Requisiti dei manufatti da zincare

Occorre seguire poche semplici regole per poter trarre il maggiore vantaggio possibile dalla zincatura a caldo e soddisfare se stessi ed i propri clienti.

Data la semplicità del processo, è molto semplice predisporre i manufatti per la zincatura a caldo. Se non si è esperti o se si hanno particolari esigenze, è consigliabile che si instauri sin dalla fase di progettazione uno stretto rapporto di collaborazione tra tecnico, costruttore, fornitore di acciaio e zincatore, per raggiungere i migliori risultati. Gli adattamenti necessari sono di piccola entità e perfettamente tollerabili nella stragrande maggioranza dei casi per qualsiasi tipologia di manufatto. Il vantaggio che deriva dalla collaborazione con lo zincatore è incommensurabile. In questo modo ci si assicura la migliore prestazione del trattamento, ottenendo la durata richiesta e l’ integrità strutturale contro l’ attacco della corrosione, evitando anche la compromissione estetica delle opere causata dalla ruggine.

Effetti trascurabili sui trattamenti termici dell’ acciaio

Per le temperature del bagno di zincatura (inferiori alla temperatura eutettoidica) alle quali vengono portati i manufatti da zincare, e per i tempi brevi di immersione e di raffreddamento, non sì determinano cambiamenti della struttura microscopica dell’ acciaio. Anche nel caso di acciai sottoposti a tempra, il riscaldamento alla temperatura di circa 440 – 460°C, per i tempi soliti di trattamento della zincatura a caldo, corrisponde ad un blando rinvenimento dall’ effetto praticamente irrilevante sulle proprietà meccaniche. Nello specifico, la resistenza alla trazione ed il punto di snervamento dell’ acciaio restano pressoché immutati.

Nei casi di trattamenti di indurimento superficiale come cementazione o nitrurazione, il processo di zincatura rimuove ed altera le caratteristiche ottenute. Tali trattamenti non vengono, di solito, adoperati per gli acciai strutturali utilizzati a scopo edilizio. Quindi, in genere, il campo di utilizzo della zincatura a caldo non interferisce con le applicazioni che necessitano di tali trattamenti.

Gli acciai comunemente utilizzati nell’ ambito delle costruzioni non subiscono variazioni di rilievo delle loro caratteristiche meccaniche durante le operazioni di zincatura. Tuttavia, alcuni tipi di acciai in dipendenza da un non comune (elevato) tenore di azoto, come gli acciai con elevate durezze e bassa resilienza, suscettibili di invecchiamento, possono perdere l’ originale duttilità e infragilirsi nel corso del processo di zincatura, soprattutto se precedentemente lavorati a freddo o saldati. Tale invecchiamento è per lo più causato dall’ idrogeno che si sviluppa durante la fase del decapaggio, ed è accelerato durante la zincatura a caldo dall’ aumento della temperatura. In tali casi, occorre prendere delle precauzioni che possono essere decise caso per caso, interpellando lo zincatore o un esperto dell’ Associazione Italiana Zincatura nella fase progettuale.

Come evitare le deformazioni

I pezzi devono essere sottoposti a zincatura a caldo, dovranno sopportare l’ effetto del riscaldamento. Se i pezzi non sono ben progettati, ovvero se non si seguono alcune semplici cautele, si possono provocare dilatazioni e deformazioni. Le principali cause di questi inconvenienti sono imputabili alle seguenti situazioni:

• Differenti velocità di riscaldamento e raffreddamento di strutture complesse con componenti di spessore diverso (per esempio pannelli in lamiera sottile con cornici in profilato più pesante) zincature eseguite in due o più tempi, che determinano, contemporaneamente, il crearsi di zone più calde e altre più fredde
• Tensioni interne residue di lavorazioni precedenti la zincatura a caldo.

In tutte le strutture in acciaio sono infatti presenti, in misura variabile, tensioni latenti di modesta entità che normalmente restano in equilibrio e non creano problemi durante il processo di zincatura. Il fenomeno dipende, ovviamente, dall’ entità delle tensioni e dalle caratteristiche del materiale. Il riscaldamento connesso con il processo di zincatura, durante l’ immersione nello zinco fuso, influisce sul limite di elasticità dell’ acciaio, cioè sulla sua capacità di resistere senza deformazioni alle tensioni. Il limite di elasticità si abbassa con la temperatura. Se si realizza la condizione per la quale le tensioni interne sono tanto elevate da superare tale limite alla temperatura del bagno di zincatura, il manufatto tende a trovare una nuova condizione di equilibrio in cui le tensioni stesse vengono compensate dalle deformazioni. Le caratteristiche dello stato tensionale (valore, distribuzione e direzione all’ interno del pezzo), la rigidità della costruzione, il tipo e lo spessore del materiale impiegato, determinano l’ entità della deformazione. Le caratteristiche intrinseche dell’ acciaio tornano ai valori originali quando il pezzo si raffredda.

In zincheria, nelle fasi di lavorazione precedenti l’ immersione nel bagno di zinco, non c’ è nessun mezzo per evidenziare gli stati tensionali che possono dar luogo a deformazione nei manufatti. La prevenzione va, dunque, operata nell’ officina meccanica di costruzione, mettendo in atto le tecniche adatte a evitare, per quanto possibile, problemi durante la transitoria riduzione di resistenza indotta dal processo di zincatura a caldo. Occorre prestare un’ attenzione che non è poi dissimile dall’ esercizio della buona regola dell’ arte. È, per esempio, buona norma evitare di forzare i componenti da assemblare per portarli nelle posizioni previste dai progetti. É possibile anche che la formatura, la laminazione e le lavorazioni a freddo inducano uno stato tensionale interno che possa causare distorsioni o deformazioni durante la fase di zincatura. In queste circostanze, specialmente nel caso di lamiere, dopo la lavorazione si dovrebbe procedere alla normalizzazione, tenendo l’ acciaio per un certo tempo alla temperatura di 600-650°C, in modo da liberare le tensioni interne prima della costruzione del manufatto.

Di particolare importanza tra le cause di tensioni è la saldatura, specialmente la saldatura con materiale di apporto disomogeneo. Si possono evitare problemi eseguendo le saldature in posizione simmetrica rispetto all’ asse principale del pezzo e riducendole al minimo indispensabile. E’ inoltre consigliabile, per quanto possibile, non sottoporre a zincatura manufatti asimmetrici e molto complessi, bensì strutture semplici ed equilibrate. Quando risulti conveniente, si potrebbero zincare anche i singoli profilati o strutture più semplici, facendo seguire l’ assemblaggio solo in un secondo tempo per mezzo di collegamenti meccanici, quali viti o bulloni. Qualora ciò non fosse realizzabile, le saldature necessarie andrebbero eseguite il più possibile vicino all’ asse geometrico principale della sezione, in posizione simmetrica ed equidistante rispetto ad esso e, per quanto possibile, contemporaneamente. Le sezioni asimmetriche, infatti, corrono maggiori rischi di deformazioni, soprattutto se composte da più elementi uniti da saldature di notevole spessore, poste da un solo lato e distanti dall’ asse principale di simmetria.

Per la prevenzione, dunque, è utile impiegare parti con sezioni simmetriche, che ostacolano le deformazioni, ma anche forme che consentano di effettuare un’ unica rapida immersione nel bagno di zinco.

Dimensioni, peso e geometria dei manufatti

Da quanto detto si trae la conclusione che per ottenere dalla zincatura i migliori risultati è necessario ottimizzare caratteristiche legate a dimensioni, peso e geometria dei pezzi da trattare.

Innanzitutto, dal momento che ogni zincheria è dotata di vasche di misure differenti, in caso di pezzi particolarmente ingombranti è opportuno informarsi su ampiezza e dimensione dei bagni. Gli eventuali problemi possono essere aggirati molto spesso studiando adeguate soluzioni nel corso della progettazione. Allo stesso modo, vanno valutate le dimensioni e i pesi delle singole parti in relazione alle capacità di movimentazione della zincheria a cui ci si intende rivolgere.

In generale, è sempre consigliabile evitare manufatti di notevole ingombro, che potrebbero subire danni già durante il trasporto. Con essi, inoltre, si allungano e complicano notevolmente le fasi di lavorazione, con conseguenze spesso rilevanti sui costi e sulla qualità finale della zincatura. La geometria costruttiva del pezzo dovrebbe preferibilmente svilupparsi su due dimensioni, ricorrendo eventualmente a successive operazioni di montaggio e assemblaggio delle parti separatamente zincate.

Comunque, molte volte la profondità delle vasche ed i carichi che possono essere sopportati dalle gru negli impianti di zincatura sono superiori a quanto immaginato dal progettista. Sono sempre facilmente reperibili informazioni riguardanti le dimensioni delle vasche, in modo che si possano realizzare strutture che permettano l’ ottimizzazione contemporanea dei tempi di zincatura e di posa in opera. In genere si tratta di dati rilevabili molto semplicemente visitando il sito web dello zincatore di fiducia. Attraverso il sito www.aiz.it si possono facilmente individuare le zincherie associate all’ Associazione Italiana Zincatura ed i link ai loro siti internet.

Se i pezzi da zincare a caldo sono particolarmente lunghi o ingombranti è possibile ricorrere a più immersioni, sottoponendo separatamente le singole sezioni a bagni successivi. Tale metodologia comporta, però, un riscaldamento disomogeneo delle parti del manufatto, il che, in condizioni sfavorevoli, può determinarne la distorsione, come già accennato in precedenza. Infatti, compiendo la prima immersione, una parte dell’ elemento costruttivo si trova inevitabilmente a una temperatura di 450°C, a differenza del corpo restante che, esposto all’ aria, è soggetto a temperature bruscamente inferiori, decrescenti fino alla temperatura ambiente su lunghezze molto corte. Per un’ idea delle tensioni interne che si provocano in questi articoli, si pensi che la dilatazione termica, ovvero l’ allungamento dovuto al riscaldamento, alla temperatura di 450°C contro la temperatura ambiente di 25°C, è di circa 4-5mm al metro.

D’altra parte, il problema non è particolarmente grave per strutture lunghe ma sottili, per profilati ad anima piena, pilastri e tiranti. Tali elementi, diversamente da strutture composte da piastre e controventature, sono generalmente omogenei e le loro tensioni possono ripartirsi, distribuendosi su tutto il manufatto in modo da non creare problemi. Il rischio di distorsioni diviene significativo per elementi con un’ altezza tale da richiedere di girare il pezzo. Se la struttura in acciaio non è tanto elastica da resistere alla forte sollecitazione verticale, si possono verificare dilatazioni anche piuttosto differenti tra parte superiore ed inferiore. Nel caso il manufatto sia massiccio, se vi sono dei punti in cui le tensioni provocate si accumulano, si possono anche superare le σ di rottura e in determinati punti critici si possono originare delle crepe. Questi danni alle costruzioni, quali distorsioni e fratture, possono essere agevolmente evitati attraverso una progettazione preventiva, che valuti adeguatamente i rapporti tra temperatura e dilatazione durante il processo di zincatura.

In ogni caso, la zincatura di elementi di grandi dimensioni, da zincare in due o più operazioni, provoca sempre variazioni di spessore del rivestimento, dovute alla sovrapposizione di strati di zinco. Inoltre, se si zincano strutture realizzate con componenti di spessore troppo diverso, la maggior durata dei tempi di immersione richiesta dalle parti a maggior spessore, determina spessori di rivestimento più elevati anche sulle sezioni più sottili presenti nel manufatto.

Per prevenire tale inconveniente è opportuno progettare strutture assemblate i cui componenti abbiano spessori il più possibile uniformi e, comunque, il cui rapporto tra gli spessori sia inferiore a 5:1. Qualora ciò non sia possibile, è bene utilizzare elementi separati, successivamente assemblabili tramite giunzioni. D’altronde, poiché anche per le immersioni singole il procedimento consiste in successive immersioni nelle soluzioni di processo e nel bagno di zincatura, è importante in ogni caso scegliere opportunamente i punti di sospensione dei manufatti, per facilitarne il trasporto, il montaggio e il trattamento. La scelta dovrebbe, inoltre, favorire sempre punti che consentano ai liquidi e allo zinco fuso di defluire con rapidità durante l’ estrazione del pezzo dalla vasca. Per pezzi di notevoli dimensioni e peso è, infine, essenziale stabilirne opportunamente il numero, la distribuzione e il posizionamento per evitare possibilità di deformazioni. Poiché il processo di zincatura prevede che i pezzi siano sottoposti a successive immersioni di spigolo, è opportuno prevedere almeno una predisposizione per l’ aggancio (ad esempio un raccordo a manicotto) su uno spigolo del fondo.

Profili cavi e tubolari, superfici sovrapposte

Fori di sfiato e drenaggio

Nel caso di strutture di acciaio cave è indispensabile che durante l’ immersione lo zinco possa penetrare facilmente all’ interno con l’ efflusso completo dell’ aria presente nel volume e che, nel corso dell’ estrazione dal bagno, lo zinco superfluo possa drenare agevolmente. È, inoltre, essenziale che le soluzioni acquose di sgrassaggio, decapaggio e flussaggio possano drenare facilmente dai pezzi. Un ristagno di benché minime quantità di liquido all’ interno dei pezzi può provocare esplosioni anche di forte entità, se portato a contatto accidentale con lo zinco fuso. In quel caso, si provoca un grave rischio per la sicurezza degli operatori di zincatura. Per pezzi con cavità completamente chiuse e di difficile ispezione è, quindi, necessario prevedere e realizzare in modo accorto aperture di sfogo ben dimensionate.

Le sezioni tubolari vanno provviste di fori di afflusso e deflusso il cui diametro va calcolato in base alla lunghezza e alla sezione dei corpi, ossia al volume di aria che li attraverserà. Particolarmente rilevante è anche la posizione delle aperture, che devono essere collocate considerando l’ orientamento della sospensione, il più vicino possibile alle saldature dei nodi, in posizioni diagonalmente opposte le une rispetto alle altre e, se necessario, ricopribili successivamente in fase di assemblaggio.

Non è infrequente il caso il cui si debbano sottoporre a zincatura corpi cavi complessi, quali recipienti di vario genere, dotati di rinforzi interni, piastre terminali, diaframmi divisori, flangiature ecc. Si comprende come sia indispensabile porre molta attenzione alla realizzazione delle aperture. Una foratura di dimensioni insufficienti o anche in posizioni errate, determina un possibile peggioramento della qualità della zincatura. La consequenza di una foratura eseguita male è spesso la fuoriuscita dello zinco in eccesso in modo tale da favorire formazione di bave, croste e asperità anche pericolose per la movimentazione dei manufatti zincati. In tal caso, occorre procedere ad una loro rimozione non sempre agevole, che è sempre meglio evitare.

I progettisti devono indicare le posizioni in cui apporre i fori e le dimensioni che essi devono avere.
In caso di dubbio, la consulenza dello zincatore o dell’ esperto dell’ Associazione Italiana Zincatura, resta spesso la miglior soluzione per progettare il drenaggio di manufatti di forme particolari. Chi esegue la zincatura, in ogni caso, ispeziona la struttura e valuta se effettuare, con l’ autorizzazione del cliente, un adeguamento della foratura. È comunque opportuno che si faccia molta attenzione a questo aspetto in fase di progetto e realizzazione, per ottenere il risultato ottimale senza correre rischi.

E’ necessario che le aperture di sfogo, preposte a permettere l’ afflusso e il deflusso di liquidi e zinco da spigoli e angoli, siano posizionate tenendo conto dell’ orientazione preferenziale che i particolari assumeranno nel corso delle varie fasi di processo. Nel caso di insufficiente sfiato, potrebbero rimanere bolle di aria stagnante, che impedirebbero a porzioni di superficie di venire a contatto con lo zinco liquefatto, intralciando il processo di zincatura, con evidenti danni.

Come per gli elementi tubolari, anche per i profilati è opportuno collocare aperture e fori a coppie, assicurando dimensioni variabili in base alle caratteristiche strutturali dei pezzi, ma, comunque, con diametri superiori ai 10mm per i fori e ai 14mm per gli intagli angolari. Anche la posizione degli sfiati e drenaggi è importante. Vanno evitati casi in cui possono determinarsi piccoli accumuli di zinco che costituiscono un inutile appesantimento dei pezzi ed un aumento del costo della zincatura, a fronte di eventuali peggioramenti della funzionalità degli oggetti.

Nella costruzione di manufatti mediante profilati in acciaio vanno evitate le sovrapposizioni di superfici, poiché negli spaziinterstiziali, come già visto per le saldature mal eseguite, possono penetrare liquidi di decapaggio e flussaggio che per violenta evaporazione possono causare esplosioni ma anche ritenzioni di fluidi di decapaggio altamente corrosivi, che non riescono ad allontanarsi dall’ interstizio durante la zincatura. Durante il raffreddamento dei pezzi, l’ acido condensa di nuovo e si libera dalla cavità interstiziale, formando piccoli rivoli in grado di asportare localmente lo strato di zinco. Ne derivano degli antiestetici e pericolosi effetti ossidativi. Anche nel caso in cui non ci sia presenza di acido, in queste cavità può entrare acqua di condensa che solubilizza i sali eventualmente presenti. La corrosione conseguente nello spazio dell’ interfaccia può generare colature di acqua mista a ruggine, che macchiano il manufatto zincato. Se si intende comunque ricorrere a sovrapposizione di piccole parti, per evitare i fenomeni descritti, si dovrà accuratamente sigillare l’ interfaccia mediante saldatura continua.

Se le superfici sovrapposte sono molto ampie, sarà necessario comunque praticare fori di sfiato o saldatura discontinua. Ciò serve a scaricare la pressione creata dall’ aria umida racchiusa tra i due piani. In questi casi, occorre che immediatamente dopo la zincatura si proceda alla sigillatura dell’interstizio, al fine di evitare che si verifichino i fenomeni.

Casi particolari

Possono verificarsi casi di elementi costruttivi particolari che richiedono una zincatura a caldo unicamente per le parti esterne. Tale operazione è più costosa poiché, nonostante richieda quantità di zinco inferiori, necessita di procedure più complesse.

Innanzitutto è ovviamente indispensabile chiudere ermeticamente eventuali aperture per evitare l’ afflusso di zinco all’ interno della struttura. Inoltre, i manufatti vanno dotati di un’ opportuna condotta per liberare l’ alta pressione che si creerebbe inevitabilmente all’ interno per il riscaldamento dell’ aria. Un esempio tipico è offerto dagli scambiatori di calore tubolari.

Immergendo strutture cave nel bagno di zinco, esse opporranno naturalmente una spinta di galleggiamento. Pertanto, è necessario caricare tali sistemi con pesi supplementari, anche di parecchie tonnellate, e verificare che essi siano in grado di sostenere la spinta idrostatica dello zinco fuso in vasca.

Infine, per eventuali guarnizioni di tenuta dovranno essere scelti materiali capaci di resistere agli acidi decapanti e alla temperatura del bagno di zinco. Nel caso dei contenitori è bene verificare che giunzioni, flange e sostegni siano collocati sulla superficie della struttura, in modo da non creare rientranze o cavità che potrebbero provocare ristagni di aria con conseguenti difetti nella zincatura.

Fili e manufatti in filo

I fili di acciaio per reti metalliche vengono trattati come semilavorati in impianti di zincatura automatici. Raramente i manufatti sono zincati dopo la costruzione. Alcuni esempi si riscontano nel settore agricolo (gabbie per volatili) e nella costruzione di alcuni tipi di reti. Il solo accorgimento relativo a tali elementi strutturali riguarda la scelta del materiale di cui è costituito il filo. Alcuni manufatti mantengono un’ adeguata consistenza solo se sottoposti a irrigidimento a freddo. Se si utilizzano fili di acciaio suscettibili di invecchiamento, le piegature di rinforzo a freddo possono causare un incrudimento del materiale, che purtroppo diviene visibile dopo la zincatura a caldo.

Se si impiegano fili di materiale adeguato, la zincatura, oltre alla protezione da corrosione, fornisce, invece, un ulteriore vantaggio. Infatti, lo zinco fuso dà luogo a un effetto saldante nei punti di incrocio dei fili, aumentando la solidità dei manufatti. Quando viene impiegato filo ondulato, va ricordato che il riscaldamento subito nel bagno di zinco ne provoca una significativa estensione. Nel caso esistano cornici o saldature possono crearsi antiestetiche distorsioni. Un’ interessante soluzione consiste nel lasciare separate o parzialmente non saldate le rete di filo ondulato e la cornice circostante durante la zincatura, per saldarle o avvitarle solo successivamente.

Fusioni in acciaio e ghisa

Una trattazione a parte merita la zincatura di parti in ghisa. Tale lega non riveste certamente in edilizia il ruolo dell’ acciaio, tuttavia, negli ultimi tempi è stata, per così dire, riscoperta. A differenza dell’ acciaio, la ghisa è una lega di ferro e carbonio che contiene quest’ ultimo elemento in quantità superiori all’ 1.8%. Similmente, sono generalmente maggiori anche le percentuali di silicio e fosforo. Nel valutare l’ idoneità alla zincatura, è quindi particolarmente importante considerare la composizione chimica del manufatto da trattare. Per quanto riguarda il silicio, bisogna tener conto, però, che non valgono gli stessi limiti di riferimento visti per l’ acciaio. Nelle ghise, infatti, il silicio è presente accanto ad altri elementi chimici, ed in parte con essi combinato, e pertanto non dà luogo ad un rilevante ispessimento del rivestimento.

Le diverse tipologie di fusioni sono classificate in fusioni di acciaio, ghisa a grafite lamellare (GGL) o grigia, ghisa a grafite globulare o sferoidale (GGG) e ghisa malleabile.

Nel primo caso si tratta dei getti di acciaio fuso in forma. Questo tipo è modellabile come la ghisa, ma mostra caratteristiche meccaniche superiori. Avendo composizione e caratteristiche corrispondenti all’ acciaio, si comporta in maniera del tutto simile anche durante la zincatura a caldo. Le ghise GGL e GGG possiedono un elevato contenuto di carbonio e silicio che determina una maggiore velocità di reazione tra zinco fuso e ghisa e quindi può portare alla formazione di rivestimenti spessi, grigi o a macchie grigie. In funzione dell’ aspetto alla rottura, la ghisa malleabile si distingue in ghisa malleabile a cuore nero (GTS) e a cuore bianco (GTW). I due tipi si ottengono mediante diversi tipi di trattamenti termici che conferiscono loro caratteristiche di malleabilità e lavorabilità. Nella ghisa GTS il contenuto di carbonio è inferiore rispetto alla GTW, mentre quello di silicio è superiore. E’ evidente, quindi, da quanto esposto precedentemente, che per la ghisa malleabile a cuore nero si assisterà a una reazione ferro-zinco più rapida, al contrario della bianca per la quale si avranno valori normali.

Sia le superfici delle fusioni di acciaio sia quelle dei getti di ghisa da sottoporre a zincatura a caldo dovranno essere prive di residui di sabbia, carboni e cementi di ricottura, grafite e così via. Tali particelle possono resistere ai normali pretrattamenti eseguiti nelle zincherie, pertanto vanno sottoposte a decapaggio in miscele di acido cloridrico e fluoridrico (raramente disponibile nelle sedi di zincatura). I residui possono essere eliminati con la sabbiatura soltanto se i manufatti non presentano sagomature particolarmente elaborate, che impedirebbero di ottenere risultati positivi. Inoltre, vanno sempre evitate stuccature di difetti superficiali, poiché produrrebbero inevitabilmente difetti nel rivestimento di zinco.

In generale, va ricordato che la ruvidità tipica della ghisa può originare rivestimenti di spessore superiore rispetto alle levigate parti in acciaio. E’ infine preferibile adottare la zincatura a caldo per pezzi in ghisa di piccole dimensioni. All’ interno delle parti di notevole grandezza possono infatti crearsi delle tensioni alle temperature della fusione di zinco, in grado di provocare lesioni più o meno gravi. I maggiori danni si verificano, in particolare, quando in oggetti di grandi dimensioni vengono accoppiate pareti e nervature con spessori tra loro molto diversi.

Esclusione di singole parti

Può talvolta presentarsi la necessità di mantenere prive di zinco alcune porzioni della costruzione in acciaio, che hanno funzioni specifiche. Tra i diversi esempi possiamo citare bulloni e parti filettate in genere, parti con strette tolleranze, fori di montaggio passanti o ciechi, superfici su cui dopo la zincatura si deve eseguire una saldatura. In base alle differenti tipologie dei pezzi e alle singole esigenze è possibile ricorrere a diverse procedure, in tutti i casi, però, è opportuno che tali operazioni vengano compiute dal committente prima di inviare i manufatti alla zincheria. Le superfici esterne di particolari di forma cilindrica che vanno protette dalla zincatura possono essere ricoperte avvolgendo intorno al pezzo più giri di nastro adesivo in tessuto, normalmente disponibile in commercio. Nonostante l’ elevata temperatura del bagno di zinco bruci il nastro, i suoi residui sono sufficienti a preservare la zona in questione.

Al termine delle procedure di zincatura, i resti di nastro vanno rimossi, ad esempio, impiegando una spazzola di ferro. Per proteggere superfici piane il nastro si dimostra, invece, un mezzo poco adeguato, perché la copertura tende a staccarsi provocando irregolarità al rivestimento. In tal caso, è opportuno impiegare speciali vernici che, come accade al nastro, a contatto con il calore dello zinco fuso si distruggono, ma i residui impediscono comunque la deposizione del rivestimento di zinco. Come nel caso precedente, al termine della lavorazione i resti devono essere spazzolati. Queste vernici resistenti alle alte temperature sono presenti in commercio sia sotto forma di spray, che per applicazioni a pennello o a spatola. E’ bene evitarne l’ impiego per parti filettate, poiché su di esse le vernici non si distribuirebbero uniformemente, creando pertanto una protezione disomogenea. Se si intende escludere dalla zincatura fori ciechi o filettature interne si consiglia di utilizzare gessi, stucchi o plastiline, che si trovano normalmente in commercio.

Aggiungendo piccoli dosi d’ acqua questi prodotti aumentano la propria plasticità e possono essere agevolmente modellate e pressate nelle aperture da proteggere, cercando di evitare la formazione di bolle d’ aria. Dopo indurimento essi impediranno la penetrazione dello zinco fuso. Come appare evidente, concluse le procedure di zincatura, i residui andranno eliminati. Per proteggere le filettature interne una soluzione alternativa consiste nell’ avvitarvi una vite adeguata precedentemente ingrassata con grasso al silicone. Nel corso della zincatura, la vite viene saldata dallo zinco al resto del manufatto, pertanto è necessario, dopo estrazione dal bagno, agire con una fiamma leggera per togliere la vite. L’ operazione è, comunque, molto delicata e deve essere eseguita solamente da personale con esperienza. Talvolta fori filettati e fori ciechi vengono chiusi introducendovi tappi di legno che vengono carbonizzati dallo zinco fuso e, comunque, evitano la zincatura delle parti coperte.

Tutte le procedure di protezione adottabili comportano inevitabilmente un aumento dei costi complessivi. Tuttavia, rendono superflue le operazioni di molatura locale o trattamento del rivestimento di zinco con la fiamma, altrimenti necessarie per liberare le parti dallo zinco.

Assemblaggio dei manufatti

Finora sono state considerate strutture e singoli elementi in acciaio sottoposti a zincatura una volta terminata la fase di lavorazione. A partire da semilavorati Talvolta, può essere utile produrre tali componenti costruttivi da semilavorati precedentemente zincati a caldo.

Prevalentemente vengono impiegati a questo scopo profili tubolari a sezione quadrata o rotonda, disponibili in un’ ampia gamma di spessori e misure (solitamente lunghezze da 6 a 12m), e profilati pieni in acciaio laminati a caldo o a freddo, anch’ essi presenti sul mercato in svariate dimensioni. I semilavorati vengono zincati a caldo in impianti parzialmente o completamente automatizzati. In tal modo si ottiene un rivestimento di elevata qualità e omogeneità a costi contenuti. Con questi processi produttivi è possibile, infatti, ottenere grosse produzioni in continuo. Inoltre, si applicano facilmente sistemi tecnologici in grado di migliorare l’ aspetto superficiale della zincatura. Per esempio, durante l’ estrazione dei pezzi dal bagno, è possibile ricorrere al drenaggio forzato dello zinco mediante aria compressa e/o vapore.

In attesa di essere impiegati, i semilavorati pre-zincati vanno posti in deposito perché siano preservati dalla cosiddetta ruggine bianca. Se immagazzinati all’ aperto, in condizioni di cattiva aerazione, può presentarsi l’ effetto ruggine bianca a causa del ristagno di umidità tra i profilati. Tale rischio può essere prevenuto depositando il materiale in luogo asciutto e inserendo distanziali tra gli strati delle cataste per favorire la circolazione d’ aria. La copertura con fogli di materia plastica può, invece, causare una notevole formazione di condensa, assai dannosa per la protezione di zinco. L’ impiego dei semilavorati pre-zincati a caldo prevede tagli e giunzioni con procedimenti convenzionali, quali saldatura, serraggio, chiodatura, brasatura e incollaggio, per i quali sono necessarie lavorazioni relativamente più lunghe rispetto ai profilati non zincati. Nel corso di queste operazioni la protezione di zinco può subire danneggiamenti.

Inoltre, è necessario controllare che l’ eventuale limatura di ferro caduta sulle superfici zincate in fase di lavorazione non crei macchie di ruggine. Infatti, a causa dell’ umidità, intorno alle particelle di ferro si formano delle zone di intenso colore rosso bruno. Molto più pericolose appaiono, però, le particelle incandescenti, poiché esse non possono essere rimosse, in quanto vengono incorporate dalla superficie zincata.

La massima attenzione va posta anche durante la tranciatura, piegatura e smussatura con raggio molto stretto dei semilavorati, poiché il rivestimento potrebbe subire qualche danno non sopportando le sollecitazioni impresse. In caso di danneggiamento, la riparazione delle superfici va valutata in base alle singole situazioni e può richiedere un certo impegno. Per ripristinare lo zinco su punti danneggiati, è consigliato il ricorso alla metallizzazione termica. Qualora essa non fosse praticabile si possono verniciare le superfici intaccate con prodotti contenenti almeno il 90% di zinco nel pigmento, realizzando rivestimenti dello spessore massimo di 100mm. E’ importante trattare unicamente le parti danneggiate, riducendo al minimo l’ estensione alle aree adiacenti. E’ dunque evidente che lavorazioni successive alla zincatura possono comportare ulteriori operazioni di ripristino con conseguenti costi. Tuttavia, impiegando semilavorati già zincati si evita l’ introduzione di tensioni che possono causare deformazioni all’ atto della zincatura.

Va quindi valutato di volta in volta se sia più vantaggioso impiegare semilavorati pre-zincati o strutture finite successivamente sottoposte a zincatura integrale.

Saldatura di parti zincate

Una regola per i manufatti in zincatura generale è cercare di evitare per quanto possibile la saldatura di parti zincate. Infatti, accade che lo zinco in prossimità della saldatura evapora (sublima) lasciando scoperta la zona nelle vicinanze del cordone. Il rivestimento di zinco presenta interferenze nel processo di saldatura, per cui non si possono usare sempre semplicemente le tecniche utilizzabili per l’ acciaio non rivestito. Il grado di interferenza dovuto al rivestimento di zinco dipende dallo spessore, dalla composizione e dalla struttura del rivestimento stesso

Nella saldatura di pezzi zincati, i principali problemi sono:

• Aumento di spruzzi durante la saldatura
• Maggior formazione di fumi
• Maggior formazione di porosità nel metallo di saldatura
• Minore penetrazione
• Rischio di fessurazione intercristallina nel metallo di saldatura.

Nel caso non si possa fare a meno di saldare le strutture dopo che sono state zincate a caldo, ad esempio, per l’ assemblaggio di parti particolarmente ingombranti, si deve preventivare un opportuna riparazione dello strato attraverso metallizzazione, vernici ricche di zinco od altri sistemi, come l’ utilizzo di barre da riporto.

I metodi di saldatura convenzionalmente adoperati per acciai non zincati possono essere utilizzati anche per l’ acciaio zincato con qualche adattamento. Si tratta di fare attenzione al modo in cui lo zinco viene allontanato dalla sede di saldatura. Occorre fare attenzione perché la sublimazione dello zinco non causi soffiature e formazione di porosità nel cordone. Questo effetto può essere ridotto o annullato del tutto mediante una velocità di applicazione della saldatura ridotta, che consente ai vapori di zinco di allontanarsi dalla porzione superficiale coinvolta dalla saldatura. Per altro, ricerche condotte nel settore hanno dimostrato che l’ acciaio mantiene inalterate le proprie caratteristiche meccaniche anche dopo zincatura. Tra le varie metodologie viene privilegiata la saldatura manuale ad arco, che offre molteplici vantaggi. È infatti più agevole controllare il risultato finale. Si può considerare buona norma strofinare gli orli dei pezzi interessati alla saldatura con gli elettrodi al fine di anticipare l’ allontanamento dello zinco per sublimazione prima di effettuare l’ operazione vera a propria.

Per il trattamento di lamiere con spessore fino a 3mm si preferisce, invece, ricorrere alla saldatura a gas che però distrugge una zona più ampia nel rivestimento di zinco. Procedure di saldatura a resistenza trovano, infine, maggiore impiego nella giunzione di lamiera sottile zincata a caldo in modo continuo.

Possono inoltre essere eseguite saldature automatiche ad arco aperto o protetto con gas. Quest’ ultima procedura, detta saldatura GMA (Gas Metal Arc), impiega generalmente CO2; il metodo MIG (Metal Inert Gas) utilizza invece argon, ad esso sono tuttavia da preferire miscele costituite al 20% da CO2 e all’ 80% da argon, che consentono di raggiungere migliori risultati dal punto di vista estetico. Nella saldatura ad arco corto vengono prodotte numerose scintille che si attaccano all’ acciaio. E’ opportuno quindi spruzzare le parti da saldare con appropriati spray che facilitano la rimozione dei residui mediante spazzolatura.

Nelle saldature di testa o con profilo a V sarebbe opportuno aumentare la distanza tra le parti da saldare, per agevolare l’ allontanamento dei vapori ed evitare la formazione di porosità. Se si impiega il metodo ad arco, si suggerisce di aumentare leggermente la corrente di saldatura per stabilizzare l’ arco influenzato dall’ emissione dei vapori. Durante la saldatura dei giunti ad angolo, in particolari posizioni, le gocce possono interferire nell’ arco e bloccarsi nell’ ugello della pinza di saldatura, interrompendo l’ alimentazione del filo. Le particelle delle gocce possono anche aderire alle superfici vicine alla saldatura e influire sul loro aspetto.

La penetrazione nel giunto si riduce per il fatto che il rivestimento di zinco ai bordi del giunto interferisce nell’ equilibrio energetico dell’ arco elettrico, riducendo il voltaggio dell’ arco e la corrente. Le cricche intercristalline nel metallo saldato, dovute alla penetrazione dello zinco, sono più frequenti nei giunti a T, di materiale con spessore superiore a 13mm, unite con saldatura ad elettrodi rivestiti, e oltre i 6.5mm per quanto riguarda la saldatura in CO2.

I problemi sopra descritti possono essere eliminati o ridotti a livelli accettabili adottando le misure qui indicate:

• Saldare con distanza tra le superfici di giunzione di 1.5mm per saldatura in CO2 e di 2.5mm per saldatura con elettrodi rivestiti. In questo modo si riduce il numero di pori, si aumenta la penetrazione, evitando il rischio di criccatura intercristallina (penetrazione dello zinco)
• Saldare riducendo al minimo lo spostamento
• Ondeggiare con l’ elettrodo lungo il giunto in modo che più zinco possibile venga bruciato davanti al bagno di fusione. Ciò riduce il numero di pori e il rischio di criccatura intercristallina
• Smussare il piatto verticale di un giunto a T in modo da ottenere una scanalatura a doppio smusso o a smusso unico. Così facendo si elimina la criccatura intercristallina e si riduce il numero di pori, indipendentemente dal fatto che i bordi del giunto siano o meno zincati.

Per ridurre il rischio della criccatura intercristallina nella saldatura di giunti a T di notevole spessore, si dovrebbero scegliere elettrodi a basso contenuto di silicio. Sono, in generale, da preferirsi i sistemi che producono scorie che si solidificano più lentamente, poiché lasciano più tempo ai vapori per allontanarsi. Per acciai da costruzione e saldature che non comportano particolari esigenze, è consigliabile utilizzare, ad esempio, elettrodi di medio diametro rivestiti di rutilo o cellulosa di rutilo. Nel caso sia necessario compiere la saldatura, lo zinco deve essere eliminato per almeno 10mm su entrambi i lati. Si consiglia in tal caso di ricorrere alla bruciatura (allontanamento per evaporazione) dello zinco, poiché asportazioni meccaniche come molature e limature possono lasciare fastidiosi residui.

Come è evidente, in tutte le procedure di saldatura viene rimosso localmente il rivestimento di zinco. Ripetiamo che in tutti questi casi è opportuno prevedere un adeguato sistema di ripristino della protezione, basato su vernici ricche di zinco, riporto di zinco o metallizzazione a spruzzo. Le vernici ad alto contenuto di zinco utilizzano come leganti resine epossidiche a due componenti, poliuretani oppure etilsilicati a un componente (zincante inorganico).

Un inconveniente legato alla saldatura di parti zincate deriva dal fatto che l’ elevata temperatura rende incandescente lo zinco, da cui si liberano vapori grigio-biancastri di ossido di zinco che influiscono negativamente sulla salute dell’ operatore ed influenzano la qualità del lavoro effettuato. L’ inalazione di ossido di zinco determina la cosiddetta febbre da fumi di metallo. Si tratta in ogni caso di un effetto passeggero con sintomi molto simili a quelli influenzali. Poiché non vi è rischio di accumulo dello zinco nell’ organismo, non sono riportati in letteratura medica effetti di tipo permanente sulle persone interessate da questa esposizione.

Se si salda all’ interno di locali è buona norma (in ogni caso anche se si salda acciaio senza zincatura) prevedere estrazione dei fumi per evitare che gli operatori inalino i metalli ed i fumi della saldatura. Sono disponibili sul mercato cappe e aspiratori di diverse tipologie e cannelli a gas provvisti di un aspiratore integrato. Nelle saldature realizzate all’ esterno, oltre a porre attenzione a non inalare il fumo bianco che si forma durante l’operazione, non è necessaria alcuna particolare cautela.

La bullonatura, il migliore sistema di assemblaggio

In generale è consigliabile che i componenti zincati a caldo, destinati a costituire strutture più complesse, vengano assemblati, quando possibile, con bullonatura. In tal caso, il rivestimento non subisce danneggiamenti, come accade con la saldatura. Occorre naturalmente che i bulloni utilizzati siano protetti dalla corrosione al pari della stessa struttura di acciaio cui sono applicati. Per questo, basta che si tratti di elementi zincati a caldo. Non è conveniente usare bulloni zincati con processo elettrochimico, perché la loro protezione non è duratura. Lo spessore dello strato di zinco è, infatti, decisamente inferiore.

Occorre fare attenzione nel caso di bulloni d’ acciaio ad alta resistenza. Poiché la zincatura a caldo di classi superiori alla 8.8 non è consigliata, occorre progettare l’ elemento di collegamento in modo da utilizzare bulloni di classe inferiore con sezione maggiore, od in alternativa un numero maggiore di bulloni con la stessa sezione.

Giunti ad attrito

Anche i componenti dei giunti ad attrito possono essere zincati a caldo. Inizialmente il coefficiente di attrito tra le superfici zincate è piuttosto basso, tuttavia, grazia a un fenomeno di saldatura a freddo tra le due parti a contatto, aumenta non appena comincia lo scorrimento. Nel caso quest’ ultimo vada evitato, è possibile accrescere il coefficiente di attrito sottoponendo le superfici a spazzolatura metallica.

Al contrario della normativa statunitense che prevede la zincatura a caldo tra i pochi sistemi di protezione delle superfici a contatto, l’ Eurocodice n°3 cita solamente la zincatura a spruzzo e la verniciatura con prodotti a base di zinco. Per assicurare la necessaria tensione di serraggio (omogeneamente in tutti i bulloni) nonché per evitare che l’ attrito causi l’ usura delle superfici zincate dei filetti è necessario lubrificare adeguatamente i bulloni, ad esempio, con bisolfuro di molibdeno, che si è dimostrato estremamente efficace.

Norma ISO 14713

Linee guida per la progettazione

Pubblicata in lingua italiana nel giugno del 2001, la norma italiana ed internazionale UNI EN ISO 14713 fornisce linee guida raccomandazioni per la progettazione di manufatti da zincare a caldo nell’ appendice informativa A. I consigli attengono alle fasi preparatorie della superficie, a procedure connesse a considerazioni particolari di progetto (come nel caso di pezzi di grandi dimensioni, pezzi per cui si possono originare difetti relativi a sacche d’ aria e consigli per evitarli, ecc.), alle caratteristiche di progetto e tolleranze da prevedere sia per superfici piatte che per filettature. L’ appendice è corredata da una serie di 11 tavole esplicative con altrettante soluzioni per problemi di disposizione delle forature di sfiato e drenaggio, orientamento ottimale durante la zincatura, ganci e zincatura di pannelli piani, cavità chiuse e zincatura esclusivamente di superfici esterne.

Quindi, oltre alle linee guida sugli ambienti corrosivi, anche per gli aspetti progettuali la norma costituisce uno strumento indispensabile per il tecnico, designer di manufatti in acciaio destinati ad essere zincati a caldo.