การออกแบบการป้องกันการกัดกร่อนด้วยไฟฟ้าสำหรับรางและระบบยึด
เหตุใดการกัดกร่อนของกัลวานิกจึงเกิดขึ้นระหว่างรางและสลักเกลียว
รางส่วนใหญ่ทำจากเหล็กกล้าคาร์บอนหรือเหล็กกล้าโลหะผสมต่ำ- ในขณะที่สลักเกลียวใช้เหล็กกล้าโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูง- วัสดุทั้งสองมีศักยภาพของอิเล็กโทรดที่แตกต่างกัน โดยก่อตัวเป็นเซลล์กัลวานิกในสภาพแวดล้อมของอิเล็กโทรไลต์ เช่น ความชื้นและเกลือ รางมีศักยภาพของอิเล็กโทรดต่ำกว่า โดยทำหน้าที่เป็นแอโนดและเกิดการกัดกร่อนแบบออกซิเดชัน (การเกิดสนิม) สลักเกลียวมีศักยภาพสูงกว่า โดยทำหน้าที่เป็นแคโทด-แม้ว่าจะมีการกัดกร่อนน้อยกว่า แต่ก็เร่งการกัดกร่อนของขั้วบวก (ราง) การกัดกร่อนด้วยกัลวานิกต้องมีเงื่อนไขสามประการ: ความต่างศักย์ของวัสดุ สภาพแวดล้อมของอิเล็กโทรไลต์ (เช่น น้ำฝน ความชื้นในดิน) และการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างโลหะ เส้นทางถูกเปิดเผยกลางแจ้งเป็นเวลานาน-; น้ำฝนและเกลือในอากาศก่อตัวเป็นฟิล์มอิเล็กโทรไลต์ ทำให้เกิดการกัดกร่อนของกัลวานิก การกัดกร่อนนี้สร้างความเสียหายให้กับราง-การเชื่อมต่อโบลต์ ลดความแรงของการเชื่อมต่อ และอาจก่อให้เกิดอันตรายด้านความปลอดภัยด้วย
อันตรายหลักของการกัดกร่อนของกัลวานิกในการติดตามระบบมีอะไรบ้าง
การกัดกร่อนด้วยกัลวานิกทำให้เกิดสนิมรอบๆ รูโบลต์ของราง ขยายรูรับแสงและเพิ่มระยะห่างที่พอดีระหว่างโบลต์และราง ส่งผลให้การเชื่อมต่อหลวมและลดความเสถียรของราง การกัดกร่อนอย่างรุนแรงทำให้หน้าตัดของราง-อ่อนแอลง ส่งผลให้รางมีแนวโน้มที่จะเกิดการแตกร้าวภายใต้น้ำหนักบรรทุกและทำให้อายุการใช้งานสั้นลง แม้ว่าโบลต์จะเป็นแคโทด แต่การเคลือบพื้นผิวจะลดลงเนื่องจากการกัดกร่อนในระยะยาว- ทำให้เกิดสนิมของโบลต์และลดพรีโหลด การกัดกร่อนของกัลวานิกยังทำให้ค่าการนำไฟฟ้าของวงจรรางลดลง รบกวนการส่งสัญญาณ และทำให้การควบคุมการทำงานของรถไฟผิดปกติ ในพื้นที่ชายฝั่งทะเลและพื้นที่ชื้น การกัดกร่อนของกัลวานิกจะเร่งตัวขึ้น ส่งผลให้อายุการใช้งานของส่วนประกอบลดลงมากกว่า 50% และเพิ่มค่าบำรุงรักษาอย่างมาก
จะลดการกัดกร่อนของกัลวานิกด้วยการจับคู่วัสดุได้อย่างไร
หลักการสำคัญคือการเลือกส่วนผสมของวัสดุที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าใกล้เคียงกันเพื่อลดความต่างศักย์ไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น หากรางใช้เหล็กกล้าคาร์บอน U71MnG ก็สามารถจับคู่สลักเกลียวกับสลักเกลียวโลหะผสมต่ำ-ประเภทเดียวกันได้เพื่อลดความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น หลีกเลี่ยงการสัมผัสโดยตรงระหว่างสลักเกลียวสแตนเลสกับรางเหล็กคาร์บอนธรรมดา-ความต่างศักย์ขนาดใหญ่ทำให้เกิดการกัดกร่อนของกัลวานิกอย่างรุนแรง หากจำเป็นต้องใช้สลักเกลียวสแตนเลส ให้ใช้สเตนเลสมาร์เทนซิติก (มีโอกาสใกล้เคียงกับเหล็กกล้าคาร์บอนมากกว่า) แทนสเตนเลสออสเทนนิติก รถไฟลากจูงหนัก-สามารถใช้โบลต์โลหะผสม-ที่ทนต่อการกัดกร่อน ซึ่งเข้าคู่กับรางได้ใกล้เคียงกันมากขึ้นในขณะที่ให้ความแข็งแรงสูงกว่า การเลือกใช้วัสดุยังคำนึงถึงปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมด้วย: พื้นที่ชายฝั่งจะจัดลำดับความสำคัญของการผสมผสานที่ต้านทานการกัดกร่อนมากขึ้น- เพื่อยับยั้งการกัดกร่อนของกัลวานิกเพิ่มเติม
การป้องกันฉนวนมีบทบาทอย่างไรในการป้องกันการกัดกร่อนของกัลวานิก?
การป้องกันฉนวนโดยพื้นฐานจะยับยั้งการกัดกร่อนของกัลวานิกโดยการปิดกั้นการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างรางและส่วนประกอบยึด ขัดขวางการสร้างเซลล์กัลวานิก ส่วนประกอบฉนวนทั่วไป ได้แก่ บล็อกเกจฉนวน แผ่นฉนวน และแหวนรองฉนวน ซึ่งติดตั้งระหว่างรางและสลักเกลียว/แผ่นกด แหวนรองฉนวนโดยทั่วไปทำจากไนลอนหรืออีพอกซีเรซินที่มีความแข็งแรงสูง- ซึ่งมีความต้านทานของฉนวนมากกว่าหรือเท่ากับ 1×10⁸Ω ซึ่งปิดกั้นการนำกระแสไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ฉนวนเกจบล็อคไม่เพียงแต่ให้ฉนวนเท่านั้น แต่ยังปรับเกจได้ด้วย โดยมีวัตถุประสงค์สองประการ ในรางรถไฟไฟฟ้า การป้องกันฉนวนจะป้องกันไม่ให้กระแสเล็ดลอดเร่งการกัดกร่อนของกัลวานิก ขณะเดียวกันก็รับประกันการทำงานของวงจรรางรถไฟตามปกติ การป้องกันฉนวนมีความคุ้มค่า-และประสิทธิผล กลายเป็นวิธีการหลักในการป้องกันการกัดกร่อนของกัลวานิกในระบบราง
อะไรคือความแตกต่างในการออกแบบการป้องกันการกัดกร่อนด้วยกัลวานิกในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน?
ในสภาพแวดล้อมสเปรย์เกลือชายฝั่ง นอกเหนือจากการป้องกันฉนวนแล้ว การเคลือบป้องกัน-ส่วนประกอบยังได้รับการอัปเกรด (เช่น -การชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน + การเคลือบการปิดผนึก) เพื่อเพิ่มความต้านทานสเปรย์เกลือ ในพื้นที่แห้งภายในประเทศ การป้องกันสามารถทำได้ง่ายขึ้น-โดยเน้นที่แหวนรองที่เป็นฉนวน + การเคลือบป้องกันการกัดกร่อน-แบบธรรมดาเพื่อลดต้นทุน ในพื้นที่ชื้นและมีฝนตก การออกแบบซีลสำหรับส่วนประกอบฉนวนจะแข็งแกร่งขึ้นเพื่อป้องกันความชื้นแทรกซึมและรักษาประสิทธิภาพของฉนวน ในพื้นที่อัลไพน์ วัสดุฉนวนใช้-รูปแบบที่ดัดแปลงด้วยอุณหภูมิต่ำเพื่อหลีกเลี่ยงความเปราะบางเนื่องจากความเย็นและความล้มเหลวของฉนวน รางไฟฟ้าต้องใช้ส่วนประกอบที่เป็นฉนวนสูง- (ความต้านทานของฉนวนมากกว่าหรือเท่ากับ 1×10¹⁰Ω) ในขณะเดียวกันก็เพิ่มประสิทธิภาพการระบายน้ำที่เล็ดลอดออกไปเพื่อลด-การกัดกร่อนที่เร่งขึ้นในปัจจุบัน