Podkładki izolacyjne na korozję galwaniczną: Przewodnik po materiałach i instalacji

Dlaczego podkładki izolacyjne mają znaczenie w zespołach aluminiowo-nierdzewnych

Śruba ze stali nierdzewnej wkręcona bezpośrednio w aluminiowy wspornik wygląda dobrze już pierwszego dnia. Dodaj kilka miesięcy deszczu lub nadmorskiej wilgoci, a aluminium wokół otworu na śrubę zacznie kredować, wżerać się i tracić przyczepność do gwintu. Jest to korozja galwaniczna, która rozpoczyna się w momencie zetknięcia się dwóch różnych metali w obecności wilgoci.

Aluminium plasuje się znacznie poniżej stali nierdzewnej w skali elektrochemicznej, z różnicą potencjałów wynoszącą mniej więcej 0,5 do 0,6 V pomiędzy nimi w typowym środowisku zewnętrznym. Aluminium staje się anodą i koroduje; stal nierdzewna pełni rolę katody i pozostaje w dużej mierze nietknięta. Im szersza szczelina pomiędzy dwoma metalami w szeregu galwanicznym i im większa powierzchnia stali nierdzewnej w stosunku do aluminium, tym szybciej przebiega ta reakcja.

Podkładka izolacyjna przerywa ten obwód, fizycznie oddzielając łeb elementu mocującego od aluminiowej powierzchni. Pełniejsze zestawienie przebiegu tej reakcji w różnych środowiskach i gatunkach stali nierdzewnej można znaleźć tutaj szerszy przewodnik dotyczący zapobiegania korozji galwanicznej pomiędzy stalą nierdzewną a aluminium . Pozostała część tego artykułu skupia się w szczególności na samej pralce: z czego jest wykonana, jak ją dopasować i gdzie kończy się jej ochrona.

Porównanie popularnych materiałów podkładek izolacyjnych

Nie wszystkie nieprzewodzące podkładki zachowują się tak samo pod obciążeniem, wysoką temperaturą lub latami ekspozycji na zewnątrz. Wybór niewłaściwego materiału może oznaczać, że podkładka będzie doskonale izolować w dniu montażu, a w ciągu roku będzie się pełzać, pękać lub ściskać.

Nylon pokrywa większość ogólnych zespołów przy najniższych kosztach, ale pełza pod wpływem długotrwałego nacisku zaciskania, dlatego moment obrotowy może spokojnie spaść w ciągu pierwszego roku. Laminaty G10 i G11 są droższe, ale zachowują swój kształt pod rzeczywistym napięciem wstępnym, co czyni je częstszym wyborem w przypadku połączeń konstrukcyjnych lub połączeń krytycznych pod względem poślizgu. Niezależnie od użytego materiału, nadal wymaga on sztywności podkładki płaskie ze stali nierdzewnej do rozkładu obciążenia ułożone pomiędzy łbem łącznika a polimerem, dzięki czemu miękki materiał izolacyjny nie zostanie zmiażdżony bezpośrednio przez łeb śruby.

Jak prawidłowo zamontować podkładki izolacyjne

Podkładka działa tylko wtedy, gdy zakrywa całą powierzchnię styku. Podkładka, która jest nieco za mała lub taka, która przesuwa się poza środkiem podczas dokręcania, pozostawia kawałek gołego aluminium stykający się z gołą stalą nierdzewną — i ten kawałek wystarczy, aby wznowić reakcję galwaniczną, skoncentrowaną tylko na mniejszym obszarze.

Pełna izolacja oznacza leczenie podudzia, a nie tylko głowy. Jeżeli sam trzpień śruby styka się z aluminiowym otworem, oprócz podkładki pod łbem potrzebna jest tuleja z tworzywa sztucznego lub PTFE wokół trzpienia; w przeciwnym razie trzon stanie się nowym punktem kontaktowym. W przypadku połączeń śrubowych oznacza to zazwyczaj tuleję izolacyjną, podkładkę izolacyjną pod łbem i drugą pod nakrętką.

Kolejność układania też ma znaczenie. Częstą awarią jest umieszczenie podkładki izolacyjnej bezpośrednio przy łbie elementu mocującego i niczym innym, co powoduje, że ostra krawędź łba wbija się w miękki polimer podczas dokręcania i ostatecznie go przebija. Umieszczenie sztywnej podkładki ze stali nierdzewnej pomiędzy łbem łącznika a podkładką izolacyjną rozkłada obciążenie i utrzymuje polimer w stanie nienaruszonym przez cały okres użytkowania złącza.

Czego nie naprawią podkładki izolacyjne

Podkładki izolacyjne izolują jedynie powierzchnie, które fizycznie pokrywają. Jeśli śruba ze stali nierdzewnej zostanie wkręcona bezpośrednio w gwintowany otwór aluminiowy, gwinty pozostaną w kontakcie elektrycznym na całej swojej długości, niezależnie od tego, która podkładka znajduje się pod łbem. Przegląd techniczny przeprowadzony przez Australijskie Stowarzyszenie Rozwoju Stali Nierdzewnej wskazuje, że często stosuje się śrubę ze stali nierdzewnej w aluminium, chociaż korozja aluminium bezpośrednio wokół stali nierdzewnej jest całkiem możliwa, właśnie dlatego, że samo połączenie gwintowe nie może być izolowane podkładką.

W przypadku gwintowego połączenia z aluminium, podkładka musi być połączona z osobną strategią: twarde anodowanie aluminiowego otworu, nałożenie na gwinty nieprzewodzącego związku przeciwzatarciowego lub, w bardziej wymagających zastosowaniach, zastosowanie środka izolującego pręty gwintowane ze stali nierdzewnej do izolowanych zespołów kołnierzowych układ, w którym gwint nośny nigdy nie styka się bezpośrednio z aluminium.

Wytrzymałość mechaniczna to kolejne ograniczenie, które warto uwzględnić w planowaniu. Podkładki polimerowe na ogół nie są w stanie wytrzymać napięcia wstępnego złącza o wysokim momencie obrotowym lub połączenia krytycznego pod względem poślizgu bez ostatecznego odkształcenia, dlatego krytyczne połączenia konstrukcyjne często wymagają podkładki z wkładką metalową lub laminatu, a nie zwykłego nylonu. Właściwe rozróżnienie na wczesnym etapie pozwala uniknąć konieczności późniejszej modernizacji, gdy złącze, które wydawało się bezpieczne podczas montażu, zaczyna się poluzować po sezonie cykli termicznych.

Wybór odpowiedniego zestawu elementów złącznych ze stali nierdzewnej do izolowanych połączeń

Podkładka jest tylko jednym elementem zestawu. Klasa łącznika ma równie duże znaczenie, szczególnie w warunkach przybrzeżnych lub morskich, gdzie narażenie na chlorki przyspiesza przenikającą korozję. Aby uzyskać wskazówki dotyczące wybierając pomiędzy gatunkami śrub ze stali nierdzewnej 304 i 316 , zawartość molibdenu w modelu 316 sprawia, że jest to bardziej niezawodny wybór wszędzie tam, gdzie środowisko występuje w postaci mgły solnej lub środków chemicznych do zmywania.

Kompletne izolowane złącze zwykle łączy śruby z łbem sześciokątnym ze stali nierdzewnej odpowiedniego gatunku, sztywną podkładkę metalową przylegającą do łba śruby, samą podkładkę izolacyjną oraz – w przypadku występowania drgań – podkładka sprężysta ze stali nierdzewnej utrzymująca napięcie zacisku pod nakrętką. Pominięcie któregokolwiek z tych elementów zwykle objawia się problemem konserwacyjnym w ciągu roku lub dwóch, zwykle w postaci poluzowanego złącza lub pierścienia białego produktu korozji wokół elementu złącznego.

Żaden z tych komponentów sam w sobie nie jest egzotyczny ani drogi. Koszt prawidłowego ułożenia stosu za pierwszym razem to ułamek tego, czego potrzeba do wywiercenia zapieczonego, skorodowanego łącznika i późniejszej naprawy otaczającego go aluminium.