozję, może być
wymagane zastosowanie specjalnych stali – odpornych na jej działanie, czyli trudno
rdzewiejących, bądź wykorzystania materiałów
z grupy stali nierdzewnych. Dzięki dodatkom
składu chemicznego (zwiększenie zawartości):
Cu, Cr, P i Ni skutecznie zwiększa się odporność poszczególnych materiałów na korozję.
Niektórych stali nie trzeba pokrywać farbą
antykorozyjną, ponieważ po czasie na ich
powierzchni pojawia się cienka warstwa rdzy,
która ogranicza dalsze postępowanie korozji
[3]. Zjawisko to jest zbliżone do pasywacji
zachodzącej np. na miedzi.
Stosowanie elementów ze stali nierdzewnych wymaga właściwego przygotowania
i zabezpieczenia powierzchni na każdym etapie
produkcji. Dla przykładu, bardzo ważną kwestią
jest zastosowanie podczas przetwarzania,
materiałów przeznaczonych do ich obróbki.
W przypadku procesu walcowania, rolki walcarki nie mogą być wykonane ze zwykłej stali.
Powierzchnia, na której nastąpi zarysowanie
blachy nierdzewnej, może stać się miejscem
najbardziej narażonym na zainicjowanie procesu korozyjnego.
Wykonywanie konstrukcji stalowych z wykorzystaniem prostych kształtów, pozwala
zachować odpowiednie proporcje pomiędzy
łatwością wykonania (mniejsza ilość procesów technologicznych), a przygotowaniem
i pokryciem powierzchni farbą/cynkiem. Nie
zawsze jest to możliwe ze względu na konieczność usztywnienia konstrukcji. Przykładem
mogą być progi z samochodów osobowych,
które są tzw. elementami wielokomorowymi,
składającymi się z kilku odpowiednio wyprofilowanych blach połączonych ze sobą. Z tego
powodu dokładne zakonserwowanie ich bez
wiercenia dodatkowych otworów może być
problematyczne.
Każda konstrukcja powinna mieć możliwość całkowitego usunięcia wilgoci (pojawiającej się wody lub innej cieczy) z powierzchni
elementu. Na modelach różnej konstrukcji
zbiorników (rys. 3) widać, iż najlepszym rozwiązaniem jest pojemnik ze stożkowym spustem cieczy.
Rys. 2. Uszkodzona (zdarta) warstwa farby,
powierzchnia stali pokryta rdzą.
a
b
Rys. 3. Konstrukcje zbiorników; a) niepoprawna,
b) poprawna [2].
Jeśli istnieje konieczność, aby spust ze
zbiornika znajdował się z boku, można zastosować alternatywne rozwiązanie. Polega
ono na tym, że zawór spustowy zamontowany
jest bezpośrednio przy dnie, które powinno
być ustawione pod kątem (pochylone w dół,
w stronę spustu). Pozwala to na jego całkowite
opróżnienie, lecz rodzi pewne utrudnienia przy
wykonaniu, z racji dna o kształcie eliptycznym.
Błędne rozwiązania
Problemy z zalegającą wodą występują
często w konstrukcjach przyczep, kontenerów
itp. W celu całkowitego ograniczenia tego zjawiska, powinny posiadać podłogę o delikatnym
kącie pochylenia w stronę drzwi (zsypu czy
burty). Niewskazane jest, by kształtowniki pełniące rolę poprzeczek (usztywniających spód)
były zbyt rozsunięte. Podczas eksploatacji
ładowane i przewożone elementy, naciskając
na blachę, powodują powstawanie zagłębień,
w których gromadzi się ciecz, a tym samym,
to tam najszybciej nastąpi pocienienie na
grubości materiału i konieczność wymiany.
Przed zastosowaniem danego rozwiązania technologicznego, warto sprawdzić
czy jest możliwość zastąpienia kilku detali
jednym (np. kształtownikiem lub elementem
wykonanym za pomocą obróbki plastycznej
– zaginaniem). Pozwoli to na zmniejszenie
kosztów związanych z wykonaniem, prostowaniem i zabezpieczeniem miejsc łączenia
przed korozją. W takim przypadku ilość poNr 1 (87) 2014 styczeń-luty
39
40
ANTYKOROZJA
a
b
c
d
e
f
Rys. 4. Nieprawidłowe rozwiązania konstrukcyjne [3].
Rys. 5. Niewłaściwa pozycja kątownika.
Rys. 6. Nietechnologiczna pozycja ceowników
w konstrukcji hali.
Rys. 7. Słup podtrzymujący podłogę w stolarni.
www.lakiernictwo.net
łączeń spawanych najczęściej będzie dużo
mniejsza.
Projektowanie konstrukcji stalowych powinno opierać się na właściwym ukształtowaniu danego elementu. Rysunek 4 ukazuje
błędnie wykonane połączenia kształtowników, których nie można odpowiednio zabezpieczyć przed korozją.
Stosowne umiejscowienie zastosowanych
wyrobów hutniczych w konstrukcjach polega
na takim ustawieniu, aby w największym
stopniu zapobiec gromadzeniu się wilgoci.
Jednocześnie należy pamiętać o zapewnieniu
dostępu umożliwiającego pomalowanie (zakonserwowanie) wstępne i okresowe, a także
ewentualne czyszczenie. Rys. 5 przedstawia
niewłaściwie przyspawany kątownik. Miejsce
zaznaczone wskazuje nagromadzenie zanieczyszczeń i zaawansowany stan korozyjny.
Zastosowanie w konstrukcji elementów
ułożonych w kształcie rynny (np. ceowniki – skierowane ramionami do góry) musi
być przemyślane. Powinno się unikać tego
typu rozwiązań. Jeżeli jednak nie ma innej
możliwości, poprawnym sposobem będzie
zastosowanie kształtownika z wywierconymi otworami spustowymi. Pozwoli to na
samoczynne wypróżnienie zalegającej cieczy.
Na rysunku 6 przedstawiono niewłaściwe
usytuowanie ceowników w konstrukcji hali. Są
one skierowane ramionami w górę i nie mają
otworów spustowych. Wewnątrz znajduje się
duża ilość zanieczyszczeń.
Rysunek 7 z kolei ukazuje niewłaściwie
zaprojektowany i wykonany słup podtrzymujący konstrukcję podłogi w stolarni. Jego
utwierdzenie znajduje się poniżej poziomu
terenu – jest przykręcony do niskiego fundamentu, a w konsekwencji stoi w wodzie
(błocie). Widoczne są efekty długoletniej korozji i zgorzelinę o kilkumilimetrowej grubości.
Podczas analizy przyczyn takiego stanu rzeczy okazało się, że stolarnia została
wybudowana w miejscu, gdzie dwadzieścia
lat wcześniej istniał staw. Zbiornik wodny
został zlikwidowany i zasypany. Pomimo
wszelkich starań związanych z właściwym
wykonaniem fundamentów i posadzki, woda
cały czas przesiąka.
W obecnych czasach znaczenie procesów
spawalniczych przy wytwarzaniu różnych
konstrukcji stalowych jest bezkonkurencyjne
w porównaniu z innymi metodami łączenia.
Właściwe rozmieszczenie złączy spawanych,
a tym samym spoin, pozwala na uzyskanie nie
tylko wymaganej wytrzymałości, ale także na
uniknięciu miejsc, które mogą być szczególnie
narażone na powstawanie korozji. Spoiny
powinny mieć charakter ciągły, każdy odstęp
pomiędzy nimi jest swego rodzaju zagrożeniem dla wciekania i zalegania wody (rys. 8).
W przypadku projektowania i wykonywania
konstrukcji należy jednak uważać, aby nie doprowadzić do zbytniej koncentracji spoin w jednym miejscu (krzyżowanie się itp.), bowiem po
czasie mogą powodować pęknięcia [3].
Elementy zamknięte, np. profile czy rury,
muszą posiadać otwory ściekowe, dzięki którym gromadząca się we wnętrzu ciecz (skropliny) będzie miała możliwość swobodnego
wypłynięcia. To jest bardzo istotne w okresie
zimy, z racji możliwości zamarznięcia cieczy
wewnątrz, co spowoduje zniekształcenie
i zniszczenie elementów. Niewłaściwy montaż
elementów może być dodatkowym problemem tyczącym się ochrony antykorozyjnej
(zbyt mały odstęp pomiędzy nimi stwarza
możliwość do podsiąkania wody i zalegania
w szczelinie). Przykład takiego zdarzenia (a
raczej jego konsekwencje) uwidoczniono na
rys. 9. Na zdjęciu można zaobserwować skorodowaną dolną powierzchnię burty, która
stała na płaszczyźnie przyczepy.
Ciekawym przykładem łączącym zły
projekt konstrukcji, działanie czynników atmosferycznych, dymów pochodzących ze
spalania paliwa w pociągach parowych i korozji, może być nieprawidłowo ukształtowany węzeł mostu kratowego wybudowanego
w 1959r. (rys. 10). Uległ on zniszczeniu po
5,5-letniej eksploatacji. Błąd konstrukcyjny
polegał na braku możliwości odpowiedniego
zabezpieczenia wnętrza węzła (nie można
było się tam dostać), dlatego że składał się
z elementów o przekroju skrzynkowym. Jego
wnętrze było regularnie napełniane wodą
z powodu wyciętych w nim otworów montażowych i wprowadzonych krzyżulców w postaci
dwuteowników (ramionami w górę – działanie
rynny) [4]. Analiza takiej konstrukcji i powstałej
awarii daje obraz w jakim tempie mogą następować zmiany materiałowe spowodowane
połączeniem kilku czynników.
Na rysunku 11 ukazano uchwyt mocujący
halogen. Przewód doprowadzający napięcie
do lampy wystaje z niezaślepionej rury, co
powoduje przedostawanie się do jej wnętrza
wody w wyniku opadów deszczu czy śniegu.
Zabezpieczenie powierzchni
cynkowaniem
Cynkowanie ogniowe polega na zanurzeniu
elementu w roztworze Zn, Zn-Fe, Al, Al.-Si,
Al- Zn, Zn-Al. i Pb-Sn [5], który najczęściej
osiąga temperaturę około 450°C. Wartość ta
ANTYKOROZJA
może prowadzić do powstawania odkształceń.
Związane z tym problemy nawarstwiają się
w momencie, gdy cynkowane są konstrukcje
z materiałów o różnej grubości. Wówczas
mogą następować dodatkowe naprężenia,
ponieważ zwykle smukłe materiały nie mają
możliwości odkształcenia się. Zatem metoda
ta może spotęgować powstawanie odkształceń spawalniczych. W celu właściwego zabezpieczenia elementów podczas cynkowania
zanurzeniowego nie powinno się stosować
połączeń zakładkowych. Miejsca takie (występujące szczeliny) nie zostaną odpowiednio
wypełnione, a gromadzące się tam roztwory
chemiczne, po pewnym czasie będą żrącym
czynnikiem korozyjnym [3]. Warto także
wspomnieć o odpowiednim przygotowaniu
elementów do cynkowania. Jeśli posiadają
budowę skrzynkową (zamkniętą), powinny
być wyposażone w otwory technologiczne.
To one stworzą możliwość do optymalnego
wypełnienia roztworem, a ich brak lub złe
rozmieszczenie nie pozwolą na skuteczne
ocynkowanie.
Zabezpieczenie powierzchni
metodami lakierniczymi
Materiały lakiernicze nie odznaczają
się własnościami kapilarnymi. Kapilarność
(włoskowatość) jest zjawiskiem polegającym na przedostawaniu się – wnikaniu danej
substancji w szczeliny lub pęknięcia, wypełniając ją. Działa pomimo siły grawitacji i jest
powiązana ze zwilżalnością, a raczej kątem
zwilżalności cieczy [6]. Zatem elementy, które
będą przeznaczone do malowania (patrząc
od strony odpowiedniego zabezpieczenia
przed korozją), nie powinny posiadać żadnych
połączeń nakładkowych, tak jak wspomniano
wcześniej. Wyjątek stanowią konstrukcje,
gdzie zastosowano spoiny ciągłe – szczelne.
W przeciwnym razie próby zamalowania nie
powiodą się i wcześniej czy później, korozja
będzie następować. Podczas eksploatacji,
warstwa farby znajdująca się w miejscu styku
krawędzi nakładki z drugim detalem, może
pęknąć, przez co umożliwi przedostanie się
wilgoci pomiędzy elementy. Rys. 12 przedstawia połączenie nakładkowe blachy z profilem
zamkniętym.
Na końcowym etapie produkcji bardzo
często można napotkać problemy związane
z przyczepnością pierwszej warstwy farby
do podłoża, które zostało przygotowane we
właściwy sposób. Na gładkich powierzchniach
(np. nowych blachach) kwestia przyczepności,
w porównaniu z innymi elementami stalowymi, np. wyrobami hutniczymi, jest mniejsza.
Niektórzy producenci stosują zatem metodę
Rys. 8. Nieprawidłowe połączenie blachy z ramą.
Rys. 9. Skorodowany spód burty.
Rys. 10. Nieprawidłowo skonstruowany węzeł [4].
Rys. 11. Niewłaściwie zakończony uchwyt halogenu.
Rys. 12. Brak ciągłej spiny w połączeniu nakładkowym
umożliwiający wciekanie wody pomiędzy elementy.
polegającą na wystawieniu konstrukcji na
pewien okres poza halę produkcyjną (nie chodzi tutaj o naturalne odprężanie) i poddanie
jej zjawiskom atmosferycznym. Zabieg ten
pozwala na pokrycie powierzchni delikatną
rdzą, co skutkuje wzrostem chropowatości,
a w późniejszej fazie przyczepności farby.
Jej brak może skutkować pojawieniem się
odpryśnięć powłoki lakierniczej.
Transport i montaż
Istotną kwestią w przypadku właściwego
zabezpieczenia elementów przed powstawaniem korozji jest także właściwe podejście
do transportu konstrukcji. Proces załadunku
powinien być realizowany bardzo ostrożnie,
aby nie naruszyć warstwy lakieru. Jeśli stosuje
się pasy lub łańcuchy, należy zabezpieczyć
powierzchnię za pomocą podkładek gumowych, kartonowych bądź innych, dostosowanych do rodzaju przewożonych elementów.
Zadrapania czy odpryśnięcia farby, powstałe podczas transportu i montażu wiążą się z koniecznością wykonania napraw
lakierniczych. Trzeba się liczyć z tym, że nie
zawsze uzyska się wygląd powłoki pierwotnej.
Reasumując, na powstanie korozji i skutków jej oddziaływania składa się szereg
różnych czynników. Począwszy od: nieodpowiedniego doboru materiału na konstrukcję, błędy projektowe, złego przygotowania
powierzchni, zastosowania niewłaściwych
produktów lakierniczych, braku doświadczenia malarzy, na problemach z poprawnym
zabezpieczeniem podczas transportu i montażu kończąc. Wiąże się to niejednokrotnie
ze stratami, spowodowanymi koniecznością
przeprowadzenia prac konserwacyjnych, wymianą elementów najbardziej skorodowanych,
a w najgorszym przypadku – ze złomowaniem
konstrukcji.
Paweł Wilk
LOGITERM
[1] Raatz B, Poradnik Lakiernika Samochodowego,
Wydawnictwo RG Media, Białe Błota, 2011r.
[2] Wranglén G, tłumaczyli Iwanow J, Jaszczyński J,
Podstawy Korozji i ochrony metali, Wydawnictwa
Naukowo – Techniczne, Warszawa, 1975r.
[3] Ferenc K, Ferenc J, Konstrukcje spawane, Połączenia, wydawnictwa Naukowo – Techniczne,
Warszawa, 2006r.
[4] Augustyn J, Śledziewski E, Awarie konstrukcji
stalowych, Arkady, 1976r.
[5] Blicharski M, Inżynieria powierzchni, Wydawnictwa Naukowo – Techniczne, Warszawa, 2009r.
[6] Czuchryj J, Kurpisz B, Badanie złączy spawanych,
Wydawnictwo KaBe, Krosno, 2009 r.
Nr 1 (87) 2014 styczeń-luty
41