التآكل الغلفاني عند وصلات المعادن غير المتشابهة: استراتيجيات العزل لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ

يظهر التآكل الغلفاني عندما يتصل نوعان مختلفان من المعادن كهربائيًّا في وجود إلكتروليت، فيؤدي ذلك إلى تآكل المعدن الأقل نبلاً بوتيرة أسرع مما لو كان منعزلًا. وعند وصل الفولاذ المقاوم للصدأ بالفولاذ الكربوني أو النحاس أو الألومنيوم في بيئة رطبة، يصبح الفولاذ المقاوم للصدأ عادةً القطب السالب (الكاثود)، ما يُسرِّع التآكل في المعدن الآخر. والحل هو قطع المسار الكهربائي باستخدام مجموعات شفاه عازلة، أو وصلات عازلة، أو حشوات غير معدنية، أو أغطية أنابيب غير معدنية، أو طبقات واقية، مع مراعاة تصميم نسب المساحات بشكل ملائم. وتزود شركة تشجيانغ ون تشيانغ للفولاذ المقاوم للصدأ المحدودة أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ والتجهيزات والشفاه، فضلًا عن التوجيهات اللازمة لتفصيل هذه الوصلات بدقة.

كيف يتكون الخلية الغلفانية
يجب أن تتوفر ثلاثة عوامل لحدوث التآكل الغلفاني: وجود معدنين مختلفين في الجهد الكهروكيميائي، واتصال كهربائي بينهما، وإلكتروليت مشترك مثل ماء البحر أو المكثّف أو الرواسب الرطبة. وبإزالة أيٍّ من هذه العوامل، يتوقف التفاعل تمامًا. وكلما زاد الفرق في الجهد بين المعدنين، ازدادت قوة الجهد الدافع، وتسارعت عملية إذابة الأنود.

المسلسل الغلفاني والمخاطر النسبية
يصنِّف المهندسون المعادن وفق جهدها التآكلي في إلكتروليت معين. وكلما اتسع الفرق بين الجهدين، ارتفعت درجة الخطر. ويُبيّن الجدول التالي ترتيب أزواج المعادن الشائعة المقترنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ في بيئة تحتوي على كلوريدات.

تحذيرٌ واحدٌ بشأن المفاصل بين أجزاء الفولاذ المقاوم للصدأ: خطر التآكل الغالڤاني منخفض، لكن خلط الظروف النشطة مع الظروف الخاملة، أو ربطها بأختام الجرافيت، قد يُنشئ خليةً تآكليةً على أي حال، لذا تظل اختيار المواد والأختام أمورًا بالغة الأهمية.

أثر نسبة المساحات
نسبة المساحات قد تحوّل حالةً قابلةً للإدارة إلى فشلٍ سريع، أو العكس. ويجب أن يتوزَّع تيار التآكل على المعدن الأنودي؛ فإذا وُضع أنودٌ صغيرٌ مقابل كاثودٍ كبيرٍ، فإن التيار الكلي يتركّز على مساحةٍ ضئيلةٍ جدًّا، ما يؤدي إلى هجومٍ شديدٍ وموضعيٍّ. وأسوأ حالةٍ كلاسيكيةٍ هي جزءٌ صغيرٌ من الفولاذ الكربوني — مثل برغي تثبيت أو أنبوب قصير — مُثبَّتٌ على سطحٍ كبيرٍ من الفولاذ المقاوم للصدأ. وهنا يعمل الكاثود المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ على استهلاك الأنود الصغير المصنوع من الفولاذ الكربوني بسرعةٍ فائقة.
الحالة الجيدة هي الصورة المقابلة: حيث يكون الأنود كبيرًا والكاثود صغيرًا، ما يؤدي إلى توزيع التيار بشكل رقيق، وبالتالي يتأكسد الأنود ببطء وبشكل مقبول. وقاعدة عملية مفيدة هي إبعاد الأجزاء الأنودية الصغيرة عن المناطق الكاثودية الكبيرة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. فإذا كان لا بد أن تتلامس براغي الفولاذ الكربوني مع شفاه الفولاذ المقاوم للصدأ، فيجب طلاء البراغي أو، والأفضل من ذلك، استخدام سبيكة متوافقة حتى لا تُضحَّى بها.
وتؤثر البيئة في شدة هذه الظاهرة أو ضعفها. فكلما زادت التوصيلية — كما في ماء البحر — امتد تيار الغلفانية على مسافة أبعد على طول الأنبوب، وامتد الضرر الناتج بعيدًا جدًّا عن منطقة الوصل؛ أما في المياه العذبة أو المكثَّف ذي التوصيلية المنخفضة، فيبقى الضرر محصورًا بالقرب من نقطة التلامس. كما تؤثر درجة الحرارة ومحتوى الأكسجين وسرعة التدفق أيضًا في معدلات التآكل، ولذلك فإن نفس الزوج المعدني يتصرف بطريقةٍ ما على سطح السفينة، وبطريقةٍ مختلفةٍ على خط أنابيب داخلي مُسخَّن.

مجموعات العزل ومجموعات الشفاه العازلة
عند المفصل المُسنَّن، فإن أكثر وسيلة موثوقة لتثبيته هي مجموعة عزل المفصل. وتتكوَّن هذه المجموعة من واشطة عازلة تغطّي الوجه بالكامل أو من النوع هـ (E)، مع أكمام عازلة تحيط بكل برغي، وواشيات عازلة تحت رؤوس البراغي والصواميل، بالإضافة إلى واشيات داعمة فولاذية. وعند تركيب المجموعة بشكل صحيح، لا يبقى أي مسار معدني-معدني عبر وجوه المفصل أو عبر البراغي، وبالتالي لا يمكن تشكُّل خلية كهروكيميائية حتى لو كانت كلا المعدنين مبلَّلين.
أما في التوصيلات الملولبة، فتؤدي الاتحادات العازلة (الداياليكتريك) وأجزاء التوصيل غير المعدنية المُستخدمة بين القطعتين نفس الوظيفة. ويجب اختيار الواشية المناسبة لدرجة حرارة وضغط الخدمة، لأن العنصر الختمي والعنصر العازل كليهما يجب أن يتحمّلا ظروف التشغيل. وبعد التجميع، تُجرى فحوصات استمرارية كهربائية عبر المفصل للتأكد من أن العزل حقيقي وليس مجرد افتراض.

الطلاءات وممارسات التصميم
تُقلِّل الطبقات الواقية مسار الإلكتروليت. والقاعدة التي تُربك الناس عادةً هي: طَلِّي القطب الموجب، أو طَلِّي كلا المعدنين معًا، ولا تطلّي القطب السالب وحده أبدًا. فعند طلاء القطب السالب فقط، فإن أي ثغرة أو خدشٍ يكشف مساحة صغيرة من القطب السالب أمام مساحة كبيرة من القطب الموجب، ما يعيد إنشاء النسبة الخطرة بين المساحتين ويؤدي إلى التآكل السريع عند العيب. أما إذا طلّيت القطب الموجب المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ الأفضل موصليةً، فإنك تقلّل المساحة الفعالة للقطب الموجب وبالتالي تبطئ التفاعل الكهروكيميائي في الخلية بأكملها.
ويكمل التفاصيل الدقيقة باقي الإجراءات الوقائية. فاجعل الوصلات بعيدةً عن المياه الراكدة، ووفِّر لها تصريفًا يمنع تجمّع الإلكتروليت. وابتعد عن الشقوق والمناطق التي تشبه الأكياس (poultices) حيث تحتجز الرواسب الرطوبة. وفيما أمكنك ذلك، استخدم موادًا متوافقة على طول الخط الرطب بالكامل، أو أدخل لفةً من مادة ذات جهد وسيطي. وقد تُضاف حماية قطبية سالبة في الحالات التي تكون فيها المادة مدفونةً أو غارقةً تمامًا، لكن المصمِّمَ يجب أن يتذكّر أن الفولاذ المقاوم للصدأ يعمل كقطب موجب، وأن يوزّع تيارات الحماية بشكلٍ صحيح.

الكشف وضمان الجودة
التفتيش الدوري يكشف هجوم التآكل الغلفاني في مرحلة مبكرة، حينما تكون تكاليف الإصلاح لا تزال منخفضة. ابحث عن الصدأ المتركّز وفقدان المعدن في الجانب الأقل نُبلًا من الوصلة، وبخاصة عند المسامير والتجاويف المُلَوَّثة والوجوه المفلنجية. وتُظهر قياسات السُمْك بالموجات فوق الصوتية فقدان جدار الأنابيب، بينما يُشير الفحص البصري لسلامة الطلاء إلى وجود الأنودات المكشوفة.
لا شيء من هذا يُجدي نفعًا دون ضبطٍ سليمٍ للمواد. وتوفّر شركة ون تشيانغ تحديدًا إيجابيًّا لنوع المادة، ما يضمن تأكيد سبيكة كل وصلة، وشهادات فحص المواد وفق المعيار EN 10204 (النوع 3.1 أو 3.2) لتوفير إمكانية التتبّع الكامل، بالإضافة إلى التوصيلات والفلنجات المصنوعة وفق مراجع ASTM وASME تحت نظام الجودة ISO 9001. وإن ضبط المعادن وأجهزة العزل ونسب المساحات بدقة على لوحة التصميم يكلّف أقل بكثير من حفر الوصلات المتآكلة لاحقًا، كما يضمن استمرار عمل الوصلات بين المعادن المختلفة طوال عمر النظام.

الأسئلة الشائعة
س: هل يصدأ الفولاذ المقاوم للصدأ عند وجوده في زوج غلفاني؟
أ: عادةً لا؛ فالصلب المقاوم للصدأ يُعتبر عادةً الكاثود الأكثر نَبِيلًا، وبالتالي فإن الفولاذ الكربوني أو الألومنيوم أو الزنك المقترن به يتآكلان بسرعة أكبر بينما يظل الصلب المقاوم للصدأ محميًّا. والاستثناء هو الحالات التي تشمل كيميائيات غير معتادة تجعل الصلب المقاوم للصدأ نشطًا.
س: أي معدن يجب أن أُغطيه لوقف التآكل الغلفاني؟
ج: غطِّ الكاثود أو كلا المعدنين معًا، ولا تغطِّ الأنيود وحده أبدًا. فالتغطية الحصرية للأنيود تركّز الهجوم عند أي عيب في الطبقة الواقية بسبب النسبة غير المواتية بين المساحات.

للمشابك والتجهيزات المصنوعة من الصلب المقاوم للصدأ والمجهَّزة للعزل، يُرجى التواصل مع شركة تشيجيانغ ونكيانغ: +٨٦ ٥٧٧ ٨٩٢٢ ٢٥٩٥ \/ https://www.chinawqsteel.com/