Prilikom popravke starih vodovodnih instalacija često se javlja potreba da se postojeća pocinkovana čelična cev spoji sa novim delom instalacije od bakra.
Mehanički, takav prelaz nije naročito složen.
Međutim, spajanjem dva različita metala u sistemu kroz koji protiče voda možemo stvoriti uslove za galvansku koroziju.
Da bi se razumelo zašto je takav spoj potencijalno problematičan, potrebno je razumeti šta je galvanski par i šta se u njemu zapravo dešava.
Šta je galvanska korozija?
Različiti metali imaju različit elektrohemijski potencijal.
Ako dva takva metala:
- električno povežemo;
- i istovremeno ih izložimo elektrolitu,
može nastati elektrohemijska ćelija.
U vodovodnoj instalaciji sama voda može da predstavlja elektrolit.
Jedan metal tada postaje relativno anodniji, a drugi katodniji.
Na anodi se odvija oksidacija metala, atomi metala prelaze u jonski oblik i materijal postepeno korodira.
Katodniji metal je u takvom paru relativno zaštićen.
Zato kod galvanske korozije nije neophodno da oba metala propadaju jednakom brzinom.
Naprotiv, jedan od njih može ubrzano korodirati upravo zato što je električno povezan sa plemenitijim metalom.
Šta se dešava kada spojimo bakar i pocinkovani čelik?
U paru bakar, čelik, bakar je plemenitiji metal.
Čelik je anodniji i, ako se uspostave uslovi za značajnu galvansku struju, on je strana na kojoj očekujemo ubrzanu koroziju.
Kod pocinkovane cevi situacija je još zanimljivija jer se na površini čelika nalazi cink.
Cink je još aktivniji metal i upravo zato se koristi kao zaštita čelika.
Kada se pocinkovani čelik električno poveže sa bakrom u prisustvu vode, galvanski uslovi mogu ubrzati trošenje cinkovane zaštite, a nakon njenog gubitka i koroziju samog čelika.
Copper Development Association navodi da je pri direktnom povezivanju bakarne i čelične cevi čelik elektronegativniji i predstavlja metal koji je izložen galvanskom napadu.
Za galvansku koroziju potrebna su tri uslova
Pojednostavljeno, potrebno je da istovremeno postoje:
dva metala različitog elektrohemijskog potencijala
- električni kontakt između njih
- elektrolit koji omogućava jonsko provođenje
U našem primeru:
bakar + pocinkovani čelik + voda
mogu stvoriti galvanski par ako su metali električno povezani.
Ako prekinemo električnu vezu između metala, prekinuli smo i jedan od osnovnih uslova za klasičnu galvansku ćeliju.
Na tom principu rade dielektrični prelazi.
Zašto problem obično nastaje blizu samog spoja?
Galvanska korozija pri direktnom kontaktu različitih metala najizraženija je u neposrednoj blizini spoja.
Razlog je što je električni put kroz metal veoma provodan, dok voda kao elektrolit ima znatno veći otpor.
Zbog toga je najjače elektrohemijsko dejstvo koncentrisano oko mesta na kom se različiti metali neposredno susreću.
Copper Development Association navodi da se kod direktnog spoja bakra i čelika galvanski napad uglavnom koncentriše na relativno malom području oko spoja; korozija daleko od tog mesta obično ima i druge uzroke.
Zato, ako pronađemo veoma staru čeličnu cev koja je korodirala deset metara od bakarnog prelaza, nije dovoljno reći:
„To je zato što je negde spojena sa bakrom.“
Potrebno je razlikovati galvansku koroziju od opšte korozije starog čelika.
Odnos površina metala je veoma važan
Nije svejedno kolika je površina anodnog, a kolika katodnog metala.
Posebno nepovoljna kombinacija je:
mala površina anodnog metala + velika površina katodnog metala.
Tada se galvanska struja može koncentrisati na relativno malu površinu metala koji korodira.
U praktičnom smislu, mali deo pocinkovanog čelika električno povezan sa velikom bakarnom instalacijom može biti nepovoljnija kombinacija nego obrnuta geometrija.
Zato galvansku koroziju nije moguće proceniti samo pitanjem:
„Koja dva metala su spojena?“
Važni su i veličina površina, sastav vode, temperatura, brzina protoka, stanje zaštitnih slojeva i drugi uslovi.
Postoji još jedan problem: bakar ne mora ni direktno da dodiruje pocinkovanu cev
Ovo je posebno zanimljivo kod vodovodnih instalacija.
Male količine bakra mogu se rastvoriti iz bakarnog dela instalacije i vodom biti prenete dalje kroz sistem.
Ako takva voda zatim dođe u kontakt sa pocinkovanim čelikom, bakar se u određenim uslovima može taložiti na površini cinka.
Tada na samoj površini pocinkovane cevi nastaju mala područja bakra pored cinka.
Praktično smo napravili veliki broj sitnih lokalnih galvanskih ćelija.
Cink oko nataloženog bakra postaje anodniji i može lokalno ubrzano da korodira.
Zato Copper Development Association u tehničkoj literaturi upozorava da pocinkovani čelik ne treba postavljati nizvodno od bakarnih cevi i fitinga, jer joni bakra mogu da se talože na cinku i pokrenu lokalnu galvansku koroziju.
Zašto je onda smer protoka vode bitan?
Zamislimo instalaciju:
bakar → pocinkovana cev
Voda najpre prolazi kroz bakarni deo.
Ako ponese rastvorene jone bakra, oni zatim dolaze do pocinkovanog dela i mogu da se talože na njegovoj površini.
Zato je ovaj raspored nepovoljan čak i kada dva metala nisu neposredno spojena jedan uz drugi.
Kod obrnutog rasporeda:
pocinkovana cev → bakar
taj konkretan mehanizam prenošenja bakra na cink nije isti.
To, međutim, ne znači da direktan metalni spoj pocinkovanog čelika i bakra postaje ispravan samo zato što voda teče u povoljnijem smeru.
Tu i dalje ostaje mogućnost klasičnog galvanskog para na mestu kontakta.
Kako se pravilno pravi prelaz?
Kada je potrebno spojiti materijale kod kojih postoji rizik od galvanske korozije, jedno od rešenja je električno razdvajanje metala.
Za to se koriste odgovarajući dielektrični prelazi, spojnice ili drugi sistemski elementi čija konstrukcija sprečava direktan električni kontakt različitih metala.
Princip je:
bakar │ električni izolator │ čelik
Voda i dalje može da prolazi kroz spoj, ali metalni delovi više ne čine jedan neprekidan električni provodnik.
Time se prekida električni put neophodan za klasičnu galvansku struju. Dielektrične spojnice se upravo zbog toga koriste kao jedna od mera za razdvajanje različitih metala.
Konkretan tip prelaza mora, naravno, biti predviđen za pritisak, temperaturu i namenu konkretne instalacije.
A šta je sa mesinganim fitingom između?
U praksi se često koristi mesingani fiting kao prelaz između čelične i bakarne instalacije.
Mesing je legura na bazi bakra i ima drugačija elektrohemijska svojstva od čelika.
Takav prelaz može biti praktično i konstruktivno bolje rešenje od direktnog spajanja pojedinih materijala, zavisno od sistema i uslova rada.
Ali postoji važna razlika:
mesingani fiting nije električni izolator.
Ako nam je cilj potpuno prekidanje galvanske električne veze, običan mesingani fiting to ne radi.
Zato ne treba mešati:
prelazni fiting od drugog metala
i
dielektrični prelaz koji električno razdvaja dva dela instalacije.
To nisu iste funkcije.
Da li će svaki direktan spoj bakra i čelika sigurno propasti?
Ne.
Galvanska korozija nije jednostavan proces kod koga možemo reći:
bakar + čelik = cev će procureti za dve godine.
Intenzitet zavisi od:
- elektroprovodljivosti i hemijskog sastava vode;
- temperature;
- odnosa površina metala;
- stanja zaštitnih slojeva;
- prisustva kiseonika;
- protoka;
- taloženja;
- geometrije spoja.
U nekim sistemima različiti metali mogu godinama biti spojeni bez vidljivog problema.
U drugim uslovima lokalna korozija može biti znatno brža.
I sama Copper Development Association naglašava da postojanje dva različita metala i vode ne znači automatski da će galvanski napad biti jak; stvarni uslovi elektrolita i zaštitni filmovi na metalima imaju veliki uticaj.
To, međutim, nije razlog da se pri novoj popravci svesno napravi nepovoljan spoj ako postoji tehnički pravilnije rešenje.
Zašto je ovo posebno važno kod popravke starih instalacija?
Kod stare pocinkovane instalacije čelik je često već:
- izgubio deo cinkovanog sloja;
- korodirao;
- istanjen;
- prekriven unutrašnjim naslagama.
Ako na takav sistem dodamo novi bakarni deo i napravimo nepovoljan metalni prelaz, nismo spojili dva nova materijala u idealnom stanju.
Spojili smo nov materijal sa cevi koja možda već ima veoma ograničen preostali vek.
Zato je ponekad važnije postaviti pitanje:
„Da li ovu staru pocinkovanu granu uopšte ima smisla nastavljati?“
nego tražiti najbolji način da se na nju doda još pola metra nove cevi.
Galvanska korozija nije jedini uzrok propadanja spoja
Kada na prelazu različitih materijala pronađemo koroziju, nije ispravno svaku promenu proglasiti galvanskom korozijom.
Istovremeno mogu delovati:
- opšta korozija čelika;
- lokalna korozija;
- korozija ispod naslaga;
- oštećenje cinkovanog sloja pri narezivanju navoja;
- hemijski sastav vode;
- spoljašnja vlaga;
- loše zaptivanje;
- galvansko dejstvo.
Dobra dijagnoza zato ne počinje samo pitanjem:
„Da li su ovde dva različita metala?“
nego:
„Gde se korozija nalazi, koji materijal je napadnut i kakvi uslovi postoje na tom mestu?“
Suština
Galvanska korozija nastaje kada različiti metali u električnom kontaktu i prisustvu elektrolita formiraju elektrohemijsku ćeliju.
Kod bakra i pocinkovanog čelika nepovoljniji je čelični, odnosno cinkovani deo sistema.
Osnovna logika je:
bakar i pocinkovani čelik ↓ električni kontakt ↓ voda kao elektrolit ↓ razlika elektrohemijskih potencijala ↓ galvanska struja ↓ ubrzana korozija anodnijeg materijala
Pored toga, bakar koji se rastvoren prenosi vodom može da se taloži na pocinkovanom čeliku nizvodno i stvori lokalne galvanske ćelije čak i kada neposredan bakarno-čelični spoj nije na tom mestu.
Zato kod prelaza stare pocinkovane instalacije na bakar nije dovoljno napraviti spoj koji ne curi danas.
Dobar prelaz mora da uzme u obzir i ono što će se na tom spoju elektrohemijski dešavati godinama.
