Peittaus

Peittaus on usein viimeinen työvaihe ennen asennusta/käyttöönottoa, mikä tuotteelle tehdään. Se voidaan tehdä useasta eri syystä, mutta yleisin ja käytännöllisin syy on erinäisistä asioista johtuvan menetetyn korroosionkeston palauttaminen. Korroosionkeston menetykselle syitä voivat olla esimerkiksi lämpökäsittely, hitsaus, rautakontaminaatio tai esimerkiksi terminen leikkaus. Peittaus myös parantaa tuotteen ulkonäköä ja esimerkiksi lisää monissa tapauksissa hygieenisyyttä.

Kun ruostumaton teräs altistetaan korkealle lämpötilalle happea sisältävässä atmosfäärissä, syntyy pintaan tumma, paksu, ei-tiivis kromioksidikerros. Tämä oksidikerros ja sen alla oleva kromiköyhä vyöhyke on poistettava, jotta korroosionkestolle välttämätön, tiivis ja kirkas, oksidipinta pääsee syntymään uudelleen. Uuden kerroksen syntyminen vaatii kuitenkin tietyn ajan ennen kuin tuote voidaan taas altistaa korroosiolle. Tällöin puhutaan ruostumattoman teräksen passivoitumisesta. Peittaus ja passivointi ovat siis kaksi täysin eri asiaa.

Tuotteiden suunnittelussa ei useinkaan mietitä peitattavuutta, sillä esimerkiksi Jet-Steel Oy:n suorittamissa alihankintapeittauksissa ongelmia syntyy yllättävänkin usein. Jos suunnittelussa ja valmistuksessa otettaisiin peittaus edes jollain tasolla huomioon, olisi peittaus usein kustannustehokkaampaa ja lopputulos parempi.

Menetelmät

Peittaus on pintakäsittelymenetelmä, joka tarkoittaa metallin pinnalle jäävien oksidien ja metallisten epäpuhtauksien poistoa hapolla. Osa epäpuhtauksista liukenee happoon, osa saadaan puhdistettua vedynkehityksen avulla. Peittaushappoina käytetään rikki-, suola-, fosfori-, typpi- ja fluorivetyhappoa sekä näiden seoksia. Peittauksen jälkeen kappaleet pestään huolellisesti ja ne passivoidaan joko erityisellä passivointiliuoksella tai kappaleiden pintaan annetaan muodostua passiivikerros ulkoilmassa. Passivointiliuoksella (yleensä typpihappo-vesi-seos) saavutetaan nopeammin paksumpi suojaava oksidikerros kuin ilmassa tapahtuvalla passivoinnilla, mutta on kuitenkin melko harvinainen menettely. Yleensä peitattaviksi materiaaleiksi luetaan ruostumattomat teräkset sekä alumiinit, mutta myös tavallisia niukkaseosteisia teräksiä peitataan (tosin teräslevyjen valmistuksen aikana). Jokaiselle materiaaliryhmälle on omat peittausaineet ja menetelmät. Alla on kerrottu hieman eri menetelmistä sekä niiden hyvistä ja huonoista puolista.

Upotuspeittaus

Upotuspeittauksessa valmistetut rakenteet upotetaan kokonaisuudessaan niin sanottuun happoaltaaseen. Kappaleiden annetaan olla altaassa muutamasta minuutista useisiin tunteihin, riippuen tuotteen materiaalista ja peittausliuoksen väkevyydestä sekä lämpötilasta. Allaskäsittelyn jälkeen tuotteet pestään huolellisesti lämpimällä, ionisoidulla, vedellä. Peittauksen aikana liuosta yleensä kierrätetään pumpuilla ja happoa voidaan myös lämmittää prosessin nopeuttamiseksi. Upotuspeittauksella saavutetaan peittausmenetelmistä paras ja tasaisin laatu, mutta tuotteet on suunniteltava niin, että ne soveltuvat upotuspeittaukseen.

Upotuspeittaus on peittausmenetelmistä käytetyin. Pääperiaate on, että sitä käytetään aina, jos se on mahdollista. Tilaajat saattavat vaatia käytettäväksi tätä menetelmää ja myös useat tuotestandardit vaativat sitä. Lähes kaikenlaiset kappaleet, pienet ja suuret, yksinkertaiset ja monimuotoiset, soveltuvat upotuspeittaukseen, kunhan asia huomioidaan suunnittelussa ja valmistuksessa. Upotuspeittauksessa nimittäin happo-vesi-liuos tunkeutuu jokaiseen pieneenkin koloon ja halkeamaan, sillä peittaushapon pintajännitys on äärimmäisen pieni. Tämä tuottaa usein ongelmia, jos kappaleita suuniteltaessa ja valmistettaessa ei ole otettu huomioon tarvittavia seikkoja tai valmistuslaatu on ollut huono. Aihetta käsitellään lisää edellä.

Ruiskupeittaus

Ruiskupeittauksessa peittausliuos ruiskutetaan kappaleen pinnalle tasaisesti erikoisvalmisteisilla pumpuilla ja ruiskuilla. Liuoksen annetaan vaikuttaa 15 minuutista pariin tuntiin riippuen peitattavasta materiaalista ja ruiskupeittausaineesta. Lopuksi peittausaine pestään pois ja kappaleet huuhdellaan huolellisesti vedellä.

Ruiskupeittausaine on koostumukseltaan hieman hyytelömäistä ja se jää kiinni kappaleen pintaan riippumatta asennosta. Menetelmää käytetään yleensä suurien kappaleiden peittaukseen, jotka eivät mahdu peittausta toteuttavan yrityksen altaaseen. Ruiskupeittausta käytetään myös esimerkiksi säiliöihin, jotka ovat valmistettu suoraan työmaalla. Muita käyttösyitä voivat olla kappaleen muotoilu, valmistuslaatu tai muut edellä käsiteltävät asiat, jotka poistavat allaspeittausmahdollisuuden. Ruiskupeittauksella saavutetaan ammattilaisen tekemänä jopa upotuspeittausta vastaava laatu.

Tahnapeittaus

Tahnapeittaus tarkoittaa siveltimellä tai muulla apuvälineellä paikallisesti levitettävän tahnan avulla peittaamista. Yleensä tällaisella käsitellyllä peitataan tuotteista vain hitsien kohdat. Menetelmää käytetään esimerkiksi elintarviketehtaiden putkistojen hitsauksen yhteydessä, jolloin pölyn tai muiden epäpuhtauksien tuottaminen työmaalla on minimoitava (toisin sanoen hitsejä ei voi puhdistaa mekaanisesti). Tahnapeittaus soveltuu myös yksittäisten pienten osien satunnaiseen peittaukseen yrityksissä, joissa peittaustoiminta ei ole laajamittaista. Tahnapeittauksella ei yleensä saavuteta kuin tyydyttävä lopputulos.

Tuotteen peitattavuus

Tuotteen peitattavuutta voidaan arvioida erilaisten näkökulmien mukaan. Peitattavuuteen vaikuttavat esimerkiksi tuotteen materiaalilaatu (erityisesti erilaisten ruostumattomien terästen laatu), tuotteen monimuotoisuus tai ääritapauksissa yksinkertaisuus, suunnitteluratkaisut, valmistuksessa aikaansaatu laatu sekä nykyään myös toimitusnopeusvaatimukset.

Yleisimmät ongelmat ja peittausvirheet

Hyvin erilaiset asiat voivat johtaa peittauksessa ongelmiin, joihin varsinainen peittauslaitos tai peittaajat eivät voi kovinkaan helposti vaikuttaa. Lisäksi itse peittausprosessissa voidaan tehdä virheitä. Näiden kahden välillä on joskus hankala tehdä eroa, mutta edellä on esitetty muutamia esimerkkejä.

Yleensä ongelma syntyy vasta päivän tai kahden viiveellä (voi mennä viikkokin), kun happoa on jäänyt peittauksen jälkeen erittäin pieniin koloihin, halkeamiin tai tunkeutunut liitosvirheisiin ja se alkaa valua sieltä pois, jättäen jälkeensä pahan näköisiä ruskeita valumajälkiä, jotka myös heikentävät korroosionkestoa. Kaikkea happoa ei saa millään pestyä pois, jos se tunkeutuu pieniin rakoihin, vaan happo valuu itsestään pois, kun on aikansa syövyttänyt rakoja ja halkeamia suuremmiksi tai jos kappale esimerkiksi lämpiää auringossa.

Materiaalilaatu

Erilaiset materiaalilaadut vaativat erilaisen peittausajan ja jopa erilaisia käsittelytapoja (taulukko 1). Peittauslaitoksen ja erityisesti peittaajan on tiedettävä, mikä materiaali ja laatu on kyseessä. Jos materiaali ei ole työn suorittajalle tuttu, voi syntyä todella suuria ongelmia ja siksi on tärkeää antaa peittaajalle riittävä ohjeistus (kirjallisena) kappaleiden peittauksesta.

Taulukko 1. Erilaisten laatujen peittausarvoja.

laatu:	1.4003 (4003)	1.4301 (304)	1.4547 (254 SMO)
peittausaine:	5 % + 20 %*	5 % + 20 %	5 % + 20 %**
peittausaika:	2 – 4min	20 – 30min	8 – 12 h
huuhtelu:	vesi-fosforihappo	vesi	vesi
pesu:	ionisoitu vesi, 80°C
passivointi:	~3vrk, ulkoilma***

*optimi fluorivetyhappomäärä 1 – 2 %

**optimi fuorivetyhappomäärä 7 – 8%

***laatua 1.4003 ei saa altistaa epäpuhtauksille 48h sisällä peittauksesta, esim. vesisade

Väärin toteutettu peittaus (väärä aika, liian väkevä liuos) altistaa tuotteen esimerkiksi raerajakorroosiolle ja epätasaiselle lopputulokselle. Toisaalta peittautuminen voi olla liian kevyttä, jolloin kromiköyhä kerros ei ole poistunut pinnalta kokonaan ja tuotteessa voi ilmetä korroosionkeston menetys.

Suunnittelusta ja valmistuksesta aiheutuvia ongelmia

Suunnittelu on tärkeässä roolissa myös peitattavuuden kannalta. Yleisiä ongelmia esiintyy, kun esimerkiksi kannatinpalkkeihin on hitsattu päätylaput kiinni ilman, että on tehty aukkoja hapolle. Lisäksi erilaiset pienet ja hieman suuremmatkin polttoainesäiliöt ovat usein ongelmallisia, koska säiliöt pitäisi saada peitattua ja pestyä tarkasti myös sisäpuolelta. Tankit on usein myös hankala upottaa, jos asiaa ei ole ajateltu suunnittelun yhteydessä.

Jos kappale halutaan peitata upottamalla, kuten yleensä on tarkoitus, tulisi se suunnitella seuraavia periaatteita noudattaen ja miettien joitakin yksityiskohtia:

• tuote on avonainen tai siinä on oikeassa paikassa riittävästi ja riittävän suuret aukot hapon liikkumiselle ja huuhtelulle
• tuotteen saa nostettua ja upotettua sellaisessa asennossa, ettei siihen jää ilmataskuja
• vältetään railomuodoissa sekä muutenkin suunnittelussa samoja asioita, joita vältetään rakokorroosion kannalta
• vaikka happo saadaan menemään joka paikkaan, saadaanko tuote myös pestyä asianmukaisesti
• kannattaako suureen ruostumattomaan kappaleeseen laittaa rakenneteräsakselit vain siksi, että säästetään hieman materiaalikuluissa (happo tunkeutuu erittäin herkästi suojateippien alta ja väleistä)
• vaikka ilma saadaan pois kappaleen upotuksen aikana, saako tuote riittävästi ilmaa aukoista, kun kappale nostetaan altaasta (lommahdusvaara)

Jos tuotteet ovat koneistettuja, ongelmia voi syntyä lastuamisnesteiden, -emulsioiden ja muiden rasvojen ja nesteiden käytöstä, jos asiaa ei huomioida. Peittaushapot nimittäin liuottavat erittäin huonosti öljypohjaisia seoksia, emulgeenejä yms. ja ne ikään kuin palavat kiinni kappaleeseen. Koneistetut tuotteet vaativat siis erillisen pesun emäksisellä puhdistusaineella ennen peittausta.

Eräs ongelma valmistuksellisesta näkökulmasta on suuret lämpökäsitellyt tuotteet. Jos paksulla hilsekerroksella olevia kappaleita peitataan paljon, liukenee happoon hyvin suuria määriä rautaa, joka ennen pitkää pilaa hapon (rautapitoisuus on oltava tiettyjen raja-arvojen sisällä). Suuret happoaltaat saattavat sisältää monia satoja kuutioita happoa, eikä happojen uusiminen ole mikään pieni ja halpa operaatio. Tällaiset tuotteet olisi hyvä esimerkiksi lasikuula- tai hiekkapuhaltaa puhtaaksi ennen peittausta.

Valmistusosastolla saatetaan myös muuttaa suunnittelijan tekemiä päätöksiä, jotka olisivat voineet olla peitattavuuden kannalta oleellisia. Esimerkiksi happoreikien koko, määrä ja sijainti, nostokorvien paikka tai railomuodot saattavat hyvinkin muuttua pajan puolella ilman tiedusteluja suunnittelijalta.

Toimitusnopeusongelma

Koska peittaus on lähes aina viimeinen tuotteelle tehtävä toimenpide, on se luonnollisesti valmistusketjussa viimeisenä. Usein peittaukseen tarvittavaa aikaa ei osata ottaa huomioon millään tavalla aikataulua suunniteltaessa (vrt. maalaus, tai sinkitys), jolloin ajaudutaan tilanteeseen jossa peittaus pitäisi olla heti, tai mielellään jo aikaisemmin, valmis. Tämä johtaa ongelmaan, jossa kappaleet toimitetaan asiakkaalle tai suoraan työmaalle tilassa, jossa tuote ei ole saavuttanut vielä täydellistä korroosionkestoa (passivoituminen ei ole täydellistä). Tästä ei välttämättä aiheudu ongelmia, mutta riski on olemassa – esimerkiksi jo tehdasilmaston hyvinkin lievästi happamat sateet jättävät jälkensä passivoitumattomaan pintaan. Tämä voi johtaa koko kappaleen värin muuttumiseen (korroosio on siinä tapauksessa jo alkanut).

Hitsausvirheiden vaikutus

Valmistuksessa suurimmat ongelmat syntyvät, kun oletetaan kaikkien hitsien olevan täysin tiiviitä. Esimerkiksi jos putkipalkkirakenteet tehdään päätylapullisiksi ilmantarvittavia peittausrei’ityksiä, ovat putket hyvin todennäköisesti upotuksen jälkeen täynnä happoa. Putkipalkkien ja päätylappujen hitsit sisältävät nimittäin usein läpi asti ulottuvia hitsausvirheitä erityisesti putkien kulmissa.

Lisäksi lähes kaikkiin hitsausvirheisiin – liitosvirheet, jotkin tietynlaiset reunahaavat, halkeamat, huokoset ja niin edelleen – imeytyy happoa, jota ei saada vesi- tai pesuainepesulla pois. Happo tulee aikanaan ulos jättäen tuotteisiin ruskeita valumajälkiä, kuten jo aiemmin todettiin.

Lisäksi väärällä lämmöntuonnilla saattaa olla duplex-teräksien hitsauksen yhteydessä tekemistä peittauksen onnistumisen kannalta. Jos hitsi on tehty liian pienellä lämmöntuonnilla ja jäähtymisnopeus on ollut suuri, voi hitsi sisältää hyvin suuren osan ferriittiä. Tällöin duplex-terästen normaalia pidempi peittausaika aiheuttaa hitsien ylipeittautumisen, joka voi johtaa ennen aikaiseen korroosiovaurioon. Tämä on havaittavissa ensin hitsin vaaleutumisena ja ääripäässä jopa sen jälkeisenä tummumisena, erityisesti hitsin keskeltä. Saman ilmiön aiheuttaa väärin valittu lisäaine.

Peittausvirheet

Oma ryhmä peittausongelmissa on virheellisesti suoritettu käsittely. Havaittavina suoritusvirheinä voivat näkyä oksidijäämät hitseissä, tuotteen karhea pinta, epätasainen lopputulos, haalistuminen tai selvästi näkyvät, huuhtelu- ja pesuveden kuivumisesta aiheutuneet jäljet. Rajusti erottuvat ruskeat valumajäljet ovat kuitenkin useammin rakenteesta johtuva ongelma kuin peittaajan suoritusvirhe. Taulukkoon 2 on koottu peittausvirheet ja niiden aiheuttajat:

Taulukko 2. Peittausvirheet ja niiden aiheuttajat.

Havaittava virhe	Aiheuttaja
Oksidijäämiä hitsissä	1. Riittämätön puhdistus
Karhea pinta	1.Ylipeittautuminen                                                                 2. Raerajakorroosio, herkistyminen
Epätasainen lopputulos	1. Orgaanisia epäpuhtauksia pinnalla 2. Epätasainen levitys 3. Herkkä pinta/materiaali 4. Raerajakorroosio, herkistyminen
Haalistuminen	1. Kuivuneita peittauskemikaaleja (peittausainejäämiä raoissa tms.) 2. Epäpuhtauksia pinnalla (esim. rautapartikkeleita) 3. Riittämätön puhdistus 4. Saastunut huuhteluvesi 5. Heikko huuhtelu
Veden aiheuttamia jälkiä	1. Saastunut huuhteluvesi 2. Pöly

Käytännön ratkaisuja

Yleensä ratkaisuna käytännön peittausongelmiin on vaihtaa upotuspeittaus ruiskupeittaukseen, mutta tällöin peittauskustannukset nousevat huomattavasti. Alla on esitetty muutamia käytännön esimerkkejä ainakin joissain kohti toimivista ratkaisuista.

Esimerkki 1)
Suunnittelija oli halunnut kiinnittää ohutlevyrakenteeseen laippalaakerin. Perusmateriaalin ollessa esimerkiksi 3mm, ei siihen saa tehtyä kierrettä kunnolla, eikä tässä tapauksessa saanut aiheuttaa tuotteet sisäpintaan minkäänlaisia teräviä jälkiä. Tarkoitus oli tehdä 15mm levyyn läpi asti menevät kierrereiät ja hitsata sen jälkeen levylappu tuotteen 3mm seinämään ympäri kiinni. Tällaisissa ratkaisuissa levylapun ja perusosan väliin menee happoa, eikä sitä saa mitenkään asiallisesti poistettua. Hyvä ratkaisu on tapitushitsaus, jolloin muodonmuutokset pienenevät rajusti, valmistus- ja materiaalikustannukset vähenevät ja peitattavuus paranee huomattavasti. Tapin vetomurtolujuus ruostumattomilla teräksillä oikein hitsattuna on vähintään yhtä hyvä kuin perusmateriaalin lujuus.

Esimerkki 2)
Piste-, kiekko-, laser-, tai plasmahitsattu limiliitos on peittauksen kannalta hankala, koska levyjen väliin imeytyy happoa, mutta sitä ei saa huuhdeltua/pestyä pois. Ratkaisuna on esimerkiksi plasmahitsaus lisäaineen kanssa, jolloin liitosmuoto voidaan vaihtaa päittäisliitokseksi.

Esimerkki 3)

Erinäiset tankit tehdään usein yhdellä tai kahdella, tankin keskellä sijaitsevalla, täyttö- ja ilmausaukolla. Tämä on erittäin ongelmallista peittauksen ja pesun kannalta. Jotta lopputulos olisi tyydyttävä, tulisi tankissa olla esimerkiksi pulttiliitoksella kiinni oleva suurempi kansi, josta tankin pysyy helposti pesemään. Lisäksi tankeissa olisi hyvä olla ilmausnippa aivan tankin nurkassa/reunassa, jolloin ilma pääsee upotuksen aikana kokonaan pois sekä noston ja tyhjentämisen aikana korvausilma pääsee tankin sisälle.

Esimerkki 4)
Suorakaideputken päähän hitsataan usein levylappu esimerkiksi MAG-prosessilla. Hitsit lopetetaan ja aloitetaan erittäin usein kulmissa, joihin jää kovin helposti virhe. Happo tunkeutuu näistä pienistä kylmäliitoksista putkirakenteen sisään ja täyttää rakenteen upotuksen aikana. Happoa ei saa käytännössä muuten pois kuin hajottamalla rakenne, jos toinenkin pää on umpinainen. Ratkaisu on erittäin yksinkertainen; putken pään alle tehdään päätylappuun riittävän suuri reikä, esimerkiksi 20-30 mm. Reikä ei yleensä vaikuta rakenteen kestävyyteen, eikä edes näy mihinkään, kun putki asennetaan paikoilleen.

Yhteenveto

Peittaus on hyvin usein tuotteelle viimeinen tehtävä käsittely ennen sen toimittamista asiakkaalle. Tästä johtuen peittauksen epäonnistuessa kunnolla kustannukset ovat hyvin suuret. Onneksi peittauksessa on vaikea epäonnistua niin pahasti, ettei tuotetta voisi peitata, pestä ja huuhdella uudelleen. Usein virheet tulevat yleensä esille vasta, kun tuote on pakattu ja varastoitu odottamaan toimitusta, jolloin ruskeat valumajäljet eivät anna oikein hyvää kuvaa tuotteen valmistajasta.

Yllättävän usein upotuspeittaukseen tarkoitettuja tuotteita täytyy peitata ruiskuttaen, jolloin lopputuloksessa ei ehkä päästä aivan yhtä hyvälle tasolle kuin olisi toivottu. Tällöin valitettavasti myös peittauskustannukset nousevat helposti odotettua suuremmiksi.

Helpoin ja edullisin aika kiinnittää peitattavuuteen huomiota on ehdottomasti suunnittelijan pöydän ääressä, mutta se usein syystä tai toisesta unohtuu. Onneksi ammattitaitoinen, ruostumattomiin teräksiin erikoistunut konepaja pystyy arvioimaan peittauksen tuomat ongelmakohdat jo ennen kuin on liian myöhäistä.

Yhteenvetona voisin vielä mainita, että olen täysin eri mieltä Euro Inoxin julkaisujen tuottajien kanssa lihavoidun tekstin osalta. Lainauksessa puhutaan peittauksen eri menetelmistä. Lihavoitu teksti on tosin hieman ristiriidassa lopun tekstin kanssa.

”Näitä menetelmiä voidaan käyttää osana valmistuslinjaa ('on-site') eivätkä edellytä erityisosaamista prosessin hallinnassa. On tärkeää, että on käytössä riittävää asiantuntemusta ja ohjausta minimoimaan terveys-, turvallisuus- ja ympäristöriskit samanaikaisesti hyvän peittaustuloksen kanssa. Tuotteisiin voi syntyä korroosiota, jos peittausajat ja peittauksen jälkeinen puhdistus ei ole riittävän kontrolloitua. Eri teräslajien peittausajat voivat olla erilaisia. On tärkeää, että operaattorit tuntevat peitattavat teräslajit ja niille käytettävät peittausaineet niin, että saavutetaan hyvä peittaustulos yhtä aikaa turvallisen työskentelyn kanssa. Pinnan korroosionkestävyyden kannalta on tärkeää, että kaikki peittaushappojen jäämät ja epäpuhtaudet huuhdotaan peittauksen jälkeen pinnasta.”

Euro-Inox

-----

Lähteet:

[1] Bornmyr, Anders and Holmberg, Björn. Handbook for the pickling and cleaning of stainless steel. s.l. : Avesta Polarit Welding AB, 1995.
[2] Crookes, Roger. Pickling and Passivating Stainless Steel. Second Edition. Sheffield : Euro Inox, 2007. 978-2-87997-224-4.
[3] Cunat P-J., The Euro Inox Handbook of Stainless Steel. 2002, Brysseli: Euro Inox.
[4] Cunat P-J., Working with Stainless Steel. 2009, Pariisi: EDP Sciences and Euro Inox. ISBN 978-2-87997-181-0

[5] Outokumpu Stainless AB. Corrosion Handbook for Stainless Steels. Tenth Edition. Avesta : Outokumpu Oyj, 2009.

[6] Somotec Oy. Pelox peittaustuotteet. Kuopio : Somotec Oy, 2006.