¿Sabes cuánto cuesta el mantenimiento anual del acero galvanizado?

La pregunta que formulamos es muy sencilla e intenta comprobar hasta qué punto las propiedades del acero galvanizado son conocidas. ¡Atrévete a participar!

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.

 

 

 

Defectos en piezas galvanizadas muy grandes

La galvanización en caliente es un proceso ágil y simple en el cual el producto a galvanizar, tras una preparación previa que conlleva la limpieza mecánica y química de la superficie del acero a galvanizar, se somete a una inmersión en un baño de zinc a 450º C que, tras unos minutos, da como resultado una serie de capas de aleaciones de zinc y hierro que protegen al producto de una forma permanente frente a la corrosividad ambiental.

La reacción del acero con el zinc debe realizarse en las mejores condiciones para obtener buenos resultados y ello va a depender del tipo de acero, estado superficial, condiciones termodinámicas del baño y diseño de la pieza.

Influencia de la composición del acero en la calidad de la galvanización en caliente

Son muchos los aceros que se pueden galvanizar en caliente con resultados estándares. Sólo en el caso de aceros con un rango de composición específico de Silicio y Fósforo (véase UNE EN ISO 14713) se obtienen unos recubrimientos más gruesos y con menos resiliencia. En estos casos se obtienen recubrimientos gris oscuro mate, con mayor protección frente a la corrosión dado su mayor grosor pero que en aquellos casos donde aumente mucho el espesor del recubrimiento puede debilitarse la cohesión del recubrimiento, recomendándose elevar el cuidado a la hora de manipular mecánicamente las piezas galvanizadas.

Condiciones relativas al estado superficial del acero

 El estado superficial del acero determina el resultado final del galvanizado. No es difícil encontrarnos ante una baja reactividad de la superficie del metal debido a la presencia de elementos interpuestos entre el acero y el zinc. Además, la dinámica de la reacción metalúrgica puede ser heterogénea en presencia de rugosidades, tensiones internas o composiciones químicas y diferentes tamaños de grano.

Una superficie de acero metalúrgicamente limpia es el punto de partida indispensable para una correcta galvanización. Los productos que se someten al proceso suelen llegar con sustancias contaminantes que impiden su correcto procesamiento. Hay una serie de sustancias que normalmente se encuentran en las superficies, como son las grasas y aceites, los jabones, el polvo, los restos de pintura y los residuos de los procesos mecánicos o de soldadura que, junto con la herrumbre y la calamina, se forman por la oxidación superficial del acero.

La preparación superficial que los galvanizadores realizan en sus instalaciones está oriemtada a eliminar todos los productos de corrosión así como algunos elementos orgánicos (los más emulsionables). Sin embargo, ciertas sustancias contaminantes, como son las escorias, los sprays de soldadura, etc., han de ser eliminadas mediante tratamientos mecánicos o similares.

Por otra parte, el estado superficial del acero puede influir en el desarrollo de las capas de aleación entre el zinc y el hierro. Así, podríamos esperar mayor reactividad debido al aumento de área que se produce en las superficies más rugosas. Tratamientos como la deformación en frio, el esmerilado, el pulido o el estirado, generan todos ellos cristales más gruesos de aleaciones zinc-hierro e inclusiones y estriaciones cuyos defectos quedan amplificados una vez que se introducen los artículos en el crisol de galvanización.

Por último, señalar que las superficies sometidas a oxidaciones avanzadas o a tratamientos térmicos previos, cuyo resultado es el aumento o la disminución de la superficie práctica del metal, influyen decisivamente en la obtención de un recubrimiento más o menos grueso del galvanizado.

Tamaño de las piezas

 Cuando los tamaños y los espesores de los artículos son grandes, y estos son sumergidos en el baño de zinc, inevitablemente la diferencia térmica que se produce en las piezas impide que la reacción entre el acero y el zinc se realice a la temperatura adecuada. Al disminuir la temperatura la densidad del baño aumenta dificultando el drenaje del zinc, formándose volúmenes de zinc gruesos y poco homogéneos. Por lo tanto, conviene esperar más tiempo de lo habitual para que el equilibrio térmico se produzca y que de esta forma se puedan obtener los mejores resultados. En estos casos los grosores alcanzados en los elementos macizos pueden ser mayores.

Igualmente, en aquellas piezas donde deban realizarse cortes por oxicorte o láser de grandes espesores, estos procedimientos pueden llegar a alterar y transformar las características superficiales del acero, lo que podría conllevar una variación sustancial de la adherencia del galvanizado.

Para una mayor información al respecto, remitimos a la norma EN ISO 14713-2, sección 6.6.

Diseño de las piezas

 Cuando se trata de productos de acero a galvanizar, el diseñador ha de tener en cuenta que los productos se sumergen en un crisol de determinadas dimensiones donde se encuentra zinc fundido a 450ºC. Por tanto es muy importante facilitar el paso del fluido a través de toda la pieza con pasos de ventilación y drenaje, y en el caso de estructuras huecas, asegurarse de que se permite tanto la salida del aire como la entrada del fluido fundente con orificios en suficiente número y tamaño para que no haya riesgo de explosiones o que no se produzca la galvanización en ciertas zonas interiores.

Con respecto a elementos solapados se recomienda evitarlos o en su caso, sellarlos manteniendo ventilación superior e interior.

Un diseño cuidadoso no solamente favorece la eficiencia del proceso, sino que permite a su vez que no se formen grandes acumulaciones de zinc improductivo, poco estético y bastante costoso, en rincones o fondos de depósitos sin salida.

También hay que tener en cuenta que el aumento de temperatura puede liberar tensiones internas producidas por soldaduras discontinuas o por operaciones de deformación en frío. Por todo ello se recomienda que se realicen soldaduras en continuo y que la estructura esté reforzada para admitir estas temperaturas.

En resumen…

  El galvanizado de piezas de grandes dimensiones, aparte de los parámetros habituales de trabajo, requiere de un procesado de más larga duración que deriva en recubrimientos más gruesos y en algunos casos de aspecto gris oscuro mate con una resistencia al golpe algo menor a otros galvanizados estándares.

Los principales defectos que suelen encontrarse en este tipo de piezas son:

  • Desconchados o descascarillados debidos a fuertes golpes sufridos por las piezas. Aunque la resiliencia del galvanizado es alta, en general, ante fuertes golpes se puede levantar. Por supuesto, al ser piezas de grandes dimensiones el recubrimiento intermetálico hierro-zinc aflora a la superficie y ello conlleva una menor resistencia a los golpes. Un manipulado adecuado es, por tanto, esencial.
  • Rayaduras próximas a los cortes efectuados con oxicorte o láser donde se ha podido modificar a la baja la habitual alta adherencia del acero galvanizado.

La forma de reparación consiste en aplicar pinturas ricas en zinc o mediante proyección térmica.