Deformaciones de piezas y construcciones metálicas durante la galvanización

 

La mayor parte de las deformaciones que se pueden producir durante el proceso de galvanización en caliente se deben, por una parte, a la diferente velocidad de dilatación que pueden tener las distintas partes de las piezas o construcciones a la temperatura de galvanización (450°C) y, por otra, a la relajación a esta misma temperatura de las tensiones internas existentes en las propias construcciones, inducidas normalmente durante el proceso de fabricación y soldadura de las mismas.

Las principales precauciones a tener en cuenta para evitar o reducir al mínimo este riesgo de deformación, pueden resumirse en los siguientes puntos:

  1. Dimensionar las piezas para que puedan galvanizarse en una sola inmersión.
  2. Realizar las construcciones con materiales de espesores lo más uniformes posibles.
  3. Utilizar diseños simétricos o equilibrados.
  4. Emplear técnicas de soldadura que reduzcan al mínimo la inducción de tensiones.
  5. En el caso de construcciones metálicas a base de perfiles huecos, la adecuada provisión de orificios de ventilación y drenaje.

 

Tamaño de las piezas o construcciones

Lo más favorable es diseñar las piezas para que puedan galvanizarse de una sola vez, esto es, en una sola inmersión.  En algunos casos, la simple sustitución de algunas uniones soldadas por otras atornilladas puede facilitar la galvanización de elementos de gran tamaño.

Cuando las piezas son demasiado grandes para poder galvanizarlas completamente de una sola vez, será necesario sumergirlas dos (o más) veces, una por cada lado.  Esta forma de proceder puede dar lugar a distorsiones o deformaciones, debido a las elevadas diferencias de temperatura a que quedan sometidas las distintas partes de las piezas (sumergidas y no sumergidas en el zinc fundido) y a la desigual dilatación que experimentarán cada una de ellas.  Hay que tener en cuenta que a la temperatura de galvanización (aprox. 450°C) el acero se dilata a razón de 4-5 mm por metro de longitud.  Si estas dilataciones diferenciales no pueden ser absorbidas elásticamente (en lo que también tiene una gran importancia el diseño), se producirán deformaciones.

La galvanización por doble inmersión no es especialmente preocupante en el caso de piezas largas constituidas por un solo elemento (postes, farolas, vigas macizas, etc.), pero sí lo es en el caso de las construcciones compuestas a base de perfiles de acero unidos mediante soldadura (vigas de celosía, torretas, bastidores, etc.).

 

Espesores diferentes del material

Debe evitarse la combinación en una misma pieza o construcción de materiales de acero de espesor muy diferente (cuya relación de espesores sea superior a 5/1).  La razón es que en el baño de galvanización la velocidad de calentamiento y, por lo tanto, de dilatación de las partes más delgadas será muy superior a la de las partes gruesas.  Si la dilatación rápida de las partes delgadas está constreñida por su unión con otras partes más gruesas y rígidas, se producirá la deformación de estas partes delgadas.

Un caso típico sería el de una puerta o construcción similar constituida por una chapa fina unida por sus bordes mediante soldadura a un bastidor metálico de angular o de cualquier otro perfil mucho más grueso.  Lo normal es que la chapa fina se pandee o experimente una deformación en forma de “aguas”.

En estos casos, lo más correcto sería galvanizar por separado el bastidor grueso y la chapa fina, y ensamblar posteriormente ambos elementos galvanizados mediante tornillos, remaches o puntos de soldadura.

 

Utilizar diseños simétricos o equilibrados

Los perfiles estándar que se obtienen por laminación en caliente no suelen experimentar distorsiones ni alabeos durante su galvanización, sobre todo los perfiles de sección simétrica (perfiles IP, IPN, HE), porque tienen un estado tensional bajo y equilibrado.  Algo más delicados pueden ser los perfiles laminados en caliente de sección asimétrica y gran longitud (perfiles U, UPN y angulares de lados desiguales).

Sin embargo, sí son frecuentes los alabeos  o deformaciones parciales en los grandes perfiles y vigas armadas fabricadas a base de elementos de chapa que se ensamblan mediante soldadura, sobre todo si sus secciones no son simétricas, debido a las tensiones a que dan lugar las solicitaciones térmicas de la soldadura.  El riesgo de deformación aumentará si alguna de las partes de la construcción ha sido doblada o conformada en frío, pues ello contribuye a aumentar el estado tensional de la misma.

Esto se debe a que, a la temperatura normal de galvanización (450°C), el límite de elasticidad de los aceros se reduce a casi la mitad del valor que tienen a temperatura ambiente (20°C).  Si las tensiones internas inducidas durante la fabricación son muy elevadas, pueden llegar a superar el límite de elasticidad que tiene el acero a la temperatura de galvanización, en cuyo caso no podrá soportar tales tensiones y se producirán deformaciones.  La deformación progresará (con la consiguiente relajación parcial de tensiones) hasta que las tensiones residuales igualen el límite elástico del acero a la temperatura de galvanización.

Una regla básica en el diseño de construcciones soldadas en general y de las que vayan a galvanizarse en particular, es que las uniones se sitúen, en la medida de lo posible, en el centro de gravedad de la estructura y, si ello no fuera posible, en posición simétrica y equidistante del centro de gravedad.

 

Emplear técnicas de soldadura que reduzcan al mínimo la inducción de tensiones

En la fabricación de vigas compuestas a partir de chapa gruesa deben utilizarse técnicas de soldadura intermitente, adecuadamente secuenciadas, con objeto de equilibrar las tensiones internas inducidas por las solicitaciones térmicas.

 

Orificios de ventilación y drenaje

Las construcciones con tubos o perfiles tubulares, como es el caso de las barandillas, no deben tener en ningún caso partes estancas (cerradas) ya que la eventual penetración en su interior de los líquidos de preparación superficial (o el propio aire húmedo de su interior) podría ser motivo de explosión, debido a la evaporación y expansión rápida que experimentarían a la temperatura de galvanización de 450ºC.

Los ensambles entre tubos deben hacerse en forma de ingletes abiertos o mediante orificios de interconexión de diámetro no inferior al 25% del diámetro interior del tubo.

Cada elemento de una construcción con perfiles huecos debe disponer de orificios de ventilación (salida de aire) y drenaje (entrada y salida del zinc líquido).  La disposición de estos agujeros es importante.

Como regla general, estos orificios deben estar situados en posiciones diagonalmente opuestas en el perfil individual de que se trate y lo más cerca que sea posible de sus inserciones con otros perfiles.  El tamaño de estos orificios dependerá del tamaño y tipo de perfil y de la forma de la construcción pero, como regla general, puede tomarse como tamaño medio de los mismos el 25% de la sección interna de los perfiles en donde se practiquen.

 

CONCLUSIONES

Estos comentarios sobre las causas y la manera de evitar o reducir al mínimo las posibles deformaciones durante la galvanización, pueden resumirse en las dos recomendaciones generales siguientes:

  1. Que el proyectista debe diseñar las piezas y construcciones metálicas que vayan a ser protegidas mediante galvanización, teniendo “in mente” las características del proceso de galvanización y las dimensiones de los baños de zinc disponibles, a cuyo efecto es fundamental que trabaje en estrecho contacto con el galvanizador durante las primeras etapas del diseño, y
  2. Que el taller de construcción metálica debe utilizar técnicas de fabricación y ensamblado de los materiales que, por una parte, minimicen la introducción de tensiones internas en las construcciones y, por otra, garanticen la adecuada ventilación y accesibilidad de los líquidos que intervienen en el proceso de galvanización a la totalidad de las superficies (externas e internas) de las piezas y perfiles huecos.

 

 

 

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