エンジニアトーク Ep.29: アルミニウム上のステンレスハードウェア - 絶縁、ファスナーブリッジ、ウェットインターフェイス

パッドが表示されます。バイパスはできないかもしれない

アルミニウムのハードトップ フレームにステンレス製のブラケットがボルトで固定され、ブラケット ベースとアルミニウムの間にきちんとした非金属パッドが配置されている様子を想像してください。写真では、接合部は孤立しているように見えます – 明るいポリマーバリアが 2 つの金属を隔てています – そして、それに基づいて設計を承認したくなります。パッドは目に見える部分です。締結具はジョイントの動作を決定します。

導電性バイパスはベースを通過する必要はありません。平らな穴の壁に当たるボルトシャンクを通ったり、パッドではなくアルミニウムの肩部にあるワッシャーを通ったり、アルミニウム自体に刻まれたネジ山を通ったりする可能性があります。これらのパスのいずれかによって、パッドが切断されるはずだった金属接点が再確立されますが、ハードウェアがダウンすると何も見えなくなります。

したがって、有用な結論は、パッドが故障したということではなく、パッドができることを正確に実行している可能性があるということです。問題は、その設計がジョイントの 1 つの要素ではなく、ジョイント全体を考慮したかどうかです。

導電性ルートをたどってから、湿ったルートをたどります

ステンレスとアルミニウムの接触だけでは、電気腐食を持続させるのに十分ではありません。 2 つの異なる金属、それらの間の導電性接続、およびギャップを埋める電解質 (海水または塩分を含んだ水分膜) の 3 つの条件が同時に整わなければなりません。どれか 1 つでも取り外すと、セルは動作しなくなります。乾燥した関節では反応が持続しません。

その要約は、別の方向に誤解を招く可能性があります。ガルバニ電池を遮断することは、アルミニウムをあらゆる故障モードから保護することと同じではありません。隙間腐食、湿布腐食、普通の塩による汚れにはそれぞれの原因があり、電気対が対処された場合でも進行する可能性があります。効果的な電気的分離により、ガルバニックカップルの導電経路が遮断されます。水管理は、接合部のさまざまな部分に対処します。つまり、電解液のアクセスを制限し、他の形態の局部腐食を引き起こす可能性のある湿潤ポケットを含む持続的な湿潤ポケットを管理します。

エリアは質問のウェット側に属します。ガルバニックの深刻度は、有効なカソードとアノードの相対面積に依存します。はるかに大きなカソードの横にある小さな露出したアノードは、集中的な攻撃を受ける可能性があります。しかし、大気中の接合部や繰り返し湿潤する接合部では、薄く破れたフィルムが表面の一部にしか接触しないため、アクティブな領域はいつでもコンポーネント全体よりもはるかに小さくなる可能性があります。

ファスナーがベースと同じくらい重要な理由

重要な事実は、ねじ経路が金属であるということです。スルーボルト構成では、シャンクは単純なクリアランスホールを通過し、そこでクランプ荷重を支えながらアルミニウムの壁に耐えることができます。タップ付き配置では、ねじ山がアルミニウムに直接切り込まれるため、ねじとアルミニウムがかみ合う長さ全体に沿ってメッシュになります。ヘッドまたはナットの下にある非金属のワッシャーは、間にある面のみを分離します。それ以上のことはありません。アルミニウムに噛み合うネジ山については何も述べられておらず、別の座面での二次接触についても何も書かれていません。

それは、はっきりと述べる価値のある修正につながります。設計でボルト接合による完全な電気的分離が本当に必要な場合、座面の絶縁が作業の 1 つの部分であり、ボルト通路の絶縁がもう 1 つの作業です。ワッシャーとスリーブまたはブッシュの両方が必要になる場合があります。しかし、別個の通路の周りのスリーブは、アルミニウムに直接噛み合うねじ山を隔離しません。スリーブは、タップねじに変わるねじではなく、穴を通過するボルトを絶縁します。その配置には独自の承認済みの解決策が必要ですが、「ワッシャーを取り付ける」のがそれです。

機械的には、ジョイントにはいくつかのインターフェースがあります。上部にはヘッドとワッシャーのベアリング、穴を通るシャンク、反対側にはナット、ワッシャーとバッキング、そして締結構造を完成させる噛み合ったねじ山があります。パッドのみをレビューすると、ヘッドベアリング、穴壁、下面、ネジ山は無視されます。設計が 1 つのインターフェイスでパスを遮断し、別のインターフェイスで金属を接続したままにする場合、絶縁の主張は成立しません。

絶縁部品がメカニカルジョイント内に留まったまま

絶縁材料を指定して、その部品の機械的役割を忘れてしまうのは簡単です。絶縁ワッシャーまたはパッドは、ジョイントのベアリングまたは荷重伝達装置の一部になる場合があります。その役割は、その位置とアタッチメントの設計によって異なります。クリートやウインチのサポートは装飾的なものではありません。負荷がかかったジョイントの絶縁コンポーネントは、材料や形状が接触や負荷の条件に適合しない場合、損傷したり押しつぶされたりする可能性があるため、単なる「非導電性」ラベルではなく、特性を備えた材料として、ファスナーと同じ精査を受ける価値があります。

それが張力です。電気経路を遮断する部品は、多くの場合、負荷を伝達する部品と同じです。電気的分離のみを目的として選択されたパッドは、ジョイントの機械的役割に適合しない可能性があります。不適切な絶縁体は負荷がかかると損傷したり潰されたりする可能性があります。この緩和策は重要な推奨事項ではなく、電気抵抗のみをチェックするのではなく、承認された取り付けにおける絶縁体の役割 (接触領域、閉じ込め、負荷経路) を検証するものです。材料が非導電性であっても、構造的に適切であるとは言えません。

吸収性は、機械的適合性と並んで検討すべきもう 1 つの材料特性です。断熱コンポーネントが指定されている場合、非吸収性材料は界面に水を保持するリスクを軽減しますが、吸収性繊維または紙ワッシャーは、接合部が耐えられない正確な場所に湿気を引き込む可能性があります。

バリアは水を排除する、または水を保持することができます

ある界面に水が入らないようにするシールまたは絶縁体は、別の界面に水を留めることができます。湿気がパッドの下またはアルミニウムのコーティング端を通って移動し、そこに滞留すると（酸素が不足しているがまだ濡れているため）、アルミニウムは局所的に活性化して腐食する可能性があります。これは、停滞したポケットでの湿布の腐食の背後にある閉じ込められた水分のメカニズムです。水へのアクセスと水の保持は電気的分離とは別のチェックであり、ジョイントは一方を通過しても他方が不合格になる可能性があります。

その応答は、設計者が保護しようとする界面（接合面、ファスナー貫通部、および断熱部品の下のあらゆる界面）にわたる、材料と環境に適合する水分制御の詳細です。ねじの処理、潤滑、締め付けは相互作用します。ねじのコンパウンドは摩擦を変化させ、それによって予圧を変化させる可能性があるため、これらの選択は、シーラントが多ければ多いほど良いと考えるのではなく、ファスナーとシーリングの仕様に一致する必要があります。目に見える寝具のはみ出しは、寝具が適用されていることを証明します。継続的なシール、構造的サポート、または電気的絶縁を証明するものではありません。

コーティングについては注意が必要です。電気的に脆弱な面のコーティングは、コーティングが不完全な場合に攻撃が集中する可能性があります。これは、接続された大きなカソードの横に小さな露出領域を残す傷が小さなアノード状態を引き起こすためです。しかし、どちらの側が重要なのか。アルミニウム (陽極側) のみをコーティングすると、コーティングが損傷した場所には小さな露出した陽極が残ります。代わりにステンレス (陰極側) をコーティングすると、有効陰極面積が減少する可能性があります。これらは対称ではありません。ステンレス陰極のコーティングが損傷しても、アルミニウム陽極は形成されません。コーティングは露出領域のバランスを変化させます。これは独立した修正ではなく、無傷でいることに依存します。

1 つの完全なインターフェイスのレビュー

ベースパッドのみをチェックすると、まだ生きた導電パスや濡れたポケットが存在するジョイントを通過する傾向があります。この表は審査を補助するものであり、合否の基準ではありません。それぞれの答えは、特定のジョイントに対するエンジニアリング上の決定にとどまります。

「316プラスナイロン」だけではなくジョイントを指定する

「ナイロン パッド上の 316 ステンレス」は、接合部ではなく 2 つの材料について説明しています。ビルダー、OEM デザイナー、または購買レビュー担当者が必要とするのは、図面と材料のペアなど、添付ファイル全体の仕様です。電気的分離がどこで行われるのか、また各導電経路がどのように扱われるのか。どの部品が荷重を受けるのか、どの部品が面を分離するだけなのかなど、各コンポーネントの機械的責任。そして、設計が保護することを意味するインターフェースに対する水の管理とアクセスの要件。書き留めると、ギャップが見えてきます。仮定のままでは、各当事者が異なるメンタルモデルを提供します。

電気的分離が本当に必要な場合、それは非公式の慣例としてではなく、定義された位置を伴うエンジニアリング指示として図面に記載されます。この説明では、水上ハードウェアの取り付けのみを説明します。電気的接合および陽極システムは安全に関連しており、個別に処理されます。必要な接地または導通経路は局所絶縁のために決して中断されず、接合または陽極の設計への変更は特定の船舶の適格なエンジニアリングレビューに属します。最終的な装備、バッキング、および積載経路の設計は、船舶の構造、ハードウェアメーカーの指示、および資格のあるエンジニアリングまたは海軍構造のレビューによって異なります。

一般的な船舶用ハードウェア (クリート、ヒンジ、レール、およびこれらのジョイントが機能する継手) については、当社の船舶用ハードウェアカタログは、候補フィッティングを特定するための開始点を提供します。隔離キットは普遍的に適しているものとして扱うべきではありません。混合材料ジョイントの隔離と水制御の詳細は、そのジョイント自体の承認された設計に基づく必要があります。業界団体の観点から基礎となるメカニズムをより完全に技術的に扱うために、英国ステンレス鋼協会関連する腐食メカニズムの概要を維持します。