Svejsning af zinkopofranoder er på grund af deres stabile potentiale, høje strømeffektivitet, lave omkostninger og stærke miljømæssige tilpasningsevne blevet det foretrukne materiale til korrosionsbeskyttelse af stålkonstruktioner i havvand, saltholdigt mudder, jord og andre medier. De anvendes i vid udstrækning i skibe, offshore olieplatforme, nedgravede rørledninger, lagertanke, stålpæle i dokker og andre områder. Svejsning er kerneteknologien til at opnå pålidelig elektrisk forbindelse mellem zinkopofranoden og den beskyttede metalkonstruktion.
Typer af svejsede zinkofferanoder
Svejsning opofrende Zinkanoder klassificeres baseret på deres legeringselementer og strukturelle form, hvilket resulterer i betydelige forskelle i elektrokemisk ydeevne og anvendelser.
Ren zinkanoder
Zinkindhold ≥99.95%, med urenhed af elementer som jern, kobber og bly, der er strengt kontrolleret til meget lave niveauer. Åbent kredsløbspotentialet er cirka -1.03V (vs. Cu/CuSO₄), og strømeffektiviteten er cirka 70%~80%. Velegnet til ferskvand og mildt korrosive miljøer med lave kloridionkoncentrationer.
Zink-aluminium-cadmium-anoder
Aluminiumindhold 2.5%~3.5%, cadmiumindhold 0.05%~0.15%, hvilket opfylder kravene i ASTM B418-16a Type I-standarden. Åbent kredsløbspotentiale er -1.05~-1.15V (vs. Cu/CuSO₄), og strømeffektiviteten er ≥90%. Det er det almindelige valg til beskyttelse af metalstrukturer i havvand og er den mest almindelige type svejset zinkanode.
Zink-aluminium-indium-anoder
Miljøvenlig og cadmiumfri med et indiumindhold på 0.02 % til 0.05 %. Dens elektrokemiske ydeevne er sammenlignelig med zink-aluminium-cadmium-legeringers, med et åbent kredsløbspotentiale på -1.04 til -1.12 V (vs. Cu/CuSO₄) og en strømeffektivitet på ≥92 %. Den er velegnet til maritim teknik og projekter i nærheden af drikkevandskilder, hvor cadmiumemissioner er strengt begrænsede.
Svejsede blokzinkanoder
Disse anoder, der er fremstillet ved støbning, varierer i vægt fra flere kilogram til hundredvis af kilogram og har høj kapacitans pr. vægtenhed og stabil strømafgivelse. Blokanoder kræver svejsning til den beskyttede struktur via en stålkerne eller fladjern og bruges primært til store strukturer såsom skibsskrog, offshore-platforme, bunde af lagertanke og stålpæle til dokker.
Svejsede strimler af zinkanoder
Fremstillet ved ekstruderingsstøbning med en tykkelse på 1-5 mm, en bredde på 10-50 mm og en brugerdefinerbar længde. De er fleksible og kan bøjes og vikles. Stripanoder kan svejses direkte til den beskyttede struktur eller forbindes til rør via aluminotermisk svejsning. De er velegnede til anvendelser, der kræver kontinuerlig lægning, såsom nedgravede rørledninger, indvendige vægge i tanker og små skibskomponenter.
Armbåndszinkanoder
Disse anoder har en bueformet blokstruktur, der er specielt designet til rørledninger, og kan monteres direkte på ydersiden af røret og svejses på plads. De giver ensartet strømfordeling og er nemme at installere, velegnede til offshore-rørledninger, undersøiske rørledninger og andre lignende anvendelser.
Specifikationer for svejsede offerzinkanoder
Specifikationerne for svejsede offerzinkanoder følger tre hovedkategorier: materialer, elektrokemiske ydeevneparametre og strukturelle dimensioner. Disse specifikationer er det centrale grundlag for anodevalg, svejsekonstruktion og kvalitetskontrol. Alle specifikationsparametre skal opfylde gældende standardkrav.
Fysiske og kemiske parametre
De fysiske og kemiske parametre for zinkanoder omfatter primært kemisk sammensætning, densitet og hårdhed. Den kemiske sammensætning er den vigtigste faktor, der bestemmer den elektrokemiske ydeevne. Nuværende standarder har strenge regler for indholdet af zink og legeringselementer, samt de øvre grænser for urenheder, for at forhindre urenheder i at forårsage anodepassivering eller et fald i strømeffektiviteten. Tabel 1 viser kravene til kemisk sammensætning (massefraktion, %) for zink-aluminium-cadmium-legeringsanoder specificeret af vigtige nationale og internationale standarder:
| Standard | Zink (Zn) | Aluminium (Al) | Kadmium (Cd) | Jern (Fe) | Kobber (Cu) | Bly (Pb) | Silikone (Si) |
| ASTM B418-16a Type I | resten | 2.5 ~ 3.5 | 0.05 ~ 0.15 | ≤ 0.005 | ≤ 0.005 | ≤ 0.006 | ≤ 0.01 |
| T/CSCP 0001-2024 | resten | 2.0 ~ 4.0 | 0.05 ~ 0.20 | ≤ 0.008 | ≤ 0.008 | ≤ 0.010 | ≤ 0.02 |
| SOM 2239-2003 | resten | 2.2 ~ 3.8 | 0.04 ~ 0.18 | ≤ 0.007 | ≤ 0.007 | ≤ 0.009 | ≤ 0.015 |
De fysiske egenskaber ved zinkanoden er som følger: densitet ca. 7.14 g/cm³, smeltepunkt 419~450℃, Brinell-hårdhed ≥60 HB, trækstyrke for støbte zinkanoder ≥120 MPa, forlængelse ≥2%, og trækstyrke for ekstruderede strimlede zinkanoder ≥180 MPa, forlængelse ≥5%. Dens smeltepunkt er betydeligt lavere end for stålkomponenter. Temperaturen skal kontrolleres nøje under svejsning for at forhindre overdreven smeltning af anoden, hvilket kan føre til tab af komponenter og forringelse af ydeevnen.
Elektrokemisk ydeevne
Elektrokemisk ydeevne er en central teknisk indikator for offerzinkanoder. Den bestemmer direkte effektiviteten af katodisk beskyttelse. I henhold til kravene i standarderne T/CSCP 0001-2024 og AS 2239-2003 skal zinkanoders elektrokemiske ydeevne i havvands- og saltholdige sedimentmiljøer opfylde kravene vist i tabel 2:
| Ydelsesindikator | Havvandsmiljø | Test |
| Åbent kredsløbspotentiale (i forhold til Cu/CuSO₄) | -1.05 ~ -1.15 V | Målt efter 24 timers stående. |
| Driftspotentiale (i forhold til Cu/CuSO₄) | -1.00 ~ -1.10 V | Målt efter påføring af nominel strøm. |
| Nuværende effektivitet | ≥ 90% | Accelereret korrosionstest ≥ 1000 timer. |
| Faktisk kapacitet | ≥ 750 Ah/kg | Kontinuerlig udledning i havvand. |
| Forbrugsrate | ≤ 12 kg/(År) | Kontinuerlig test under nominel strøm. |
Bemærk: Zinkanodens strømeffektivitet i jordmiljøet skal være ≥85%, og den faktiske kapacitet skal være ≥700 Ah/kg.
Strukturelle dimensioner
Der er ingen ensartede faste dimensioner for svejsede offerzinkanoder. Wstitanium tilpasser dem efter dine behov. Nuværende standarder specificerer kun krav til dimensionstolerance (EN 12496-2013): for anoder, der vejer >50 kg, er tolerancen ±3 %; for anoder, der vejer <50 kg, er tolerancen ±5 %; den samlede masse af støbte anoder må ikke være mindre end den nominelle værdi.
- Blokzinkanoder
ZC-1 type: 300×150×60 mm, vægt ca. 19.2 kg, egnet til små fartøjer og tanktilbehør;
ZC-2 type: 500×(115+135)×130 mm, vægt ca. 56 kg, egnet til tankbundplader og stålpæle til dok;
ZH-1 type: 800×140×60 mm, vægt ca. 47 kg, egnet til skibsskrog og offshore-platforme;
ZP-2 type: 1000×(65+75)×65 mm, vægt ca. 33 kg, egnet til nedgravede rørledninger og anodelag i dybe brønde.
- Strip zinkanoder
ZR-1 Type: 25.4 × 31.75 mm, vægt ca. 5.7 kg pr. meter, egnet til jordmiljøer med høj modstand;
ZR-2 Type: 15.88 × 22.23 mm, vægt ca. 2.5 kg pr. meter, egnet til havvand og fugtige jordmiljøer;
ZR-3 Type: 12.7 × 14.28 mm, vægt ca. 1.2 kg pr. meter, egnet til tankens indvendige vægge og rørledninger;
ZR-4 Type: 6.35 × 10 mm, vægt ca. 0.45 kg pr. meter, egnet til reparation af gamle strukturer.
Alle zinkanoder kræver en stålkerne (kulstofstål eller rustfrit stål). Grænsefladen mellem stålkernen og zinklegeringen skal være fri for mellemrum og uden adskillelse. Den blotlagte del af stålkernen skal behandles med en korrosionsbeskyttende belægning. Svejsning bør kun udføres på stålkernen, og direkte svejsning af zinklegeringens hus undgås.
Tekniske standarder
Fremstilling, kvalitetsinspektion og svejseinstallation af offerzinkanoder skal overholde gældende standardkrav. Internationale standarder er primært baseret på ASTM (USA), AS (Australien) og EN (Europa). Det centrale anvendelsesområde og de vigtigste krav i de forskellige standarder er som følger:
《Standardspecifikation for støbte og smedede galvaniske zinkanoder》. Dette er en internationalt anerkendt standard for zinkanoder udgivet af American Society for Testing and Materials. Det er den mest anvendte zinkanodestandard globalt. Den specificerer den kemiske sammensætning, analytiske metoder, kvalitetskontrol, fremstillingskrav og emballeringsmærkninger for støbte og smedede zinkanoder. Standarden klassificerer zinkanoder i type I og type II. Type I er en zink-aluminium-cadmium-legering, der er egnet til havvand og saltvandsmedier; type II er en ren zinkanode, der er egnet til ferskvands- og jordmedier.
《Galvaniske (offer-)anoder til katodisk beskyttelse》. Dette er en australsk standard. Den er omfattende og dækker tre typer offeranoder: zinkbaserede, aluminiumbaserede og magnesiumbaserede. Den specificerer kravene til anodekernematerialet, mekaniske egenskaber, elektrokemiske karakteristika, krav til opfyldningsmateriale og krav til præfyldte anoder. Standarden definerer klart forbrugshastigheden og kravene til åbent kredsløbspotentiale for zinkanoder i forskellige medier (havvand, jord, drikkevand), hvilket gør den til et vigtigt grundlag for valg af zinkanoder i multimediemiljøer.
《Katodisk beskyttelse – Offeranoder til katodisk beskyttelse》. Denne europæiske standard specificerer de generelle krav, dimensionstolerancer, testmetoder, mærkning og emballering af offeranoder. Den fokuserer på detaljerede specifikationer for anoders dimensionelle afvigelser, såsom en længdetolerance på ±3% eller ±25 mm for stangformede anoder og indvendige diametertolerancer for armbåndsanoder baseret på rørdiameterklassifikationer. Svejsekonstruktionen skal overholde dimensionskravene i denne standard for at sikre korrekt kontakt mellem anoden og den beskyttede struktur.
"Kontrol af udvendig korrosion på underjordiske eller nedsænkede metalliske rørsystemer". Denne standard fra American Association of Corrosion Engineers specificerer kravene til udvendig korrosionskontrol af underjordiske og undersøiske metalrørledninger. Den definerer klart svejseforbindelser, kontaktmodstand og potentiel testning af offerzinkanoder, der tjener som et centralt grundlag for zinkanodekonstruktion i international olie- og gasrørledningsteknik.
Svejsning af offerzinkanoder skal overholde de relevante internationale standarder baseret på projektets placering (f.eks. ASTM B418-16a og NACE SP0169-2013 for europæiske og amerikanske projekter og AS 2239-2003 for australske projekter). Når et projekt har specifikke tekniske krav, skal disse særlige bestemmelser, der er beskrevet i projektets tekniske specifikationer, følges ud over at opfylde de gældende standarder.
Svejsning
Svejsning og installation er de centrale trin i konstruktionen af et katodisk beskyttelsessystem med offerzinkanode. Hovedkravet er at opnå en pålidelig elektrisk forbindelse mellem anoden og den beskyttede struktur (kontaktmodstand ≤ 0.01Ω). De vigtigste svejsemetoder til zinkanoder er termitsvejsning (eksotermisk svejsning) og lysbuesvejsning.
Termitsvejsning (eksotermisk svejsning)
Termitsvejsning er en svejsemetode, der bruger varmen fra en kemisk reaktion af en termitblanding til at smelte metallet og danne en svejsning. Den er egnet til at forbinde strimmelformede zinkanoder til rør/lagertanke og forbinde stålkernen i blokanoder til store stålkomponenter, og er den foretrukne metode til svejsning af offerzinkanoder.
Buesvejsning
Lysbuesvejsning er kun egnet til svejsning af stålkernen i blokzinkanoder til stålkomponenter. Direkte svejsning af zinklegeringslegemet er strengt forbudt for at undgå overophedning og smeltning af zinklegeringen, hvilket fører til tab af komponenter og forringelse af anodens elektrokemiske ydeevne.
Svejsekvalitet
Svejsekvaliteten er afgørende for at bestemme effektiviteten af katodisk beskyttelse. Efter svejsning skal svejsepunkterne have lov til at køle naturligt af; tvungen afkøling er forbudt. Svejsesømmen skal være fuld, kontinuerlig og fri for revner, porer, slaggeindlejringer og manglende sammensmeltning. Svejsehøjden må ikke være mindre end 1/2 af stålkernens diameter, og bredden må ikke være mindre end 1.5 gange stålkernens diameter. Kontaktmodstanden for alle svejsepunkter skal være ≤ 0.01Ω.
Anvendelser af offerzinkanoder
Offerzinkanoder anvendes i vid udstrækning inden for marine, olie og gas, kommunale områder, skibsbygning og vandbesparelse. Korrosionsmiljøet, de beskyttede strukturers egenskaber, anodevalg samt svejse- og installationskrav varierer på tværs af disse forskellige områder.
Havmiljøet er det mest omfattende anvendelsesområde for offerzinkanoder, herunder offshore olieplatforme, undersøiske rørledninger, stålpæle i dokker, bølgebrydere og brofundamenter. Det korrosive miljø er havvand (fuldt nedsænket zone, tidevandszone, stænkzone), der er karakteriseret ved høj kloridionkoncentration, høj strømningshastighed og alvorlig marin begroning, hvilket resulterer i en høj korrosionshastighed. Zink-aluminium-cadmium-legeringsanoder (ASTM B418-16a Type I/T/CSCP 0001-2024) foretrækkes. Blok- og armbåndsformede anoder anvendes i den fuldt nedsænkede zone. Blokanoder anvendes i tidevandszonen med øget installationstæthed. På grund af det barske korrosive miljø i stænkzonen er antikorrosive belægninger også nødvendige.
Olie og gas
Anvendelser af offerzinkanoder inden for olie- og gasteknik omfatter primært nedgravede olie-/gasrørledninger, olie- og gaslagertanke og injektionsbrøndrør. Det korrosive miljø er primært jord og oliefeltvand (højt saltindhold, høje kloridioner, indeholdende CO₂/H₂S). De vigtigste korrosionstyper er lokaliseret grubetæring og spaltekorrosion. Stripzinkanoder (ZR-1 type/ZR-2 type) anvendes til nedgravede rørledninger i forbindelse med ledende fyldstoffer; blokzinkanoder (ZC-2 type) anvendes til olie- og gaslagertanke; og på grund af den højere temperatur (≤54 ℃) anvendes miljøvenlige zink-aluminium-indium-anoder til injektionsbrøndrør.
Skibsbygningsindustrien
Anvendelsen af offerzinkanoder i skibsbygningsindustrien Omfatter primært skibsskrog, ballasttanke, propeller, ror og havvandskølesystemer. Det korrosive miljø er havvand, som påvirkes betydeligt af skibets hastighed, havstrømme og tilstopning af marine organismer. Højrisikokorrosionsområder er vandlinjen og området nær propellen. Marinespecifikke zinkanoder bør vælges. Blokanoder af zinkanoder (ZH-1-typen) anvendes til skroget, og strimmelformede zinkanoder (ZR-3-typen) anvendes til ballasttanke.
Kommunal ingeniørvirksomhed
Anvendelsen af offerzinkanoder i kommunal teknik omfatter hovedsageligt nedgravede vandforsynings- og dræningsrørledninger, gasrørledninger, rensningsanlægskonstruktioner og brofundamenter i byer. Det korrosive miljø er primært jord og spildevand (indeholdende forskellige korrosive ioner). Jordmodstanden varierer betydeligt. Strip-type zinkanoder (ZR-2 type / ZR-3 type) anvendes i jord med lav modstand (≤2000Ω・cm). Jord med høj modstand kræver brug af ledende fyldstoffer. Zink-aluminium-cadmiumlegeringsanoder anvendes til rensningsanlægskonstruktioner for at forhindre anodepassivering forårsaget af urenheder i spildevandet.
Vandbesparelsesteknik
Anvendelsen af offerzinkanoder i vandbesparelsesteknik omfatter hovedsageligt reservoirporte, vandrørledninger, akvædukter og stålkonstruktioner i vandkraftværker. Det korrosive miljø er hovedsageligt ferskvand og mudret vand med lav kloridionkoncentration og relativt langsom korrosionshastighed. Rene zinkanoder eller lavlegerede zinkanoder foretrækkes.
Udvælgelsesprincipper
Valget af offerzinkanoder bør følge principperne om miljømæssig egnethed, ydeevnetilpasning og økonomisk rationalitet. Anoder af zink-aluminium-cadmium/zink-aluminium-indium-legeringer anvendes i havvands-/miljøer med højt kloridionindhold. Rene zinkanoder eller lavlegerede zinkanoder anvendes i ferskvands-/jordmiljøer. Zinkanoder anvendes i miljøer med en resistivitet ≤2000Ω・cm. Jordmiljøer med en resistivitet >2000Ω・cm kræver brug af ledende fyldstoffer. Til miljøer med en resistivitet >5000Ω・cm anbefales magnesiumanoder. Den gældende temperatur for zinkanoder er ≤54℃. Hvis omgivelsestemperaturen er >54℃, bør der anvendes anoder af aluminiumlegering.
Konklusion
Offerzinkanoder, som kernematerialet i katodisk beskyttelsesteknologi, er blevet den foretrukne løsning til korrosionsbeskyttelse af stålkonstruktioner i havvand, jord, ferskvand og andre medier. Offerzinkanoder klassificeres efter legeringssammensætning i rene zinkanoder, zink-aluminium-cadmium-legeringsanoder og zink-aluminium-indium-legeringsanoder. De klassificeres også efter strukturform i blok-, strimmel-, stang- og armbåndsformer. Blandt disse er zink-aluminium-cadmium-legeringsanoder den mest almindeligt anvendte type inden for ingeniørarbejde på grund af deres fremragende elektrokemiske ydeevne. Offerzinkanoder anvendes i vid udstrækning inden for maritim teknik, olie- og gasteknik, skibsbygning, kommunal teknik, vandbesparelsesprojekter og andre områder. Valget bør bestemmes ud fra faktorer som medietype, resistivitet, temperatur og strukturform. Den gældende temperatur er ≤54 ℃, og resistiviteten er ≤2000Ω·cm.
