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Hellen Christodoulou, Ph. D. ing.,B.C.L., LL.B., M.B.A
Vice-présidente éxecutive
Ingénierie, développement durable et développement des affaires
Corbec Inc.
Les concepteurs optent pour la galvanisation comme système de protection contre la corrosion de l’acier de charpente, s’agissant de la solution la plus durable et affichant la plus faible empreinte carbone. La galvanisation à chaud offre une excellente résistance à la corrosion.
Le soudage de l’acier avant ou après la galvanisation est courant, les deux procédés étant compatibles avec l’objectif d’offrir une excellente protection contre la corrosion. Toutefois, ces deux processus comportent différentes pratiques exemplaires qui sont recommandées afin de garantir la fois la viabilité de l’intégrité structurale et de la protection contre la corrosion prévue.
Il est essentiel de rappeler ces éléments clés d’une préparation adéquate et l’importance du respect des lignes directrices, qui sont nécessaires à la qualité du soudage de l’acier avant ou après la galvanisation. Il s’agit, entre autres, des pratiques de soudage appropriées avant ou après la galvanisation, et de la façon dont ces pratiques jouent un rôle important pour éliminer la distorsion de soudure et créer des surfaces soudées qui pourront être de nouveau galvanisées.
Les codes et les normes spécifiques qui s’appliquent à l’acier galvanisé jouent un rôle crucial dans la sécurité, la qualité et la fiabilité. Les spécifications relatives aux revêtements en zinc (galvanisation à chaud) sont essentielles pour assurer la qualité, la durabilité et la performance de l’acier galvanisé. Voici pourquoi ces spécifications sont importantes :
• Elles définissent les exigences en matière d’épaisseur du revêtement, du fini de surface et d’adhérence pour assurer une protection durable contre la rouille et l’exposition aux facteurs environnementaux.
• Elles décrivent le processus d’application du revêtement, y compris le nettoyage préalable, l’addition de flux et le trempage. Une exécution adéquate assure une couverture uniforme et prévient les points faibles ou les zones nues.
• Elles établissent des normes de résistance d’adhésion entre la couche de zinc et le métal de base. Une solide adhérence prévient le pelage ou l’écaillage du revêtement. La résistance d’adhésion, qui désigne l’adhérence du revêtement, est un élément essentiel.
• Elles traitent du fini de surface, y compris l’homogénéité, la taille de paillette et les défauts visuels. Une apparence uniforme rehausse l’esthétique et la qualité.
• Elles servent de guide aux galvaniseurs pour le contrôle de la température, le temps d’immersion et les taux de refroidissement. Un bon contrôle des procédés garantit des propriétés de revêtement optimales.
• Elles définissent les méthodes d’inspection (visuelle, mesure d’épaisseur, etc.) et les critères d’acceptabilité. Les inspections permettent de vérifier la conformité aux normes.
• Elles tiennent compte de l’interaction de l’acier galvanisé avec d’autres matériaux, car la compatibilité adéquate prévient les problèmes de fabrication et d’utilisation.
En résumé, le respect des normes et spécifications applicables au revêtement de zinc garantit des produits galvanisés fiables, économiques et durables pour diverses utilisations.
Une liste partielle est présentée ci-dessous :
AWS D1.1 (Code de soudage structural – Acier)
A123/A123M – Specification for Zinc (Hot-Dip Galvanized) Coatings on Iron and Steel Products
A153/A153M – Specification for Zinc Coating (Hot-Dip) on Iron and Steel Hardware
ASTM A384/A384M – Standard Practice for Safeguarding Against Warpage and Distortion During Hot-Dip Galvanizing of Steel Assemblies
ASTM A385/A385M – Standard Practice for Providing High-Quality Zinc Coatings (Hot-Dip)
A780 – Practice for Repair of Damaged and Uncoated Areas of Hot-Dip Galvanized Coatings
D6386 – Standard Practice for Preparation of Zinc (Hot-Dip Galvanized) Coated Iron and Steel Product and Hardware Surfaces for Painting
D7803 – Standard Practice for Preparation of Zinc (Hot-Dip Galvanized) Coated Iron and Steel Product and Hardware Surfaces for Powder Coating
E376 – Practice for Measuring Coating Thickness by Magnetic-Field or Eddy-Current (Electromagnetic) Testing Methods
SSPC-SP 1 – Solvent Cleaning
Une communication efficace entre toutes les parties prenantes de l’équipe de projet est cruciale. Il est essentiel d’adopter une approche intégrée pour discuter de certains éléments critiques, les planifier et les anticiper aux fins de l’exécution impeccable d’un projet. Certains éléments clés qui nécessitent des discussions, de l’éducation et une collaboration concernent le procédé, la chimie de l’acier, les exigences de surface, les formes, la température/chaleur requise aux fins du procédé, la prise en compte de la ventilation et du drainage, les procédés de soudage appropriés et recommandés et la pertinence des types d’assemblages. En outre, il est important de bien comprendre les exigences de conception avant et après la galvanisation, ainsi que l’utilisation prévue des matériaux.
En principe, le procédé de galvanisation est simple et comprend trois éléments de base : la préparation des surfaces, la galvanisation et l’inspection. La gestion adéquate des projets exige une expertise et une assurance de la qualité qui dépendent en grande partie de la qualité des installations, de l’équipe et de ses connaissances.
Préparation de la surface : Dans le cadre du procédé de galvanisation, l’étape de préparation de la surface comporte ses propres solutions intégrées de contrôle de la qualité, sachant que le zinc ne réagit tout simplement pas avec une surface en acier qui n’est pas parfaitement propre.
Tout défaut à l’étape de préparation de la surface sera immédiatement apparent lorsque l’acier sera retiré du zinc liquide, et pourra alors être corrigé.
Dégraissage/nettoyage caustique : Les articles en acier ou en fer sont d’abord nettoyés à l’aide d’une solution alcaline chaude pour éliminer les contaminants organiques comme la saleté, la peinture, la graisse et l’huile. Cette étape assure la bonne adhérence du revêtement de zinc.
Décapage : Ensuite, les articles subissent un décapage, où ils sont immergés dans de l’acide sulfurique ou chlorhydrique chauffé. Ce procédé élimine la calamine et la rouille de la surface.
Addition de flux : Après le décapage, l’addition de flux consiste à appliquer une solution de chlorure d’ammonium et de zinc. L’addition de flux empêche la formation d’oxyde supplémentaire et prépare la surface pour la galvanisation.
Séchage : Le matériau est ensuite complètement séché avant d’être immergé dans du zinc liquide.
Galvanisation : L’acier est prêt à être immergé dans un bain de zinc fondu (généralement maintenu autour de 450-460 °C [850-860°F]). Pendant l’immersion, le zinc réagit avec le fer de l’acier, formant des couches d’alliage de zinc-fer liées par métallurgie, recouvertes d’une couche de zinc pur. L’excès de zinc est retiré et on laisse le matériau refroidir, soit dans une solution de passivation, soit à l’air libre. Il est important de connaître certains des paramètres importants qui influent sur le processus de trempage.
La taille, la forme et le poids sont importants à l’égard de la capacité de manutention des matériaux utilisés dans les usines de galvanisation.
Durant le procédé, l’acier est déplacé au moyen depalans et de ponts roulants.
• Des gabarits de soudage et desmontages spéciaux sont aussi souvent utilisés pour galvaniser simultanément ungrand nombre d’articles similaires. Dans la mesure du possible, le fait defournir des points de levage réduira ou éliminera les marques de chaîne ou defil métallique pouvant être laissées sur un article en l’absence de points delevage.
• Aussi, il est recommandé de discuter avec le galvaniseur de la capacité de manutention selon le poids des articles pour s’assurer de la capacité et/ou des meilleurs endroits pour placer les points de levage.
Inspection : L’épaisseur et l’apparence durevêtement sont soigneusement examinées pour en assurer la qualité.
La plupart des matériaux ferreux conviennent à la galvanisation à chaud. Acier ordinaire au carbone (jusqu’à 150 ksi/1 100 MPa en moyenne) et matériaux faiblement alliés. L’acier laminé à chaud, l’acier laminé à froid, l’acier moulé, la fonte ductile, la fonte, les pièces moulées, l’acier inoxydable et même l’acier patinable peuvent être galvanisés afin d’en accroître la protection Puisque la composition chimique influence les caractéristiques du revêtement galvanisé, c’est à ce moment que l’échange d’informations entre les parties prenantes s’avère très utile.
Conseils généraux pour la sélection de l’acier :
Concentrations de carbone inférieures à 0,25 %
Concentrations de phosphore inférieures à 0,04 %
Concentrations de manganèse inférieures à 1,3 %
Concentrations de silicium inférieures à 0,04 % ou entre 0,15 % et 0,22 %
Pour être galvanisé sans difficulté, l’acier doit avoir une épaisseur maximale de 3 po et peut être aussi mince que 1/8 po. Contrairement à certaines croyances erronées, les surfaces minces ou feuilles d’acier peuvent aussi être galvanisées de façon adéquate avec la bonne expertise. Les procédures de trempage appropriées, l’inclusion de trous d’égouttement et la durée de l’immersion nécessitent une expertise afin d’éviter tout risque de fragilisation.
Les diverses conditions de surface, les différentes méthodes de fabrication ou les métaux ferreux ayant des compositions spéciales, lorsqu’ils sont combinés, rendent difficile la production de revêtements d’apparence uniforme. En effet, différents paramètres sont requis pour le décapage (temps d’immersion, concentrations de solution, températures) et la galvanisation (températures du bain, temps d’immersion).
Une bonne coordination avec le galvaniseur est importante pour obtenir les bonnes réponses et comprendre les exigences liées à ces différents paramètres.
Le soudage de l’acier avant ouaprès la galvanisation est commun, les deux façons de faire étant compatiblesavec l’objectif de fournir une excellente protection contre la corrosion – afinde garantir la viabilité de l’intégrité structurale et de la protection contre lacorrosion prévue. Le soudage de l’acier avant ou après la galvanisationnécessite une attention particulière pour assurer la qualité de la soudure etl’intégrité du revêtement galvanisé. L’American Welding Society publie un livrequi décrit tous les aspects du soudage d’articles galvanisés.
Le soudage de l’acier avant la galvanisation permet de s’assurer que la totalité de la structure est recouverte d’un zinc qui prévient la corrosion. Le procédé est relativement simple, pourvu que l’on suive certaines lignes directrices :
Propreté : Les surfaces en acier doivent être propres et exemptes de contaminants (huile, graisse, peinture ou rouille) grâce à des méthodes de nettoyage au solvant, à la brosse métallique au par décapage abrasif.
Préparation des joints : La préparation des joints est essentielle à des soudures solides. On devrait utiliser des techniques de soudage appropriées, par exemple le chanfreinage, pour obtenir des joints propres et bien ajustés.
Technique de soudage : En fonction de l’épaisseur de l’acier, on doit choisir le bon procédé, la bonne configuration de joint et déterminer les exigences d’application. Procédés communs : soudage MIG (gaz inerte avec fil électrode), soudage TIG (à l’électrode de tungstène) et soudage à l’électrode.
Préchauffage : Selon le grade et l’épaisseur de l’acier, un préchauffage peut être nécessaire pour réduire le risque de fissuration par hydrogène. Le descriptif de mode opératoire de soudage (D.M.O.S.) doit être consulté.
Paramètres : La tension électrique, l’intensité de courant et la vitesse de déplacement doivent être réglés conformément au D.M.O.S et au Dossier de qualification de la procédure pour obtenir la pénétration et la fusion de soudage adéquates.
Traitement après soudage : Les soudures doivent être inspectées pour y déceler les défauts comme des fissures, de la porosité ou une fusion incomplète. Les réparations nécessaires doivent être effectuées avant de procéder à la galvanisation.
Pour obtenir un revêtement de zinc uniforme dans lazone de soudage et le reste de la section en acier, il est recommandé que lemétal d’apport soit chimiquement compatible avec l’acier de base. Les alliagesd’acier de composition dissemblable peuvent réagir au zinc à différentesvitesses et donner un revêtement plus épais ou plus mince par-dessus lasoudure. De plus, pour éviter une réaction accrue du matériau soudé avec lezinc fondu, la teneur en silicium du matériau d’apport doit être inférieure à 0,3 %.
Lors du soudage avant la galvanisation, une électrodenon enrobée devrait être utilisée pour éviter les dépôts de flux. Sil’utilisation d’une électrode enrobée de flux est inévitable, des méthodes denettoyage mécanique seront nécessaires pour préparer l’acier à galvaniser. Deplus, on doit éviter d’utiliser des pulvérisateurs anti-éclaboussures lors dusoudage avant la galvanisation, car ces produits ne peuvent souvent pas êtreéliminés par nettoyage chimique et nécessitent un nettoyage mécanique.
Le laitier de soudure est le flux qui fond du fil/électrode de soudage revêtu de flux et qui se dépose sur la zone de soudure. Les soudures réalisées avec un fil de soudage revêtu de flux ou avec un couvert de flux – et non un fil non enduit – sont susceptibles de former un laitier de soudure. Par conséquent, le flux et le lait de soudure doivent être nettoyés par meulage, nettoyage au jet d’abrasif, brosse métallique, nettoyage à la flamme ou piquage. Les différents procédés de soudage ont différents potentiels de formation d’un laitier de soudure.
Soudures étanches : Une soudure étanche est utilisée pour empêcher l’infiltration de liquide causant de la corrosion et empêcher l’infiltration d’air chargé d’oxygène et d’humidité. Les pièces galvanisées exigent des soudures étanches pour empêcher toute pénétration du zinc liquide et des acides décapants. Des soudures étanches sont appliquées sur des colonnes en acier exposées qui devront être peintes afin de prévenir les coulis de rouille; il est plus facile de nettoyer un joint scellé qu’un joint exposé. Il convient de noter que les soudures étanches ne sont pas utilisées à des fins de résistance.
Soudure de couture ou Soudure continue Il est souvent avantageux d’utiliser des techniques de soudage discontinu (soudure de couture). Si de l’air est emprisonné sous une soudure étanche, la soudure se dilatera rapidement après immersion dans le bain de zinc, pouvant causer une rupture soudaine de la structure en acier. Pour éviter ce phénomène, on recommande un procédé de soudure de couture avec un écart de 3/32 (2,5 mm) ou plus entre les pièces. Les résidus autour de la base, comme le laitier de soudage, doivent aussi être nettoyés avant la galvanisation.
Il est possible de réduire au minimum la distorsion pendant le soudage de l’acier avant la galvanisation. Il suffit d’appliquer certaines pratiques exemplaires reconnues, qui assureront le maintien de l’intégrité de la structure, tout en la préparant pour le processus de galvanisation. Voici quelques-unes des pratiques exemplaires recommandées
Conception des joints : Une conception des joints qui réduit au minimum la concentration de chaleur doit être privilégiée. Dans la mesure du possible, envisagez d’utiliser des soudures d’angle plutôt que des soudures bout à bout pour mieux répartir la chaleur et réduire la distorsion.
Montage et serrage : Des gabarits de soudure ou des montages devraient être utilisés pour fixer les pièces et empêcher tout mouvement pendant le soudage. Une fixation adéquate aide à maintenir l’alignement et réduit le risque de distorsion.
Préchauffage : Le préchauffage de l’acier avant le soudage peut aider à réduire les gradients thermiques et à réduire le plus possible la distorsion, au besoin. Cette option dépend de facteurs comme l’épaisseur du matériau et le procédé de soudage.
Séquence de soudage : La séquence de soudage choisie doit répartir uniformément la chaleur sur la structure. On doit éviter le soudage séquentiel dans une même direction, car il en résulterait un chauffage et une distorsion localisés. Il est préférable d’alterner entre les emplacements de soudage pour obtenir une distribution uniforme de la chaleur.
Soudage discontinu : Les techniques de soudage discontinu, comme la soudure de couture, permettent le bon refroidissement des zones soudées entre les intervalles. Cela réduit au minimum l’accumulation de chaleur et la distorsion.
Soudure de pointage : Les composants devraient être fixés temporairement au moyen de soudures de pointage avant de procéder au soudage final; ces soudures forment des points d’épinglage qui devraient être petits et placés stratégiquement afin d’en réduire au minimum l’impact sur la distorsion.
Paramètres contrôlés : Le contrôle de la tension électrique, du courant, de la vitesse de déplacement, etc. devrait être maintenu pour obtenir des soudures uniformes et éviter un apport de chaleur excessif qui risquerait de contribuer à une distorsion.
Soudage à rebours : Des techniques de soudage à rebours sont recommandées pour mieux répartir la chaleur et réduire les risques de distorsion.
Contrôle de la vitesse de refroidissement : Les structures soudées doivent être refroidies graduellement après le soudage pour réduire au minimum les contraintes résiduelles, alors qu’un trempage rapide à l’eau peut induire une distorsion.
Traitement thermique après soudage : Les procédés de traitement thermique après soudage, comme le recuit de détente, réduisent le stress résiduel et la distorsion.
Le soudage sur de l’acier galvanisé après le processus de galvanisation est courant et peut être nécessaire pour des structures qui sont trop grandes pour être immergées en même temps dans une bouilloire de galvanisation, ou encore pour des structures pour lesquelles le soudage sur place est exigé. Voici quelques points clés concernant le soudage après galvanisation :
Préparation de la surface : Le revêtement galvanisé doit être enlevé dans la zone à souder : par des méthodes mécaniques – meulage ou ponçage, ou par des méthodes chimiques comme le décapage.
Ventilation : Une ventilation adéquate devrait être disponible pour prévenir l’exposition aux fumées de zinc, qu’il s’agisse d’une ventilation par aspiration locale ou d’utiliser un endroit bien ventilé.
Technique de soudage : Des techniques appropriées doivent être utilisées pour réduire au minimum la formation de fumées de zinc et maintenir la qualité du soudage : le soudage discontinu et à rebours peuvent aider à réduire l’apport de chaleur et la vaporisation de zinc.
Consommables de soudage : Les consommables sélectionnés pour le soudage doivent être compatibles avec l’acier galvanisé : pour réduire au minimum le risque de friabilité causé par l’hydrogène, on devrait sélectionner des électrodes à faible teneur en hydrogène ou du fil de soudure en optant pour un soudage avec fil fourré.
Nettoyage après soudage : La zone soudée doit être nettoyée à l’aide d’une brosse métallique ou d’une meuleuse pour éliminer les éclaboussures ou résidus de zinc.
Réparation du revêtement galvanisé : Les dommages pendant le soudage doivent être réparés à l’aide d’une peinture riche en zinc ou d’un zingage par pulvérisation thermique pour restaurer la protection anticorrosion.
Inspection : Les joints soudés doivent être inspectés pour en vérifier la qualité et l’intégrité au moyen d’essais non destructifs – inspection visuelle ou essai par ressuage ou ultrasons, au besoin.
La surface maximale d’acier galvanisé pouvant faire l’objet de retouches après le soudage est établie conformément aux exigences de la norme ASTM A123/A123M. Les spécifications de soudage de l’acier galvanisé sont tirées de la spécification D-19.0 de l’American Welding Society : « Welding Zinc Coated Steel ». Le soudage est effectué sur de l’acier exempt de zinc afin d’éviter d’en réduire la résistance par l’inclusion de zinc dans la soudure elle-même. Le revêtement de zinc doit être enlevé d’au moins un à quatre pouces de chaque côté de la zone de soudure visée et des deux côtés de la section en acier. Le meulage est le moyen efficace d’enlever le revêtement galvanisé. Une fois le soudage terminé, il est possible de réparer la zone de la soudure en suivant les procédures que décrit la norme ASTM A780.
Selon la section 6.2.2 de la norme ASTM A123/A123M, la surface totale pouvant être modifiée, réparée ou changée sur chaque élément ne dépasse pas la moitié de 1 % de la surface accessible à l’application du revêtement sur cette pièce, ou 36 pouces carrés par tonne courte de poids, selon la valeur la moins élevée.
Après le soudage, n’importe quelle méthode de retouche décrite dans la norme ASTM A780 peut être utilisée pour réparer les zones où le revêtement galvanisé a été enlevé pour le soudage.
Les projets varient en taille et en complexité et comportent différentes exigences en matière de soudage selon la portée du projet. Le soudage de l’acier avant ou après la galvanisation est courant, les deux procédés offrant à l’acier une excellente protection contre la corrosion. Le principal point à retenir est de suivre systématiquement les normes et procédures appropriées, tout en respectant les pratiques exemplaires et les lignes directrices. Cette pratique favorisera l’efficacité, la viabilité de l’intégrité structurale, une meilleure exécution des projets et, ultimement, une façon de galvaniser mieux!
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