Sveising av sinkofferanoder har, på grunn av deres stabile potensial, høye strømeffektivitet, lave kostnader og sterke miljøtilpasningsevne, blitt det foretrukne materialet for korrosjonsbeskyttelse av stålkonstruksjoner i sjøvann, saltholdig slam, jord og andre medier. De er mye brukt i skip, offshore oljeplattformer, nedgravde rørledninger, lagringstanker, stålpæler i dokker og andre felt. Sveising er kjerneteknologien for å oppnå pålitelig elektrisk forbindelse mellom sinkofferanoden og den beskyttede metallkonstruksjonen.
Typer av sveise-sinkofferanoder
Sveising offer Sinkanoder klassifiseres basert på legeringselementer og strukturell form, noe som resulterer i betydelige forskjeller i elektrokjemisk ytelse og anvendelser.
Anoder av ren sink
Sinkinnhold ≥99.95 %, med forurensninger som jern, kobber og bly strengt kontrollert til svært lave nivåer. Åpenkretspotensialet er omtrent -1.03 V (vs. Cu/CuSO₄), og strømeffektiviteten er omtrent 70 %~80 %. Egnet for ferskvann og mildt korrosive miljøer med lave kloridionkonsentrasjoner.
Sink-aluminium-kadmium-anoder
Aluminiuminnhold 2.5 %–3.5 %, kadmiuminnhold 0.05 %–0.15 %, og oppfyller kravene i ASTM B418-16a Type I-standarden. Åpen kretspotensial er -1.05–1.15 V (vs. Cu/CuSO₄), og strømeffektiviteten er ≥90 %. Det er det vanligste valget for å beskytte metallkonstruksjoner i sjøvann og er den vanligste typen sveiset sinkanode.
Sink-aluminium-indium-anoder
Miljøvennlig og kadmiumfri, med et indiuminnhold på 0.02 % til 0.05 %. Den elektrokjemiske ytelsen er sammenlignbar med sink-aluminium-kadmiumlegeringer, med et åpen kretspotensial på -1.04 til -1.12 V (vs. Cu/CuSO₄) og en strømeffektivitet på ≥92 %. Den er egnet for marinteknikk og prosjekter nær drikkevannskilder der kadmiumutslipp er strengt begrenset.
Sveisede blokkzinkanoder
Disse anodene er støpt og har en vekt fra flere kilogram til hundrevis av kilogram, og de har høy kapasitans per vektenhet og stabil strømutgang. Blokkanoder krever sveising til den beskyttede konstruksjonen via en stålkjerne eller flatjern, og brukes primært til store konstruksjoner som skipsskrog, offshoreplattformer, bunner av lagringstank og stålpeler i dokker.
Sveisede sinkanoder
Produsert ved ekstruderingsstøping, med en tykkelse på 1–5 mm, en bredde på 10–50 mm og tilpassbar lengde. De er fleksible og kan bøyes og vikles. Stripsanoder kan sveises direkte til den beskyttede konstruksjonen eller kobles til rør via aluminotermisk sveising. De er egnet for applikasjoner som krever kontinuerlig legging, for eksempel nedgravde rørledninger, innervegger i tanker og små skipskomponenter.
Armbånds sinkanoder
Disse anodene har en bueformet blokkstruktur som er spesielt utviklet for rørledninger, og kan monteres direkte på utsiden av røret og sveises på plass. De gir jevn strømfordeling og er enkle å installere, og passer for offshore-rørledninger, undersjøiske rørledninger og andre lignende bruksområder.
Spesifikasjoner for sveisede offerzinkanoder
Spesifikasjonene for sveisede offersinkanoder følger tre hovedkategorier: materialer, elektrokjemiske ytelsesparametere og strukturelle dimensjoner. Disse spesifikasjonene er kjernegrunnlaget for anodevalg, sveisekonstruksjon og kvalitetsinspeksjon. Alle spesifikasjonsparametere må oppfylle gjeldende standardkrav.
Fysiske og kjemiske parametere
De fysiske og kjemiske parametrene til sinkanoder inkluderer hovedsakelig kjemisk sammensetning, tetthet og hardhet. Kjemisk sammensetning er nøkkelfaktoren som bestemmer elektrokjemisk ytelse. Gjeldende standarder har strenge forskrifter for innholdet av sink og legeringselementer, samt øvre grenser for urenhetselementer, for å forhindre at urenheter forårsaker anodepassivering eller en reduksjon i strømeffektivitet. Tabell 1 viser kravene til kjemisk sammensetning (massefraksjon, %) for sink-aluminium-kadmiumlegeringsanoder spesifisert av viktige nasjonale og internasjonale standarder:
| standard | Sink (Zn) | Aluminium (Al) | Kadmium (Cd) | Jern (Fe) | Kobber (Cu) | Bly (Pb) | Silisium (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 egenskapene til sinkanoden er som følger: tetthet omtrent 7.14 g/cm³, smeltepunkt 419~450 ℃, Brinell-hardhet ≥60 HB, strekkfasthet for støpte sinkanoder ≥120 MPa, forlengelse ≥2 %, og strekkfasthet for ekstruderte sinkanoder ≥180 MPa, forlengelse ≥5 %. Smeltepunktet er betydelig lavere enn for stålkomponenter. Temperaturen må kontrolleres strengt under sveising for å forhindre overdreven smelting av anoden, noe som kan føre til tap av komponenter og forringelse av ytelsen.
Elektrokjemisk ytelse
Elektrokjemisk ytelse er en sentral teknisk indikator for offersinkanoder. Den bestemmer direkte effektiviteten av katodisk beskyttelse. I henhold til kravene i standardene T/CSCP 0001-2024 og AS 2239-2003 må den elektrokjemiske ytelsen til sinkanoder i sjøvanns- og saltholdige sedimentmiljøer oppfylle kravene vist i tabell 2:
| Ytelsesindikator | Sjøvannsmiljø | Testing |
| Åpen kretspotensial (vs Cu/CuSO₄) | -1.05 ~ -1.15 V | Målt etter 24 timers stående. |
| Driftspotensial (vs Cu/CuSO₄) | -1.00 ~ -1.10 V | Målt etter påføring av nominell strøm. |
| Nåværende effektivitet | ≥ 90% | Akselerert korrosjonstest ≥ 1000 timer. |
| Faktisk kapasitet | ≥ 750 Ah/kg | Kontinuerlig utslipp i sjøvann. |
| Forbruksrate | ≤ 12 kg/(År) | Kontinuerlig test under nominell strøm. |
OBS: Strømeffektiviteten til sinkanoden i jordmiljøet skal være ≥85 %, og den faktiske kapasiteten skal være ≥700 Ah/kg.
Strukturelle dimensjoner
Det finnes ingen ensartede faste dimensjoner for sveisede offersinkanoder. Wstitanium tilpasser dem etter dine behov. Gjeldende standarder spesifiserer kun krav til dimensjonstoleranse (EN 12496-2013): for anoder som veier >50 kg er toleransen ±3 %; for anoder som veier <50 kg er toleransen ±5 %; den totale massen av støpte anoder skal ikke være mindre enn den nominelle verdien.
- Blokk sinkanoder
ZC-1 type: 300 × 150 × 60 mm, vekt omtrent 19.2 kg, egnet for små fartøy og tanktilbehør;
ZC-2 type: 500×(115+135)×130 mm, vekt ca. 56 kg, egnet for tankbunnplater og stålpeler i dokk;
ZH-1 type: 800 × 140 × 60 mm, vekt omtrent 47 kg, egnet for skipsskrog og offshore-plattformer;
ZP-2 type: 1000×(65+75)×65 mm, vekt ca. 33 kg, egnet for nedgravde rørledninger og anodelag i dype brønner.
- Strip sinkanoder
ZR-1 Type: 25.4 × 31.75 mm, vekt omtrent 5.7 kg per meter, egnet for jordmiljøer med høy resistivitet;
ZR-2 Type: 15.88 × 22.23 mm, vekt omtrent 2.5 kg per meter, egnet for sjøvann og fuktige jordmiljøer;
ZR-3 Type: 12.7 × 14.28 mm, vekt omtrent 1.2 kg per meter, egnet for tankens innervegger og rørledninger;
ZR-4 Type: 6.35 × 10 mm, vekt omtrent 0.45 kg per meter, egnet for reparasjon av gamle konstruksjoner.
Alle sinkanoder krever en stålkjerne (karbonstål eller rustfritt stål). Grensesnittet mellom stålkjernen og sinklegeringen må være fritt for åpninger og uten separasjon. Den eksponerte delen av stålkjernen må behandles med korrosjonsbeskyttelse. Sveising skal kun utføres på stålkjernen, og unngå direkte sveising av sinklegeringskroppen.
Tekniske standarder
Produksjon, kvalitetsinspeksjon og sveiseinstallasjon av offersinkanoder må overholde gjeldende standardkrav. Internasjonale standarder er primært basert på ASTM (USA), AS (Australia) og EN (Europa). Kjerneområdet og hovedkravene til de ulike standardene er som følger:
《Standardspesifikasjon for støpte og smidde galvaniske sinkanoder》. Dette er en internasjonalt anerkjent standard for sinkanoder utgitt av American Society for Testing and Materials. Det er den mest brukte sinkanodestandarden globalt. Den spesifiserer kjemisk sammensetning, analytiske metoder, kvalitetskontroll, produksjonskrav og emballasjemerking av støpte og smidde sinkanoder. Standarden klassifiserer sinkanoder i type I og type II. Type I er en sink-aluminium-kadmium-legering, egnet for sjøvann og saltvannsmedier; type II er en ren sinkanode, egnet for ferskvann og jordmedier.
《Galvaniske (offer-)anoder for katodisk beskyttelse》. Dette er en australsk standard. Den er omfattende og dekker tre typer offeranoder: sinkbaserte, aluminiumbaserte og magnesiumbaserte. Den spesifiserer kravene til anodekjernematerialet, mekaniske egenskaper, elektrokjemiske egenskaper, krav til fyllingsmateriale og krav til forhåndsfylte anoder. Standarden definerer tydelig forbruksraten og kravene til åpen kretspotensial for sinkanoder i forskjellige medier (sjøvann, jord, drikkevann), noe som gjør den til et viktig grunnlag for valg av sinkanoder i multimediemiljøer.
《Katodisk beskyttelse – Offeranoder for katodisk beskyttelse》. Denne europeiske standarden spesifiserer de generelle kravene, dimensjonstoleransene, testmetodene, merkingen og emballasjen til offeranoder. Den fokuserer på detaljerte spesifikasjoner for dimensjonsavvikene til anoder, for eksempel en lengdetoleranse på ±3 % eller ±25 mm for stangformede anoder, og toleranser for indre diameter for armbåndsanoder basert på klassifisering av rørdiameter. Sveisekonstruksjonen må overholde dimensjonskravene i denne standarden for å sikre god kontakt mellom anoden og den beskyttede konstruksjonen.
«Kontroll av utvendig korrosjon på underjordiske eller nedsenkede metallrørsystemer». Denne standarden fra American Association of Corrosion Engineers spesifiserer kravene til utvendig korrosjonskontroll av underjordiske og undervanns metallrørledninger. Den definerer tydelig sveiseforbindelser, kontaktmotstand og potensiell testing av offerzinkanoder, og fungerer som et kjernegrunnlag for konstruksjon av sinkanoder i internasjonal olje- og gassrørledningsteknikk.
Sveising av offersinkanoder må overholde relevante internasjonale standarder basert på prosjektets plassering (f.eks. ASTM B418-16a og NACE SP0169-2013 for europeiske og amerikanske prosjekter, og AS 2239-2003 for australske prosjekter). Når et prosjekt har spesifikke tekniske krav, må disse spesielle bestemmelsene som er skissert i prosjektets tekniske spesifikasjoner følges i tillegg til å oppfylle gjeldende standarder.
Sveising
Sveising og installasjon er kjernetrinnene i konstruksjonen av et katodisk beskyttelsessystem med offerzinkanode. Hovedkravet er å oppnå en pålitelig elektrisk forbindelse mellom anoden og den beskyttede strukturen (kontaktmotstand ≤ 0.01Ω). De viktigste sveisemetodene for sinkanoder er termittsveising (eksoterm sveising) og lysbuesveising.
Termittsveising (eksotermisk sveising)
Termittsveising er en sveisemetode som bruker varmen fra en kjemisk reaksjon av en termittblanding til å smelte metallet og danne en sveis. Den er egnet for å koble strimmelformede sinkanoder til rør/lagringstanker og koble stålkjernen til blokkanoder til store stålkomponenter, og er den foretrukne metoden for sveising av offersinkanoder.
Buesveising
Lysbuesveising er kun egnet for sveising av stålkjernen i blokksinkanoder til stålkomponenter. Direkte sveising av sinklegeringskroppen er strengt forbudt for å unngå overoppheting og smelting av sinklegeringen, noe som fører til tap av komponenter og forringelse av anodens elektrokjemiske ytelse.
Sveisekvalitet
Sveisekvaliteten er avgjørende for å bestemme effektiviteten til katodisk beskyttelse. Etter sveising må sveisepunktene avkjøles naturlig; tvungen avkjøling er forbudt. Sveisesømmen må være hel, kontinuerlig og fri for sprekker, porer, slagginneslutninger og manglende sammensmelting. Sveisehøyden skal ikke være mindre enn 1/2 av stålkjernediameteren, og bredden skal ikke være mindre enn 1.5 ganger stålkjernediameteren. Kontaktmotstanden til alle sveisepunkter må være ≤ 0.01Ω.
Anvendelser av offersinkanode
Offersinkanoder er mye brukt innen marine, olje og gass, kommunale, skipsbygging og vannvern. Korrosjonsmiljøet, egenskapene til de beskyttede konstruksjonene, anodevalg og sveise- og installasjonskrav varierer på tvers av disse ulike feltene.
Det marine miljøet er det mest omfattende bruksområdet for offer-sinkanoder, inkludert offshore oljeplattformer, undersjøiske rørledninger, stålpeler i dokker, bølgebrytere og brofundamenter. Det korrosive miljøet er sjøvann (fullstendig nedsenket sone, tidevannssone, sprutsone), karakterisert av høy kloridionkonsentrasjon, høy strømningshastighet og alvorlig marin begroing, noe som resulterer i høy korrosjonsrate. Sink-aluminium-kadmiumlegeringsanoder (ASTM B418-16a Type I/T/CSCP 0001-2024) er foretrukket. Blokk- og armbåndsformede anoder brukes i den fullstendig nedsenkede sonen. Blokkanoder brukes i tidevannssonen med økt installasjonstetthet. På grunn av det tøffe korrosive miljøet i sprutsonen, er det også behov for korrosjonshemmende belegg.
Olje og gass
Anvendelser av offerzinkanoder innen olje- og gassteknikk inkluderer hovedsakelig nedgravde olje-/gassrørledninger, olje- og gasslagringstanker og injeksjonsbrønnrør. Det korrosive miljøet er primært jord og oljefeltvann (høyt saltinnhold, høyt kloridinnhold, som inneholder CO₂/H₂S). De viktigste korrosjonstypene er lokalisert gropkorrosjon og spaltekorrosjon. Stripszinkanoder (ZR-1-type/ZR-2-type) brukes til nedgravde rørledninger, i forbindelse med ledende fyllstoffer; blokksinkanoder (ZC-2-type) brukes til olje- og gasslagringstanker; og på grunn av den høyere temperaturen (≤54 ℃) brukes miljøvennlige sink-aluminium-indium-anoder til injeksjonsbrønnrør.
Skipsbyggingsindustri
Bruken av offersinkanoder i verftsindustrien omfatter hovedsakelig skipsskrog, ballasttanker, propeller, ror og sjøvannskjølesystemer. Det korrosive miljøet er sjøvann, som påvirkes betydelig av skipets hastighet, havstrømmer og forurensning av marine organismer. Høyrisikoområder for korrosjon er vannlinjen og området nær propellen. Marinespesifikke sinkanoder bør velges. Blokktype sinkanoder (ZH-1-type) brukes til skroget, og striptype sinkanoder (ZR-3-type) brukes til ballasttanker.
Kommunalteknikk
Bruken av offerzinkanoder i kommunalteknikk omfatter hovedsakelig nedgravde rørledninger for vannforsyning og drenering i byer, gassrørledninger, konstruksjoner for avløpsrenseanlegg og fundamenter for bybruer. Det korrosive miljøet er hovedsakelig jord og kloakk (som inneholder forskjellige korrosive ioner). Jordmotstanden varierer betydelig. Stripslignende sinkanoder (ZR-2-type / ZR-3-type) brukes i jord med lav resistivitet (≤2000Ω・cm). Jord med høy resistivitet krever bruk av ledende fyllstoffer. Anoder av sink-aluminium-kadmiumlegering brukes i konstruksjoner for avløpsrenseanlegg for å forhindre anodepassivering forårsaket av urenheter i kloakken.
Vannbevaringsteknikk
Bruken av offerzinkanoder i vannvernteknikk omfatter hovedsakelig reservoarporter, vannrørledninger, akvedukter og stålkonstruksjoner i vannkraftverk. Det korrosive miljøet er hovedsakelig ferskvann og gjørmete vann, med lav kloridionkonsentrasjon og relativt lav korrosjonshastighet. Rene sinkanoder eller lavlegerte sinkanoder er å foretrekke.
Utvalgsprinsipper
Valget av offersinkanoder bør følge prinsippene om miljømessig egnethet, ytelsestilpasning og økonomisk rasjonalitet. Anoder av sink-aluminium-kadmium/sink-aluminium-indium-legering brukes i sjøvanns-/høykloridionmiljøer. Rene sinkanoder eller lavlegerte sinkanoder brukes i ferskvanns-/jordmiljøer. Sinkanoder brukes i miljøer med resistivitet ≤2000Ω・cm. Jordmiljøer med resistivitet >2000Ω・cm krever bruk av ledende fyllstoffer. For miljøer med resistivitet >5000Ω・cm anbefales magnesiumanoder. Gjeldende temperatur for sinkanoder er ≤54℃. Hvis omgivelsestemperaturen er >54℃, bør anoder av aluminiumlegering brukes.
Konklusjon
Offersinkanoder, som kjernematerialet i katodisk beskyttelsesteknologi, har blitt den foretrukne løsningen for korrosjonsbeskyttelse av stålkonstruksjoner i sjøvann, jord, ferskvann og andre medier. Offersinkanoder klassifiseres etter legeringssammensetning i rene sinkanoder, sink-aluminium-kadmiumlegeringsanoder og sink-aluminium-indiumlegeringsanoder. De klassifiseres også etter strukturform i blokk-, strimle-, stang- og armbåndsformer. Blant disse er sink-aluminium-kadmiumlegeringsanoder den mest brukte typen innen ingeniørfag på grunn av deres utmerkede elektrokjemiske ytelse. Offersinkanoder er mye brukt innen marinteknikk, olje- og gassteknikk, skipsbygging, kommunalteknikk, vannvernprosjekter og andre felt. Valget bør bestemmes basert på faktorer som medietype, resistivitet, temperatur og strukturform. Den aktuelle temperaturen er ≤54 ℃, og resistiviteten er ≤2000Ω·cm.
