La problematica?
Un cantiere navale progetta una nuova nave di servizio con uno scafo in acciaio e una sovrastruttura in alluminio per alleggerire la struttura. L’assemblaggio tra questi due metalli avviene mediante una saldatura specifica. L’ufficio studi è preoccupato per il rischio di corrosione galvanica accelerata a livello della giunzione, che sarà costantemente esposta all’acqua di mare.
Un guasto in questo punto critico potrebbe compromettere l’integrità strutturale della nave. Il cliente ha chiesto a FILAB di risolvere questo problema conducendo uno studio di accoppiamento galvanico.
Per valutare questo rischio, abbiamo realizzato uno studio di accoppiamento galvanico seguendo la norma ASTM G71.
Studio del rischio di corrosione galvanica
Obiettivo:
L'obiettivo principale di questo studio è fornire al cantiere navale una valutazione quantitativa e predittiva del rischio di corrosione galvanica legato all'assemblaggio scafo in acciaio/sovrastruttura in alluminio, al fine di garantire l'integrità strutturale della nuova nave di servizio, evitando al contempo elevati costi di manutenzione e di fermo post-costruzione.
Il nostro approccio tecnico
Per valutare questo rischio, abbiamo condotto uno studio di accoppiamento galvanico seguendo la norma ASTM G71.
Fase 1: allestimento della cella elettrochimica
La prima fase è consistita nella preparazione del campione. Sono state piastre diacciaio (che rappresentano lo scafo) e dialluminio (che rappresentano la sovrastruttura) sono state assemblate e collegate elettricamente all'interno di una cella elettrochimica. Successivamente, la cella è stata riempita diacqua di mare artificiale per replicare fedelmente l'ambiente di esercizio e innescare la reazione di corrosione.
Fase 2: misurazione e monitoraggio iniziali
Successivamente, abbiamo proceduto alla fase di misurazione. La corrente di accoppiamento e il potenziale di accoppiamento sono stati misurati in continuo. La corrente di accoppiamento è l'indicatore chiave della velocità di corrosione del metallo meno nobile (l'alluminio, in questo caso), offrendo una lettura diretta del deterioramento del materiale.
Fase 3: osservazione dell'evoluzione del sistema
Infine, la prova è stata mantenuta per diversi giorni. Questa durata prolungata ha permesso di osservare l'evoluzione del sistema nel tempo, e più specificamente di rilevare e analizzare l'eventuale formazione di strati protettivi (fenomeno di passivazione) che potrebbero modificare la cinetica della corrosione.
I benefici di questa analisi per il cliente
La prova ha confermato che l'alluminio si sarebbe comportato come un anodo sacrificale, corrodendosi preferenzialmente per proteggere l'acciaio, con una velocità di corrosione inizialmente molto elevata in corrispondenza della giunzione.
Questi dati hanno permesso al cantiere navale di:
• Anticipare un fenomeno di corrosione importante già prima della costruzione.
• Prendere decisioni progettuali informate, integrando un sistema di protezione catodica (anodi sacrificali in zinco) dimensionato con precisione per proteggere la zona di saldatura.
• Garantire la sicurezza e la durabilità della nave, evitando costi di manutenzione estremamente elevati e rischi di fermo operativo.
Conclusione dello studio
Lo studio di accoppiamento galvanico condotto secondo la norma ASTM G71 ha permesso di trasformare un'incertezza teorica in un dato quantitativo critico per la progettazione navale. Le misure continue della corrente di accoppiamento e del potenziale di accoppiamento hanno confermato l'esistenza di una forte interazione elettrochimica tra l'acciaio dello scafo (catodico) e l'alluminio della sovrastruttura (anodico) in ambiente di acqua di mare.
In definitiva, questo approccio preventivo, validato dall'elettrochimica applicata, garantisce la sicurezza e la durabilità della nave. Ha permesso al cantiere navale non solo di validare tecnicamente il proprio progetto, ma anche di fornire all'operatore della nave una garanzia di affidabilità strutturale, evitando notevoli rischi finanziari e operativi.
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Domande frequenti
Perché studiare l’accoppiamento galvanico di un’assemblaggio acciaio/alluminio in ambiente marino?
Due metalli a contatto elettrico ed esposti a un elettrolita possono presentare un’interazione galvanica. Nel caso studiato, il collegamento tra uno scafo in acciaio e una sovrastruttura in alluminio doveva essere esposto all’acqua di mare. FILAB ha esaminato questo rischio prima della costruzione, per fornire dati utili alla progettazione dell’assemblaggio.
Come ha riprodotto FILAB la coppia acciaio/alluminio da analizzare?
Piastre di acciaio e alluminio sono state collegate elettricamente in una cella contenente acqua di mare artificiale. Il protocollo presentato si basa sulla norma ASTM G71. Questa configurazione ha permesso di monitorare il comportamento della coppia in un ambiente scelto per rappresentare l’esposizione marina della giunzione studiata.
Quali informazioni forniscono la corrente e il potenziale di accoppiamento?
Il monitoraggio della corrente e del potenziale consente di studiare nel tempo l’interazione elettrochimica tra i due metalli. In questo studio, le misurazioni hanno evidenziato un comportamento anodico dell’alluminio e catodico dell’acciaio. Hanno quindi documentato il rischio di dissoluzione preferenziale dell’alluminio nella configurazione di prova.
Perché monitorare una prova di accoppiamento galvanico per diversi giorni?
Il comportamento del sistema può evolvere con l’esposizione, in particolare se si formano strati superficiali che modificano la cinetica delle reazioni. FILAB ha mantenuto la prova per diversi giorni per monitorare questa evoluzione. Questa osservazione nel tempo completa le misurazioni iniziali e aiuta a interpretare il comportamento della coppia metallica nel mezzo selezionato.
Quale soluzione di protezione è stata adottata dopo lo studio dell’assemblaggio navale?
I risultati hanno portato il cantiere navale a integrare una protezione catodica mediante anodi sacrificali in zinco per la zona interessata. Lo studio ha fornito dati utili a orientare questa soluzione progettuale. L’efficacia e il dimensionamento di una protezione devono essere valutati in funzione dell’assemblaggio e delle condizioni operative a cui è destinata.