热的
热镀锌工艺检验
作者：汤姆·尼尔和道格
2020 年 5 月 1 日
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简介：镀锌是通过热浸工艺在钢材上涂上锌层。 该工艺包括将预制件和非预制件浸入热熔锌浴中，温度通常约为 449°C。 高质量的镀锌过程在物体浸入熔融锌之前就开始了，在某些情况下甚至在制造之前就开始了。 本文重点介绍 ASTM A123/A123M“钢铁产品上锌（热浸镀锌）涂层的标准规范”和 ASTM A780“热浸镀锌涂层损坏和未电镀区域修复的标准实践”。
图1、从热镀锌槽中取出的灯杆照片
检查步骤：为了使镀锌过程按预期进行，必须监控过程的每个步骤并检查最终产品。 ASTM A123中规定的检验，在检验前将对镀锌质量进行审查。 以下是镀锌操作员的 QC 和/或业主的 QA 根据合同要求进行的一些检查的摘要。
接收检验
需要检查传入的材料是否有搬运损坏。 合同文件可能还需要制造验收证明（例如，附在物品上的交货单或检验印章）、加工前完成的喷砂清理以及在整个镀锌过程中保留的标识。
在镀锌开始之前，应了解钢是否具有活性或预制构件中是否存在活性钢。 有关活性钢的讨论，请参阅本镀锌清洁和喷漆系列中的专用主题。
准备工作：如果没有吊耳，则需要考虑起重链条的位置。 未经业主/工程师许可，镀锌操作员不得打开吊装开口，因为这样做可能会影响工件的可用性。
悬挂工件时，如果机架上有多个工件，工件之间不应相互干扰，以保证熔融锌液与金属表面完全接触。
成功的镀锌工艺必须确保工件表面没有污垢、油、油脂、铁锈、油漆或氧化皮等杂质。 清洗过程通常是将工件浸入装有碱性清洗剂的清洗槽中，然后浸泡、漂洗； 然后浸入酸性溶液（一般为盐酸或硫酸）中，再用清水浸洗； 最后一步是使用助溶剂来防止钢表面腐蚀并帮助锌层合金化。 助焊剂应用包括干法或湿法应用。 干法是将工件浸入液体助焊剂罐中，而湿法是将一层助焊剂漂浮在熔融锌的顶部。 这两种方法都是有效的，湿式助焊剂应用必须将助焊剂撇到镀锌浴的侧面，以便当工件从锌浴中取出时助焊剂不会残留在涂层的外侧。 即使采用干法，也需要将锌灰（熔融锌表面形成的氧化物）撇到镀锌槽的侧面，以防止其冻结在涂层表面。
如果工件尺寸对于镀锌槽来说太大，则需要连续浸入（有时称为双浸法）。 将工件插入镀锌液中约一半，从镀锌液中取出，翻转或旋转，将未镀层的部分重新浸入镀锌液中。 需要检查浸渍之间的界面涂层是否符合 ASTM A123。
对于镀锌操作员来说，了解镀锌件的最终用途非常重要。 ASTM A123 允许额外沉积锌点（块状和凸块），而不影响预期用途。 然而，如果工件随后要进行涂层，ASTM D6386 和 D7803 都要求根据需要研磨镀锌层，以去除任何额外的肿块和隆起物。 通过控制镀锌过程，镀锌操作员可以最大限度地减少后期所需的打磨工作量，但这需要提前了解。 合同文件还应确定谁负责平滑过程、镀锌操作员或油漆施工人员。 正如 ASTM A123 中所述，良好的、可接受的锌涂层并不总是可以接受后续涂层。 涂装标准要求待涂装工件不得用水或铬酸盐液淬火，因为这种淬火处理会在表面留下一层附着力差的覆盖层，为后续的覆盖漆起到连接和破坏层的作用。
冷却：工件从镀锌槽中取出后，需要冷却后才能检查最终产品。 对于大而重的物品，检查可能会在第二天进行。
抽样：ASTM A123 第 7 部分规定了根据批次中的件数进行测试的件数。
厚度：测量镀锌层的厚度可能相当复杂。 以下是对厚度要求的简单总结，但具体的测量要求细节可以在专题“热镀锌清洗涂装系列”中找到。 ASTM A123 表 1 规定了最小平均镀锌层厚度。 镀锌层厚度要求适用于以下类别厚度从 < 1.6 毫米到 > 16 毫米的钢材：结构型钢、带材和棒材、板材、管道和管材、线材和棒材。 钢材厚度 >3.2 毫米和所有类别（钢丝除外）的最小平均镀锌厚度组合范围为 75 微米至 100 微米。 除非另有规定，ASTM A123 不允许拒绝不影响预期用途的厚锌涂层。
附着力：通过用强力刀尖切割或撬动锌层，试图将其从表面剥离，来测试锌层的附着力。 如果一层涂层剥落，露出钢材，则认为粘合失败。
开裂：ASTM A385，“提供高质量锌涂层（热浸）的标准实践”描述了开裂问题。 工件从锌浴中取出后，应检查残余应力较高区域的表面是否有裂纹。 潜在较高残余应力的区域包括焊缝处的热影响区，该区域通常比周围的钢材更硬、更强。 表面硬化的其他原因包括制造过程中的过度冷加工，例如弯曲、穿孔和剪切，以及不平滑的热切割边缘。 裂纹也可能发生在框架区域以及焊接不同厚度的钢材时。 如果受到限制，膨胀性能的差异也可能导致裂缝。 未经铰孔或磨削的烧孔也可能出现裂纹。
图 2. 可能导致镀锌层开裂的不可接受的孔。 还有残留物需要清除。
氢脆：当镀锌钢的拉伸值大于/等于 150 ksi 或过度冷加工导致拉伸值大于/等于 150 ksi 时，就会发生氢脆。 当镀锌钢浸入酸浴中时，会产生氢气并被钢表面吸收。 通常可以通过浸入镀锌槽中来释放； 然而，高强度钢的小晶粒结构会阻止这种释放，并导致氢保留在钢的表面上。 当钢材受到应力时，可能会出现氢脆问题，并导致工件在使用过程中破裂。 不幸的是，当工件从镀锌槽中取出后，氢脆问题并不明显，但 ASTM A143“热浸镀锌结构钢产品脆性保护和脆性测试程序的标准实践”提供了防止脆化的步骤。 确保不会发生脆化的程序和质量检查。
外观和整修：美国镀锌协会（AGA）关于“热浸镀锌钢材产品检验”的附录建议包括镀锌钢材的外观检验并讨论了缺陷的整修（修复）。
图 3. 根据 ASTM A123，锌涂层的液滴是可以接受的，但如果需要，必须去除。
图 4. 必须拆除镀锌钉才能符合 ASTM A123 的规定要求。
翻新（修复）：检查和测试完成后，包括AGA附录清单中的检查和测试，决定修复镀锌层。 ASTM A123 指的是需要翻新的未涂层区域，并根据其面积限制维修量。 只有非常小的暴露区域，最窄尺寸小于 2.5 厘米，且不超过总可触及表面积的 0.5% 或每吨 260 平方厘米，可以使用 ASTM A780“局部未涂层和损坏区域的修复标准”进行修复。热浸镀锌涂层》《程序》修复程序。 任何超出此可接受范围的内容都将被拒绝。 在修复之前需要评估暴露区域的范围，因为修复后的涂层可能会重叠在原本良好的镀锌上，可能会给需要进行修复的区域带来错误的印象。
锌修复材料基本上分为三种类型：
所使用的材料必须能够在一次应用中达到 50 微米的干膜厚度，提供屏蔽层，最好对钢材进行阳极氧化处理，并且应用适合车间或现场条件。 根据ASTM A123，修补涂层的厚度应比标准表1要求的厚度大50%，但不得超过100微米。 检查员了解镀锌涂层的最终用途非常重要。
注1：需要粉末涂装的镀锌层可能会限制补漆的使用，因为粉末涂装过程中工件会受热。
注2：镀锌所用的锌需要满足ASTM B6《锌规范》的要求，并且可能含有微量的铅。 虽然温度未达到铅的挥发阶段，并且在镀锌过程中工人的健康暴露可能不会成为问题，但修复过程中的表面处理可能会产生灰尘，如果不使用真空收集或其他受控设备，则可能会产生灰尘。 一个问题。 工人接触监测将表明可能需要的控制程度。
结论：热浸镀锌可提供持久的腐蚀保护。 锌是一种优良的电流保护元素，牺牲自身（阳极）来保护钢（阴极）。 如果镀锌过程和成品的质量得不到控制和验证，其防护性能将受到损害，并且可能无法达到预期的使用寿命。 锌必须具有耐候性，以便在表面形成一层薄薄的碳酸盐，作为锌涂层的天然屏蔽保护层。 这种薄薄的碳酸盐层是在正常的润湿和干燥循环过程中与大气中的二氧化碳发生反应而形成的。 然而，在没有干燥的情况下储存或安装工件会阻止形成薄薄的碳酸盐层，即使是最好的施工也会缩短镀锌层的预期寿命。 在这些情况下，可以通过在锌涂层上涂覆液体涂层来延长锌涂层的使用寿命。
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附录：外观检查
以下内容来自美国镀锌协会 (AGA)，“热浸镀锌钢制品的检验”，目视检查镀锌零件的以下内容：
裸点 裸点是镀锌钢中最常见的表面缺陷，是由于表面处理不当、焊渣、铸件中嵌入的铸造砂、镀锌槽中多余的铝或小区域的提升辅助设备造成的涂层损失。 。 仅应使用 ASTM A780 标准修复非常小的区域（最窄尺寸小于 2.54 厘米，且不超过总可触及表面积的 0.5%）。 如果超过指定的曝光点尺寸或总表面积百分比，则该工件将被拒绝。
钢链和钢丝的痕迹 当钢链或钢丝在镀锌厂中用于提升和运输镀锌钢时，可能会出现另一种类型的表面缺陷。 这些起重辅助工具可能会在成品上留下需要修复的未镀锌区域。 如果痕迹只是表面的，只需修复痕迹即可，不能作为拒收的理由。 如果钢材暴露在该区域，则 ASTM 规范不允许成品镀锌部件上有任何暴露点，并且该区域包含在翻新的尺寸限制内。
堵塞的孔 堵塞的孔是指部分或完全被金属锌堵塞的孔。 这种堵塞现象是因为液态锌的表面张力较高，不易从直径小于8毫米的孔中流出。 使所有孔的直径尽可能大可以最大限度地减少孔堵塞。 当零件浸入镀锌槽中时，可以通过主动清洁、振动提升机推动零件或将压缩空气吹到镀锌产品上来去除残留的锌。 这种情况不能成为拒绝的理由，除非堵塞的孔干扰了零件的预期用途。
螺纹堵塞 螺纹堵塞是由于产品从镀锌槽中取出后，螺纹部分的锌液排水不畅而造成的。 堵塞的螺纹可以通过使用后的镀锌清洁操作（例如离心机）来改善，或者用火龙头将工件加热到260°C左右，然后用钢丝刷除去多余的锌。 在组件接受之前必须清除所有阻塞的线程。
分层 分层或剥落会在镀锌层剥落的钢材表面产生粗糙的涂层。 造成锌片剥落的原因有很多。 许多大型镀锌件从镀锌槽中取出后需要很长时间在空气中冷却并继续形成锌铁层。 锌铁层的持续形成将在镀锌层顶部的两层之间留下空隙。 如果形成更多空隙，镀锌层的顶部镀层可能会与镀锌层的其余部分分离并剥落。 如果剩余镀锌层仍满足最低规格要求，则该零件仍可接受； 如果不符合规定的最低要求，则必须拒绝镀锌部件并遵守翻新限制（请参阅上面的暴露点缺陷）。 如果由于镀锌后制造操作（例如喷漆前喷砂）而导致镀锌层分层，则镀锌厂不对缺陷负责。
变形 变形是指薄扁钢板或其他扁平材料（如钢网）的弯曲。 其原因是薄平板钢板和网的热膨胀和收缩率与周围框架较厚的钢材不同。 为避免变形钢材切割打磨过程产生的粉尘量，应采用较厚的钢板、肋材或波纹板加固平坦截面，或整个构件采用相同厚度的钢材。 变形是可接受的，除非变形改变了零件，使其不再适合其预期用途。
漏尖峰 漏尖峰或液滴是沿着产品底部边缘形成的锌尖峰或液滴。 当产品表面与镀锌槽水平加工时，会出现这些问题，当产品从镀锌槽中取出时，锌液无法从表面充分排出。 排水尖刺通常在检查阶段通过抛光或研磨过程去除。 排出的尖峰或液滴是过量的锌，不会影响腐蚀保护，但对处理该部件的操作员存在潜在危险。 在验收零件之前必须消除这些缺陷。
夹杂物 夹杂物是一种独特的锌铁金属合金，它被涂覆或包含在锌涂层中。 这是由于镀锌槽底部附着的锌铁颗粒造成的。 通过改变提升方向或重新设计产品以获得适当的锌排放，可以避免夹带熔渣。 如果浮渣颗粒较小且完全被锌金属层覆盖，则不会影响防腐性能，可以接受。 如果浮渣颗粒较大，则必须将其清除并修复该区域。
锌浴中过量的铝另一种表面缺陷是由于镀锌浴中添加过量的铝而引起的，导致钢材表面出现裸斑和黑斑。 通过定期取样和分析以及以定期和受控的方式进行调整，确保适当控制镀锌槽中的铝含量水平，可以避免铝的过量添加。 对于小面积的裸露斑点，可以按照规范中的详细说明对组件进行修复。 如果这种情况在整个零件中普遍存在，则必须拒绝。
鱼骨 鱼骨类似于条纹，是出现在钢部件整个表面的不规则图案。 这是由于大直径钢部件的表面化学差异以及钢和锌之间的反应速率差异造成的。 这些反应差异导致镀锌层的厚度在整个表面的外观上表现出明显的差异。 根据 AGA 的说法，鱼骨对镀锌涂层提供的腐蚀保护没有影响，并且不构成拒绝的理由，除非这种现象影响涂层的功能。
当镀锌过程中钢表面形成过厚的锌层（通常为 200 微米或以上）时，就会发生剥落。 镀层厚度过大，会使钢材与镀锌层界面处产生高应力，导致镀锌层以片状与钢材表面分离。 通过最大限度地减少在镀锌槽中的浸泡时间并尽快冷却镀锌钢部件，可以避免剥落问题。 如果可能的话，使用不同等级的钢材也将有助于避免剥落。 若剥落面积较小，可进行局部修复，部分合格； 然而，如果剥落面积大于规范允许的面积，则必须拒绝该零件并重新镀锌。
焊剂夹杂物 焊剂夹杂物是由于热浸镀锌时未去除焊剂而造成的。 如果发生这种情况，则在焊剂夹杂物位置下方将不会形成有效的锌涂层。 如果面积足够小，必须进行清理和修复； 否则，该零件必须被拒绝。 如果采用湿法镀锌工艺涂抹助焊剂，即助焊剂会浮在镀锌槽内锌液表面，助焊剂的斑点会增多。 中空零件（例如管道）内的助焊剂沉积物无法修复，并且必须拒绝该零件。 如果底层锌涂层未损坏并且助焊剂已被正确去除，则从镀锌槽中取出时发现的任何助焊剂斑点或沉积物不应被拒绝。
氧化条纹 氧化条纹是镀锌钢表面的浅色线状氧化物。 当产品没有以恒定速率从镀锌槽中取出时，就会形成氧化线。 这可能是由产品的形状或排出锌液的条件造成的。 随着时间的推移，氧化线会随着锌层整个表面的氧化而褪色。 这些纹路不会影响腐蚀性能； 仅产品的初始涂层外观会受到影响。 这种情况不构成拒绝热镀锌件的理由。
产品接触 另一种表面缺陷是由产品接触或粘在一起引起的。 这种情况通常发生在同一个吊架上悬挂许多小尺寸产品时，导致产品在镀锌过程中可能相互接触或重叠。 镀锌操作人员应负责正确起吊/搬运所有产品，以避免这种缺陷的发生。 此外，如果产品外露面积的损坏程度大于规定的修复要求，则必须拒绝该产品。
粗糙表面 粗糙的表面状况或外观是指在整个产品表面上具有纹理外观的均匀粗糙涂层。 表面粗糙的原因是使用硅含量高的热轧钢。 通过购买硅含量低于钢重量 0.03% 的钢可以避免这种情况。 粗糙的表面条件实际上对镀锌钢的防腐性能有积极的影响，因为这种粗糙的表面允许沉积更厚的锌层。 在极少数情况下，粗糙的镀锌可能会导致报废，例如扶手上的镀锌。 粗糙的镀锌钢不影响耐腐蚀性。
脱落是镀锌层上局部较厚的锌层。 当产品从镀锌槽中取出时，锌液在产品表面冷却时的流动行为。 这种情况更有可能发生在表面积较大且冷却速度较快的较薄工件上。 为了避免流淌现象，如有可能，可调整倾斜角度，改善锌液的排出形态。 如果渗色不可避免并影响预期用途，可以进行抛光。 出血不是拒绝的理由。
锈渗出 锈渗出是产品热浸镀锌后从未密封的接缝处渗出的棕色或红色污渍。 这是由于预处理化学物质渗入未密封的接头造成的。 在产品的镀锌过程中，预处理化学品中残留的水分蒸发，在接缝处留下无水结晶残留物。 随着时间的推移，这些结晶残留物吸收大气中的水分，侵蚀接头两侧的钢材，导致接头生锈和渗漏。 在可能的情况下，应通过对接头进行焊接和密封，或在热镀锌过程中留出大于2.4毫米宽的间隙，以便化学溶液逸出和锌溶液渗透，以避免接头处的腐蚀。 若出现渗锈现象，待结晶残留物水解后，清洗接缝即可除去。 未密封接头处的锈渗出不是镀锌厂的责任，也不构成拒绝零件的理由。
铸件中的铸砂 当砂子嵌入铸件中并在镀锌钢表面形成粗糙或暴露的斑点时，就会出现另一种类型的表面缺陷。 常规酸洗无法去除铸造砂夹杂物，因此产品应在铸造厂进行研磨和清洁，然后再送往镀锌操作员。 此类缺陷还会在镀层中留下暴露的斑点，必须对其进行清洁和修复，或者必须拒绝该零件，剥去锌并重新镀锌。
条纹 条纹的特征是镀锌层中的平行突出，主要出现在纵向位置。 这可能是由于钢表面的某些部分比周围区域更具反应性。 这些局部化通常与炼钢和轧钢过程中产生的钢杂质偏析有关，尤其是磷。 条纹与镀锌钢的种类有关，虽然外观受到影响，但耐腐蚀性不受影响。 大多数部件上的条纹是可以接受的； 然而，如果扶手上出现条纹，则必须拒绝该部件并重新镀锌。 有时，重新镀锌并不能改善条纹，扶手部件必须使用更高质量的钢材重新镀锌。
表面污染物 当表面污染物残留在原始表面上并形成未镀锌区域时，可能会导致表面缺陷。 这是由预处理清洁步骤中未去除的油漆、油和蜡等污染物造成的。 镀锌前，应采用机械方法去除表面污染物。 如果导致暴露区域，则适用修复限制要求，小暴露区域可以修复，但大暴露区域应作为拒绝的理由。
触摸痕迹 另一种称为划痕的表面缺陷是产品表面损坏或未电镀的区域。 接触痕迹是由于镀锌产品彼此靠近放置或镀锌操作过程中使用的处理设备造成的。 如果触摸痕迹符合可修复区域的尺寸标准，则不会导致拒绝。 在接受零件之前必须进行修理。
漏焊会在钢材焊接接头处的镀锌层表面留下污点。 这是由于残留的清洗液渗透到不完整的焊缝中造成的。 为了避免小的重叠表面上出现焊料泄漏，重叠区域的边缘应完全密封。 对于较大的重叠区域，该区域不能密封焊接，因为被困区域的空气体积膨胀可能会导致镀锌槽爆炸。 为避免大重叠区域漏焊，最好的解决办法是焊接时在两个工件之间提供2.4毫米或更大的间隙，并让锌液充分填充工件之间的间隙或密封焊缝。 差距。 漏焊不是镀锌厂的责任，也不构成拒绝的理由。
焊缝爆裂 焊缝爆裂是焊缝或重叠表面孔周围的暴露点。 这是由于预处理液体渗入密封件和重叠区域而导致的，这些区域在浸入液态锌时会沸腾。 这会导致局部表面污染并阻止镀锌层的形成。 为避免焊接爆裂，请检查焊接区域是否完全焊接，确保没有液体渗透。 另外，产品浸入镀锌槽前可预热，使重叠区域尽可能干燥。 焊缝爆裂会导致裸露区域必须在零件验收前进行修复。
焊接飞溅 焊接飞溅以块状形式出现在焊接区域附近的镀锌层中。 当热浸镀锌之前焊接飞溅残留在部件表面时，就会发生焊接飞溅。 为避免焊接飞溅，热镀锌前应清除焊接残留物。 看来焊接飞溅可以用镀锌层覆盖，但附着力不好，而且很容易脱落。 如果镀锌层损坏，此类缺陷可能会留下未镀锌区域或暴露的斑点，必须进行清洁和正确修复。
湿存储污渍 湿存储污渍（镀锌部件上的白锈）是新镀锌表面上的白色粉状表面沉积物。 这是由于新镀锌表面接触淡水，如雨水、露水或凝结水，与镀锌层表面的金属锌发生反应，生成氧化锌和氢氧化锌。 最常见于紧密堆叠和捆绑的镀锌物品，例如镀锌板、薄板、角钢、钢筋和管道。 湿存储污渍在镀锌钢产品上可能表现为浅色、中度或重度白色粉末。 避免湿存储污渍的一种方法是在镀锌后用铬酸盐淬火溶液对产品进行钝化。 另一个预防措施是避免将产品堆放在通风不良、潮湿的环境中。 轻度或中度湿存储污渍会随着时间的推移而风化，这是可以接受的。 在大多数情况下，湿存储污渍并不表明镀锌层严重退化，也不一定意味着产品预期寿命可能会缩短。 然而，在镀锌部件投入使用之前，应通过机械或适当的化学处理去除严重的湿存储污渍。 必须清除严重的湿存储污渍钢材切割打磨过程产生的粉尘量，或者拒绝零件并重新镀锌。
锌灰 当镀锌钢板从镀锌槽中取出时，如果不能除去锌粉，通常会导致锌粉沉积。 锌液表面的锌粉残留在镀锌层上。 为了去除锌粉而不损坏下面较软的锌涂层，请在内部检查阶段用尼龙毛刷轻轻地将其从镀锌钢表面刷掉。 锌粉不构成拒绝的理由。 在拆除过程中，不得损坏底部的镀锌层，并且必须符合必要的规格。
锌飞溅 锌飞溅是指镀锌层表面松散附着的锌飞溅和锌片。 当镀锌槽表面的水分导致液态锌“爆裂”并溅到产品上时，就会发生锌飞溅。 这些飞溅物会形成松散地粘附在镀锌表面上的锌片。 锌飞溅不会影响镀锌层的防腐性能，不构成拒收的理由。 不需要从镀锌表面去除飞溅物，但如果需要均匀、光滑的镀锌表面，则可以对其进行处理。
开裂 目视检查焊缝位置是否存在由残余应力引起的开裂迹象。 所有观察到的裂纹都必须进一步调查，以确定它们是否延伸到母材中。 如果裂纹在镀锌层中，则可以修复。 如果它与基材一样深，则该物品需要对基材进行修复。
