CN116121842A - 一种小口径管道内表面电化学抛光装置 - Google Patents

Abstract

一种小口径管道内表面电化学抛光装置，包括电源系统、用于存储电解液的存储槽，存储槽内设有用于支撑水平管道的支架，电源系统的正极与管道电连接，电源系统的负极电连接有伸入管道内的阴极棒，阴极棒连接有往复运动机构，往复运动机构带动阴极棒在管道内往复移动，管道一端连接有电解液循环装置，电解液循环装置带动电解液在管道内循环流动，在阴极棒的往复运动和电解液的循环流动结合下，避免了由于气泡附着在管道内表面而在内表面生成白斑以及杂质积聚导致阴阳极接触造成短路的现象发生。

Description

一种小口径管道内表面电化学抛光装置

技术领域

本发明涉及管道内表面的电化学抛光装置，尤其涉及一种小口径管道内表面电化学抛光装置，属于精密特种加工技术领域。

背景技术

随着工业生产技术的不断发展，管道在各行各业都有着广泛的应用，而传统加工工艺生产的管道内表面粗糙度很高，因其在使用过程中内表面凸出部分易溶解、脱落成杂质，会影响高精密设备的正常运行，所以在将管道应用到一些具有高精密设备的领域比如医药、食品、化工、核工业、航空、航天等领域前，需要对管道内表面进行抛光处理以降低其粗糙度。

目前常见的抛光方式为机械抛光和电解抛光。机械抛光对管道内径有要求，不能抛光小口径管道，且抛光过程中存在易产生划痕等缺陷难以达到精密设备的使用要求，而电解抛光可以不受管道内径的限制来进一步降低表面粗糙度，粗糙度可降低到0.1um，并在管道内表面形成钝化膜，提高其耐腐蚀性能。

电解抛光的原理：以管道为阳极，不溶性金属为阴极，共置于电解液中，给阴阳极通电，阴阳极间会有电流通过，将在管道表面上形成氧化膜、盐膜或氧的吸附层等，使阳极的金属溶解速率急剧下降，即处于钝化状态。但这种钝化膜层又有可能在电解液中溶解，而使阳极重新活化。在某一电流密度下，金属钝化与金属溶解在交替地进行着。管道内表面上凸起部分钝化的稳定性低于凹陷部分，溶解速率较高。于是凹陷部分受到保护，而凸起部分优先溶解，遂对管道内表面起到了整平与出光的作用。

目前电解抛光过程中遇到的问题：现有技术中对小口径管道内表面进行电解抛光，通常是将一根与待抛光管道几乎等长的不溶性金属伸入管道中作为阴极，管道作为阳极，待管道内部充满电解抛光溶液后进行电解抛光。根据专利CN104726928B所述的一种细长管道内表面的电化学抛光装置，其采用具有螺旋沟槽结构的螺旋阴极进行轴向直线往复移动和回转运动、电解液从管道底端吸出的方式进行电解抛光，该技术可对小口径管道进行抛光且无喷射现象。但由于螺旋阴极往复移动和回转运动产生的气泡易附着在阴极区域，随着抛光的不断进行而不断累积的气泡会影响管道内表面的均匀性，且电解液要浸没竖直状态的管道，使得该装置不适用于长管。

发明内容

本发明要解决上述现有技术存在的问题，提供一种小口径管道内表面电化学抛光装置，通过阴极棒在管道内进行往复运动以及电解液的循环流动，电解抛光过程中产生的杂质、气泡可以被及时排出到管外，避免影响电解抛光的效果，同时本发明中管道可水平置于存储槽中，可以适应不同长度的管道抛光需求。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种小口径管道内表面电化学抛光装置，包括电源系统、用于存储电解液的存储槽，存储槽内设有用于支撑水平管道的支架，电源系统的正极与管道电连接，电源系统的负极电连接有伸入管道内的阴极棒，管道一端连接有带动电解液在管道内流动的电解液循环装置，阴极棒上固定有若干个间隔设置且绝缘的阴极支撑件，阴极支撑件与管道内壁呈活动配合且使得阴极棒与管道不接触设置，阴极棒连接有往复运动机构，往复运动机构带动阴极棒和阴极支撑件在管道内往复移动，用于往复移动阴极支撑件与管道接触的接触面和搅动管道内电解液。

优选地，阴极支撑件包括设置在中间的固定部、固定在固定部上向外延伸的连杆、固定在连杆外的支撑环，阴极棒连接在固定部上。

优选地，阴极支撑件包括固定在阴极棒上的圆板，圆板的外周固定有接触环，圆板上开有通孔。

优选地，支架上设有对管道固定的夹紧件，夹紧件安装在支架上起到固定管道的作用。

优选地，电解液循环装置包括泵体，泵体的进口端连接于电解液中，泵体的出口端连接在管道的一端，泵体通过进口端从存储槽中吸入电解液，再将电解液从出口端排入管道内，管道内的电解液流出到存储槽中，形成电解液循环系统。

优选地，泵体的进口端安装有过滤筒，过滤筒过滤掉电解产生的杂质后再使得电解液流入泵体中，避免杂质堆积影响电解效率。

优选地，泵体的出口端与管道之间安装有快拧接头，快拧接头包括一端连接于泵体出口端的泵体连接孔、另一端连接于管道一端的管道孔，泵体连接孔与管道孔相连通，泵体连接孔内设有第一密封圈，管道孔内设有第二密封圈，其中泵体连接孔的内径小于管道孔的内径。

优选地，存储槽内设有加热丝，加热丝电连接有设于存储槽外的温度控制器，温度控制器电连接有加热电源，通过具有温度控制器控制的加热丝加热电解液使得电解液保持恒温。

优选地，存储槽顶端设置有保温盖，避免热量的大面积丧失，提供保温作用。

优选地，往复运动机构包括导轨、设置在导轨上的滑块，导轨上连接有丝杆模组，丝杆模组连接有驱动电机，驱动电机通过丝杆模组带动滑块往复移动，阴极棒安装在滑块上，滑块带动阴极棒在管道内部进行往复运动。

本发明有益的效果是：本发明通过设置有能使阴极棒在管道内部做往复运动的往复运动机构和电解液循环装置，使得阴极棒能够在管道内往复移动，同时电解液在电解液循环装置的作用下能够在管道内循环流动，在阴极棒的往复运动和电解液的循环流动结合下，电解抛光时产生的附着在管道内表面的气泡和杂质就会不断被扰动的电解液带出管道内部，这避免了由于气泡附着在管道内表面而在内表面生成白斑以及杂质积聚导致阴阳极接触造成短路的现象发生。此外，本发明中，管道通过夹紧件和支架的配合固定，可水平置于存储槽中，从而满足各种长度的小口径管道抛光需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为夹紧件的结构示意图；

图3为实施例一中阴极支撑件的结构示意图；

图4为往复运动机构的结构示意图；

图5为快拧接头的剖面图；

图6为实施例二中阴极支撑件的结构示意图。

附图标记说明：1、电源系统；2、存储槽；3、支架；4、阴极棒；5、往复运动机构；6、阴极支撑件；7、夹紧件；8、泵体；9、过滤筒；10、快拧接头；11、加热丝；12、温度控制器；13、加热电源；14、保温盖；15、连接杆；5-1、导轨；5-2、滑块；5-3、丝杆模组；5-4、驱动电机；6-1、固定部；6-2、连杆；6-3、支撑环；6-4、圆板；6-5、接触环；6-6、通孔；6-7、阴极棒固定孔；7-1、螺母；7-2、螺栓；10-1、泵体连接孔；10-2、管道孔；10-3、第一密封圈；10-4、第二密封圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例一：

参照图1、图2、图3、图4和图5：本实施例中一种小口径管道内表面电化学抛光装置，包括电源系统1、用于存储电解液的存储槽2，存储槽2内设有用于支撑水平管道的支架3，支架3为采用聚四氟乙烯材质制成的圆柱形支柱，耐高温，抗酸抗碱抗腐蚀，几乎不溶于所有的溶剂，同时具有优良的电绝缘性，耐老化，吸水性小，支架3具有若干个，本实施例中为3个，支架3浸没在电解液中，在支架3上设有对应数量的夹紧件7，本实施例中夹紧件7为管夹，管夹通过螺钉安装在支架3的圆柱形支柱上端面上，管夹内径与管道外径相同，旋紧螺母7-2即可固定管道，使得管道能够水平放置并完全浸没在电解液中，管道内部完全充满电解液，管夹整体均为金属导电材料制成，管夹和管道直接接触，所以电源系统1的正极可以通过导线连接在管夹上来连接管道，阴极棒4的一端伸入管道内另一端伸出管道，电源系统1的负极通过导线缠绕在伸出管道的阴极棒4上；管道一端（本实施例为左端）连接有电解液循环装置，电解液循环装置包括泵体8，泵体8为耐腐蚀自吸泵，泵体8的进口端安装有过滤筒9并置于电解液中，泵体8的出口端连接在管道左端，泵体8与出口端之间安装有节流阀15，节流阀15可以通过调节电解液在节流阀15中流动通道的大小来控制单位时间通过电解液的量，从而达到控制电解液流速的作用，本实施例中控制流量在200ml/min-1L/min。泵体8的出口端与管道之间安装有快拧接头10，快拧接头10包括左端连接于泵体8出口端的泵体连接孔10-1、右端连接于管道左端的管道孔10-2，泵体连接孔10-1与管道孔10-2相连通，泵体连接孔10-1内设有第一密封圈10-3（本实施例中设有2个），管道孔10-2内设有第二密封圈10-4（本实施例中设有1个），其中泵体连接孔10-1的内径小于管道孔10-2的内径，使得泵体8中流出的电解液可以直接流入到管道中，第一密封圈10-3和泵体8的出口端呈过盈配合，通过第一密封圈10-3将泵体8的出口端固定在快拧接头10中，第二密封圈10-4和管道左端也呈过盈配合，通过第二密封圈10-4将管道固定在快拧接头10中，电解液从管道右端流出进入存储槽2中，经过过滤筒9过滤掉抛光产生的杂质后进入泵体8，再从泵体8流出后经过快拧接头10流入管道内，这样就形成了电解液循环系统；阴极棒4上固定有若干个间隔设置的阴极支撑件6，本实施例中为4个，阴极支撑件6包括设置在中间的固定部6-1、固定在固定部6-1上向外延伸的连杆6-2、固定在连杆6-2外的支撑环6-3，本实施例中固定部6-1、连杆6-2和支撑环6-3采用塑料一体注塑成型，阴极棒4穿过固定部6-1并由固定部6-1套接固定，向外延伸的连杆6-2之间设有间隙，使得电解液能从间隙流过，支撑环6-3与管道内壁呈滑动配合，使得阴极棒4在阴极支撑件6的作用下位于管道中心位置与管道内壁不接触避免阴阳极直接接触发生短路，同时保证管道内壁各部分电解均匀；阴极棒4通过连接杆15连接有设置在存储槽外的往复运动机构5，往复运动机构5包括导轨5-1、设置在导轨5-1上的滑块5-2，导轨5-1上连接有丝杆模组5-3，丝杆模组5-3的滑台设置在滑块5-2内，丝杆模组5-3连接有驱动电机5-4，阴极棒4伸出管道的一端与安装固定在滑块5-2上的连接杆15固定连接，驱动电机5-4通过丝杆模组5-3带动滑块5-2往复移动从而通过滑块5-2上的连接杆15带动阴极棒4和阴极支撑件6往复移动，通过阴极支撑件6的往复移动使得管道上与阴极支撑件6的接触面可以通过电解液实现电解抛光，同时搅动管道内电解液可以使得管道各部分电解更加充分均匀，采用驱动电机5-4和丝杆模组5-3的组合，传动效率高同时定位精度高，导轨5-1和滑块5-2的配合使得滑块5-2通过连接杆15带动阴极棒4和阴极支撑件6在管道内往复移动时，阴极棒4和阴极支撑件6的移动精度高，使得阴极棒4和阴极支撑件6在往复移动过程中不会发生偏移，本实施例中滑块5-2的正反移动速率为20mm/s，间隔时间为10ms；在阴极棒4的往复运动和电解液循环系统的结合作用下，电解抛光时产生的附着在管道内表面的气泡和杂质就会不断被扰动的电解液带出管道内部，这避免了由于气泡附着在管道内表面而在内表面生成白斑以及杂质积聚导致阴阳极接触造成短路的现象发生。

其中，本实施例中存储槽2中的电解液由重量百分比为51—55%的98％工业硫酸和重量百分比为42—46%的85％工业磷酸配比而成，在其中添加3%光亮剂和缓蚀剂。

参照图1：进一步地，存储槽2内设有加热丝11，加热丝11电连接有设于存储槽2外的温度控制器12，温度控制器12电连接有加热电源13，存储槽2内还设有温度感应器，通过温度感应器可得到电解液实际温度，本实施例中温度控制器12设定温度为40℃，当电解液温度低于40℃时，加热丝11会通电开始大量产热，达到设定温度开启保温模式，使得电解液温度始终保持温度在40℃，此外，本实施例中存储槽2的顶端还设置有保温盖14避免热量的大面积丧失，提供保温作用。

实施例二：

参照图6：在实施例一的基础上，本实施例中阴极支撑件6包括固定在阴极棒上的圆板6-4，圆板6-4中心开有阴极棒固定孔6-7，阴极棒4穿过阴极棒固定孔6-7并由阴极棒固定孔6-7套接固定，圆板6-4的外周固定有接触环6-5，圆板6-4和接触环6-5采用塑料一体注塑成型，圆板6-4上开有通孔6-6（本实施例中开有4个通孔6-6），电解液能从通孔流过，接触环6-5与管道内壁呈滑动配合。

在实施例一的基础上，进一步地，本实施例中电源系统1包括高频脉冲电源、时间控制器和过载断电装置。高频脉冲电源相较于普通直流电源能大幅度提升电解效率，节电的同时还能降低阳极的溶解量。时间控制器可以精确控制抛光时间，过载断电装置能够在抛光发生短路时及时切断电源防止危险发生。

本实施例中小口径管道内表面电化学抛光装置抛光的具体步骤如下：

以外径为12.7毫米（1/2英寸）316L不锈钢管为抛光实例:

步骤一：将12.7毫米不锈钢管放入脱脂槽浸泡，采用超声波和内冲洗交替循环进行脱脂处理1h；脱脂液冲洗干净后，浸入去离子热水槽进行冲洗，温度≥40℃，清洗时间不少于10min；脱脂后的管材内表面应逐支采用浸泡丙酮的布球或海绵进行吹打不少于3次，最后使用干燥、洁净的白布条吹打，直到吹打出来的白布条干燥、不变色；

步骤二：在支架3上放置12.7毫米，长度1米的316L上述处理后的不锈钢管，内表面粗糙度0.2-0.3um，通过夹紧件7固定并将其浸入电解液中，使得不锈钢管内部充满电解液；

步骤三：将电源系统1的正极导线连接在夹紧件7上；

步骤四：使用内径为12.7毫米的快拧接头10连接泵体8的出口端和不锈钢管的左端；

步骤五：选择直径3mm的阴极棒4作为导电阴极，使用阴极棒固定孔6-7直径为3mm，接触环6-5外径为10mm的阴极支撑件6将阴极棒4固定在阳极不锈钢管内部中心位置，将电源系统1的负极导线缠绕在伸出管道的阴极棒4上，再将阴极棒4和滑块5-2通过连接杆15连接；

步骤六：将85％工业磷酸与98％浓硫酸按照55:42的重量比例充分混合，并添加3%重量比例的缓蚀剂、光亮剂，随后将混合后的电解液加入到存储槽2中，开启加热电源13使用加热丝11加热并控制电解液温度为40℃；

步骤七：开启泵体8，观察并调节电解液流量至合适大小并循环2min查看其稳定性，待电解液循环系统稳定后打开驱动电机使得阴极棒4在不锈钢管内部中心位置进行往复运动；

步骤八：调节电解参数如下：过程时间3min，电流密度为25A/dm²后，打开电源系统1开始电解抛光；

步骤九：电解抛光完毕后，首先关闭电源系统1随后关闭泵体8，待所有装置关闭后取下不锈钢管进行冲洗，去除内外表面残留电解液。

本发明的说明书与权利要求书中会使用某些词汇来指称特定产品。本技术领域中具有通常知识者应理解，制造商可能会以不同的名称来指称相同的组件。本文并不意在区分那些功能相同但名称不同的组件。在下文说明书与申请专利范围中，“包含”、“具有”与“包括”等词为开放式词语，因此其应被解释为“含有但不限定为...”之意。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种小口径管道内表面电化学抛光装置，包括电源系统（1）、用于存储电解液的存储槽（2），存储槽（2）内设有用于支撑水平管道的支架（3），所述电源系统（1）的正极与管道电连接，其特征在于，所述电源系统（1）的负极电连接有伸入管道内的阴极棒（4），所述管道一端连接有带动电解液在管道内流动的电解液循环装置，所述阴极棒（4）上固定有若干个间隔设置且绝缘的阴极支撑件（6），阴极支撑件（6）与管道内壁呈活动配合且使得阴极棒（4）与管道不接触设置，所述阴极棒（4）连接有往复运动机构（5），往复运动机构（5）带动阴极棒（4）和阴极支撑件（6）在管道内往复移动，用于往复移动阴极支撑件（6）与管道接触的接触面和搅动管道内电解液。

2.根据权利要求1所述的一种小口径管道内表面电化学抛光装置，其特征在于，所述阴极支撑件（6）包括设置在中间的固定部（6-1）、固定在固定部（6-1）上向外延伸的连杆（6-2）、固定在连杆（6-2）外的支撑环（6-3），所述阴极棒（4）连接在固定部（6-1）上。

3.根据权利要求1所述的一种小口径管道内表面电化学抛光装置，其特征在于，所述阴极支撑件（6）包括固定在阴极棒上的圆板（6-4），圆板（6-4）的外周固定有接触环（6-5），圆板（6-4）上开有通孔（6-6）。

4.根据权利要求1所述的一种小口径管道内表面电化学抛光装置，其特征在于，所述支架（3）上设有对管道固定的夹紧件（7）。

5.根据权利要求1所述的一种小口径管道内表面电化学抛光装置，其特征在于，所述电解液循环装置包括泵体（8），泵体（8）的进口端连接于电解液中，泵体（8）的出口端连接在管道的一端。

6.根据权利要求5所述的一种小口径管道内表面电化学抛光装置，其特征在于，所述泵体（8）的进口端安装有过滤筒（9）。

7.根据权利要求5或6所述的一种小口径管道内表面电化学抛光装置，其特征在于，所述泵体（8）的出口端与管道之间安装有快拧接头（10），快拧接头（10）包括一端连接于泵体（8）出口端的泵体连接孔（10-1）、另一端连接于管道一端的管道孔（10-2），泵体连接孔（10-1）与管道孔（10-2）相连通，泵体连接孔（10-1）内设有第一密封圈（10-3），管道孔（10-2）内设有第二密封圈（10-4），其中泵体连接孔（10-1）的内径小于管道孔（10-2）的内径。

8.根据权利要求1所述的一种小口径管道内表面电化学抛光装置，其特征在于，所述存储槽（2）内设有加热丝（11），加热丝（11）电连接有设于存储槽（2）外的温度控制器（12），温度控制器（12）电连接有加热电源（13）。

9.根据权利要求1所述的一种小口径管道内表面电化学抛光装置，其特征在于，所述存储槽（2）顶端设置有保温盖（14）。

10.根据权利要求1所述的一种小口径管道内表面电化学抛光装置，其特征在于，所述往复运动机构（5）包括导轨（5-1）、设置在导轨（5-1）上的滑块（5-2），导轨（5-1）上连接有丝杆模组（5-3），丝杆模组（5-3）连接有驱动电机（5-4），驱动电机（5-4）通过丝杆模组（5-3）带动滑块（5-2）往复移动，所述阴极棒（4）安装在滑块（5-2）上。

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