Gli anodi sacrificali in zinco saldati, grazie al loro potenziale stabile, all'elevata efficienza di corrente, al basso costo e alla forte adattabilità ambientale, sono diventati il materiale preferito per la protezione dalla corrosione delle strutture in acciaio in acqua di mare, fanghi salini, terreno e altri mezzi. Sono ampiamente utilizzati in navi, piattaforme petrolifere offshore, oleodotti interrati, serbatoi di stoccaggio, pali in acciaio per banchine e altri settori. La saldatura è la tecnologia fondamentale per ottenere una connessione elettrica affidabile tra l'anodo sacrificale in zinco e la struttura metallica protetta.
Tipi di saldatura degli anodi sacrificali di zinco
Saldatura sacrificale Gli anodi di zinco vengono classificati in base agli elementi della lega e alla forma strutturale, con conseguenti differenze significative nelle prestazioni elettrochimiche e nelle applicazioni.
Anodi di zinco puro
Contenuto di zinco ≥99.95%, con impurità come ferro, rame e piombo rigorosamente controllate a livelli molto bassi. Il potenziale a circuito aperto è di circa -1.03 V (rispetto a Cu/CuSO₄) e l'efficienza di corrente è di circa il 70%~80%. Adatto per acqua dolce e ambienti leggermente corrosivi con basse concentrazioni di ioni cloruro.
Anodi di zinco-alluminio-cadmio
Contenuto di alluminio 2.5%~3.5%, contenuto di cadmio 0.05%~0.15%, conforme ai requisiti della norma ASTM B418-16a Tipo I. Il potenziale a circuito aperto è -1.05~-1.15 V (rispetto a Cu/CuSO₄) e l'efficienza di corrente è ≥90%. È la scelta principale per la protezione delle strutture metalliche in acqua di mare ed è il tipo più comune di anodo di zinco saldato.
Anodi di zinco-alluminio-indio
Ecologico e privo di cadmio, con un contenuto di indio dallo 0.02% allo 0.05%. Le sue prestazioni elettrochimiche sono paragonabili a quelle delle leghe zinco-alluminio-cadmio, con un potenziale a circuito aperto da -1.04 a -1.12 V (rispetto a Cu/CuSO₄) e un'efficienza di corrente ≥92%. È adatto all'ingegneria navale e ai progetti in prossimità di fonti di acqua potabile dove le emissioni di cadmio sono severamente limitate.
Anodi di zinco a blocchi saldati
Prodotti tramite fusione, questi anodi hanno un peso variabile da diversi chilogrammi a centinaia di chilogrammi e sono caratterizzati da un'elevata capacità per unità di peso e da un'uscita di corrente stabile. Gli anodi a blocco richiedono la saldatura alla struttura protetta tramite un'anima in acciaio o una piastra di ferro e sono utilizzati principalmente per strutture di grandi dimensioni come scafi di navi, piattaforme offshore, fondi di serbatoi di stoccaggio e pali in acciaio per banchine portuali.
Anodi di zinco saldati a strisce
Realizzati mediante stampaggio per estrusione, con spessori da 1 a 5 mm, larghezze da 10 a 50 mm e lunghezze personalizzabili, sono flessibili e possono essere piegati e rivestiti. Gli anodi a striscia possono essere saldati direttamente alla struttura protetta o collegati alle tubazioni tramite saldatura alluminotermica. Sono adatti per applicazioni che richiedono una posa continua, come condotte interrate, pareti interne di serbatoi e piccoli componenti navali.
Anodi di zinco per braccialetti
Dotati di una struttura a blocco arcuato, progettata specificamente per le condotte, questi anodi possono essere montati direttamente all'esterno del tubo e saldati in posizione. Garantiscono una distribuzione uniforme della corrente e sono facili da installare, adatti per condotte offshore, condotte sottomarine e altre applicazioni simili.
Specifiche per anodi di zinco sacrificali saldati
Le specifiche per gli anodi sacrificali in zinco saldati si dividono in tre categorie principali: materiali, parametri di prestazione elettrochimica e dimensioni strutturali. Queste specifiche costituiscono la base fondamentale per la selezione degli anodi, la costruzione della saldatura e il controllo qualità. Tutti i parametri delle specifiche devono soddisfare i requisiti degli standard vigenti.
Parametri fisici e chimici
I parametri fisici e chimici di anodi di zinco Includono principalmente composizione chimica, densità e durezza. La composizione chimica è il fattore chiave che determina le prestazioni elettrochimiche. Gli standard attuali prevedono rigide normative sul contenuto di zinco e di elementi in lega, nonché sui limiti massimi di impurità, per evitare che le impurità causino la passivazione dell'anodo o una diminuzione dell'efficienza di corrente. La Tabella 1 mostra i requisiti di composizione chimica (frazione di massa, %) per gli anodi in lega di zinco-alluminio-cadmio specificati dai principali standard nazionali e internazionali:
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Le proprietà fisiche dell'anodo di zinco sono le seguenti: densità di circa 7.14 g/cm³, punto di fusione 419~450 °C, durezza Brinell ≥60 HB, resistenza alla trazione degli anodi di zinco fusi ≥120 MPa, allungamento ≥2% e resistenza alla trazione degli anodi di zinco estrusi in nastro ≥180 MPa, allungamento ≥5%. Il suo punto di fusione è significativamente inferiore a quello dei componenti in acciaio. La temperatura deve essere rigorosamente controllata durante la saldatura per evitare un'eccessiva fusione dell'anodo, che potrebbe portare alla perdita dei componenti e al degrado delle prestazioni.
Prestazioni elettrochimiche
Le prestazioni elettrochimiche sono un indicatore tecnico fondamentale per gli anodi sacrificali in zinco. Determinano direttamente l'efficacia della protezione catodica. Secondo i requisiti degli standard T/CSCP 0001-2024 e AS 2239-2003, le prestazioni elettrochimiche degli anodi di zinco in ambienti con acqua di mare e sedimenti salini devono soddisfare i requisiti indicati nella Tabella 2:
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Nota: L'efficienza attuale dell'anodo di zinco nell'ambiente del suolo deve essere ≥85% e la capacità effettiva deve essere ≥700 Ah/kg.
Dimensioni strutturali
Non esistono dimensioni fisse uniformi per gli anodi sacrificali in zinco saldati. Wstitanium li personalizza in base alle vostre esigenze. Le norme attuali specificano solo i requisiti di tolleranza dimensionale (EN 12496-2013): per anodi di peso >50 kg, la tolleranza è ±3%; per anodi di peso <50 kg, la tolleranza è ±5%; la massa totale degli anodi fusi non deve essere inferiore al valore nominale.
- Anodi di zinco a blocchi
Tipo ZC-1: 300×150×60mm, peso circa 19.2kg, adatto per piccole imbarcazioni e accessori per cisterne;
Tipo ZC-2: 500×(115+135)×130mm, peso circa 56kg, adatto per piastre di fondo di cisterne e pali in acciaio per banchine;
Tipo ZH-1: 800×140×60mm, peso circa 47kg, adatto per scafi di navi e piattaforme offshore;
Tipo ZP-2: 1000×(65+75)×65mm, peso circa 33kg, adatto per condotte interrate e letti anodici di pozzi profondi.
- Anodi di zinco a strisce
Tipo ZR-1: 25.4 × 31.75 mm, peso circa 5.7 kg al metro, adatto per ambienti con terreno ad alta resistività;
Tipo ZR-2: 15.88 × 22.23 mm, peso circa 2.5 kg al metro, adatto per ambienti con acqua di mare e terreno umido;
Tipo ZR-3: 12.7 × 14.28 mm, peso circa 1.2 kg al metro, adatto per pareti interne di serbatoi e tubazioni;
Tipo ZR-4: 6.35 × 10 mm, peso circa 0.45 kg al metro, adatto per la riparazione di vecchie strutture.
Tutti gli anodi di zinco richiedono un'anima in acciaio (acciaio al carbonio o acciaio inossidabile). L'interfaccia tra l'anima in acciaio e la lega di zinco deve essere priva di fessure e di separazioni. La parte esposta dell'anima in acciaio deve essere trattata con un rivestimento anticorrosivo. La saldatura deve essere eseguita solo sull'anima in acciaio, evitando la saldatura diretta del corpo in lega di zinco.
Standard tecnici
La produzione, il controllo qualità e l'installazione saldata degli anodi sacrificali in zinco devono essere conformi ai requisiti normativi vigenti. Gli standard internazionali si basano principalmente su ASTM (USA), AS (Australia) ed EN (Europa). L'ambito di applicazione principale e i requisiti chiave dei vari standard sono i seguenti:
《Specifiche standard per anodi di zinco fusi e forgiati》. Si tratta di uno standard riconosciuto a livello internazionale per gli anodi di zinco, pubblicato dall'American Society for Testing and Materials. È lo standard per anodi di zinco più utilizzato a livello globale. Specifica la composizione chimica, i metodi analitici, il controllo qualità, i requisiti di produzione e la marcatura dell'imballaggio degli anodi di zinco fusi e forgiati. Lo standard classifica gli anodi di zinco in Tipo I e Tipo II. Il Tipo I è una lega di zinco-alluminio-cadmio, adatta per acqua di mare e ambienti salini; il Tipo II è un anodo di zinco puro, adatto per acqua dolce e terreni.
"Anodi galvanici (sacrificali) per la protezione catodica". Si tratta di uno standard australiano. È completo e copre tre tipi di anodi sacrificali: a base di zinco, a base di alluminio e a base di magnesio. Specifica i requisiti per il materiale del nucleo dell'anodo, le proprietà meccaniche, le caratteristiche elettrochimiche, i requisiti del materiale di riempimento e i requisiti dell'anodo preriempito. Lo standard definisce chiaramente il tasso di consumo e i requisiti di potenziale a circuito aperto degli anodi di zinco in diversi mezzi (acqua di mare, suolo, acqua potabile), rendendolo una base importante per la selezione degli anodi di zinco in ambienti multimediali.
"Protezione catodica - Anodi sacrificali per la protezione catodica". Questa norma europea specifica i requisiti generali, le tolleranze dimensionali, i metodi di prova, la marcatura e l'imballaggio degli anodi sacrificali. Si concentra su specifiche dettagliate per le deviazioni dimensionali degli anodi, come una tolleranza di lunghezza di ±3% o ±25 mm per gli anodi a barra e tolleranze del diametro interno per gli anodi a bracciale in base alla classificazione del diametro del tubo. La costruzione della saldatura deve rispettare i requisiti dimensionali di questa norma per garantire un corretto contatto tra l'anodo e la struttura protetta.
《Controllo della corrosione esterna su sistemi di tubazioni metalliche interrate o sommerse》. Questa norma dell'American Association of Corrosion Engineers specifica i requisiti per il controllo della corrosione esterna di condotte metalliche interrate e sommerse. Definisce chiaramente le connessioni di saldatura, la resistenza di contatto e i potenziali test degli anodi sacrificali di zinco, fungendo da base fondamentale per la costruzione di anodi di zinco nell'ingegneria internazionale di oleodotti e gasdotti.
La saldatura degli anodi sacrificali in zinco deve essere conforme alle norme internazionali pertinenti in base all'ubicazione del progetto (ad esempio, ASTM B418-16a e NACE SP0169-2013 per i progetti europei e americani e AS 2239-2003 per i progetti australiani). Quando un progetto prevede requisiti tecnici specifici, è necessario attenersi alle disposizioni speciali descritte nelle specifiche tecniche del progetto, oltre a rispettare le norme vigenti.
Saldatura
La saldatura e l'installazione sono le fasi fondamentali nella costruzione di un sistema di protezione catodica con anodo sacrificale in zinco. Il requisito fondamentale è ottenere una connessione elettrica affidabile tra l'anodo e la struttura protetta (resistenza di contatto ≤ 0.01Ω). I principali metodi di saldatura per gli anodi di zinco sono la saldatura a termite (saldatura esotermica) e la saldatura ad arco.
Saldatura alla termite (saldatura esotermica)
La saldatura alla termite è un metodo di saldatura che sfrutta il calore di una reazione chimica di una miscela di termite per fondere il metallo e formare una saldatura. È adatta per collegare anodi di zinco a forma di striscia a tubi/serbatoi di stoccaggio e per collegare l'anima in acciaio di anodi a blocco a componenti in acciaio di grandi dimensioni, ed è il metodo preferito per la saldatura di anodi sacrificali di zinco.
Saldatura ad arco
La saldatura ad arco è adatta solo per saldare il nucleo in acciaio degli anodi di zinco a blocchi ai componenti in acciaio. La saldatura diretta del corpo in lega di zinco è severamente vietata per evitare il surriscaldamento e la fusione della lega di zinco, con conseguente perdita di componenti e degrado delle prestazioni elettrochimiche dell'anodo.
Qualità della saldatura
La qualità della saldatura è fondamentale per determinare l'efficacia della protezione catodica. Dopo la saldatura, i punti di saldatura devono essere lasciati raffreddare naturalmente; il raffreddamento forzato è vietato. Il cordone di saldatura deve essere pieno, continuo, privo di cricche, pori, inclusioni di scorie e mancanze di fusione. L'altezza della saldatura non deve essere inferiore a 1/2 del diametro del nucleo in acciaio e la larghezza non deve essere inferiore a 1.5 volte il diametro del nucleo in acciaio. La resistenza di contatto di tutti i punti di saldatura deve essere ≤ 0.01Ω.
Applicazioni dell'anodo di zinco sacrificale
Gli anodi sacrificali in zinco sono ampiamente utilizzati nei settori marittimo, petrolifero e del gas, municipale, cantieristico e della tutela delle acque. L'ambiente di corrosione, le caratteristiche delle strutture protette, la selezione degli anodi e i requisiti di saldatura e installazione variano a seconda dei diversi settori.
L'ambiente marino è l'area di applicazione più estesa per gli anodi sacrificali in zinco, comprese piattaforme petrolifere offshore, condotte sottomarine, pali in acciaio per banchine, frangiflutti e fondazioni di ponti. L'ambiente corrosivo è l'acqua di mare (zona completamente sommersa, zona di marea, zona di spruzzi), caratterizzata da elevata concentrazione di ioni cloruro, elevata velocità di flusso e grave incrostazione marina, con conseguente elevata velocità di corrosione. Gli anodi in lega di zinco-alluminio-cadmio (ASTM B418-16a Tipo I/T/CSCP 0001-2024) sono preferiti. Gli anodi a blocco e a bracciale vengono utilizzati nella zona completamente sommersa. Gli anodi a blocco vengono utilizzati nella zona di marea con una maggiore densità di installazione. A causa dell'ambiente corrosivo ostile nella zona di spruzzi, sono richiesti anche rivestimenti anticorrosivi.
Olio e Gas
Le applicazioni degli anodi sacrificali in zinco nell'ingegneria petrolifera e del gas includono principalmente oleodotti/gasdotti interrati, serbatoi di stoccaggio di petrolio e gas e tubazioni per pozzi di iniezione. L'ambiente corrosivo è costituito principalmente dal suolo e dall'acqua dei giacimenti petroliferi (elevata salinità, elevato contenuto di ioni cloruro, contenente CO₂/H₂S). I principali tipi di corrosione sono la vaiolatura localizzata e la corrosione interstiziale. Gli anodi di zinco a strisce (tipo ZR-1/tipo ZR-2) vengono utilizzati per le condotte interrate, in combinazione con riempitivi conduttivi; gli anodi di zinco a blocchi (tipo ZC-2) vengono utilizzati per i serbatoi di stoccaggio di petrolio e gas; e, grazie alla temperatura più elevata (≤54 °C), gli anodi ecologici in zinco-alluminio-indio vengono utilizzati per le tubazioni per pozzi di iniezione.
Industria cantieristica
L'applicazione di anodi sacrificali di zinco nel industria cantieristica Include principalmente scafi di navi, casse di zavorra, eliche, timoni e sistemi di raffreddamento ad acqua di mare. L'ambiente corrosivo è l'acqua di mare, che è significativamente influenzata dalla velocità della nave, dalle correnti oceaniche e dalla contaminazione da organismi marini. Le aree ad alto rischio di corrosione sono la linea di galleggiamento e l'area vicino all'elica. È necessario selezionare anodi di zinco specifici per uso marino. Gli anodi di zinco a blocco (tipo ZH-1) vengono utilizzati per lo scafo, mentre gli anodi di zinco a strisce (tipo ZR-3) vengono utilizzati per le casse di zavorra.
Ingegneria municipale
L'applicazione degli anodi sacrificali di zinco nell'ingegneria municipale include principalmente condotte idriche e di drenaggio urbane interrate, gasdotti, strutture di impianti di depurazione e fondazioni di ponti urbani. L'ambiente corrosivo è costituito principalmente da suolo e acque reflue (contenenti vari ioni corrosivi). La resistività del suolo varia considerevolmente. Gli anodi di zinco a strisce (tipo ZR-2 / tipo ZR-3) vengono utilizzati in terreni a bassa resistività (≤2000Ω・cm). I terreni ad alta resistività richiedono l'uso di riempitivi conduttivi. Gli anodi in lega di zinco-alluminio-cadmio vengono utilizzati nelle strutture degli impianti di depurazione per prevenire la passivazione degli anodi causata dalle impurità presenti nelle acque reflue.
Ingegneria per la conservazione dell'acqua
L'applicazione degli anodi sacrificali di zinco nell'ingegneria di conservazione delle acque riguarda principalmente paratoie di bacini idrici, condotte idriche, acquedotti e strutture in acciaio di centrali idroelettriche. L'ambiente corrosivo è costituito principalmente da acqua dolce e acqua fangosa, con bassa concentrazione di ioni cloruro e velocità di corrosione relativamente lenta. Sono preferiti anodi di zinco puro o anodi di zinco bassolegati.
Principi di selezione
La selezione degli anodi sacrificali in zinco deve seguire i principi di idoneità ambientale, adattamento delle prestazioni e razionalità economica. Gli anodi in lega di zinco-alluminio-cadmio/zinco-alluminio-indio sono utilizzati in ambienti con acqua di mare/ad alto contenuto di ioni cloruro. Gli anodi in zinco puro o anodi in zinco debolmente legato sono utilizzati in ambienti con acqua dolce/suolo. Gli anodi in zinco sono utilizzati in ambienti con resistività ≤2000Ω・cm. Gli ambienti suolo con resistività >2000Ω・cm richiedono l'uso di riempitivi conduttivi. Per ambienti con resistività >5000Ω・cm, si raccomandano anodi in magnesio. La temperatura applicabile per gli anodi in zinco è ≤54℃. Se la temperatura ambiente è >54℃, si consiglia l'uso di anodi in lega di alluminio.
Conclusione
Gli anodi sacrificali in zinco, come materiale principale della tecnologia di protezione catodica, sono diventati la soluzione preferita per la protezione dalla corrosione delle strutture in acciaio in acqua di mare, suolo, acqua dolce e altri mezzi. Gli anodi sacrificali in zinco sono classificati in base alla composizione della lega in anodi di zinco puro, anodi in lega di zinco-alluminio-cadmio e anodi in lega di zinco-alluminio-indio. Sono inoltre classificati in base alla forma strutturale in blocchi, strisce, barre e bracciali. Tra questi, gli anodi in lega di zinco-alluminio-cadmio sono i più comunemente utilizzati in ingegneria grazie alle loro eccellenti prestazioni elettrochimiche. Gli anodi sacrificali in zinco sono ampiamente utilizzati in ingegneria navale, ingegneria petrolifera e del gas, cantieristica navale, ingegneria municipale, progetti di conservazione delle acque e altri settori. La selezione deve essere determinata in base a fattori quali il tipo di mezzo, la resistività, la temperatura e la forma strutturale. La temperatura applicabile è ≤54 °C e la resistività è ≤2000 Ω·cm.
