การกัดกร่อนแบบกาลวานิกที่รอยต่อของโลหะต่างชนิด: กลยุทธ์การแยกเพื่อป้องกันท่อสแตนเลส

การกัดกร่อนแบบกาลวานิกเกิดขึ้นเมื่อโลหะสองชนิดที่ต่างกันถูกเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าในสภาวะที่มีอิเล็กโทรไลต์ โลหะที่มีค่าความเป็นอิเล็กโทรเคมีต่ำกว่า (less noble) จะถูกกัดกร่อนเร็วกว่าปกติ ตัวอย่างเช่น เมื่อเชื่อมท่อสแตนเลสเข้ากับเหล็กคาร์บอน ทองแดง หรืออลูมิเนียมในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น สแตนเลสมักทำหน้าที่เป็นแคโทด จึงเร่งการกัดกร่อนของโลหะอีกชนิดให้รุนแรงขึ้น วิธีแก้ไขคือ การตัดเส้นทางการนำไฟฟ้า โดยใช้ชุดฟลานจ์ฉนวน ข้อต่อแบบไดอิเล็กทริก ปะเก็นและปลอกที่ไม่ใช่โลหะ หรือสารเคลือบป้องกัน รวมทั้งการออกแบบให้อัตราส่วนพื้นที่ผิวระหว่างโลหะทั้งสองชนิดเหมาะสม Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. จัดจำหน่ายท่อ ส่วนประกอบ และฟลานจ์สแตนเลส พร้อมให้คำแนะนำเชิงเทคนิคในการออกแบบรอยต่อเหล่านี้อย่างถูกต้อง

การเกิดเซลล์กาลวานิก
มีสามสิ่งที่ต้องเกิดขึ้นพร้อมกันเพื่อให้เกิดการกัดกร่อนแบบกาลวานิก: โลหะสองชนิดที่มีศักย์ไฟฟ้าเคมีต่างกัน สายเชื่อมทางไฟฟ้าระหว่างโลหะทั้งสอง และสารอิเล็กโทรไลต์ร่วมกัน เช่น น้ำทะเล หยดน้ำควบแน่น หรือคราบความชื้น หากขาดสิ่งใดสิ่งหนึ่งไป เซลล์จะไม่ทำงานอีกต่อไป ยิ่งช่องว่างของศักย์ระหว่างโลหะทั้งสองมากเท่าไร แรงดันขับเคลื่อนก็ยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น และแอโนดก็จะละลายเร็วขึ้นเท่านั้น เหล็กกล้าไร้สนิมอยู่ใกล้ปลายด้านเนเบิล (noble) ของลำดับกาลวานิกเชิงปฏิบัติในน้ำทะเล จึงมักได้รับการป้องกันไว้ ในขณะที่เหล็กคาร์บอน เหล็กอลูมิเนียม หรือสังกะสีที่ยึดติดเข้ากับมันจะถูกทำลาย

ลำดับกาลวานิกและความเสี่ยงสัมพัทธ์
วิศวกรจัดอันดับโลหะตามศักย์การกัดกร่อนในสารอิเล็กโทรไลต์ที่กำหนด ยิ่งช่องว่างระหว่างโลหะกว้างเท่าไร ความเสี่ยงก็ยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ตารางด้านล่างจัดอันดับคู่โลหะที่พบบ่อยเมื่อจับคู่กับเหล็กกล้าไร้สนิมในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์

ข้อควรระวังสำหรับข้อต่อสแตนเลส-สแตนเลส: ความเสี่ยงจากเซลล์ไฟฟ้าเคมีต่ำ แต่หากผสมสภาวะแอคทีฟกับพาสซีฟ หรือเชื่อมต่อกับปะเก็นกราไฟต์ ก็อาจก่อให้เกิดเซลล์ไฟฟ้าเคมีได้เช่นกัน ดังนั้นการเลือกวัสดุและปะเก็นจึงยังคงสำคัญ

ผลจากอัตราส่วนพื้นที่
อัตราส่วนพื้นที่อาจเปลี่ยนสถานการณ์ที่ควบคุมได้ให้กลายเป็นความล้มเหลวอย่างรวดเร็ว หรือกลับกันก็ได้ กระแสการกัดกร่อนจำเป็นต้องกระจายผ่านแอนโอด ถ้าแอนโอดมีพื้นที่เล็กเมื่อเทียบกับแคโทดที่มีพื้นที่ใหญ่ กระแสทั้งหมดจะตกอยู่บนพื้นที่เล็กนั้น ส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนรุนแรงแบบเฉพาะจุด กรณีคลาสสิกที่ไม่ดีคือชิ้นส่วนเหล็กคาร์บอนขนาดเล็ก เช่น น็อตหรือท่อสั้น ที่ยึดติดกับพื้นผิวสแตนเลสขนาดใหญ่ แคโทดสแตนเลสจะทำลายแอนโอดเหล็กคาร์บอนขนาดเล็กนั้นอย่างรวดเร็ว
กรณีที่ดีคือภาพสะท้อนกลับ: แอนโอดขนาดใหญ่และแคโทดขนาดเล็กจะทำให้กระแสไฟฟ้ากระจายตัวบางลง ส่งผลให้แอนโอดกัดกร่อนช้าลงและอยู่ในระดับที่ยอมรับได้ กฎทั่วไปที่ใช้งานได้จริงคือ หลีกเลี่ยงการวางชิ้นส่วนที่เป็นแอนโอดขนาดเล็กไว้ใกล้บริเวณสแตนเลสที่เป็นแคโทดขนาดใหญ่ หากต้องใช้โบลต์เหล็กคาร์บอนสัมผัสกับแฟลนจ์สแตนเลส ควรเคลือบผิวโบลต์ หรือดีกว่านั้นคือใช้อะลลอยด์ที่เข้ากันได้ เพื่อไม่ให้โบลต์ถูกเสียสละ
สภาพแวดล้อมมีผลเพิ่มหรือลดผลกระทบดังกล่าว ตัวอย่างเช่น น้ำทะเลซึ่งมีความนำไฟฟ้าสูง จะทำให้กระแสไฟฟ้าเกิดปฏิกิริยาแบบกาล์วานิกเดินทางได้ไกลขึ้นตามท่อ และขยายขอบเขตของการกัดกร่อนออกไปไกลเกินรอยต่อ ในขณะที่น้ำจืดหรือน้ำควบแน่นซึ่งมีความนำไฟฟ้าต่ำ ความเสียหายจะจำกัดอยู่เฉพาะบริเวณที่สัมผัสกันเท่านั้น อุณหภูมิ ปริมาณออกซิเจน และอัตราการไหล ล้วนมีผลต่ออัตราการกัดกร่อนทั้งสิ้น จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมคู่โลหะเดียวกันนี้จึงแสดงพฤติกรรมต่างกันบนดาดฟ้าเรือกับท่อภายในอาคารที่มีการให้ความร้อน

ชุดแยกฉนวนและชุดแฟลนจ์ฉนวน
ที่ข้อต่อแบบฟลานจ์ การยึดที่เชื่อถือได้ที่สุดคือชุดแยกฟลานจ์ ซึ่งประกอบด้วยปะเก็นฉนวนแบบเต็มพื้นผิวหรือแบบชนิด-E พร้อมปลอกฉนวนที่สวมรอบสลักแต่ละตัว และแผ่นรองฉนวนใต้หัวสลักและนัต รวมทั้งแผ่นรองเหล็กเสริม ถ้าติดตั้งอย่างถูกต้อง ชุดนี้จะไม่มีเส้นทางการสัมผัสระหว่างโลหะกับโลหะทั้งบนพื้นผิวฟลานจ์และผ่านสลัก จึงไม่สามารถเกิดเซลล์ไฟฟ้าเคมีขึ้นได้ แม้เมื่อโลหะทั้งสองชนิดเปียก
สำหรับข้อต่อแบบเกลียว การใช้ข้อต่อไดอิเล็กตริกและชิ้นส่วนท่อแบบไม่ใช่โลหะก็ทำหน้าที่เดียวกัน ให้เลือกปะเก็นตามอุณหภูมิและแรงดันในการใช้งาน เนื่องจากทั้งองค์ประกอบที่ทำหน้าที่ซีลและองค์ประกอบที่ทำหน้าที่เป็นฉนวนต้องทนต่อสภาวะการใช้งานได้ เมื่อประกอบเสร็จแล้ว การตรวจสอบความต่อเนื่องของกระแสไฟฟ้าข้ามข้อต่อจะยืนยันได้ว่าการแยกฉนวนนั้นเกิดขึ้นจริง ไม่ใช่เพียงแค่สมมุติฐาน

การเคลือบผิวและการออกแบบ
การเคลือบช่วยลดเส้นทางของอิเล็กโทรไลต์ กฎที่มักทำให้ผู้คนเข้าใจผิดคือ ต้องเคลือบแคโทด หรือเคลือบทั้งสองโลหะพร้อมกัน เท่านั้น — ห้ามเคลือบแอนโอดเพียงอย่างเดียว หากเคลือบแอนโอดเพียงอย่างเดียวแล้วเกิดรอยร้าวหรือรอยขีดข่วนใด ๆ จะเปิดเผยพื้นที่แอนโอดขนาดเล็กให้สัมผัสกับแคโทดขนาดใหญ่ ซึ่งจะสร้างอัตราส่วนพื้นที่อันตรายขึ้นอีกครั้ง และทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบหลุม (pitting) อย่างรวดเร็วบริเวณจุดบกพร่อง แต่หากเลือกเคลือบแคโทดสแตนเลสที่มีศักยภาพไฟฟ้าสูงแทน จะช่วยลดพื้นที่แคโทดที่ใช้งานได้จริง และชะลออัตราการกัดกร่อนของเซลล์ทั้งหมด
การจัดรายละเอียดอย่างรอบคอบจะเสริมประสิทธิภาพที่เหลือทั้งหมด หลีกเลี่ยงการวางรอยต่อในบริเวณที่มีน้ำขัง และจัดให้มีระบบระบายน้ำเพื่อไม่ให้อิเล็กโทรไลต์ค้างอยู่ หลีกเลี่ยงร่องลึกและบริเวณที่อาจกักเก็บความชื้นไว้ภายใต้คราบสิ่งสกปรกหรือตะกรัน เมื่อเป็นไปได้ ควรใช้วัสดุที่เข้ากันได้ตลอดแนวสัมผัสกับของเหลวทั้งหมด หรือแทรกปลอกวัสดุที่มีศักยภาพไฟฟ้าปานกลางเข้าไป สำหรับการใช้งานแบบฝังดินหรือจุ่มลงในน้ำ มักมีการเสริมระบบป้องกันแบบคาโทดิก (cathodic protection) แต่ผู้ออกแบบจำเป็นต้องระลึกเสมอว่า สแตนเลสมีพฤติกรรมเป็นแคโทด และต้องจัดการกระแสไฟฟ้าสำหรับการป้องกันให้กระจายอย่างเหมาะสม

การตรวจจับและการประกันคุณภาพ
การตรวจสอบตามปกติช่วยตรวจจับการกัดกร่อนแบบกาล์วานิกได้ตั้งแต่ระยะเริ่มต้น ซึ่งยังสามารถซ่อมแซมได้ในราคาไม่สูงนัก ให้สังเกตรอยสนิมที่รวมตัวกันอย่างเข้มข้นและการสูญเสียมวลโลหะบริเวณด้านที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่าของรอยต่อ โดยเฉพาะบริเวณส่วนยึด น็อตเกลียว และผิวหน้าของแปลน การวัดความหนาด้วยคลื่นอัลตราโซนิกช่วยติดตามการสูญเสียความหนาของผนัง ส่วนการตรวจสอบด้วยสายตาต่อสภาพของสารเคลือบจะช่วยระบุว่ามีขั้วไฟฟ้าลบถูกเปิดเผยหรือไม่
ทั้งหมดนี้จะไม่มีประสิทธิภาพหากไม่มีการควบคุมวัสดุอย่างมั่นคง เหวินเฉียงจัดหาบริการระบุชนิดวัสดุอย่างแม่นยำ เพื่อยืนยันว่าโลหะผสมที่ใช้ที่แต่ละรอยต่อตรงตามข้อกำหนด พร้อมใบรับรองผลการทดสอบวัสดุตามมาตรฐาน EN 10204 ระดับ 3.1 หรือ 3.2 เพื่อให้สามารถติดตามแหล่งที่มาของวัสดุได้อย่างครบถ้วน รวมทั้งข้อต่อและแปลนที่ผลิตตามมาตรฐาน ASTM และ ASME ภายใต้ระบบการรับรองคุณภาพ ISO 9001 การเลือกโลหะ ชิ้นส่วนแยกฉนวน และอัตราส่วนพื้นที่ให้เหมาะสมตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบ จะมีต้นทุนต่ำกว่าการขุดซ่อมรอยต่อที่ผุกร่อนในภายหลังมากนัก และยังช่วยให้การเชื่อมต่อระหว่างโลหะต่างชนิดยังคงทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพตลอดอายุการใช้งานของระบบนั้น

คำถามที่พบบ่อย
คำถาม: เหล็กกล้าไร้สนิมสามารถเกิดการกัดกร่อนในคู่โลหะแบบกาล์วานิกได้หรือไม่
ก: โดยทั่วไปไม่ใช่ โลหะสแตนเลสโดยทั่วไปทำหน้าที่เป็นแคโทดที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่า ดังนั้นโลหะคาร์บอนสตีล อลูมิเนียม หรือสังกะสีที่เชื่อมต่อกับมันจะเกิดการกัดกร่อนเร็วกว่า ในขณะที่สแตนเลสถูกปกป้องไว้ ข้อยกเว้นคือในสารเคมีบางชนิดที่ผิดปกติซึ่งทำให้สแตนเลสเข้าสู่ภาวะแอคทีฟ
ข: ควรเคลือบโลหะใดเพื่อหยุดยั้งการกัดกร่อนแบบกาล์วานิก
ก: ควรเคลือบแคโทด หรือทั้งสองชนิดของโลหะ แต่ห้ามเคลือบเฉพาะแอนโอด เนื่องจากการเคลือบเฉพาะแอนโอดจะทำให้จุดที่เคลือบเสียหายได้รับการกัดกร่อนอย่างรุนแรงยิ่งขึ้นจากอัตราส่วนพื้นที่ที่ไม่เอื้ออำนวย

สำหรับหน้าแปลนและข้อต่อสแตนเลสที่พร้อมใช้งานสำหรับการแยกวงจร โปรดติดต่อ Zhejiang Wenqiang: +86 577 8922 2595 / https://www.chinawqsteel.com/