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Contenido
Galvanizado en Caliente para la Protección Contra
la Corrosión.........................................................................3
Soldadura Antes del Galvanizado...............................3
Química del Metal de Soldadura......................3
Limpieza de la Soldadura....................................4
Soldadura Estanca Antes del HDG..................4
Resumen Antes del HD.......................................5
Soldadura Después del Galvanizado........................5
Preparación de Àrea de Soldadura..................5
Química del Metal de Soldadura......................5
Métodos de Soldadura.........................................5
Arco Metálico con Gas (GMA).... .............5
Soldadura por Arco Metálico Protegido
(SMAW)...............................................................6
Oxiacetileno. .................................................6
Retoque del Àrea de Soldadura.........................6
Calidad de Juntas Soldadas.................................7
Dureza de la Fractura.............................................7
Resistencia a la Fatiga............................................7
Porosidad.................................................................7
Salud y Seguridad..................................................7
Resumen Después del HDG................................7
© 2015 American Galvanizers Association. El material que se provee en el presente documento se ha desarrollado para brindar
información precisa y acreditada sobre el acero galvanizado posterior a su fabricación. Este material proporciona información general solamente y no está previsto como un sustituto para el examen y la verificación competentes profesionales en cuanto a idoneidad y aplicabilidad. La información que se provee aquí no está prevista como una representación o garantía por parte de la AGA.
Cualquiera que emplee esta información asume toda responsabilidad que surja de tal uso.
2 American Galvanizers Association
Galvanizado en Caliente (HDG) para la
Protección Contra la Corrosión
Como cada vez es más frecuente especificar el galvanizado en
caliente (la combinación metalúrgica de zinc y acero) como
el sistema de protección contra la corrosión para las piezas
fabricadas de acero estructural, es esencial comprender las
consideraciones para el galvanizado de acero negro soldado
o para la soldadura en acero galvanizado, y la necesidad de
integrarlos en el diseño total de la pieza fabricada estructural. Es
común soldar antes y después del galvanizado; los requisitos son
relativamente simples para que un diseñador la implemente, lo
que genera una protección superior contra la corrosión.
El proceso de galvanizado ha existido por más de 250 años y ha
sido un pilar en la industria de Estados Unidos desde 1890. El
galvanizado se utiliza en diversos mercados para proveer acero
con protección sin paralelo contra los destrozos de la corrosión.
Una amplia gama de productos de acero (de acero reforzado
para parques infantiles a estadios profesionales de deporte y a la
expresión artística de las esculturas actuales) se ve beneficiada
de las propiedades superiores del galvanizado como sistema de
protección contra la corrosión.
El componente principal del galvanizado es el zinc. Este metal
tiene un color gris plateado y se encuentra de forma natural en
la corteza terrestre; es el número 27 en orden de abundancia.
Es esencial para el crecimiento y desarrollo de toda vida. En
el adulto promedio hay entre 1,4 y 2,3 gramos de zinc, y la
Organización Mundial de la Salud recomienda un consumo diario
de 15 miligramos. Varios productos de consumidores, como
medicamentos para el resfrío, cremas para sarpullido por uso
de pañales y suplementos nutricionales contienen cantidades
provechosas de zinc, en particular en forma de óxido de zinc.
Aunque el acero galvanizado es gris, puede también ser verde.
Las industrias de zinc y de galvanizado trabajan para fomentar
el desarrollo sostenible al aumentar la contribución de zinc a la
sociedad y garantizar que su producción y uso estén en armonía
con el ambiente natural y las necesidades de la sociedad, ahora
y en el futuro.
El zinc, como se lo usa en el galvanizado, es un metal pesado
completamente reciclable. La energía empleada para producir
zinc a partir de la mena está inversamente relacionada con la
cantidad de zinc reciclado. El galvanizado tiene un valor increíble
en términos de protección de nuestra infraestructura. Se
consume menos acero y se necesita menos materia prima porque
el galvanizado permite que las estructuras de acero, puentes,
rutas y edificios duren más. Con el tiempo, el galvanizado ayuda
a mantener la integridad estructural de las piezas fabricadas de
acero: las estructuras galvanizadas son más seguras.
Además, como el acero galvanizado no requiere mantenimiento
por décadas, su empleo en la construcción pública es un
uso eficiente de nuestros impuestos. La elección del acero
galvanizado para proyectos privados hace una importante
contribución a la rentabilidad de una empresa.
Soldadura Antes del Galvanizado
Para lograr un revestimiento galvanizado en caliente de
alta calidad en áreas soldadas de piezas fabricadas, deben
considerarse tres puntos importantes antes de galvanizar: la
composición química del metal de soldadura, la limpieza del
área de soldadura y la continuidad de la soldadura estanca.
Química del Metal de Soldadura
El revestimiento galvanizado recubre casi cualquier tipo
de hierro o acero, y el espesor del revestimiento depende,
principalmente, del contenido de silicio de la parte de hierro
o acero. La diferencia más grande entre el metal de soldadura
y el acero estructural es la cantidad de silicio en la varilla de
soldadura. El contenido excesivo de silicio en el material
de aporte de soldadura puede acelerar el crecimiento del
revestimiento galvanizado en caliente. Dado que parte del
metal de la varilla de soldadura contiene casi 1% de silicio,
la diferencia entre el espesor del revestimiento en el metal
de soldadura y el acero estructural circundante puede ser
importante. El contenido excesivo de silicio en el material de
soldadura por galvanizarse provoca la formación acelerada
de las capas intermetálicas de hierro/zinc que componen el
American Galvanizers Association
3
Peso del revestimiento (oz/pies2)
9
Proceso de
Soldadura
8
Acero con alto
contenido de silicio
7
6
5.0 oz/ft 2
5
4
Acero con bajo
contenido de silicio
3
2
Material de la varilla
para Soldar
SMAW
Jetweld 2
Fleetwood 35 LS
Fleetwood 7
0,30%
0,11%
0,33%
SAW
L61 - 860
3,40%
FCAW
NR 203 NiD
NR 311
NR 431
0,04%
0,07%
0,21%
Tabla 1
2.2 oz/ft 2
1
Limpieza de la Soldadura
Tiempos convencionales
para la galvanización
0
2
4
6
8
Contenido
Silicio
10
12
Tiempo para la galvanización (en minutos)
Ilustración 1
revestimiento galvanizado en caliente, lo que aumenta en alto
grado el peso del revestimiento (Ilustración 1).
Cuando se sumerge la estructura fabricada en el baño de zinc
el tiempo suficiente para lograr un revestimiento que cumple
con el espesor mínimo de los estándares de galvanizado
(como A123/A123M de la ASTM, Especificación Estándar Para
Revestimientos de Zinc (Galvanizado en Caliente) en Productos de
Hierro y Acero), el revestimiento en el metal de soldadura con alto
contenido de silicio puede tener más de dos veces el espesor
que el revestimiento circundante. El revestimiento espeso en la
soldadura le quita valor al aspecto de la estructura fabricada y
aumenta la posibilidad de que el revestimiento de zinc se dañe
en el área de soldadura con la subsiguiente manipulación del
ensamblaje o parte.
Para procesos de soldadura típicos, como la soldadura por
arco metálico protegido (SMAW), la soldadura por arco
sumergido (SAW) y la soldadura por arco con núcleo de fundete
(FCAW), existen materiales de varilla de soldadura que no
crean revestimientos en exceso espesos, como se muestra a
continuación (Ilustración 2).
Cuando se galvanizan en caliente estructuras soldadas, la limpieza
del área de soldadura afecta en gran medida la calidad y el
aspecto del revestimiento galvanizado alrededor de la soldadura
(Ilustración 3). Si se emplea un electrodo revestido durante la
soldadura, todo el flujo y la escoria de soldadura deben eliminarse
antes de galvanizar o el revestimiento de zinc no se adherirá al
área de soldadura (Ilustración 4). Las soluciones de limpieza
química usadas en el proceso de galvanizado no pueden quitar el
flujo y la escoria de soldadura. El flujo y la escoria deben eliminarse
con cepillo de alambre, limpieza con llama, desconchado con
pico, amolado o granallado antes del proceso de galvanizado. La
escoria que no se quite de la superficie de acero creará una zona
desnuda en el revestimiento.
P
Ilustración 3
Ilustración 4
Soldadura Estanca antes del HDG
W
En ensamblajes con superficies en contacto que tienen una
brecha de menos de 2,5 mm (3/32”), se puede emplear una
soldadura estanca completa en todos los bordes, según el tamaño
del área superpuesta (Ilustración 5). La viscosidad del zinc impide
que entre en cualquier espacio inferior a 2,5 mm (3/32”), lo que
deja superficies sin galvanizar. Las superficies sin galvanizar en
espacios angostos se corroerán y gotearán óxido de hierro en las
superficies galvanizadas circundantes, y se creará así un aspecto
antiestético. Las soluciones de limpieza tienen viscosidades más
Ilustración 2: Resultados de soldadura típica
La Tabla 1 indica el material y la química de varias varillas de
soldadura que ha analizado la AGA y que producen revestimientos
comparables con los del acero con bajo contenido de silicio.
Ilustración 5
4 American Galvanizers Association
bajas, lo que les permite ingresar en estas pequeñas brechas. Las
sales de solución de limpieza pueden retenerse en estas áreas
angostas y la humedad encontrada semanas o meses después
puede humedecer estas sales y provocar el goteo de óxido
de hierro.
Química del Metal de Soldadura
Una segunda consideración de diseño es usar un espesor igual,
o casi igual, de piezas de ensamblaje, con soldaduras simétricas
(Ilustración 6). Durante el galvanizado, el ensamblaje se calienta
a temperatura del baño de zinc fundido, más de 435 ºC (815
ºF), y luego se lo enfría a temperatura ambiente. Cuando se
galvanizan piezas soldadas de espesores diferentes, una de las
piezas a menudo tiene un alto estrés inducido en el proceso
de fabricación y/o por los cambios en la temperatura del
galvanizado. Si el estrés es lo bastante alto puede producirse la
distorsión del ensamblaje, o en casos extremos, una fractura de la
soldadura o de la pieza bajo estrés. Galvanizar piezas fabricadas
soldadas es un método común para proteger a la estructura de
la corrosión.
Métodos de Soldadura
Como el galvanizado ya se produjo, la selección del material de
soldadura es menos crítica. Es importante evitar el zinc en la
soldadura, y la preparación apta del área a soldarse, como describió
antes, garantiza una soldadura de calidad.
Los tres métodos de soldadura manual/semiautomática
detallados aquí son más flexibles que la soldadura por
resistencia o láser, que no se usan en ensamblajes galvanizados
por lotes. Los tres métodos manuales/semiautomáticos se
benefician de la eliminación de zinc de las áreas a galvanizarse,
pero la eliminación de zinc no es un requisito absoluto.
Soldadura por Arco Metálico con Gas (GMAW)
En particular idóneo para soldar materiales más delgados,
la soldadura por arco metálico con gas (GMAW), también
conocida como CO₂, es un proceso semiautomático versátil y
no adecuado (Ilustración 7). La presencia del revestimiento de
zinc no tiene efecto alguno sobre las propiedades mecánicas
de la soldadura, aunque puede ocasionar ciertos cambios en
el aspecto por la salpicadura de soldadura. La estabilidad del
arco es excelente y por lo general no se ve afectada por el
revestimiento galvanizado.
Dirección de Soldadura
Boquilla de Soldador
Ilustración 6
Resumen de Soldadura antes del HDG
Un revestimiento galvanizado en caliente de alta calidad, incluso
en áreas soldadas, se logra al elegir con prudencia el metal de
soldadura, limpiar con minuciosidad la escoria del área de soldadura
y seguir buenas prácticas de diseño.
Soldadura Después del Galvanizado
Muchas técnicas de soldadura y corte practicadas con frecuencia
pueden emplearse en el acero galvanizado (consulte la
especificación D-19.0 de la American Welding Society (AWS), Soldar
Acero Revestido con Zinc). Puede ser necesario soldar sobre acero
galvanizado si la estructura última es muy grande para sumergirse
en un baño de galvanizado o si las estructuras deben soldarse
en tierra.
Preparación de Àrea de Soldadura
La D-19.0 de la AWS, Soldar Acero Revestido con Zinc, requiere que
las soldaduras se realicen en acero sin zinc en el área a soldarse.
Por eso, para los componentes estructurales galvanizados de una
pieza fabricada, el revestimiento de zinc debería quitarse al menos
entre 2,5 y 10 cm (una y cuatro pulgadas) de cada lado de la zona de
soldadura prevista y en ambos lados de la pieza de trabajo. Amolar
el revestimiento de zinc es el método preferido y más frecuente;
quemar el zinc o hacer retroceder el zinc fundido del área de
soldadura también son opciones.
Tubo de Contacto de Cobre
Cable de Electrodo
Consumible
Arco
Charco Fundido
de Soldadura
Gas Protector de CO²
Material de Soladura
Placa
Ilustración 7
Puede haber una disminución en la velocidad de soldadura
porque el revestimiento galvanizado debe quemarse antes
de soldar. El uso de un gas protector de soldadura 100% CO₂
es aceptable para acero galvanizado, y no hay ventajas en usar
combinaciones de gas protector más costosas. La penetración
de la soldadura en los aceros revestidos de zinc es menor que
en los aceros no revestidos. Por eso, deben proveerse brechas
ligeramente más amplias para las soldaduras a tope.
La principal diferencia entre soldar acero revestido de
zinc y acero no revestido mediante el proceso GMAW es la
necesidad de un mayor aporte de calor para quitar el zinc del
charco de soldadura y de menores velocidades de soldadura
para quemar el revestimiento zinc antes de aplicar el cordón
de soldadura.
American Galvanizers Association
5
Las condiciones típicas para la soldadura de CO₂ de las juntas
a tope sobre acero galvanizado en caliente están disponibles
en la D19.0 de la AWS, Tablas 5.5 a 5.12.
Soldadura por Arco Metálico Protegido (SMAW)
El más común de los procesos manuales usa electrodos
cubiertos de flujo. Las condiciones necesarias para la
soldadura por arco metálico protegido (SMAW) o soldadura
por arco metálico manual (MMAW) son similares a las usadas
en acero no revestido. Sin embargo, la velocidad de la
soldadura puede ser menor porque el ángulo del electrodo
está reducido a casi 30º, y se necesita un movimiento rápido
del electrón de un lado a otro para eliminar el charco de zinc
fundido de la soldadura (Ilustración 8).
Electrodo Cubierto
Revestimiento de Flujos
Dirección de
Soldadura
Cable Central
Glóbulos de Metal Fundido y Escoria
Arco
Escoria Solidificada
Charco Fundido d
e Soldadura
Metal de Soldadura
Placa
Ilustración 8
La principal diferencia entre soldar acero revestido de
zinc y acero no revestido mediante el proceso SMAW es
que la apertura de la raíz debe aumentarse para permitir
la penetración completa de la soldadura. La cantidad
de salpicadura formada cuando se emplea la SMAW es
ligeramente mayor que cuando se suelda acero no revestido.
Las condiciones típicas para la SMAW para el pase de raíz en
soldaduras a tope sobre acero galvanizado en caliente por
lotes están disponibles en la D19.0 de la AWS, Tablas 6.2 a 6.5.
La MMAW está recomendada para aceros galvanizados de
1,27 cm (1/2”) de espesor o más. En general, los soldadores
usan los mismos procedimientos para el acero galvanizado y
para el no revestido, aunque debería advertirse lo siguiente:
• El electrodo debe aplicarse más lento de lo normal,
con un movimiento rápido que empuja al electrodo
adelante por el surco en dirección de la soldadura y
luego hacia atrás al charco de zinc fundido.
• La soldadura por pasadas anchas y los múltiples
cordones de soldadura deben evitarse, y también
la costosa inyección de calor a la unión El exceso de
calor puede dañar el revestimiento de zinc adyacente.
6 American Galvanizers Association
• Se recomienda una longitud corta de arco para
todas las posiciones para tener mejor control del
charco de soldadura y evitar la excesiva penetración
intermitente o erosión interna.
• Se requieren brechas ligeramente más amplias en
juntas a tope para obtener una penetración completa.
• Amolar los bordes antes de soldar provee la junta de
soldadura de mejor calidad. También reduce el humo
del revestimiento galvanizado. Los procedimientos
de soldadura entonces serán los mismos que para el
acero no revestido.
Pueden usarse electrodos similares a los usados para el acero no
revestido con soldadura por arco. La principal diferencia cuando
se aplica MMAW a acero galvanizado en comparación con acero
no revestido es la necesidad de un mayor aporte de calor para
quitar el zinc del charco de soldadura y de menores velocidades
de soldadura para quemar el revestimiento de zinc del borde
principal del charco. Esto puede provocar una mayor fluidez de
escoria y aumento de salpicadura
Oxiacetileno
La preparación para la soldadura por fusión con oxiacetileno
es semejante a la usada para soldar acero no revestido. Como
se necesita una velocidad de viaje lenta para que los bordes de
juntas alcancen la temperatura de fusión, el calor extra causa
que el revestimiento de zinc se vea afectado en un área mucho
mayor que con otros procesos de soldadura. Los mejores
resultados se obtienen cuando la varilla de aportación se
mueve de un lado a otro, lo que produce una soldadura triple.
Retoque del Àrea de Soldadura
Cualquier proceso de soldadura en superficies galvanizadas daña
el revestimiento de zinc sobre y alrededor del área soldada. La
restauración del área debería realizarse según la A780 de la ASTM,
Práctica para reparar áreas dañadas y no revestidas de revestimientos
galvanizados en caliente, que especifica el uso de pinturas que
contengan polvo de zinc, soldaduras a base de zinc o zinc en aerosol.
Todos los métodos de retoque y reparación son capaces de crear
una capa protectora hasta el espesor requerido para proporcionar
protección contra la corrosión.
El área restaurada del revestimiento de zinc no tendrá efecto
sobre la vita útil total de la parte. Los materiales de reparación y su
espesor de revestimiento han sido elegidos para brindarles vidas
útiles comparables a los mínimos requeridos de revestimiento
por A123/A123M de la ASTM, Especificación para Revestimientos
de Zinc (Galvanizado en Caliente) en Productos de Hierro y Acero.
Puede haber algunas diferencias visuales entre el revestimiento
galvanizado en caliente original y el área restaurada, pero con el
tiempo la erosión natural del revestimiento galvanizado puede
fusionar los dos aspectos o puede acentuar la diferencia, según la
elección de los materiales de reparación.
Calidad de Juntas Soldadas
La D19.0 de la AWS recomienda quitar todo el zinc del área de
soldadura antes de soldarla porque quemar el zinc ralentiza el
proceso, genera humos de zinc (consulte “Salud y seguridad”,
próxima columna) y crea un área de quemado antiestética
alrededor de la soldadura.
Sin embargo, como muestran los estudios llevados a cabo por
la International Lead Zinc Research Organization (ILZRO), las
propiedades de tracción, curvatura e impacto de las soldaduras
sobre el acero galvanizado son equivalentes a las propiedades
de las soldaduras sobre el acero no revestido.
Dureza de la Fractura
En el mismo estudio mencionado antes, la ILZRO estableció que
las propiedades de dureza de la fractura de las soldaduras no se
ven afectadas por la presencia de revestimientos galvanizados.
Resistencia a la Fatiga
Tensión Tons/in²
Tensión N/mm²
La resistencia a la fatiga de soldaduras por arco sobre acero
galvanizado es equivalente a soldaduras sobre acero no
revestido hechas mediante la técnica CO2, como se muestra
en la Ilustración 9.
Resistencia en ciclos
Chapa sin revestir
Chapa galvanizada
Soldadura de arco por cortocircuito GMAW sobre acero Grado A
Lloyds de ½ pulgada sin revestir y galvanizado: aporte de soldadura
AWS E6OS-3
Ilustración 9
Porosidad
El alcance de la porosidad de la soldadura es una función de
aporte de calor y tasa de solidificación del metal de soldadura.
No siempre capaz de eliminarse, la porosidad afecta la resistencia
a la fatiga y las tendencias de agrietamiento de las soldaduras.
Cuando las soldaduras están sujetas a carga por fatiga, las
soldaduras en acero galvanizado deberían hacerse a sobremedida
para reducir la influencia de cualquier porosidad de metal de
soldadura o de inclusiones de zinc. Al evaluar el efecto de la
porosidad sobre la resistencia a la fatiga en una soldadura en
ángulo, es necesario considerar tanto la función de la junta como
el tamaño de la soldadura.
Cuando una soldadura de ángulo en acero galvanizado es lo
bastante grande en relación con el espesor de placa como para
fallar por fatiga desde el pie de la soldadura del mismo modo que
el acero no revestido, la presencia de porosidad en la soldadura
no reduce la resistencia a la fatiga de la junta. Cuando las
dimensiones de la soldadura son apenas lo bastante largas como
para ocasionar fatiga desde el pie en una soldadura en buen
estado, una soldadura con porosidad en el pie puede fallar a través
de la garganta preferentemente. El agrietamiento intergranular
de las soldaduras en ángulo que contienen porosidad, a veces
referido como agrietamiento por zinc penetrador, no afecta
en grado relevante la resistencia de juntas no críticas. Para
aplicaciones de estrés más críticas, se aconseja llevar a cabo
pruebas procedimentales sobre materiales y muestras.
Salud y Saguridad
Todos los procesos de soldadura generan humos y gases. Los
fabricantes y soldadores deben identificar los riesgos vinculados
con el soldeo de acero revestido y no revestido, y los trabajadores
deben estar capacitados para mantener prácticas de trabajo
que sean coherentes con las normas de la Administración de
Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA). En general, la soldadura
en acero sin revestimiento de zinc en el área a soldarse producirá
emisiones de plomo y óxido de zinc por debajo de los límites de
exposición permisibles (PEL) de la OSHA. Cuando es inevitable
soldar directamente en acero galvanizado, los PEL pueden no
excederse en área abierta, pero sí en áreas restringidas, y deben
tomarse precauciones, incluidos ventiladores agitadores de aire
de alta velocidad con filtros, respiradores de aire y sistemas de
extracción de humo sugeridos por la AWS.
Los humos que surgen por soldar acero galvanizado pueden
contener zinc, hierro y plomo. La composición del humo por lo
general depende de la composición de los materiales usados,
como también del calor aplicado por el proceso de soldadura
determinado. En cada caso, la buena ventilación minimiza
la cantidad de exposición a los humos. Antes de soldar en
cualquier material consulte ANSI/ASC Z-49.1, Seguridad en
Soldadura, Corte y Procesos Afines, que contiene información
sobre la protección del personal y el área general, la ventilación
y la prevención de incendios.
Resumen de Soldadura Antes del HDG
Con la adecuada preparación del área de soldadura, la
selección de un material de soldadura y proceso aptos y el
retoque cuidadoso del área a soldarse, la soldadura en acero
galvanizado crea un producto excelente para usar en diversas
aplicaciones, desde puentes, torres y enrejados hasta barandas,
vigas trianguladas y vallas de seguridad.
American Galvanizers Association
7
American Galvanizers Association
6881 S. Holly Circle, Suite 108
Centennial, CO 80112
720-554-0900 | 800-468-7732
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www.galvanizeit.org