Spanningscorrosie niet langer incident

Installateurs moeten erop bedacht zijn
Spanningscorrosie
niet langer incident
Spanningscorrosie noemt men het verschijnsel waarbij
scheur- of barstvorming optreedt onder gelijktijdige
invloed van een mechanische spanning en een bepaald
agressief chemische milieu. In de installatietechniek
wordt men met dit verschijnsel geconfronteerd bij
zowel bepaalde metalen- als kunststofcomponenten
dan wel bij de combinatie ervan. De oorzaken van
spanningscorrosie kunnen zeer complex zijn.
Techniek
Tekst: Will Scheffer
D
e spanning of het milieu afzonderlijk veroorzaken dezelfde mechanische beschadiging niet of pas na een véél langere tijd. De oorzaak van spanningscorrosie kan geheel terug te voeren zijn
op een chemische reactie die door
aanwezigheid van spanning tot me-
chanische beschadiging leidt, maar
het kan ook het gevolg zijn van een
fysische versnelling van een anders
op veel langere tijdschaal optredend
breukverschijnsel. Een voorbeeld die
past bij de eerstgenoemde oorzaak
is barstvorming in gerekte rubbervulcanisaten onder invloed van ozon.
Bij de tweede genoemde oorzaak kan
men denken aan het optreden van
haarscheuren in polyetheen onder
spanning bij aanwezigheid van een
oppervlakte actieve stof. Het anders
op veel langere tijdschaal optredend
breukverschijnsel doet zich versneld
Messing knelfitting toegepast voor de aansluiting van een
ééngatsmengkraan op koper 12 mm.
78 maart 2003 intech K&S
voor door de lage grensvlakenergie
waardoor er minder arbeid nodig is
om nieuw oppervlak in het breukgebied te vormen. Gezien de afwezigheid van een chemische reactie is in
dit laatste geval de uitdrukking
‘spanningscorrosie’ niet geheel correct; de Engelse uitdrukking ‘environmental stress-cracking’ geeft het verschijnsel juister weer [1]. Algemene
regels voor het optreden van spanningscorrosie zijn moeilijk te geven.
Het verschijnsel is daarvoor te zeer
gebonden aan bepaalde combinaties
van het materiaal en omgeving, en
ook afhankelijk van de condities van
toegepaste vervaardigingstechnieken
van de componenten. Maar voor het
kunnen optreden van spanningscorrosie moet wel gelijktijdig aan de
volgende voorwaarden voldaan worden:
• toepassing materiaal dat gevoelig
is voor spanningscorrosie;
• aanwezigheid van trekspanning in
het materiaal;
• aanwezigheid van een voor het
materiaal agressief milieu;
• aanwezigheid van vocht.
Over spanningscorrosie van roestvaststalen ophangconstructies in
zwembaden is in Intech eerder gepu-
Door spanningscorrosie is een horizontale breuk ontstaan in
de messing wartelmoer.
Verticale breuk in messing watermoer als gevolg van spanningscorrosie.
bliceerd [2]. Auteur Fred Vos gaf aan
zijn verhaal de subtitel: ‘Na 15 jaar
nog niets geleerd’. Een dergelijk signaal geldt ook voor spanningscorrosie van andere materialen die in de
installatietechniek veelvuldig worden
toegepast, zoals messing en PVC.
Spanningscorrosie komt gelukkig
niet al te vaak voor. Maar als men
met dit incident te maken krijgt kan
de (gevolg)schade groot zijn. Dat
lijkt nu het geval te zijn met koelleidingen.
(Montage)-spanningen
Messing hulpstukken voor de verbinding van leidingen kunnen op verschillende manieren worden vervaardigd: gieten, warmpersen of
draaien uit stafmateriaal. Er kunnen
spanningsconcentraties optreden tijdens fabricage, zoals krimpspanningen bij warmgeperste onderdelen of
spanningen als gevolg van koude deformatie door trekken dan wel extruderen van stafmateriaal. Krimpspanningen ten gevolge van warmpersen
zijn echter verwaarloosbaar klein,
maar met name koude deformatie
leidt tot hoge restspanningen in het
materiaal. Die restspanningen kunnen aan het oppervlak van het materiaal trekspanningen veroorzaken.
Met gloeibehandelingen kunnen deze
spanningen overigens weer verwijderd worden. Veel belangrijker zijn
echter de montagespanningen, met
name bij knelkoppelingen. Bij het te
vast aandraaien van de wartelmoer
op de fitting kunnen kritische spanningen optreden op de plaats waar
de inwendige conus van de wartelmoer op de knelring wordt gedrukt.
Het aandraaimoment veroorzaakt
vervormingen waarbij vooral in de
wartelmoer spanningen worden opgewekt. Grote vervormingen kunnen
ook optreden bij het gebruik van een
te ruime steeksleutel. Waar de steek-
Scheur in messing schroefbus
sleutelopening de knelkoppeling
raakt, kan later spanningscorrosie
optreden. Op het eerste gezicht lijkt
dit vreemd, omdat daar de materiaaldikte het grootst is. Het effect van
niet passend gereedschap is echter
zeer groot [3].
Ammoniak
Maar zoals eerder opgemerkt, de
spanning alleen veroorzaakt geen
spanningcorrosie. Een belangrijke
voorwaarde voor optreden van corrosie is de aanwezigheid van vocht. In
een goed geventileerde ruimte zal
geen aantasting plaatsvinden. Maar
in een minder goed geventileerde
ruimte die vochtig is kan zich condens vormen op koude leidingen. Dit
condenswater is in principe vrij zuiver water en geeft geen corrosieproblemen. Het condenswater kan echter gassen uit de lucht opnemen en
daardoor agressief worden. Met name ammoniak moet in dit verband
worden genoemd. Ammoniak kan afkomstig zijn uit verschillende andere
stoffen zoals schoonmaakmiddelen,
afscheidingsproducten van mens en
dier, kunststofschuimrubber, bouwmaterialen e.d.
Deze stof komt dus vrij algemeen
voor en zelfs sporen van deze stof
kunnen voldoende zijn om in combinatie met andere factoren spanningscorrosie te veroorzaken.
Praktijkgeval
Bij de oplevering en ingebruikname
van woningen in twee van vier gerenoveerde woontorens zijn in 1989
problemen ontstaan door waterschade als gevolg van gescheurde messing wartelmoeren van knelfittingen.
Deze fittingen waren toegepast voor
de aansluiting van ééngatswastafelen ééngatsgootsteenmengkranen op
koperen waterleidingen. Het toenmalige Metaalinstituut van TNO consta-
teerde dat de scheurvorming niet
door materiaal- of montagefout was
veroorzaakt. TNO-Bouw heeft vervolgens metingen verricht in de binnenen buitenlucht. Dit laatste als referentiemeting. In de reeds opgeleverde woningen varieerde de ammoniakconcentratie tussen 29 en 46
mg/m3 bij een voor woningen normale ventilatie. In de nog niet opgeleverde woningen werden waarden
gemeten tussen 23 en 41 mg/m3.
Deze meetwaarden dienen echter
volgens TNO met een factor 10 vermenigvuldigd te worden omdat in de
nog niet opgeleverde woningen sprake was van een duidelijk verhoogde
ventilatie door geopende deuren en
ramen. Het concentratieniveau in de
niet opgeleverde woningen bedroeg
na correctie voor de verhoogde ventilatie enkele honderden mg ammoniak per m3 lucht. Deze resultaten wijzen volgens TNO op een bron van ammoniak in de woningen. Als mogelijke bronnen noemden TNO het
toegepaste pleisterwerk en mogelijke
muurverf. Verder onderzoek heeft de
bouwkundige aannemer niet laten
plaatsvinden.
Verschillen
Opvallend is wel, dat de knelkoppelingen van het andere fabrikaat in de
twee later afgemonteerde woontorens geen spanningscorrosie vertoonden. Mogelijk hebben verschillen in vervaardiging van de messing
knelfittingen een rol gespeeld. Bovendien bleek de periode voorafgaand
aan de oplevering van de eerste woontorens zeer vochtig te zijn geweest,
terwijl de periode voorafgaand aan
de oplevering van de laatste twee
woontorens zeer droog was [4].
Koelleidingen
Als gevolg van de opkomst van
warmtepompen worden meer koelleiintech K&S 2003 maart 79
Breuk door spanningscorrosie in een bochtstuk van een
waterleiding.
dingen geïnstalleerd. Wanneer in deze
leidingen messing knelfittingen worden toegepast en de leiding wordt
dampdicht geïsoleerd met een kunststofschuimrubber dan kan eveneens
een combinatie van factoren spanningscorrosie van de messingfittingen veroorzaken. Tijdens de productie van kunststofschuimrubber isolatie vormt zich in het materiaal een geringe hoeveelheid ammoniak. Emissie
van zeer geringe hoeveelheden ammoniak uit de dampdichte isolatie
kan in een complexe combinatie met
vocht en een bepaalde spanning in
het messing materiaal leiden tot
spanningscorrosie van het messing.
Bij voldoende luchtvochtigheid tijdens isolatie van de koelleiding en
een later temperatuurverschil tussen
het metaaloppervlak en de opgesloten vochtige lucht, treedt op het metaal condensvorming op. Een zeer
dunne vochtfilm op atomair niveau en
een zeer geringe hoeveelheid ammoniak zijn al voldoende voor het vormen van een agressief chemisch milieu op het messingoppervlak. En in
combinatie met een bepaalde spanning kan vervolgens spanningscorrosie van het messingmateriaal optreden. Die spanning kan, zoals hierboven beschreven, verschillende oorzaken hebben. In de hier geschetste
omstandigheid is de isolatie de bron
van ammoniak. Een combinatie van
messing en ammoniak dient te worden vermeden. Maar het probleem is
dat een dampdichte isolatie, zover
ons bekend, altijd een geringe hoeveelheid ammoniak bevat. Dit betekent dat gekozen moet worden voor
een alternatief voor het messing. De
installateur dient in ieder geval de
verwerkingsinstructies van de leverancier van zowel het leiding- als het
isolatiemateriaal te raadplegen omtrent de risico’s voor spanningscorrosie. Bij onduidelijkheden hierover
dient eventuele aanvullende informatie schriftelijk te worden vastgelegd.
80 maart 2003 intech K&S
PVC
Scheur in moer van klemkoppeling.
Informatie over oplossingen
Naar aanleiding van recente problemen met leidingen van koel- en
warmtepompinstallaties heeft Armacell, fabrikant van onder andere Armaflex isolatie, een informatiebericht
opgesteld [5]. De Nederlandse fabrikant van onder andere messing knelfittingen, VSH Fittings BV, wijst in haar
informatiebulletin op de mogelijkheid om koelleidingen met press-fittingen van roestvaststaal (316L) of
koper te verbinden [6]. Uit informatie
blijkt dat koper, brons en verzinkstaal niet gevoelig zijn voor
spanningscorrosie. In de praktijk
blijkt dat ontzinking van messing in
verband wordt gebracht met spanningscorrosie. Maar dat is een misverstand.
daarmee te wachten tot de droog- en
ventilatietijd voorbij is. Onder normale omstandigheden kan voor de
wachttijd na het maken van de laatste verbinding tot het uitvoeren van
de druktest de volgende vuistregel
worden aangehouden: 1 uur droogtijd per bar bedrijfsdruk [7].
PVC drukleiding
Een vorm van spanningscorrosie die
bij PVC-drukleidingen kan ontstaan
noemt men ook wel milieu-spanningsbrosheid. Dit fenomeen kan optreden door het oplosmiddel in de
lijm, in combinatie met een mechanische spanning. Na verlijmen moeten
de dampen, afkomstig uit het in de
lijm aanwezige oplosmiddel voldoende gelegenheid krijgen om te ontsnappen uit de leiding. Deze dampen
veroorzaken het chemische milieu
dat nodig is om milieu-spanningsbrosheid te kunnen veroorzaken.
Ventilatie in de gelijmde leiding moet
plaatsvinden tenminste gedurende
de hardingstijd van de lijm. Droogtijden zijn afhankelijk van de middellijn, de spleetgrootte en de omgevingstemperatuur. Tussen 5 en 15 ºC
kan de droogtijd oplopen tot 1 uur.
Bij lage temperaturen, hoge luchtvochtigheid en grote middellijnen
dient men rekening te houden met
relatief lange droog- en ventilatietijden. In die gevallen waarin men de
leiding direct onder waterdruk wil
zetten, bijvoorbeeld voor een beproeving op dichtheid, dient men
Bronnen:
[1] ‘Plastics’, dr. A.E. Schouten en dr. ir. A.K.
van der Vegt, 1987, uitgave Delta Press
b.v. ISBN 9066741988
[2] ‘Roestvaststaal in zwembaden: na 15 jaar
nog niets geleerd’, Fred Vos, Intech november 2002.
[3] ‘Aantasting van koper en messing’, Gasnet
1988, H. van Bruchem
[4] ‘Scheurvorming messing knelfittingen leidt
tot lekkages in Haagse woningen’, Will
Scheffer, Installatie 2-1990
[5] ‘Isoleren van koel- en warmtepompinstallaties met Armaflex en messing knelfittingen’, Armacell informatie nr. 17.4, februari
2003. Nadere informatie tel.036 –5213660
of 06-22518074
[6] ‘Installeren van fittingen in koelleidingen
en leidingen rondom warmtepompen’, Informatiebulletin ‘Voor de Draad’, 3e jaargang, nr. 5, december 2002, VSH Fittings
BV. Nadere informatie tel. 035-6884211
[7] ‘Milieu-spanningsbrosheid in PVC waterleiding – Samenloop van omstandigheden
zorgt voor grote schade’, Will Scheffer, Intech maart 1996