CN111766194A - 一种高温高压电化学腐蚀实验用导线贯穿件及其组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温高压电化学腐蚀实验用导线贯穿件及其组装方法，导线贯穿件包括压紧杆、密封接头、冷却外套和螺纹转接头；冷却外套为中空结构，冷却外套内设置有冷却水腔，冷却外套侧壁上设置有与冷却水腔连通的冷却水管，冷却外套的下端通过螺纹转接头与高压釜密封连接；所述密封接头在压紧杆的作用下被压紧在冷却水腔内，所述密封接头为中空结构，所述密封接头内设置有平台，所述平台上设置有多个用于贯穿电极导线的导线贯穿通孔；所述压紧杆为中空结构，所述压紧杆的下端与密封接头的顶部接触并压紧密封接头，所述压紧杆的上端与冷却外套的上端密封连接。利用该贯穿件可安全实现高温高压条件下不同直径、不同材质导线同时贯穿。

Description

一种高温高压电化学腐蚀实验用导线贯穿件及其组装方法

技术领域

本发明涉及金属高温电化学测试技术领域，具体涉及一种高温高压电化学腐蚀实验用导线贯穿件及其组装方法。

背景技术

电化学腐蚀是金属材料局部失效的重要原因之一。每年因电化学腐蚀造成的直接经济损失数目巨大，电化学腐蚀是金属腐蚀领域主要研究方向。其中，由于所处环境的要求，例如核反应堆，材料处于高温高压的水化学条件中。在此高温条件下，电化学腐蚀仍然是金属腐蚀失效的一大主因。

目前国际上广泛应用高压釜及配套的电化学工作站，模拟类似反应堆一回路的高温高压环境，并在此环境下开展电化学实验研究一回路核材料的腐蚀行为。高温电化学装置涉及众多附件，其中，高压釜中电化学测试用的电极导线(这里指连接工作电极、对电极的电极导线)是传递电化学信号的主要通道。欲监测电化学信号，电极导线需从高温高压的腐蚀环境下导出到外部空间中，这就需要电极导线的贯穿处理。此类附件一般称作导线的贯穿件，用于在导线贯穿时，一方面密封高压釜中的高温高压环境，另一方面冷却导线温度，且满足导线之间和金属部件的绝对绝缘处理。

目前，市面上的成熟产品，例如日本东神公司所生产的电极导线贯穿件，其最大可实现4根Pt丝导线贯穿，最高运行温度350℃，最大可承受压力位20MPa，优点是可拆卸性较强。然而这还无法实际满足实验要求，实际实验中，例如对锆合金进行电化学测试时，为达到最佳的测试结果，应利用Zr导线作为电极导线连接锆合金样品，需要具备灵活的导线更改方案；其次锆合金高温电化学实验普遍采用360℃/18.6MPa的实验条件，对温度的要求更高，要求满足更高温度下密封、冷却苛刻条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温高压电化学腐蚀实验用导线贯穿件及其组装方法，利用该贯穿件可安全实现高温高压条件下不同直径、不同材质导线同时贯穿。

本发明通过下述技术方案实现：

一种高温高压电化学腐蚀实验用导线贯穿件，包括压紧杆、密封接头、冷却外套和螺纹转接头；

所述冷却外套为中空结构，冷却外套内设置有冷却水腔，所述冷却外套侧壁上设置有与冷却水腔连通的冷却水管，所述冷却外套的下端通过螺纹转接头与高压釜密封连接；

所述密封接头在压紧杆的作用下被压紧在冷却水腔内，所述密封接头为中空结构，所述密封接头内设置有平台，所述平台上设置有多个用于贯穿电极导线的导线贯穿通孔；

所述压紧杆为中空结构，所述压紧杆的下端与密封接头的顶部接触并压紧密封接头，所述压紧杆的上端与冷却外套的上端密封连接；

所述密封接头的下端侧壁与冷却水腔密封连接，上端侧壁与压紧杆密封连接，所述冷却外套、密封接头和压紧杆的中空部分相互连通用于贯穿电极导线，具体是指冷却水腔内的密封水不能进入到密封接头内。

本发明通过采用压紧杆压紧的方式将密封接头置于冷却水腔内，实现密封接头的可拆卸式连接，可以根据实际需要跟换密封接头，实现密封接头用于贯穿不同材质，不同尺寸和数量的电极导线，使用时导线贯穿通孔与电极导线一一对应，不能避免电极导向之间连接。

本发明通过冷却水腔通过冷却水管实现内部冷却水的循环，实现对密封接头以及内部贯穿导线的冷却处理。

进一步地，所述冷却外套的上端内壁设置有内螺纹，所述压紧杆的外壁设置有与内螺纹匹配的压紧螺纹；所述冷却外套的下端外壁设置与螺纹转接头匹配的安装螺纹。

进一步地，冷却外套内在冷却水腔的下方设置有密封接头卡槽，所述密封接头的底部卡设在密封接头卡槽内。

进一步地，密封接头内在平台的下方设置有冷却通孔，所述密封接头内在平台的上方设置有密封孔道，所述密封孔道内填充有金属密封胶。

本发明通过在密封孔道内填充有金属密封胶，能够提高整个贯穿组件的耐高温性能。贯穿件可安全实现360℃及上限25MPa的温度、压力条件下的导线贯穿。

进一步地，金属密封胶为耐高温高分子复合树脂。

进一步地，压紧杆的中心设置有导线通孔，所述压紧杆内在导线通孔下方设置与凹槽，所述密封接头的顶部嵌入凹槽内。

进一步地，螺纹转接头包括螺母和螺杆，所述螺母为中空结构，所述螺杆为中心等直径通孔结构，所述螺杆的中部外壁设置有凸出平台，所述螺杆的外壁在凸出平台的两侧分别设置有螺母侧螺杆和釜头侧螺杆，所述螺母侧螺杆和釜头侧螺杆分别用于与螺母、高压釜螺纹连接；所述螺母的内壁沿轴向分为两段，两段分别为冷却外套侧螺母和螺杆侧螺母，所述冷却外套侧螺母与冷却外套螺纹连接，所述螺杆侧螺母与螺母侧螺杆螺纹连接。

进一步地，冷却水管包括进水管和出水管，所述进水管和出水管具有一定高度差且相对设置，所述进水管设置在较低位置，所述平台设置在进水管和出水管之间的区域。

进一步地，还包括与电极导线配合的热缩管和耐高温陶瓷管，所述电极导线上在密封点以下设置有耐高温陶瓷管，所述电极导线上在密封点以上设置有热缩管。

一种高温高压电化学腐蚀实验用导线贯穿件的组装方法，包括以下步骤：

S1、根据实际需求，确定所需贯穿电极导线的数目、导线材质及导线直径，据此设计密封接头的平台中的导线贯穿通孔，然后加工密封接头；

S2、将组装好的密封接头放入冷却外套内，然后用压紧杆压紧密封接头实现密封接头的下端外壁与冷却水腔密封连接，上端外壁与压紧杆密封连接；

S3、将电极导线依次穿过螺纹转接头、冷却外套、密封接头和压紧杆，然后与螺纹转接头与带循环回路的高压釜连接，进行冷态下的加压实验；

S4、确保冷态高压下贯穿件的安全后，进行高温高压下的电化学测试，向冷却水管中通入冷却水冷却。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过模块化的结构设计保证了组装的便利性以及多样性，尤其是密封接头上的密封平台的设计以及耐高温高压金属密封胶的使用实现了贯穿件的多样性、灵活性，使多种导线材料、不同直径贯穿以及不同数目的导线贯穿的问题得以解决，为电化学测试提供了更高的精确性、变通性以及高效性。

2、本发明通过对电极导线进行绝缘热缩处理，以及对密封接头进行充分的强迫流动冷却，实现了导线的安全贯穿，保证了高压釜内环境的密封，且充分冷却了电极导线和密封点的密封胶，保证了长时间工作的稳定性。

3、本发明所利用的原材料、加工手段及密封方法简单，成本低廉；且相对于其他产品来说，具有更大的变通性和高效性，最高已可实现6根电极导线的同时贯穿。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的实施例1的贯穿件的整体结构示意图；

图2为本发明的实施例1的压紧杆的中心截面主视图：

图3为本发明的实施例1的密封接头的中心截面主视图：

图4为本发明的实施例1的冷却外套的中心截面主视图：

图5为本发明的实施例1的螺纹转接头的中心截面主视图：

图6为本发明的密封接头的俯视图：

图7为本发明的实施例2的电极导线的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-压紧杆，2-密封接头，3-冷却外套，4-电极导线，5-螺母，6-螺杆，10-螺帽，11-压紧螺纹，12-导线通孔，13-凹槽，20-冷却通孔，21-平台，22-导线贯穿通孔，23-密封孔道，30-内螺纹，31-冷却水管，32-冷却水腔，33-密封接头卡槽，34-导线孔道，35-安装螺纹，40-热缩管，41-密封点，42-耐高温陶瓷管，51-冷却外套侧螺母，52-螺杆侧螺母，61-螺母侧螺杆，62-釜头侧螺杆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1-图6所示，一种高温高压电化学腐蚀实验用导线贯穿件，包括压紧杆1、密封接头2、冷却外套3和螺纹转接头；

所述冷却外套3为中空结构，冷却外套3内设置有冷却水腔32，所述冷却外套3侧壁上设置有与冷却水腔32连通的冷却水管31，所述冷却外套3的下端通过螺纹转接头与高压釜密封连接，具体地，所述冷却外套3的下端外壁设置与螺纹转接头匹配的安装螺纹35，所述螺纹转接头包括螺母5和螺杆6，所述螺母5为中空结构，所述螺杆6为中心等直径通孔结构，所述螺杆6的中部外壁设置有凸出平台，所述螺杆6的外壁在凸出平台的两侧分别设置有螺母侧螺杆61和釜头侧螺杆62，所述螺母侧螺杆61和釜头侧螺杆62分别用于与螺母5、高压釜螺纹连接；所述螺母5的内壁沿轴向分为两段，两段分别为冷却外套侧螺母51和螺杆侧螺母52，所述冷却外套侧螺母51与冷却外套3螺纹连接，所述螺杆侧螺母52与螺母侧螺杆61螺纹连接，所述冷却外套3内下冷却水腔32下方设置有导线孔道34；

所述密封接头2在压紧杆1的作用下被压紧在冷却水腔32内，所述密封接头2为中空结构，所述密封接头2内设置有平台21，所述平台21上设置有多个用于贯穿电极导线4的导线贯穿通孔22；

所述压紧杆1为中空结构，所述压紧杆1的下端与密封接头2的顶部接触并压紧密封接头2，所述压紧杆1的上端与冷却外套3的上端密封连接，具体地，所述冷却外套3的上端内壁设置有内螺纹30，所述压紧杆1的外壁设置有与内螺纹30匹配的压紧螺纹11，通过内螺纹30与压紧螺纹11的配合用于压紧密封接头2，所述压紧杆1的上端设置与螺帽10，所述螺帽10的设置利于操作压紧杆1；

所述密封接头2的下端侧壁与冷却水腔32密封连接，即密封接头2的下端外壁与冷却水腔32的侧壁紧贴实现密封，密封接头2的上端侧壁与压紧杆1密封连接，即密封接头2的上端外壁与压紧杆1的内壁紧贴，所述冷却外套3、密封接头2和压紧杆1的中空部分相互连通用于贯穿电极导线4，具体是指冷却水腔32的内不会进入密封接头2内。

本实施例中，除电极导线4以外，所有配件均由耐高温、稳定、耐腐蚀的金属材料制成，优选地，使用不锈钢材料作为贯穿件的制造材料。

本实施例中，密封接头2平台21中的导线贯穿孔22数目以及直径皆可更改，平台21上的密封孔道23实际为密封点位置，由于测试需求不同，电极导线4的直径、贯穿的数目均有一定的调整，根据实际情况可设计更换平台上的开孔大小、数目，实现多根不同直径、不同贯穿导线数目的贯穿。

实施例2：

如图1-图7所示，本实施例基于实施例1，还包括与电极导线4配合的热缩管40和耐高温陶瓷管42，所述电极导线4上在密封点41以下设置有耐高温陶瓷管42，所述电极导线4上在密封点41以上设置有热缩管40；所述密封接头2内在平台21的下方设置有冷却通孔20，所述密封接头2内在平台21的上方设置有密封孔道23，所述密封孔道23内填充有金属密封胶，所述金属密封胶为耐高温高分子复合树脂。

本实施例中利用金属密封胶对密封孔道23进行密封：所用密封材料为耐高温高压金属密封胶，优选地，选用了耐高温高分子复合树脂结构密封胶，该产品是实现金属容器耐高压、高温密封的绝佳方式；导线穿入密封接头2中的导线贯穿通孔22后，将密封胶注入到密封接头2内部的平台21上，在密封孔道23中注入充分的密封胶后，将其搅拌均匀，利用烘干机在120℃温度下保温2小时以上即可实现密封接头部位的胶固结。

本实施例对电极导线4做了绝缘处理：优选地，在密封接头2的平台21以下的电极导线4利用稍大直径的耐高温陶瓷管42包覆在电极导线4外侧进行高温环境中的绝缘，耐高温陶瓷管42为氧化铝陶瓷，在贯穿导线贯穿孔22时，即电极导线4上的密封点41，利用铁氟龙材质的热缩管40将电极导线4包覆后热缩，确保冷却端所有部位导线与金属配件绝缘；利用万用表检查电极导线4的导电情况。

本实施例中，之所以在导线4的密封点41以下部位不用热缩管作处理是因为铁氟龙热缩管在过高>260℃温度后会出现分解，从而对高压釜内部环境造成污染，因此下端采用配合不紧密的耐高温陶瓷管42；由于冷却水的冷却，在密封接头2的平台21后段已不存在高温，再利用热缩管40在电极导线4上热缩可实现更紧密的密封效果。

实施例3：

本实施例基于实施例1，所述冷却外套3内在冷却水腔32的下方设置有密封接头卡槽33，所述密封接头2的底部卡设在密封接头卡槽33内，进而密封接头2的下端侧壁与冷却水腔32密封连接；所述压紧杆1的中心设置有导线通孔12，所述压紧杆1内在导线通孔12下方设置与凹槽13，所述密封接头2的顶部嵌入凹槽13内，密封接头2的上端侧壁与压紧杆1密封连接。

所述密封接头卡槽33和凹槽13的设置能够提高密封接头2的安装稳定性。

实施例4：

本实施例基于实施例1，不同之处在于优化了冷却水冷却效果，密封接头2内冷却孔道20直径应合理尽量小，减少需冷却的高温水量；平台21应尽量位于冷却外套3的后端冷却水管31位置，所述冷却水管31包括进水管和出水管，所述进水管和出水管具有一定高度差且相对设置，证冷却水对密封接头2进行足够长时间的冷却，所述进水管设置在较低位置，确保冷却水的强迫流动，所述平台21设置在进水管和出水管之间的区域，这有利于冷却水对密封孔道23下的高温环境进行冷却，保证导线及密封点的冷却状态，密封孔道23内填充密封胶。

本实例中，充分确保密封孔道23中的低温状态可避免密封胶的高温缓慢分解，同时可避免因电极导线4、密封胶的热胀冷缩不一导致的密封胶与电极导线4接触脱落。

实施例5：

本实例在实例1的基础上，对配件的螺纹以及配件接触部位进行了优化改进。作为优选，冷却外套3的安装螺纹35为G1/2螺纹，该规格螺纹是实现精密、密封连接的常用螺纹规格；作为优选，冷却外套3底端的头部加工为圆密封面，通过压紧杆1压紧可实现与螺纹转接头的螺杆6的硬密封连接；螺纹转接头的螺杆6两侧均为公制螺纹，螺母5的釜头侧螺母52为公制螺纹、冷却外套侧螺母51为G1/2螺纹，通过螺纹转接头上的螺母5、螺杆6实现冷却外套3的G1/2螺纹与高压釜釜头上的公制螺纹的转换连接；螺杆6的釜头侧螺杆62长度应长于高压釜上的公制螺纹孔深度，优选地，螺杆6两端均以圆密封面加工，确保硬密封条件。优选地，密封接头2两端以及压紧杆1下端均采用圆密封面加工，实现硬配合密封。

实施例6：

一种如实施例2所述的一种高温高压电化学腐蚀实验用导线贯穿件的组装方法，包括以下步骤：

S1、根据实际需求，确定所需贯穿电极导线4的数目、导线材质及导线直径，据此设计密封接头2的平台21中的导线贯穿通孔22，然后加工密封接头2；

S2、测量电极导线4的长度，确定密封点41后，将密封点41及以上导线套上铁氟龙材质的热缩管40后利用工业热吹风机将其热缩套紧；

一般热缩管40热缩温度在350℃左右，热缩时从密封点41开始，然后朝一个方向逐渐热缩，去除热缩管中的残留气体；热缩管原始直径应比所套导线直径稍大，保证可紧密热缩。工业热吹风机亦可用打火机代替，然而需控制外焰与热缩管距离，避免引燃；

S3、在电极导线4的密封点41以下用稍大直径耐高温陶瓷管42包覆电极导线4，然后将各电极导线4按照导线贯穿通孔22中的布置，从密封接头2中密封平台21上的导线贯穿通孔22内穿入，并固定所有电极导线4位置，利用万用表确认导线之间、导线于金属之间绝缘；

S4、利用注射器吸入适量的密封胶，注入在密封孔道23内，保证密封胶厚度超过10mm以上，然后将密封胶搅拌均匀；

S5、利用烘干机，在120℃下对封装好的密封接头2及导线4热处理120分钟以上后取出，自然冷却

S6、将组装好的密封接头2放入冷却外套3内，然后用压紧杆1压紧密封接头2实现密封接头2的下端外壁与冷却水腔32密封连接，上端外壁与压紧杆1密封连接；

S7、将电极导线4依次穿过螺纹转接头、冷却外套3、密封接头2和压紧杆1，然后与螺纹转接头与带循环回路的高压釜连接，进行冷态下的加压实验；

S8、确保冷态高压下贯穿件的安全后，进行高温高压下的电化学测试，向冷却水管31中通入冷却水冷却。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高温高压电化学腐蚀实验用导线贯穿件，其特征在于，包括压紧杆(1)、密封接头(2)、冷却外套(3)和螺纹转接头；

所述冷却外套(3)为中空结构，冷却外套(3)内设置有冷却水腔(32)，所述冷却外套(3)侧壁上设置有与冷却水腔(32)连通的冷却水管(31)，所述冷却外套(3)的下端通过螺纹转接头与高压釜密封连接；

所述密封接头(2)在压紧杆(1)的作用下被压紧在冷却水腔(32)内，所述密封接头(2)为中空结构，所述密封接头(2)内设置有平台(21)，所述平台(21)上设置有多个用于贯穿电极导线(4)的导线贯穿通孔(22)；

所述压紧杆(1)为中空结构，所述压紧杆(1)的下端与密封接头(2)的顶部接触并压紧密封接头(2)，所述压紧杆(1)的上端与冷却外套(3)的上端密封连接；

所述密封接头(2)的下端侧壁与冷却水腔(32)密封连接，上端侧壁与压紧杆(1)密封连接，所述冷却外套(3)、密封接头(2)和压紧杆(1)的中空部分相互连通用于贯穿电极导线(4)。

2.根据权利要求1所述的一种高温高压电化学腐蚀实验用导线贯穿件，其特征在于，所述冷却外套(3)的上端内壁设置有内螺纹(30)，所述压紧杆(1)的外壁设置有与内螺纹(30)匹配的压紧螺纹(11)；所述冷却外套(3)的下端外壁设置与螺纹转接头匹配的安装螺纹(35)。

3.根据权利要求1所述的一种高温高压电化学腐蚀实验用导线贯穿件，其特征在于，所述冷却外套(3)内在冷却水腔(32)的下方设置有密封接头卡槽(33)，所述密封接头(2)的底部卡设在密封接头卡槽(33)内。

4.根据权利要求1所述的一种高温高压电化学腐蚀实验用导线贯穿件，其特征在于，所述密封接头(2)内在平台(21)的下方设置有冷却通孔(20)，所述密封接头(2)内在平台(21)的上方设置有密封孔道(23)，所述密封孔道(23)内填充有金属密封胶。

5.根据权利要求4所述的一种高温高压电化学腐蚀实验用导线贯穿件，其特征在于，所述金属密封胶为耐高温高分子复合树脂。

6.根据权利要求1所述的一种高温高压电化学腐蚀实验用导线贯穿件，其特征在于，所述压紧杆(1)的中心设置有导线通孔(12)，所述压紧杆(1)内在导线通孔(12)下方设置与凹槽(13)，所述密封接头(2)的顶部嵌入凹槽(13)内。

7.根据权利要求1所述的一种高温高压电化学腐蚀实验用导线贯穿件，其特征在于，所述螺纹转接头包括螺母(5)和螺杆(6)，所述螺母(5)为中空结构，所述螺杆(6)为中心等直径通孔结构，所述螺杆(6)的中部外壁设置有凸出平台，所述螺杆(6)的外壁在凸出平台的两侧分别设置有螺母侧螺杆(61)和釜头侧螺杆(62)，所述螺母侧螺杆(61)和釜头侧螺杆(62)分别用于与螺母(5)、高压釜螺纹连接；所述螺母(5)的内壁沿轴向分为两段，两段分别为冷却外套侧螺母(51)和螺杆侧螺母(52)，所述冷却外套侧螺母(51)与冷却外套(3)螺纹连接，所述螺杆侧螺母(52)与螺母侧螺杆(61)螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的一种高温高压电化学腐蚀实验用导线贯穿件，其特征在于，所述冷却水管(31)包括进水管和出水管，所述进水管和出水管具有一定高度差且相对设置，所述进水管设置在较低位置，所述平台(21)设置在进水管和出水管之间的区域。

9.根据权利要求1所述的一种高温高压电化学腐蚀实验用导线贯穿件，其特征在于，还包括与电极导线(4)配合的热缩管(40)和耐高温陶瓷管(42)，所述电极导线(4)上在密封点(41)以下设置有耐高温陶瓷管(42)，所述电极导线(4)上在密封点(41)以上设置有热缩管(40)。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的一种高温高压电化学腐蚀实验用导线贯穿件的组装方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据实际需求，确定所需贯穿电极导线(4)的数目、导线材质及导线直径，据此设计密封接头(2)的平台(21)中的导线贯穿通孔(22)，然后加工密封接头(2)；

S2、将组装好的密封接头(2)放入冷却外套(3)内，然后用压紧杆(1)压紧密封接头(2)实现密封接头(2)的下端外壁与冷却水腔(32)密封连接，上端外壁与压紧杆(1)密封连接；

S3、将电极导线(4)依次穿过螺纹转接头、冷却外套(3)、密封接头(2)和压紧杆(1)，然后与螺纹转接头与带循环回路的高压釜连接，进行冷态下的加压实验；

S4、确保冷态高压下贯穿件的安全后，进行高温高压下的电化学测试，向冷却水管(31)中通入冷却水冷却。

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