Limpieza de Superficies en Acero

Introducción de perfiles adecuados para el recibimiento de capas protectoras

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El método más significativo para la limpieza a fondo de superficies oxidadas y con incrustaciones, es la limpieza con chorro abrasivo.

Limpieza, Sandblasting y Granallado para la preparación de superficies y sustratos

Limpieza abrasiva con chorro de arena y granallado para el mantenimiento de estructuras metálicas

Limpieza manual abrasiva con chorreado y granallado.

La preparación de la superficie es el tratamiento esencial de la primera etapa de un sustrato de acero antes de la aplicación de cualquier recubrimiento, y generalmente se acepta como el factor más importante que afecta el éxito total de un sistema de protección contra la corrosión.

El rendimiento de un recubrimiento está significativamente influenciado por su capacidad para adherirse adecuadamente al material del sustrato.

Limpieza automática por chorreado abrasivo

Limpieza automática por chorreado abrasivo

La cascarilla residual en las superficies de acero es una base insatisfactoria para aplicar recubrimientos protectores modernos de alto rendimiento y, por lo tanto, se elimina mediante limpieza con chorro abrasivo. Otros contaminantes de la superficie de acero laminado, como el aceite y la grasa, tampoco son deseables y deben eliminarse antes del proceso de limpieza por granallado.

El proceso de preparación de la superficie no solo limpia el acero, sino que también introduce un perfil adecuado para recibir la capa protectora.

Secciones laminadas en caliente con escala de laminación grado B en Bogotá, Colombia

Secciones laminadas en caliente con escala de laminación grado B.

Condición inicial de la superficie

Los elementos de acero estructural en construcciones nuevas, suelen ser secciones laminadas en caliente o vigas de placas fabricadas. Las superficies de acero iniciales normalmente cumplen con los grados de óxido A o B.

El material con picaduras, es decir, grados de óxido C o D, debe evitarse si es posible, ya que es difícil limpiar todos los productos de corrosión de las picaduras durante la preparación de la superficie. Las descripciones de los grados de óxido A a D son las siguientes :

Ejemplos de gradios de óxido en estructuras de acero en Bogotá, Colombia

Ejemplos de grados de óxido.

  • A - Superficie de acero cubierta en gran parte con cascarilla de laminación adherida, pero poco o nada de óxido.
  • B - Superficie de acero que ha comenzado a oxidarse y de la cual la cascarilla de laminación ha comenzado a desprenderse.
  • C - Superficie de acero en la que la cascarilla de laminación se ha oxidado o de la Puede rasparse, pero con leves picaduras bajo visión normal.
  • D - Superficie de acero en la que la cascarilla se ha oxidado y en la cual las picaduras generales son visibles bajo visión normal.

Métodos de preparación y grados de limpieza

Se presentan varios métodos y grados de limpieza . Este estándar se refiere esencialmente a la apariencia de la superficie del acero después de la limpieza a mano , limpieza mecánica , limpieza abrasiva o de limpieza de la llama y da descripciones con referencias pictóricas de los grados de limpieza.

Limpieza manual y con herramientas eléctricas

La limpieza de superficies con herramientas manuales como raspadores y cepillos de alambre es relativamente ineficaz para eliminar la cascarilla de laminación o el óxido adherido. Las herramientas eléctricas ofrecen una ligera mejora con respecto a los métodos manuales y estos métodos pueden tener una efectividad aproximada del 30% al 50%, pero generalmente no se utilizan para nuevas fabricaciones de acero. Cuando no sea posible limpiar con chorro abrasivo, los métodos manuales y con herramientas eléctricas pueden ser los únicos métodos alternativos aceptables.

Las herramientas eléctricas modernas se han desarrollado no solo para lograr un buen nivel de limpieza y perfil de la superficie, sino también para proporcionar una contención casi total de todo el polvo y los escombros generados. Ahora hay nuevos equipos disponibles para usar agujas recíprocas de percusión, aletas rotativas con revestimiento abrasivo y amoladoras de ángulo recto, todo dentro de una cubierta de vacío para permitir que la preparación de la superficie en el sitio sea ambientalmente aceptable.

Los grados estándar de limpieza en la preparación de superficies con herramientas manuales y eléctricas son :

  • St. 2: Limpieza a fondo con herramientas eléctricas y manuales.
  • St. 3: Limpieza muy a fondo con herramientas eléctricas y manuales.
Limpieza manual de estructuras metálicas con cepillo de alambre en Bogotá, Colombia

Cepillo de alambre manual

Limpieza manual de estructuras metálicas con cepillo de alambre giratorio en Bogotá, Colombia

Cepillo de alambre giratorio

Limpieza manual de estructuras metálicas con amoladora rotativa en Bogotá, Colombia

Amoladora rotativa

Limpieza manual de estructuras metálicas con pistola de agujas en Bogotá, Colombia

Pistola de agujas

Limpieza con chorro abrasivo

Superficie de acero limpiada con chorro de arena en Bogotá, Colombia

Superficie de acero limpiada con chorro de arena según el estándar Sa 2½.

Con mucho, el método más significativo e importante utilizado para la limpieza a fondo de superficies oxidadas y con incrustaciones de laminación es la limpieza con chorro abrasivo. Este método implica la limpieza mecánica por el impacto continuo de partículas abrasivas a altas velocidades sobre la superficie del acero, ya sea en chorro de aire comprimido o por impulsores centrífugos.

El último método requiere un gran equipo estacionario equipado con ruedas de paletas radiales sobre las que se alimenta el abrasivo. A medida que las ruedas giran a gran velocidad, el abrasivo se arroja sobre la superficie de acero, y la fuerza de impacto está determinada por el tamaño de las ruedas y su velocidad radial. Las instalaciones modernas de este tipo utilizan varias ruedas, normalmente de 4 a 8, configuradas para tratar todas las superficies del acero que se limpia. Los abrasivos se reciclan con pantallas separadoras para eliminar las partículas finas.

Los grados de limpieza estándar para limpieza con chorro abrasivo son :

  • Sa 1 - Limpieza con chorro ligero.
  • Sa 2 - Limpieza con chorro a fondo.
  • Sa 2½ - Limpieza por chorro muy profunda.
  • Sa 3 - Limpieza con chorro para limpiar visualmente el acero.

Las especificaciones para estructuras de acero de puentes generalmente requieren grados Sa 2½ o Sa 3.

Las superficies limpiadas deben compararse con la fotografía de referencia apropiada en la norma de acuerdo con la especificación.

Se encuentra disponible una amplia gama de abrasivos. Estos pueden ser no metálicos (escorias metálicas, óxido de aluminio, etc.) y metálicos (granalla o arenilla de acero, etc.).

El tamaño de partícula del abrasivo también es un factor importante que afecta la velocidad y la eficiencia de la limpieza. En términos generales, las calidades finas son eficientes para limpiar estructuras de acero relativamente nuevas, mientras que las calidades gruesas pueden ser necesarias para superficies muy corroídas. La remoción de óxido del acero picado se efectúa más fácilmente con calidades finas y, dependiendo de la condición de la superficie del acero, puede requerirse inicialmente una mezcla de calidades para descomponer y eliminar la cascarilla de laminación y limpiar las áreas picadas.

Limpieza manual con chorreado abrasivo.

Limpieza de llama

Este método utiliza una llama de oxígeno / gas que se pasa sobre la superficie de acero. El calentamiento repentino hace que las escamas de óxido se desprendan como resultado de la expansión diferencial entre las escamas y la superficie del acero. Todo el óxido suelto se puede eliminar raspando y cepillando con alambre seguido de la eliminación del polvo. La limpieza con llama no es un método económico y puede dañar los revestimientos del reverso de la superficie que se está tratando. Además, la técnica no es muy eficaz para eliminar todo el óxido del acero, por lo que rara vez se utiliza.

Decapado ácido

Este proceso implica sumergir el acero en un baño de ácidos inhibidos adecuados que disuelven o eliminan las incrustaciones y el óxido, pero que no atacan apreciablemente la superficie expuesta del acero. La limpieza puede ser 100% efectiva. La recolección con ácido normalmente solo se usa para acero estructural destinado a la galvanización en caliente.

Eliminación de productos de corrosión de hierro solubles

Dependiendo de la condición de la estructura de acero antes de la limpieza con chorro de arena, puede haber presentes contaminantes en la superficie además de la cascarilla y el óxido. Es poco probable que las condiciones iniciales de la superficie del acero de los grados A a C se vean afectadas, sin embargo, la condición del grado D (estructura de acero con picaduras) podría contener contaminantes dentro de los pozos que no se pueden eliminar con el proceso de limpieza con chorro en seco . La prueba de productos de corrosión de hierro soluble no suele ser necesaria para estructuras de acero nuevas, pero a veces se realiza en estructuras de acero que se han almacenado en un entorno externo durante largos períodos de tiempo y en estructuras existentes sometidas a tratamientos de mantenimiento.

Limpieza con chorro abrasivo húmedo

Limpieza abrasiva con chorro húmedo en estructuras metálicas en Bogotá, Colombia

Limpieza abrasiva con chorro húmedo.

La introducción de agua en una corriente de chorro abrasivo contribuye a la reducción del riesgo de polvo, particularmente cuando se eliminan pinturas viejas a base de plomo y contaminantes solubles en agua. Se han desarrollado varios métodos para usar agua con abrasivos.

La limpieza con chorro abrasivo húmedo convencional utiliza las mismas presiones que la limpieza con chorro seco convencional y equipos similares.

El agua generalmente se introduce inmediatamente detrás de la boquilla para que se atomice y acelere a través del orificio de la boquilla junto con el aire y el abrasivo. El agua también se puede introducir en cantidades controladas en la base del recipiente de granallado y luego se mezcla con el aire y el abrasivo a medida que pasa por la manguera de granallado.

Existe un sistema de baja presión en el que se inyecta agua en la corriente de aire que luego cubre la mezcla de aire / abrasivo y evita que el polvo se escape durante la operación de granallado. La presión de aire / agua en la boquilla es relativamente baja; hasta 7.0 kgF / cm 2 (100 lbF / in 2 ). Debido a la baja proporción de agua a aire del sistema, las partículas finas de abrasivo pueden permanecer en la superficie de acero y deben eliminarse mediante lavado con agua. Este método puede producir un alto estándar visual de limpieza y es eficaz para eliminar una alta proporción de sales solubles.

Algunos procesos abrasivos húmedos utilizan inhibidores en el agua para evitar la oxidación de la superficie limpia. Es importante establecer si cualquier rastro restante de dichos inhibidores será compatible con el recubrimiento de pintura que se aplicará posteriormente. Generalmente, donde no se utilizan inhibidores, cualquier oxidación de la superficie después del chorreado abrasivo húmedo suele eliminarse mediante una limpieza final ligera con chorro en seco.

Chorro de agua a ultra alta presión

Limpieza de superficies metálicas con chorro de agua a ultra presión en Bogotá, Colombia

Limpieza de superficies metálicas con chorro de agua a ultra presión.

El chorro de agua a ultra alta presión a más de 1.700 bar (25.000 psi) está ganando popularidad, en parte debido a su capacidad para eliminar altos porcentajes de sales solubles de la superficie del acero. Tiene la ventaja de no generar abrasivo gastado y no incurrir en el costo de eliminación de abrasivo.

Además, a presiones más altas, se utilizan volúmenes más bajos de agua, y esto hace que los costos de eliminación sean más bajos que con los métodos tradicionales de limpieza con chorro de agua. El chorro de agua a ultra alta presión deja una superficie cálida de la cual se secan rápidamente los rastros de agua residual, pero no genera suficiente calor para causar estrés térmico en la superficie del acero.

La eliminación de una alta proporción de sales solubles de la superficie del acero se considera la principal ventaja del chorro de agua a ultra alta presión. El óxido y los revestimientos se cortan y levantan de la superficie con relativa facilidad en comparación con otros métodos de granallado. Las sales solubles se eliminan más eficazmente porque el perfil de acero generalmente permanece sin cambios.

La inyección de pequeñas cantidades de abrasivo en la corriente de agua puede provocar un perfil de superficie más rugoso, pero también puede aumentar los costos operativos.

El chorro de agua a presión ultra alta es un método extremadamente versátil y eficaz para eliminar pinturas y revestimientos metálicos, sales solubles y otros contaminantes de las superficies de acero. Es respetuoso con el medio ambiente y, aunque en la actualidad es costoso en comparación con los métodos tradicionales de limpieza con chorro de arena, se considera una tecnología emergente que, en un futuro próximo, rivalizará y posiblemente reemplazará a los métodos tradicionales de limpieza con chorro abrasivo abierto.

Chorro de agua a alta velocidad.

Perfil de superficie y amplitud

El tipo y tamaño del abrasivo utilizado en la limpieza por chorro tienen un efecto significativo sobre el perfil y la amplitud producidos. Además del grado de limpieza, las especificaciones de preparación de la superficie también deben considerar la 'rugosidad' en relación con el recubrimiento que se aplicará. Los recubrimientos de pintura de alto espesor y los recubrimientos de metal rociados térmicamente necesitan un perfil de superficie angular grueso. Esto se logra mediante el uso de granos abrasivos. Los abrasivos de granalla se utilizan para recubrimientos de pintura de película delgada, como imprimaciones de prefabricación.

La diferencia entre el disparo abrasivo, el disparo de abrasivos granulados y los correspondientes perfiles de superficie producidos, se ilustra a continuación en los diagramas tridimensionales obtenidos a partir del equipo de caracterización de superficies sin contacto.

Limpieza manual con chorro abrasivo con disparo de granalla en Bogotá, Colombia

DISPARO ABRASIVO

Limpieza manual con chorro abrasivo con disparo de arena en Bogotá, Colombia

ARENA ABRASIVA

La especificación del tratamiento de superficie, debe describir la rugosidad de la superficie requerida, generalmente como una indicación de la amplitud promedio lograda por el proceso de limpieza con chorro de arena. Se han desarrollado varios métodos para medir o evaluar la distancia entre los picos y valles de superficies limpiadas con chorro de arena. Estos han incluido paneles comparadores, relojes comparadores especiales, réplicas de cintas y equipos de puntero transversal.

Comparadores de perfiles de superficie

COMPARADORES DE PERFILES DE SUPERFICIE

Método de cinta de réplica

MÉTODO DE CINTA DE RÉPLICA

Polvo superficial

La operación de limpieza por chorro produce grandes cantidades de polvo y escombros que deben eliminarse de la superficie desgastada. Las plantas automáticas suelen estar equipadas con cepillos mecánicos y sopladores de aire. Otros métodos pueden utilizar barrido y limpieza con aspiradora. Sin embargo, es posible que la efectividad de estas operaciones de limpieza no sea fácilmente visible, y la presencia de partículas finas de polvo residual que podrían interferir con la adhesión del recubrimiento se puede verificar usando una cinta sensible a la presión presionada sobre la superficie limpiada con chorro de arena. La cinta, junto con el polvo adherido a ella, se coloca sobre un fondo blanco y se compara con una clasificación pictórica.

Estado de la superficie inmediatamente antes del recubrimiento

Después de la preparación de la superficie a un nivel aceptable de limpieza y perfil, es importante que no se permita que la estructura de acero se deteriore. La oxidación puede ocurrir muy rápidamente en un ambiente húmedo y, a menos que el acero se mantenga seco, el recubrimiento de la superficie debe proceder lo antes posible. Cualquier nueva oxidación de la superficie debe considerarse como un contaminante y eliminarse mediante un nuevo chorro de arena.

Tratamientos superficiales adicionales

Después de la limpieza con chorro abrasivo, es posible examinar las imperfecciones de la superficie y las alteraciones de la superficie causadas durante los procesos de fabricación, por ejemplo, la soldadura. Ciertas imperfecciones de la superficie introducidas durante el procesamiento original del acero pueden no ser perjudiciales para el desempeño de un recubrimiento en servicio, particularmente para estructuras en categorías ambientales de riesgo relativamente bajo. Sin embargo, dependiendo de los requisitos específicos de la estructura, puede ser necesario eliminar las imperfecciones generales de la superficie en las soldaduras y los bordes cortados para producir una condición superficial aceptable para pintar.

Las soldaduras en estructuras de acero fabricadas representan una parte relativamente pequeña pero importante de la estructura y pueden producir un perfil de superficie variable y superficies irregulares o proyecciones afiladas que pueden causar una falla prematura del recubrimiento. Aunque se inspeccionan las áreas soldadas, los requisitos para la calidad de la soldadura no suelen considerar los requisitos para el revestimiento. Las soldaduras deben ser continuas y estar libres de poros, proyecciones afiladas y cortes excesivos. También deben eliminarse las salpicaduras de soldadura y las escorias residuales.

Ejemplos de imperfecciones superficiales producidas durante la soldadura :
Imperfecciones superficiales producidas durante la soldadura Imperfecciones superficiales producidas durante la soldadura Imperfecciones superficiales producidas durante la soldadura

Existen grados de preparación de soldaduras, bordes cortados y otras áreas, en superficies de acero con imperfecciones para hacer que las superficies de acero sean adecuadas para la aplicación de recubrimientos. En las imágenes anteriores se describen tres grados de preparación, con ejemplos ilustrados de imperfecciones relevantes, como :

  • P1- Preparación ligera.
  • P2 - Preparación minuciosa.
  • P3 - Preparación muy minuciosa.

El grado de preparación seleccionado se correlaciona con la categoría de corrosividad ambiental según sea apropiado para la estructura.

Los extremos y bordes aserrados y cortados con soplete necesitan tratamiento para garantizar que el revestimiento se adhiera y tenga el espesor suficiente.

Sección transversal que muestra la reducción del espesor del revestimiento en una esquina

Sección transversal que muestra la reducción del espesor del revestimiento en una esquina.

En las aristas exteriores (es decir, la unión entre dos superficies) existe un problema potencial cuando hay un borde afilado (es decir, 90 °), porque el recubrimiento fluido no lo cubrirá correctamente (ver a la derecha).

En consecuencia, deben alisarse esmerilando o limando. Por lo general, se considera suficiente alisar la esquina hasta un radio de aproximadamente 2 mm; biselar a 45 ° también es efectivo, pero es difícil evitar dejar algunos bordes afilados cuando se intenta con herramientas manuales. Se puede argumentar que con los recubrimientos modernos de alto espesor y el uso de capas de rayas (una capa adicional aplicada solo localmente), el alisado en un radio de 1 mm es adecuado. Network Rail especifica un radio mínimo de 3 mm y algunos contratistas de obras de acero consideran que esto es un requisito oneroso.

Además del requisito de suavizar aristas, la Especificación de carreteras para obras en carreteras especifica la aplicación de una o más capas de rayas para todas las esquinas externas (y para soldaduras y sujetadores , por una razón similar).

Las esquinas de las secciones laminadas generalmente no requieren rectificado, ya que generalmente son lisas como resultado del proceso de laminación.

Consideraciones sobre la pintura del sitio

Conexiones y empalmes del sitio

Los empalmes de las vigas y los detalles de conexión a menudo no reciben una protección completa en el taller, dejando que las zonas de conexión se mejoren en el sitio. Una consecuencia frecuente es que estas zonas son las menos preparadas y protegidas, y son las primeras en mostrar signos de avería. Por lo tanto, es importante prestar especial atención a la protección contra la corrosión de estas áreas.

Conexiones soldadas

En las conexiones soldadas, los factores clave para garantizar la eficacia del sistema de revestimiento son la eficacia de la protección antes del revestimiento final. Las zonas cercanas a las soldaduras suelen estar enmascaradas para evitar que se recubren. El enmascaramiento permanece en su lugar hasta que se suelda la junta; esta no es una forma ideal de protección si hay una exposición prolongada antes de soldar.

Después de soldar , es esencial que las superficies de la junta, incluida la soldadura en sí, estén preparadas con el estándar especificado de limpieza y perfil. Debido a la contaminación que se produce por el flujo de soldadura, se debe prestar especial atención a la limpieza de todos los residuos.

Las superficies de las soldaduras en sí mismas no deberían necesitar ningún esmerilado si cumplen con los requisitos para suavidad y mezcla con el metal base. Sin embargo, los perfiles rugosos, los topes de arranque mal formados, el socavado agudo y otros defectos, como las salpicaduras de soldadura adherentes, deben eliminarse mediante un esmerilado cuidadoso . Se debe prestar especial atención al perfil de limpieza con chorro de arena porque el metal de soldadura es más duro y la limpieza con chorro de arena del sitio es más difícil que el chorreado en taller.

Conexiones atornilladas

Las uniones atornilladas precargadas merecen una consideración particular, tanto de las superficies que permanecerán expuestas como de las que no (por ejemplo, las superficies de contacto). Las superficies de fricción generalmente no están pintadas o se rocían con metal sin sellador. Por lo tanto, deben protegerse (generalmente con cinta adhesiva) hasta que las piezas finalmente se atornillen.

Se debe prestar atención a la eliminación de cualquier adhesivo utilizado en las películas protectoras para las superficies de contacto y a la eliminación de cualquier lubricante utilizado en las roscas de los pernos. También se debe tener cuidado para evitar la contaminación de las superficies durante el atornillado. Por ejemplo, las llaves neumáticas más antiguas tienden a producir un escape fino aceitoso o brumoso que puede asentarse en la superficie.

Superficies en contacto con el hormigón

Las superficies en contacto con el hormigón suelen ser, con la excepción de una franja marginal en los bordes de la interfaz, acero desnudo limpiado con chorro de arena. La banda marginal debe tratarse como una superficie externa, excepto que solo es necesario aplicar las capas de taller. El ancho de la franja marginal debería ser idealmente al menos igual a la cobertura requerida para el refuerzo, para la misma condición de exposición. Es común un ancho de 50 mm. Cualquier aerosol de metal de aluminio sobre superficies en contacto con el concreto debe recibir al menos una capa de pintura para evitar la reacción que puede ocurrir entre el concreto y el aluminio. Se recomienda que cualquier conector de corteen vigas mixtas se colocan de manera que ellas (y sus soldaduras) no queden dentro de la franja marginal; también deben protegerse contra el exceso de pulverización del revestimiento.

Daños durante la manipulación

Durante la manipulación, el torneado y el montaje, se deben evitar daños en los bordes y superficies por el uso de abrazaderas de dientes afilados tomando medidas de precaución, como el uso de dispositivos de elevación con superficies de contacto blandas renovables o tacos de elevación diseñados adecuadamente. Si se daña, se debe mezclar cuidadosamente mediante esmerilado (y se debe restaurar el tratamiento protector completo, con superposiciones especificadas entre capas).

Limpieza en el sitio

Así como la limpieza de la superficie antes de la primera capa es fundamental para el rendimiento del sistema, también lo es la limpieza de las superficies pintadas antes de la aplicación de las capas posteriores. En el sitio, siempre es necesaria una limpieza a fondo poco antes de pintar para eliminar la contaminación acumulada con el tiempo y de las actividades de construcción, incluido el polvo, las fugas de lechada del hormigonado y los productos de limpieza por chorro de arena , atornillado y soldadura.

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