تفاوت ورق گالوانیزه تولیدی به روش گرم و سرد
در انواع صنایع به خصوص اتومبیل سازی از ورق استیل برای ساخت بدنه ماشین آلات و خصوصاً اتومبیل استفاده می شود. یکی از فاکتورهای مهم در استفاده از این ورق ها جلوگیری از خوردگی و صدمه دیدن آنها می باشد. بدین منظور از لایه ای محافظ فلز روی جهت جلوگیری از خوردگی ورق استفاده می گردد. به این ورق ها در صنعت ورق گالوانیزه گفته می شود. روش گالوانیزاسیون ورق گالوانیزه به دو صورت سرد و گرم انجام می گیرد که در ادامه به توضیح بیشتر آن پرداخته خواهد شد.
به طور کلی آبکاری یا پوشش دهی ورق گالوانیزه ، به معنی قرار دادن و تثبیت یک پوشش از عنصر روی بر روی ورق های آهن یا استیل به منظور دستیابی به برخی ویژگی های به خصوص می باشد. در تعریف این فرآیند یکی از روش های محافظت از خوردگی است که توسط پوشاندن فلز مادر توسط لایه ای از فلز محافظ در ماده گالوانیک (معمولا روی) انجام می گردد. در این حالت پوشش به مرور زمان خورده شده و فلز مادر محافظت می شود. این فرآیند نوع خاصی از حفاظت گالوانیکی می باشد. میزان مقاومت پوشش متناسب با ضخامت آن است. این روش یکی از اقتصادی ترین روش های محافظت استیل در محیط های خورنده است.
طبقه بندی فرآیند پوشش دهی ورق گالوانیزه در صنعت
این فرآیند را در چند روش مختلف می توان طبقه بندی نمود. این روش ها عبارتند از:
سرد
غوطه وری داغ
پوشش دهی مکانیکی
اسپری نمودن روی (متالایزینگ)
رنگ کردن با خاک فلز روی
در روش سرد تولید ورق گالوانیزه از طریق الکترولیز نمک های روی در داخل یک محلول آبی، هر قطعه ای از قبیل ورق کویل شده یا کویل نشده پوشش داده می شوند. اصل این روش با استفاده از الکترولیت اسیدی نیز انجام می شود. در این روش ضخامت پوشش لایه روی ایجاد شده کمتر از ضخامت لایه روی در حالت غوطه وری گرم بوده و معمولاً در مصارف خانگی استفاده می شود.
در روش غوطه وری ورق گالوانیزه گرم عملیات پوشش دهی از طریق عبور دادن مداوم ورق، سیم، لوله و یا هر مقطع دیگر از داخل حمام مذابی که ترکیبی از روی، منگنز، قلع، نیکل، مس و آلومینیوم و فسفر بوده است اتفاق می افتد. در این پروسه با دمش هوا می توان ضخامت لایه روی را کنترل نمود. این روش خود نیز به دو نوع تقسیم می شود که شامل غوطه وری مداوم و غیر مداوم می باشد. در روش غیر مداوم ورق های بریده شده شده را داخل حمام قرار می دهند، ولی در روش مداوم، کویل های پیوسته در یک خط ممتد مورد پوشش دهی قرار می گیرند.
پوشش دهی مکانیکی برای پوشش دهی قطعات ریز با اندازه ۳۰۰-۲۰۰ میلی متر و وزن کمتر از ۵۰ کیلوگرم استفاده می شود. عملیات پوشش دهی ورق گالوانیزه با این روش از طریق غوطه ور کردن این قطعات در ترکیبی از پودر روی و ذرات شیشه انجام پذیر می باشد. به این طریق که بعد از آماده سازی قطعات، آن ها را از طریق پاشش مس پوشانده سپس در داخل یک بشکه جایگذاری کرده و بشکه را با ترکیب شیمیایی مذکور، پر نموده و آن را زیر و رو می کنند تا ذرات روی بتوانند بر روی قطعه بنشینند.
در روش اسپری روی، در مرحله اول روی را به صورت پودر به داخل یک تفنگ تغذیه نموده و سپس حرارت داده می شود تا پودر روی ذوب شده و سپس روی مذاب به روی قطعات مورد نیاز نشانده شود. به منظور پاشش روی مذاب، از هوای کمپرس شده و یا گازهای حاصل از احتراق برای تامین سرعت مناسب در پاشش استفاده می گردد. در روش رنگ کردن با روی، ابتدا سطح مورد نظر با سنگ ساییده شده، سپس لایه رنگ روی به روش پاشش و یا از طریق فرچه رنگ، روی سطح را می پوشاند. لایه فیلم تشکیل شده دارای ۹۵-۹۲ درصد روی در این روش خواهد بود.
ورق گالوانیزه گرم
روی نسبت به آهن و استیل آندی است و در نتیجه زمانی که به صورت یک لایه نازک به کار می رود حفاظت کامل تری را در مقایسه با لایه های با ضخامت مشابه از نیکل و دیگر روکش های کاتدی نشان می دهد. به دلیل ارزان بودن روی در آبکاری کاربرد فراوانی داشته و اغلب برای روکش کردن قطعات آهنی در مواقعی که حفاظت از خوردگی در درجه اول اهمیت باشد بر دیگر فلزات ترجیح داده می شود.
روی هنگامی که در آبکاری الکتریکی معمولی و بدون عملیات بعدی مورد استفاده قرار می گیرد، بعد از مدتی در هوا به رنگ خاکستری تیره در می آید. از روی درخشان که روکشی از کرومات سفید یا لاک بر روی آن داده شده، زمانی استفاده می شود که کاربرد تزئینی داشته باشد. این مکمل تزئینی با این که دوام کمتری نسبت به نیکل کروم سنگین دارد، در خیلی حالات، حفاظت خوردگی بهتری از روکش های نازک نیکل کروم ایجاد می کند، با این تفاوت که بسیار ارزان هم می باشد.
به طور عمومی پوشش های ورق گالوانیزه را به دو طریق می توان ایجاد نمود:
عبور جسمی که می بایست تحت پوشش قرار گیرد، از درون حمام مذاب فلز روی که به آن گالوانیزه به روش غوطه وری گرم می گویند.
استفاده از آبکاری که معمولا به آن ورق گالوانیزه سرد یا الکترو گالوانیزاسیون می گویند.
در ایجاد پوشش ورق گالوانیزه گرم، اتصال بین قطعه و فلز پوشش دهنده باید اتصالی محکم و پر دوام باشد. به عبارت دیگر بین قطعه و فلز پوشش دهنده یک ترکیب بین فلزی به وجود آید. دوام پوشش به نوع روش، کیفیت آن و ضخامت پوشش بستگی دارد.
گالوانیزه گرم عبارت است از قرار دادن جسمی که می بایست در حمامی مذاب از روی پوشش داده شود. امروزه انواع ورق ها تحت فرآیند گالوانیزه گرم قرار می گیرند. این فرآیند برخلاف این توضیح ساده فرآیندی پیچیده است. در اثر غوطه وری ورق در حمام مذاب روی، مجموعه ای از واکنش ها شکل می گیرد و در نهایت پس از انجام آلیاژسازی فرآیند به اتمام می رسد. در گالوانیزه گرم، متغیرهای گوناگونی بر چگونگی انجام فرآیند، به وجود آمدن لایه های آلیاژی، ضخامت هریک از این لایه و . . . موثر می باشد. از جمله این عوامل می توان به ترکیب شیمیایی فلز پایه، ترکیب حمام مذاب، کیفیت شمش روی مصرفی، درجه حرارت حمام، زمان غوطه وری، سرعت غوطه وری، فلاکس مورد استفاده و . . . اشاره کرد.
مراحل انجام فرآیند گالوانیزه گرم
گالوانیزه گرم به طور کلی در سه مرحله صورت می گیرد، که هر مرحله نیز می تواند از چند مرحله دیگر تشکیل شود. این مراحل عبارتند از:
آماده سازی
عملیات گالوانیزه
عملیات تکمیلی
آماده سازی
جهت انجام فرآیند گالوانیزه، سطح ورق ها بایستی کاملاً آماده شود. برای این منظور چربی زدایی، اسیدشویی، شستشو، فرو بردن قطعه در فلاکس مناسب و پیش گرم نمودن قطعه باید صورت پذیرد.
عملیات گالوانیزه
در این مرحله ورق باید در حمام مناسبی که قبلا تهیه شده، براساس هدف و کاربرد نهایی برای مدت زمانی مشخص و با دمای مشخص قرار گیرد. در این مرحله واکنش های شیمیایی صورت گرفته و لایه های آلیاژی تشکیل می شود و در پایان با شرایط کنترل شده قطعه سرد می شود.
عملیات تکمیلی
این مرحله می تواند در ارتباط با خود ورق ها و یا تجهیزات مورد استفاده در کارخانه مد نظر قرار گیرد. از جمله عملیات تکمیلی می توان به برداشتن روی از سطح قطعاتی که معیوب هستند، بازیابی روی از سرباره، خنثی کردن اسید باقی مانده، بازیابی اسید مصرف شده و یا عملیات حرارتی ورق های گالوانیزه شده اشاره کرد. از جمله اصلی ترین عملیات تکمیلی می توان به کروماته نمودن اشاره نمود.
فرآیند کروماته نمودن ورق گالوانیزه
سطح ورق گالوانیزه بعد از فرآیند پوشش دادن ظاهر خوبی دارد، اما این کیفیت سطحی به سرعت افت کرده و زمانی که در معرض درجه حرارت بالا، رطوبت یا آب قرار می گیرد، به وسیله لایه ضخیمی از هیدروکسید روی سفید رنگ پوشیده می شود. لایه سفید رنگ که اصطلاحاً سفیدک نامیده می شود، سطح ظاهری ورق را خراب کرده و از ارزش کالا کم می کند. می توان برای جلوگیری از سفیدک عملیات خاصی بر روی ورق گالوانیزه انجام داد.
به این ترتیب که ورق گالوانیزه در اسید کرمیک رقیق یا محلول بی کرمات سدیم غوطه ور می شود. با این کار لایه متراکمی بر روی ورق ایجاد می شود که در مقابل خوردگی مقاومت مناسبی دارد و از تشکیل سفیدک تا مدت زمان قابل قبولی جلوگیری می نماید. غلظت محلول معمولا ۰٫۱ تا ۰٫۳ درصد و درجه حرارت آن ۶۰ تا ۷۰ درجه می باشد. در صورتی که از اسید غلیظ تر استفاده شود لایه های مقاوم تری ایجاد خواهد شد اما در مورد ورق های گالوانیزه افزایش غلظت باعث نارنجی شدن سطح ورق می شود.
گالوانیزه کردن به روش غوطه وری گرم به عنوان یک روش تجاری موفق و ارزان قیمت در دنیا برای حفاظت ورق های استیل در برابر خوردگی استفاده می گردد. دامنه پژوهش های گسترده در این مقوله باعث شده است که فرآیند گالوانیزه، یک روش کنترل شده باشد. به طور کلی 3 روش رسوب گذاری برای روی وجود دارد که عبارتند از: گالوانیزه کردن به روش غوطه وری گرم، گالوانیزه کردن الکتریکی و پاشش حرارتی.
دسته بندی صنایع گالوانیزه
صنایع گالوانیزه گرم به سه بخش عمده تقسیم می شوند:
گالوانیزه ورق به صورت پیوسته
گالوانیزه عمومی (دسته های ورق پیش ساخته شده)
گالوانیزه سیم و لوله
اکثر خطوط گالوانیزه ورق به صورت پیوسته (حدود ۸۳ درصد) به روش پوشش دهی حوضچه داغ روی بوده و حدود ۱۷ درصد باقی مانده با روش های گالوانیزه به صورت الکتریکی تولید می شوند. برای نمونه یک خط مدرن گالوانیزه ورق به صورت پیوسته، به روش حوضچه داغ روی که با سرعت حداکثری در حدود ۱۸۰ متر بر دقیقه کار می کند، سالیانه تولیدی تا میزان ۵۰۰ هزار تن را دارا می باشد.
ورق های پوشش داده شده به این روش، در صنایع ساختمانی، خودروسازی و هواپیماسازی استفاده می شوند.
اجزا گالوانیزه گرم
روش گالوانیزه گرم پیوسته که برای رول های ورق با ابعاد و ضخامت های مختلف قابل استفاده می باشد، دارای برخی اجزا می باشد. این روش از غوطه وری در حوضچه داغ روی استفاده می کند. در ابتدای این خط، ورق ها به یکدیگر جوش داده شده و به صورت یک نوار به خط پیوسته شارژ می شود. در قسمت شست و شو، سطح ورق به وسیله چربی زدایی با مواد قلیایی برس زنی شده و با آب گرم شست و شو و تمیز شده و سپس با هوای گرم خشک می شود. سپس ورق وارد کوره های پیشگرم یا آنیل شده و دمای آن برای ورود به حوضچه مذاب آماده می شود. مرحله شست و شو در سه مرحله شستشو با اسید و باز و آب انجام می شود. در مرحله همدمایی نیز دمای ورق به ۷۳۰ تا ۷۸۰ درجه می رسد.
پس از آن، ورق وارد حوضچه مذاب می شود. این حوضچه دارای سرب مذاب در پایین و روی مذاب در سطح خود می باشد. سرب زیرین باعث پیش گرم نهایی ورق و باز کردن چشمه های ورق و آماده سازی سطح برای جذب روی می گردد. بلافاصله پس از خروج ورق، هوا با ورق برخورد کرده و ضخامت پوشش و کیفیت دانه های شکفته شده یا همان اسپنگل ها را تنظیم می نماید. اندازه نهایی اسپنگل ها با سیکل خنک کاری نیز تثبیت می شود. در ادامه و با دمش هوا، دمای ورق کم شده و آماده اندازه گیری ضخامت پوشش می گردد. این ضخامت توسط دستگاه ضخامت سنج انجام می گیرد.
همان گونه که قبلاً گفته شد، بلافاصله بعد از خروج ورق از حوضچه مذاب هوا به ورق برخورد کرده و در اثر فشار هوای وارده و همچنین نیروی ثقلی مذاب روی، بخشی به داخل حوضچه بر می گردد و در نتیجه ضخامت پوشش ورق تنظیم می گردد. فرآیند دمش هوا به وسیله جت هوا که باعث برگشت مذاب به داخل حوضچه و تنظیم ضخامت می گردد فرآیند جت شویی نامیده می شود.
به طور کلی اجزا خط گالوانیزه گرم ورق عبارتند از:
کویل باز کن
این قسمت همانند تغذیه کننده اصلی خط عمل می کند. بدین صورت که با داشتن قابلیت تغییر سرعت باز شدن کویل ورق، امکان تغذیه با سرعت های مختلف را فراهم می کند.
دستگاه جوش کویل
این سیستم وظیفه اتصال کویل جدید به کویل قدیمی را بر عهده دارد. بدین صورت امکان داشتن یک خط پیوسته فراهم می شود.
بافر
این قسمت همانند یک ذخیره ساز میانی عمل می کند. هدف آن نیز هماهنگ کردن سرعت تغذیه با بقیه خط می باشد. از این مکانیزم در انتهای خط نیز یک بار استفاده می گردد.
وان های شستشو
وان ها وظیفه شستشوی ورق ورودی را بر عهده دارند. به این علت که ورقی که وارد وان می شود باید از هرگونه چربی یا آلودگی دیگر عاری باشد. در این محفظه ها از طریق شستشو با اسید، باز و آب ورق کاملا تمیز شده و سپس خشک می گردد.
کوره
این بخش از خط علاوه بر این که وظیفه پیش گرم ورق را بر عهده دارند، همچنین یک عملیات حرارتی نیز بر روی آن انجام می دهند. به عنوان مثال در فولاد مبارکه، این کوره ها دو متد گرمایش را دنبال می کنند. این دو متد شامل روش DQ و CQ می باشند. در روش اول ورق تا دمای ۷۸۰ درجه گرم می شود. لذا از خواص مکانیکی تا حدی نرم تر و تحمل کشش بالاتر به واسطه آنیل شدن بیشتر حاصل شده و ورق را قابل استفاده در صنعت قطعه سازی می سازد. در روش دوم ورق تا ۷۳۰ درجه گرم می شود. پس ورق سخت تر می باشد. این دو پارامتر از عواملی هستند که بر سرعت خط تاثیر گذار می باشند.
جت هوا
جت هوا قلب خط گالوانیزه است. به این معنی که کیفیت نهایی ورق تولیدی به طور مستقیم به عملکرد و پارامترهای این قسمت مربوط می باشد. از جمله پارامترهای موثر در جت می توان به فشار هوای ورودی، دمای هوای ورودی، فاصله جت از ورق، زاویه جت نسبت به ورق، فاصله جت از سطح حوضچه و سرعت خط تولید ورق اشاره کرد. هر یک از این عوامل تاثیر مستقیم بر نوع دانه بندی و یا همان جوانه های شکفته شده که بیانگر کیفیت ورق هستند و همچنین ضخامت لایه روی نشانده شده بر ورق یا همان پوشش دارند. آنچه که قابل ملاحظه می باشد، آن است که این پارامترها نه تنها در خطوط تولید به راحتی قابل تغییر نیستند بلکه در خصوص مقادیر آن ها و تاثیر آن ها بر دانه بندی هیچ استاندارد مشخصی ارائه نگردیده است و تولیدکنندگان یا به جداول ارائه شده از سوی سازندگان خط و یا تجربه اکتفا می نمایند.
استانداردهای گالوانیزه
پوشش گالوانیزه که عبارت است از نشاندن عنصر اصلی روی و برخی دیگر از عناصر بر سطح فلزات پایه همچون آهن و استیل و آلومینیوم، دارای دو پارامتر اصلی ضخامت پوشش نشانده شده و نوع دانه های شکفته یا همان اسپنگل ها است. یک سطح گالوانیزه شده، اصولاً دارای چند لایه گوناگون می باشد که از سطح خارجی شروع شده و به فلز پایه که آهن یا استیل است، می رسد.
پارامتر ضخامت پوشش یک مولفه بسیار مهم در عملکرد محصول می باشد، به همین جهت باید مطابق با آخرین استاندارد ها باشد. اگر ضخامت زیاد بر روی محصول ایجاد شود خواص مقاومت به فرسایش و خوردگی بیشتری ایجاد می شود. اما انعطاف پذیری و شکل پذیری محصول کاهش پیدا می کند. از سوی دیگر ضخامت پوشش کمتر به معنی جوش پذیری و شکل پذیری بهتری است. بنابراین می بایست این ضخامت در یک بازه مشخص قرار گیرد.
ضخامت پوشش از جهتی دیگر نیز قابل بیان است و آن هم مقدار وزن پوشش در بازه سطح است، این مبنای تست های کیفی خط تولید نیز می باشد.