Concepto Galvanizado en caliente El galvanizado en caliente es posible gracias a la reacción del zinc fundido con el acero. Para que esta reacción tenga lugar es necesario que las superficies de los materiales estén perfectamente limpias. Por ello, las primeras etapas del proceso de galvanización tienen por finalidad la obtención de una superficie del acero químicamente limpia, mediante tratamientos de desengrase y de decapado. A la temperatura normal de galvanización (445º-460ºC) el zinc y el acero reaccionan rápidamente. Las piezas se extraen del baño de galvanización cuando se considera que la reacción se ha completado (normalmente después de unos pocos minutos). Aunque el recubrimiento de zinc queda ya formado en este periodo de tiempo, su estructura interna sigue evolucionando mientras el material está caliente. Si damos un corte transversal a una pieza de acero galvanizada y lo observamos mediante un microscopio veríamos una estructura muy compleja tal y como muestra la fotografía adjunta. La capa delgada inmediatamente encima del acero se conoce como capa Gamma y tiene un espesor aproximado de un micrómetro (1 µm), que equivale a 0,001mm. La capa siguiente es la capa Delta. La capa más gruesa, en la que pueden verse claramente cristales metálicos alargados orientados hacia el exterior, es la capa Zeta. Estas tres capas presentan una dureza bastante más dura (240 Hv) que la de los aceros suaves (160 unidades de dureza Vickers). Las capas de aleaciones zinc-hierro son bastante más duras, La capa más externa, denominada Eta, está constituída por zinc prácticamente puro. Esta capa es más blanda y dúctil que el acero.
Es por esta razón por la que ante un impacto la capa exterior se deforma mientras que la gran dureza de las capas de aleación proporciona al recubrimiento una elevada resistencia a la abrasión y a los arañazos. Además, si por causa de un golpe fuerte se desprendiera una porción del recubrimiento, siempre quedaría adherida al acero la primera capa de aleación, la capa Gamma, que está interconectada a nivel atómico con el acero base y que seguirá proporcionando protección Los recubrimientos galvanizados recién obtenidos presentan normalmente un aspecto metálico brillante muy característico. Este brillo va desapareciendo con el tiempo hasta adquirir un color gris metálico mate. Este cambio se debe a la reacción entre el zinc y el aire, que da lugar a la formación de una fina capa de hidróxidos y carbonatos básicos de zinc, que se conoce como capa de pasivación y que constituye una barrera que aísla la superficie del zinc del medio ambiente. Esta capa es muy fina y muy difícil de detectar con el microscopio óptico. Selección de los aceros. Los galvanizadores no pueden saber cual es la composición química del acero simplemente con ver el material, tampoco es una cosa predecible. Esto que de pronto puede ser extraño es importantísimo a la hora de galvanizar pues de ello depende el espesor y el aspecto del recubrimiento de zinc. La norma UNE ISO 1461 especifica que tanto el Silicio (Si) como el Fósforo (P) existente en el acero pueden influir en el proceso de galvanización, haciendo que el recubrimiento sea más o menos grueso. En ciertos niveles de composición el silicio y el fósforo pueden dar lugar a recubrimientos de color gris mate y oscuro que pueden ser frágiles y gruesos. Es muy importante que cuando se adquieran aceros para fabricaciones que vayan a galvanizarse el poner de manifiesto esta circunstancia ante el fabricante del acero con el fin de que seleccione aceros de composiciones apropiadas para este fin. Es de mencionar que un acero con un contenido muy bajo en Silicio (entre 0,014-0.12%) o muy alto en Silicio (mayor del 0,3 %) producen un crecimiento acelerado de las aleaciones Zinchierro. Lo ideal es un acero con un contenido en Silicio de entre 0.14-0.25% En el caso del fósforo, se ha comprobado que sólo cuando el contenido en silicio es menor al 0,03 % el contenido en fósforo juega un papel importante sobre su reactividad frente al zinc. Se ha establecido que para evaluar la reactividad de los aceros de muy bajo contenido de silicio basta con aplicar la siguiente fórmula: Si + 2.5 P < 0.09 %
O sea que para evitar recubrimientos galvánicos oscuros y mates se debe seleccionar aceros cuyo porcentaje en Silicio, sumando al de fósforo multiplicado por el factor 2.5 no supere el valor de 0,09 % Seguidamente se representa una tabla del acero estructural EN-10025 habitualmente empleado por los fabricantes. Designación Composición Química EN 10025-95 DIN Mn % máx Si % máx P máx S máx N máx S 185 St 33 - - - - - S 235 JR St 37.2 1,5-0,055 0,05 0,011 S 235 JRG1 Ust 37.2 1,5-0,055 0,055 0,009 S 235 JRG2 RSt 37.2 1,5-0,055 0,055 0,011 S 235 JO St 37.3 U 1,5-0,05 0,05 0,011 S 235 J2G3 St 37.3 N 1,5-0,045 0,045 - S 275 JR St 44.2 1,6-0,055 0,055 0,011 S 275 JO St 44.3 U 1,6-0,05 0,05 0,011 S 275 J2G3 St 44.3 N 1,6-0,045 0,045 - S 355 JO St 52.3 U 1,7 0,6 0,05 0,05 0,011 S 355 J2G3 St. 52.3 N 1,7 0,6 0,045 0,045 - Diseño para galvanizar A la hora de diseñar y fabricar artículos que vayan a galvanizarse en caliente, deben tenerse en cuenta algunas reglas básicas necesarias para conseguir una calidad adecuada. El zinc fundido debe llegar a todas las superficies de las piezas, tanto externas como internas, para ello es necesario que las piezas dispongan de orificios de drenaje y de aireación. Prestar atención a la disposición de los agujeros de respiración en los perfiles y en los cuerpos huecos. Hay que prever una holgura adicional de 4 veces el espesor del recubrimiento galvanizado en la tornillería y en las partes roscadas.
Prever una holgura adicional de 1 mm en las partes de las piezas que vayan a estar acopladas a otras y deban mantener su movilidad. No galvanizar piezas soldadas con soldadura blanda, porque fallarán las uniones. No utilice durante la soldadura eléctrica por arco productos antisalpicaduras que contengan silicona, porque el recubrimiento galvanizado no se formará correctamente sobre las zonas en donde se hayan aplicado. Evite en lo posible las superficies solapadas. Si no fuera posible, tenga en cuenta las recomendaciones de diseño para facilitar la ventilación en estas zonas. Las piezas deben ser colgadas para poder introducirlas en el baño por lo que deben disponer de taladros u orificios que lo hagan posible. No galvanizar construcciones que sean muy robustas en un plano y muy débiles en otros, hay peligro de deformaciones. Evitar superficies grandes de chapa fina que no sean suficientemente rígidas, es posible que sufran deformaciones. Se citan a continuación algunos ejemplos, los más habituales a tener en cuenta en el diseño de material para galvanizar: Ejemplos de diseños Cuando se utilicen refuerzos o montantes de perfiles angulares, hay que procurar que no Ileguen a juntarse totalmente con los largueros o cordones del cuerpo principal, de manera que el zinc pueda escurrir libremente a través de la separación que quede entre ellos. Cuando se utilicen refuerzos en el interior de perfiles universales o de los perfiles en U, deben de recortarse las esquinas de estos refuerzos para permitir el paso del zinc fundido. Cuando se utilicen contrafuertes externos, por ejemplo, entre una placa de base y un elemento vertical, es necesario recortar las esquinas de los contrafuertes en el ángulo interior, para permitir el paso del zinc.
Los diafragmas interiores de refuerzo de tubos o perfiles huecos deben tener las esquinas bien recortadas. En los perfiles huecos grandes deben utilizarse refuerzos que tengan además un agujero central. Nunca deben colocarse placas que obstruyan completamente la sección transversal, tanto por razones de seguridad durante la galvanización como porque la retención de zinc a que dan lugar encarece sensiblemente el tratamiento de galvanización. Para obtener un buen acabado sobre elementos estructurales jabalconados o con formas similares, deben taladrarse agujeros en los lugares que se indican en el dibujo. Cuando desee reforzar un perfil mediante una chapa soldada al mismo, deben tenerse en cuenta las orientaciones de este dibujo.
En las uniones soldadas en las que las superficies solapadas cerradas tengan un área mayor de 70cm2, es aconsejable taladrar un agujero en una de las chapas para proporcionar ventilación al espacio cerrado. Aunque este espacio cerrado parezca pequeño, la humedad contenida en el mismo puede generar una presión suficiente, a la temperatura de galvanización de 450 C, como para arrancar la soldadura y producir una pequeña explosión. Además, en este espacio cerrado puede haber penetrado ácido de la preparación superficial de las piezas a través de algún poro de la soldadura, lo que agravaría el riesgo de explosión. Una forma de evitar este problema es realizar una unión soldada intermitente, para facilitar el drenaje de los líquidos utilizados en la preparación superficial. Cuando se diseñe o construya con perfiles huecos, cada elemento debe disponer de agujeros de ventilación y drenaje. La disposición de estos agujeros es importante. Como regla general, los orificios de drenaje deben estar en un mismo lado, con objeto de evitar el tener que manipular y dar la vuelta a la pieza para escurrir el zinc cuando ésta se extraiga del baño de galvanización. Los cortes en V son una alternativa a los agujeros.
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