溶接亜鉛犠牲陽極は、その安定した電位、高い電流効率、低コスト、そして優れた環境適応性により、海水、塩水泥、土壌などの媒体における鋼構造物の腐食防止に最も適した材料となっています。船舶、海洋石油プラットフォーム、埋設パイプライン、貯蔵タンク、ドック鋼管杭などの分野で広く使用されています。溶接は、犠牲亜鉛陽極と保護対象の金属構造物との間の信頼性の高い電気的接続を実現するための中核技術です。
溶接亜鉛犠牲陽極の種類
溶接 犠牲的な 亜鉛陽極は合金元素と構造形態に基づいて分類され、電気化学的性能と用途に大きな違いが生じます。
純亜鉛陽極
亜鉛含有量は99.95%以上で、鉄、銅、鉛などの不純物元素は極めて低いレベルに厳密に管理されています。開放電位は約-1.03V（Cu/CuSO₄基準）、電流効率は約70%～80%です。淡水および塩化物イオン濃度が低い軽度の腐食性環境に適しています。
亜鉛-アルミニウム-カドミウム陽極
アルミニウム含有量2.5%～3.5%、カドミウム含有量0.05%～0.15%で、ASTM B418-16a Type I規格の要件を満たしています。開路電位は-1.05～-1.15V（対Cu/CuSO₄）、電流効率は90%以上です。海水中の金属構造物を保護する主流の選択肢であり、最も一般的な溶接亜鉛陽極です。
亜鉛-アルミニウム-インジウム陽極
環境に優しく、カドミウムフリーで、インジウム含有量は0.02%～0.05%です。電気化学特性は亜鉛-アルミニウム-カドミウム合金に匹敵し、開路電位は-1.04～-1.12V（Cu/CuSO₄比）、電流効率は92%以上です。カドミウムの排出が厳しく制限されている海洋工学や飲料水源付近のプロジェクトに適しています。
溶接ブロック亜鉛陽極
鋳造で製造されるこれらの陽極は、重量が数キログラムから数百キログラムに及び、単位重量あたりの静電容量が高く、安定した電流出力を特徴としています。ブロック陽極は、鋼製コアまたは平鋼を介して保護構造物に溶接する必要があり、主に船体、海洋プラットフォーム、貯蔵タンク底部、ドックの鋼製杭などの大型構造物に使用されます。
溶接ストリップ亜鉛陽極
押出成形により製造され、厚さ1～5mm、幅10～50mm、長さはカスタマイズ可能です。柔軟性が高く、曲げたり巻き付けたりすることができます。帯状陽極は、保護対象構造物に直接溶接するか、アルミノテルミット溶接で配管に接続することができます。埋設パイプライン、タンク内壁、小型船舶部品など、連続敷設が必要な用途に適しています。
ブレスレット亜鉛陽極
パイプライン専用に設計された円弧状のブロック構造を特徴とするこれらの陽極は、パイプの外側に直接取り付け、溶接することができます。均一な電流分布を提供し、設置も容易で、オフショアパイプライン、海底パイプライン、その他の類似の用途に適しています。
溶接犠牲亜鉛陽極の仕様
溶接犠牲亜鉛陽極の仕様は、材料、電気化学的性能パラメータ、構造寸法の3つの主要なカテゴリーに分かれています。これらの仕様は、陽極の選定、溶接施工、品質検査の核となる基準です。すべての仕様パラメータは、最新の規格要件を満たす必要があります。
物理的および化学的パラメータ
物理的および化学的パラメータ 亜鉛陽極 主な要件は化学組成、密度、硬度です。化学組成は電気化学的性能を決定する重要な要素です。現在の規格では、亜鉛および合金元素の含有量、ならびに不純物元素の上限について厳しい規制が設けられており、不純物による陽極の不活性化や電流効率の低下を防いでいます。表1は、主要な国内および国際規格で規定されている亜鉛-アルミニウム-カドミウム合金陽極の化学組成要件（質量分率、％）を示しています。
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亜鉛陽極の物理的特性は、密度約7.14 g/cm³、融点419～450℃、ブリネル硬度60 HB以上、鋳造亜鉛陽極の引張強度120 MPa以上、伸び2%以上、押出帯亜鉛陽極の引張強度180 MPa以上、伸び5%以上です。融点は鋼材よりも大幅に低いため、溶接時には陽極の過度の溶融を防ぐため、温度を厳密に管理する必要があります。過度の溶融は部品の損失や性能低下につながる可能性があります。
電気化学的性能
電気化学的性能は、犠牲亜鉛陽極の中核的な技術指標であり、陰極防食の有効性を直接的に決定する。T/CSCP 0001-2024およびAS 2239-2003規格の要求事項によれば、海水および塩水堆積物環境における亜鉛陽極の電気化学的性能は、表2に示す要件を満たす必要がある。
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注意： 土壌環境における亜鉛陽極の電流効率は 85% 以上、実容量は 700 Ah/kg 以上である必要があります。
構造寸法
溶接犠牲亜鉛陽極には均一な固定寸法はありません。 チタン お客様のニーズに合わせてカスタマイズいたします。現在の規格では寸法公差要件（EN 12496-2013）のみが規定されています。50kgを超える陽極の場合、公差は±3%、50kg未満の陽極の場合、公差は±5%です。鋳造陽極の総質量は公称値以上でなければなりません。
- ブロック亜鉛陽極
ZC-1型：300×150×60mm、重量約19.2kg、小型船舶やタンクアクセサリーに適しています。
ZC-2型：500×(115+135)×130mm、重量約56kg、タンク底板やドック鋼管杭などに適しています。
ZH-1型：800×140×60mm、重量約47kg、船体や海上プラットフォームに適しています。
ZP-2型：1000×(65+75)×65mm、重量約33kg、埋設パイプラインや深井戸陽極床に適しています。
- ストリップ亜鉛陽極
ZR-1 タイプ: 25.4 × 31.75 mm、重量は 1 メートルあたり約 5.7 kg、高抵抗土壌環境に適しています。
ZR-2 タイプ: 15.88 × 22.23 mm、重量は 1 メートルあたり約 2.5 kg、海水や湿った土壌環境に適しています。
ZR-3タイプ：12.7×14.28mm、重量約1.2kg/メートル、タンクの内壁やパイプラインに適しています。
ZR-4タイプ：6.35×10mm、重量は1メートルあたり約0.45kg、古い構造物の修復に適しています。
すべての亜鉛陽極には鋼心材（炭素鋼またはステンレス鋼）が必要です。鋼心材と亜鉛合金との界面には隙間や剥離がないようにしてください。鋼心材の露出部には防錆コーティングを施してください。溶接は鋼心材のみに施し、亜鉛合金本体への直接溶接は避けてください。
技術基準
犠牲亜鉛陽極の製造、品質検査、および溶接施工は、最新の規格要件に準拠する必要があります。国際規格は主にASTM（米国）、AS（オーストラリア）、EN（欧州）に基づいています。各規格の主な適用範囲と主な要件は次のとおりです。
《鋳造及び鍛造亜鉛陽極の標準仕様》。これは、米国材料試験協会（ASTS）が発行した亜鉛陽極に関する国際的に認められた規格であり、世界で最も広く使用されている亜鉛陽極規格です。鋳造及び鍛造亜鉛陽極の化学組成、分析方法、品質管理、製造要件、および包装表示を規定しています。この規格では、亜鉛陽極をタイプIとタイプIIに分類しています。タイプIは亜鉛-アルミニウム-カドミウム合金で、海水および塩水媒体に適しています。タイプIIは純亜鉛陽極で、淡水および土壌媒体に適しています。
《電気防食用ガルバニック（犠牲）陽極》。これはオーストラリア規格であり、亜鉛系、アルミニウム系、マグネシウム系の3種類の犠牲陽極を網羅する包括的な規格です。陽極芯材、機械的特性、電気化学的特性、充填材、プレフィルド陽極の要件を規定しています。この規格は、様々な媒体（海水、土壌、飲料水）における亜鉛陽極の消耗率と開路電位要件を明確に定義しており、多媒体環境における亜鉛陽極の選定における重要な基準となります。
《陰極防食 - 陰極防食用犠牲陽極》。この欧州規格は、犠牲陽極の一般要件、寸法公差、試験方法、表示、包装を規定しています。棒状陽極の長さ公差は±3%または±25mm、ブレスレット型陽極の内径公差は管径区分に基づき規定するなど、陽極の寸法偏差に関する詳細な規定に重点を置いています。溶接施工においては、陽極と保護対象構造物との適切な接触を確保するために、この規格の寸法要件を遵守する必要があります。
《地下または水中金属配管システムの外部腐食制御》。この米国腐食工学協会（AEC）規格は、地下および水中の金属パイプラインの外部腐食制御に関する要件を規定しています。溶接接合部、接触抵抗、および犠牲亜鉛陽極の電位試験を明確に定義しており、国際的な石油・ガスパイプラインエンジニアリングにおける亜鉛陽極構造の中核的な基礎となっています。
犠牲亜鉛陽極の溶接は、プロジェクトの所在地に応じて関連する国際規格（例えば、欧米のプロジェクトの場合はASTM B418-16aおよびNACE SP0169-2013、オーストラリアのプロジェクトの場合はAS 2239-2003）に準拠する必要があります。プロジェクトに特定の技術要件がある場合は、現行の規格を満たすことに加えて、プロジェクトの技術仕様書に記載されているこれらの特別規定にも従う必要があります。
溶接
犠牲亜鉛陽極カソード防食システムの構築において、溶接と設置は中心的なステップです。重要な要件は、陽極と保護対象構造物との間の信頼性の高い電気的接続（接触抵抗≤0.01Ω）を実現することです。亜鉛陽極の主な溶接方法は、テルミット溶接（発熱溶接）とアーク溶接です。
テルミット溶接（発熱溶接）
テルミット溶接は、テルミット混合物の化学反応熱を利用して金属を溶融し、溶接部を形成する溶接方法です。帯状の亜鉛陽極を配管・貯蔵タンクに接続したり、ブロック陽極の鋼心線を大型鋼製部品に接続したりするのに適しており、犠牲亜鉛陽極の溶接にも最適な方法です。
アーク溶接
アーク溶接は、ブロック亜鉛陽極の鋼心と鋼製部品の溶接にのみ適しています。亜鉛合金本体を直接溶接することは、亜鉛合金の過熱と溶融を防ぎ、部品の損失や陽極の電気化学的性能の低下を招くため、厳禁です。
溶接品質
溶接品質は、陰極防食の有効性を決定する上で非常に重要です。溶接後は、溶接箇所を自然冷却させる必要があり、強制冷却は禁止されています。溶接シームは完全かつ連続的で、ひび割れ、気孔、スラグの混入、融合不良がないことが必要です。溶接高さは鋼心径の1/2以上、幅は鋼心径の1.5倍以上である必要があります。すべての溶接箇所の接触抵抗は0.01Ω以下である必要があります。
犠牲亜鉛陽極の用途
犠牲亜鉛陽極は、海洋、石油・ガス、公共事業、造船、水利分野で広く使用されています。腐食環境、保護対象構造物の特性、陽極の選定、溶接および設置要件は、それぞれの分野によって異なります。
海洋環境は、海洋石油プラットフォーム、海底パイプライン、ドック鋼管杭、防波堤、橋梁基礎など、犠牲亜鉛陽極の最も広範な適用分野です。腐食環境は海水（完全水没帯、潮汐帯、飛沫帯）であり、塩化物イオン濃度が高く、流速が高く、海洋汚染が激しいため、腐食速度が速くなります。亜鉛-アルミニウム-カドミウム合金陽極（ASTM B418-16a Type I/T/CSCP 0001-2024）が推奨されます。完全水没帯では、ブロック型およびブレスレット型の陽極が使用されます。潮汐帯では、設置密度が高く、ブロック型の陽極が使用されます。飛沫帯は腐食環境が厳しいため、防食コーティングも必要です。
石油とガス
石油・ガス工学における犠牲亜鉛陽極の用途は、主に埋設石油・ガスパイプライン、石油・ガス貯蔵タンク、注入井配管などです。腐食環境は主に土壌および油田水（高塩分、高塩化物イオン、CO₂/H₂S含有）です。主な腐食形態は局部孔食と隙間腐食です。帯状亜鉛陽極（ZR-1型/ZR-2型）は、導電性充填材と組み合わせて埋設パイプラインに使用されます。ブロック状亜鉛陽極（ZC-2型）は石油・ガス貯蔵タンクに使用されます。また、高温（≤54℃）のため、注入井配管には亜鉛・アルミニウム・インジウム系環境に優しい陽極が使用されます。
造船業
犠牲亜鉛陽極の適用 造船業 主な腐食対象は、船体、バラストタンク、プロペラ、舵、海水冷却システムです。腐食環境は海水であり、船速、海流、海洋生物の付着などの影響を大きく受けます。腐食リスクの高い箇所は、喫水線およびプロペラ近傍です。亜鉛陽極は、船舶専用のものを選択する必要があります。船体にはブロック型亜鉛陽極（ZH-1型）、バラストタンクには帯状亜鉛陽極（ZR-3型）を使用します。
都市工学
都市工学における犠牲亜鉛陽極の応用分野は、主に埋設都市給排水管、ガス管、下水処理場構造物、都市橋梁基礎などです。腐食環境は主に土壌と下水（各種腐食性イオンを含む）です。土壌抵抗率は大きく異なります。低抵抗土壌（≤2000Ω・cm）には、帯状亜鉛陽極（ZR-2型/ZR-3型）が使用されます。高抵抗土壌には導電性フィラーを使用する必要があります。下水処理場構造物には、下水中の不純物による陽極不動態化を防ぐため、亜鉛-アルミニウム-カドミウム合金陽極が使用されます。
水利工学
水利工学における犠牲亜鉛陽極の応用は、主に貯水池ゲート、水道管、導水橋、水力発電所の鋼構造物などです。腐食環境は主に淡水と泥水であり、塩化物イオン濃度が低く、腐食速度が比較的遅いため、純亜鉛陽極または低合金亜鉛陽極が好まれます。
選定原則
犠牲亜鉛陽極の選択は、環境適合性、性能マッチング、経済合理性の原則に従う必要があります。海水/高塩化物イオン環境では、亜鉛-アルミニウム-カドミウム/亜鉛-アルミニウム-インジウム合金陽極を使用します。淡水/土壌環境では、純亜鉛陽極または低合金亜鉛陽極を使用します。亜鉛陽極は、抵抗率が2000Ω・cm以下の環境で使用します。抵抗率が2000Ω・cmを超える土壌環境では、導電性フィラーを使用する必要があります。抵抗率が5000Ω・cmを超える環境では、マグネシウム陽極が推奨されます。亜鉛陽極の適用温度は54℃以下です。周囲温度が54℃を超える場合は、アルミニウム合金陽極を使用する必要があります。
結論
犠牲亜鉛陽極は、陰極防食技術の中核材料として、海水、土壌、淡水などの媒体における鋼構造物の腐食防止に最も適したソリューションとなっています。犠牲亜鉛陽極は、合金組成により、純亜鉛陽極、亜鉛-アルミニウム-カドミウム合金陽極、亜鉛-アルミニウム-インジウム合金陽極に分類されます。また、構造形状により、ブロック状、帯状、棒状、ブレスレット状に分類されます。これらのうち、亜鉛-アルミニウム-カドミウム合金陽極は、その優れた電気化学性能により、エンジニアリング分野で最も一般的に使用されています。犠牲亜鉛陽極は、海洋工学、石油・ガス工学、造船、都市工学、水利プロジェクトなどの分野で広く使用されています。媒体の種類、抵抗率、温度、構造形状などの要因に基づいて選択する必要があります。適用温度は≤54℃、抵抗率は≤2000Ω·cmです。
