Warum Beizen 1.0 Beizverfahren 2.0 Allgemeines 3.0 Beizen im Tauchbad 4.0 Beizen mit Sprühbeizen 5.0 Beizen mit Pasten 6.0 Beizen im Umlaufverfahren 7.0 Qualitätssicherung 8.0 Verfahrensbeschreibung 10 Allgemeines 11 Vorbehandlung 12 Beizen 13 Zwischenspülen 14 Passivieren 15 Vorspülen 16 Endspülen
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Betriebliche Umwelttechnik 1 Warum BeizenBeizen sichert die Korrosionsbeständigkeit von Werkstücken aus Nichtrostenden Edelstahl. Die Korrosionsbeständigkeit nicht rostender Edelstähle beruht auf ihrem Chromanteil von mindestens 13% Chrom bildet in Verbindung mit Sauerstoff eine chemisch widerstandsfähige Passivschicht aus Chromoxid. Voraussetzung für die Bildung einer fehlerfreien und wirksamen Passivschicht ist eine metallisch reine Oberfläche mit ausreichend hohem Chromgehalt. Fachgerecht gebeizte Edelstahl-Oberflächen sind metallisch rein Die Oberflächen sind frei von Zunderschichten, Anlauffarben und Fremd-Ferriten, besitzen die volle Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffs und haben ein dekoratives metallisches Aussehen. Durch eine Wärmebehandlung oder dem Eintrag von Fremdferriten wird die Passivschicht verletzt. Bei der Wärmebehandlung, wie Glühen und Schweißen, entstehen Zunderschichten und Anlauffarben. Diese verletzen die Passivschicht und führen zu chromarmen Zonen, sodass der Werkstoff seine Korrosionsbeständigkeit verliert. Aber auch weniger deutliche Oberflächenveränderungen zerstören die Passivschicht. So können bei der mechanischen Bearbeitung, bei der Lagerung oder dem Transport Fremd-Ferrite in die Oberfläche eingebracht werden. Edelstahl kann rosten, wenn die Oberfläche nicht fachgerecht behandelt wird. Ein
deutliches Zeichen für den Verlust der Korrosionsbeständigkeit ist der
Auftreten von Rost.Aber auch gegenüber anderen Korrosionsformen wie Lochfraß,
Spaltkorrosion und interkristalline Korrosion wird der Werkstoff anfälliger. 2 Beizverfahren 2.1 Allgemeines Die Werkstücke werden je nach Aufgabenstellung entweder in Beizbäder getaucht oder die Beizmittel werden auf die Oberfläche aufgetragen. Üblicherweise wird bei der Raumtemperatur gebeizt. Die Beizzeiten betragen je nach Werkstoff und Eigenschaften der Beizmittel zwischen einigen Minuten bis zu einigen Stunden. Die Beizmittel bestehen aus speziell abgestimmten Säuregemischen, die einen chemisch Abtrag der obersten Werkstoffschichten im Bereich von einigen um bewirken. Dabei werden Zunderschichten, Anlauffarben sowie die chromarmen Schichten bevorzugt angegriffen und vollständig entfernt. Die gebeizten Oberflächen sind metallisch rein, gleichmäßig matt glänzend und von hoher Korrosionsbeständigkeit. Die Ausbildung der Passivschicht beginnt bereits während des Spülens mit Wasser. Häufig genügt die Reaktion mit dem Luftsauerstoff zur Ausbildung dichten Passivschicht. Die Bildung der Passivschicht kann durch eine Passivierungslösung stark beschleunigt werden. Der Werkstoff ist sofort nach der Behandlung – auch an schlecht belüfteten Stellen- geschützt. 2.2 Beizen im Tauchbad Für das Tauchbeizen stehen Becken verschiedener Größe zur Verfügung. Das größte Becken hat die Maße 6000 x 2000 x 2000 mm, sodass der überwiegende Anteil an Werkstücken vollständig getaucht werden kann. Das Becken wird von zwei Kränen beschickt, die eine Tragkraft von 1 Tonne und 2 Tonnen aufweisen. 2.3 Beizen mit Sprühbeizen Teile, die aufgrund der Größe, des Gewichts oder der Konstruktion nicht getaucht werden können, werden im Sprühverfahren behandelt. Bei Sprühbeizen wird dem Säuregemisch ein Gel beigemischt. Das Beizgel wird mit einer Sprühanlage bei einem Arbeitsdruck von 3 bis 6 bar gleichmäßig auf die Oberfläche aufgetragen. Ein Indikator gewährleistet ein gleichmäßiges Auftragen des Beizgels. Zudem reduziert der Indikator die Entwicklung giftiger Nitroser gase, entfettet die Oberfläche und reduziert die Nitritbildung im Abwasser. Die Einwirkzeiten betragen je nach Werkstoff 30 bis 120 Minuten, wobei längerer Einwirkzeiten bei den von uns verwendeten Produkten unbedenklich sind. Wir führen das Sprühbeizen mit unsere mobilen Sprühbeizanlage auch als Dienstleistung vor Ort durch. Die entstehende Spülwasser erden von uns vollständig aufgefangen. Da wir eine behördliche genehmigte und überwachte Beizanlage betreiben, sind wir berechtigt, die anfallenden Spülwasser in unserem Betrieb zu entsorgen. Für diese Arbeiten haben wir Mitarbeiter, die um Umgang mit wassergefährdeten Stoffen vom TÜV geschult sind. 2.4 Beizen mit Beizpasten Mit Beizpasten werden Anlauffarben und Verzunderungen im Bereich von Schweißnächten entfernt. Die Beizpaste wird mit einem Beizpinsel gleichmäßig und gut deckend auf die zu beizenden Bereiche aufgetragen. Beizpasten werden häufig für die Vorbehandlung stark verzunderter Schweißnächte eingesetzt. Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Nachbehandlung von Schweißnächten vor Ort. Diese Arbeiten führen wir auch als Dienstleistung durch. 2.5 Beizen im Umlaufverfahren Rohrleitungen,
die für eine Oberflächenbehandlung nicht demontiert werden können, behandeln
wir im Umlaufverfahren. Die Beizlösung wird hierbei mit säurebeständigen
Filterpumpen im Kreislauf durch das Rohrleitungssystem gepumpt. 3 Qualitätssicherung An Produkten für die Oberflächenbehandlung von nicht rostenden Edelstahlen werden besondere Anforderungen gestellt. Wir verwenden nur Beizmittel, die hohen Anforderungen für die Oberflächenbehandlung von Kraftwerkkomponenten entsprechen (Zulassung gemäß Siemens KWU TLV 9026 01/03. Neben der chemischen Zusammensetzung der Säuregemische ist auch die chemische Reinheit und der zulässige Metallgehalt der Beizlösungen festgelegt. Die Beizlösungen unsere Tauchbäder werden regelmäßig einer externen Qualitätskontrolle unterzogen. Die Bäder werden mit einer Filterpumpe gereinigt. Der Metallgehalt wird mit einer Regenerationsanlage abgereichert. Das Spülen, bei dem die Oberflächen von Säureresten und den Beizbast befreit werden, ist für die Qualität der Oberfläche besonders wichtig. Verbleibende Säurereste lassen sich leicht durch einen ph-Test nachweisen. Der ph-Test garantiert jedoch nicht, dass die Oberfläche frei von neutralen Restsalzen ist. Diese können durch eine Leitfähigkeitsmessung des Spülwassers nachgewiesen werden. In
feinen Rissen oder Kratzern verbleibende Ferrite sind mit bloßen Auge
zunächst nicht sichtbar, äußern sich jedoch später als Rost. Mit einem
speziellen Ferrit-Test lassen sich Stellen auf der Oberfläche nachweisen,
die nicht ausreichend passiviert sind oder noch Ferrite aufweisen. 4 Verfahrensbeschreibung 4.1 Allgemeines Das Beizen ist nur ein Verfahrensschritt bei der Oberflächenbehandlung von nicht rostenden Edelstählen. Die Vorbehandlung, das Spülen und Passivieren garantieren erst eine hochwertige Oberfläche. Diese Verfahrensschritte sind im Allgemeinen arbeitsintensiver und zeitaufwendiger als das eigentliche Beizen. Eine beizgerechte Konstruktion der Werkstücke ist wichtig, um eine optimale Qualität der Oberfläche zu erzielen. Überlappende Blechteile, Sacklöcher, Hohlprofile, Behälter mit Einbauten und ohne geeignete Ablauföffnungen erschweren das einwandfreie Beizen und Spülen. Hier sprechen wir mit unseren Kunden zurück, um praktikable Lösungen zu finden, die den notwendigen zusätzlichen Aufwand der Vor-und Nachbehandlung begrenzen. Im Allgemeinen werden die Werkstücke in fünf Arbeitsstücken behandelt: Wenn der Oberflächenbehandlung noch weitere Fertigungsschritte folgen sollen oder eine vollständige Passivierung andrer Luft gewährleistet ist, kann auf das Passivieren verzichtet werden. Wird eine besondere hohe Korrosionsbeständigkeit gefordert, werden die Werkstücke salzfrei mit vollentsalztem Wasser (Deionat) gespült. Dann sind folgende Verfahrensschritte notwendig: Die angegebene Verfahrensschritte müssen nicht nur auf den Werkstoff sondern auch auf die Konstruktion und das gewünschte Erscheinungsbild der Oberfläche abgestimmt werden. 4.2 Vorbehandlung Bei der Vorbehandlung werden alle Stoffe von der Oberfläche entfernt, die einen Angriff der Beizlösung beeinträchtigen oder ganz verhindern. Dazu gehören Fette und Öle, die bei der Verarbeitung auf der Oberfläche verblieben. Sind, aber auch Klebstoffreste und Beschriftungen mit Wasserfesten Stiften. Leichte Verfettungen werden von den Tensidzusätzen der Beizmittel entfernt. Dickere Fett-Ölfilme werden von einer Vorentfettung entfernt. Bei Mischbauweisen, wo nicht rostender Edelstahl mit anderen Materialien kombiniert wird, kann der unerwünschte Angriff auf diese Metalle durch eine Beschichtung mit säurebeständigen Stoffen verhindert werden. Zur
Vorbehandlung gehört es auch, z.b. Schilder, Schrauben oder andere Teile
aus anderen Materialien als Edelstahl zu demontieren oder gegen einen
Angriff der Säure zu schützen. 4.3 Beizen Die gereinigten und entfetteten Teile werden im Tauchbad gebeizt. Sind die Teile für eine Tauchbehandlung aufgrund ihrer Größe oder Konstruktion für eine Tauchbehandlung ungeeignet, werden sie im Sprühbeizverfahren gebeizt. Dabei kann die Oberfläche auch partiell gebeizt werden, bei Rohren z.b. nur die Innenseiten. Sehr stark verzunderte Schweißnächte werden mit Beizpaste vorbehandelt. Dadurch werden die Tauchzeiten verkürzt und die Oberfläche wird geschont. Die Tauchzeiten hängen vom Werkstoff ab. Je hochwertiger die Legierung ist um so länger müssen die Teile gebeizt werden. Im Allgemeinen betragen die Beizzeiten zwischen 30 Minuten für den Werkstoff 1.4301 bis 120 Minuten für den Werkstoff 1.4571. 4.4 Zwischenspülen Nach dem Beizen muss die Beizlösung vollständig von den Oberflächen entfernt werden. Auch geringe Spuren von Beizlösung führen zu einer Korrosion der Oberflächen, die sich als sehr unschöne gelbgrüne bis braune Flecken bemerkbar macht und langfristig zu Rostschäden an den Werkstücken führt. Eine beizgerechte Konstruktion der Werkstücke ist wichtig, um eine optimale Qualität der Oberfläche zu erzielen. Überlappende Blechteile, Sacklöcher, Hohlprofile, Behälter mit Einbauten und ohne geeignete Ablauföffnungen erschweren das einwandfreie Beizen und Spülen. Hier sprechen wir mit unseren Kunden zurück, um praktikable Lösungen zu finden, die den notwendigen zusätzlichen Aufwand der Vor-und Nachbehandlung begrenzen. In den meisten Fällen schließt sich dem Zwischenspülen noch das Passivieren an. Dann ist das Zwischenspülen nicht so kritisch, da noch weitere Spülgänge folgen. Damit die Passivierungslösung nicht unnötig mit Beizlösung verunreinigt wird, ist jedoch das gründliche Zwischenspülen auch bei nachfolgender Passivierung wichtig Die Teile werden im Tauchverfahren oder durch Spritzspülen bei 120 bar gespült. Um die Spülwirkung im Tauchbad zu verbessern, wird das Spülwasser mit Druckluft pneumatisch umgewälzt 4.5 Passivieren Die Ausbildung der schützenden Passivschicht ist an dem Vorhandensein von Sauerstoff gebunden. Sie bildet sich bereits während des Zwischenspülens aus. In engen Spalten oder Kappilaren, die nur schlecht belüftet sind, kann sich die schützende Passivschicht jedoch nicht in gleichen Maße bilden. Werden die Teile in einer stark oxidierenden Passivlösung getaucht, wird die schützende Passivschicht sofort auch in engen Spalten gebildet. Die Oberflächen erhalten durch die Passivierung einen gleichmäßigen und matten Glanz. 4.6 Vorspülen Das Vorspülen wird nur angewendet, wenn sich eine Behandlung mit Deionat (vollentsalztem Wasser) anschließt. Wie beim Zwischenspülen werden die Teile im Tauchbad oder im Spritzspülverfahren von Resten der Passivierungslösung befreit. Beim Vorspülen werden
die Teile bis auf Trinkwasserqualität gereinigt. Die Qualität der Spülung
wird durch Messung der Leitfähigkeit überprüft, die der des Trinkwassers
entsprechen muss, und etwa 500 bis 1000 µS/ cm beträgt. 4.7 Endspülen Im Allgemeinen werden die Teile nach dem Passivieren, wie beim Vorspülen beschrieben, auf Trinkwasserqualität gespült. In einigen Anwendungsfällen müssen die Teile vollständig salzfrei gespült werden. So z.b. im Kraftwerksbau, wo die Teile nur mit halogenfreien Medien in Kontakt kommen. Wie bereits oben beschrieben werden die Teile im Tauchbad oder durch Spritzspülen gespült. Es wird solange mit Deionat gespült, bis eine Leitfähigkeit von 10µS/ cm unterschritten wird. 5. Betriebliche Umwelttechnik Unser Betrieb ist gemäß Bundes-Immissionsschutzgesetz genehmigt und wird behördlich überwacht. Unsere Beizanlage entspricht den neusten gesetzlichen Vorschriften der Umwelt und Arbeitsschutzes. Beim Beizen werden wassergefährdete Stoffe eingesetzt, die sich mit giftigen Schwermetallen anreichern. Bei der Beizreaktion entstehen sehr giftige nitrose Gase. Die sauren und mit Schwermetallen belasteten Abwasser werden in unserer Abwasserhandlungsanlage vor der Einleitung in die Kanalisation neutralisiert und entgiftet. Regelmäßige interne und externe Kontrollen sichern deren einwandfreie Beschaffenheit. Die giftigen nitrosen Gase werden von einer Absauganlage erfasst und vor der Abteilung in die Umwelt in einem Abluftwäscher gereinigt. Die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte sowie der maximalen Arbeitsplatzkonzentrationen (MAK-Werte) müssen wir regelmäßig nachweisen. Wir betreiben eine Regenerationsanlage, mit der wir die Beizlösungen reinigen und wiedergewinnen. Dadurch reduzieren wir die anfallenden Mengen an Sonderabfällen beträchtlich.
Bearbeitet: Dr. Dieter Kaiser Datum 16.09.2016
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