CN1188616C - 带槽拱型金属爆破片的电化学腐蚀制造方法 - Google Patents
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Abstract
本技术领域涉及制造压力容器的安全附件爆破片装置领域，具体地说是一种带槽拱型金属爆破片制造方法及设备。其特征在于包括以下工艺步骤：A.剪切膜片坯片、B.制保护模板、C.膜片成型拱起、D.热处理工艺、E.电化学腐蚀刻槽工艺。本发明同现有技术相比，采用非接触的电化学腐蚀方法在拱形金属膜片上直接刻制减弱槽。膜片可一次起拱至预定形状，无需中间退火热处理；较低的热处理温度(130℃～400℃)导致对热处理设备要求很低，不再需要昂贵的气氛保护炉或真空炉；刻槽无需专用膜具，成本低，投资少，值得推广和应用。
Description
[技术领域]
本技术领域涉及制造压力容器的安全附件爆破片装置领域，具体地说是一种带槽拱型金属爆破片制造方法及设备。
[技术背景]
爆破片装置(爆破片及爆破片夹持器)是保证压力容器安全使用的重要附件之一，其工作原理是：当压力越过设定的安全界限时，爆破片首先破坏打开，泄放压力，从而保护整个压力容器不致破坏。随着安全保护的概念进步及压力容器使用要求的提高，对爆破片的选用也越来越严格，表现为：在确保性能前提下结构要求简单；爆破无碎片；爆破无火花。目前能够满足该要求的，只有拱型金属刻槽爆破片，其原理为：在金属爆破片上制造出减弱槽(例如：若干条由中心向其边缘呈放射状的减弱槽)，当压力容器内爆破压力达到该爆破片设定爆破压力时，爆破片因在减弱槽处发生大变形而沿减弱槽撕裂成若干片，以保证压力的及时泄放。
1993年，大连理工大学丁信伟等人提出了《全开无碎片拱形带槽金属爆破片制造方法》(专利号：ZL 93 1 09577.8)，主要包括以下几步：①从金属薄板上剪下圆形平膜片。②把膜片放置于平板形膜具的平面，再加上平直条形刀刃并施压，在膜片上压出由中心向四周呈辐射状的四条压槽。③利用液压或气压把经过压槽后的膜片预拱至某个高度，使原膜片四条直形压膜处正反两面同时发生预缩现象，初步形成双凹形减弱槽。④将膜片进行退火热处理，若材料是不锈钢，则处理温度为1050～1090℃。⑤重复第3步或3、4步一次或若干次，加深双凹减弱槽的深度，并使其拱面高度达到预定设计高度。⑥进行退火处理，消除残余内应力与形变硬化。
该工艺方法实现了刻槽拱形膜片的制造，但该工艺对压槽刀具、加压设备、热处理设备及生产工期要求较高，在操作中也有一定的不足：①为在平膜片上预制出减弱槽，需为不同口径的膜片配备不同的专用刀具。②为在平膜片上预制出减弱槽，需要配备大型加压设备；随膜片厚度及直径的增大，刻制减弱槽的难度迅速增大，对设备的要求也急剧上升。③为确保在预拱过程中减弱槽不被撕裂，需要多次进行热处理；同时为保证热处理过程中，金属膜片不被氧化，需采用气氛保护炉或真空炉，对热处理设备要求较高；因金属膜片为薄壁结构，随膜片直径的增大，热处理的难度也相应增大。④在预拱完成后，仍需最终热处理，以消除残余内应力与形变硬化。⑤减弱槽的形状相对固定，不能根据需要方便地更改。
造成以上不足的原因主要有两个方面，一是不能在拱面上直接制造减弱槽，二是用机械方法压制减弱槽。因此，解决问题的关键在于找到在拱面上用非机械方法直接制造减弱槽的方法。
[发明内容]
本发明的目的提供了一种全新的加工工艺方法，基本思路是在膜片上预制刻槽保护膜板并将膜片直接预拱至设定高度；在130℃～400℃温度范围热处理消除残余应力；采用电化学腐蚀的方法，在预设的位置刻出预定形状和深度的减弱槽。
为实现上述目的，设计一种带槽拱型金属爆破片制造方法，其特征在于包括以下工艺步骤：A.剪切膜片坯片：从薄板上剪下圆形平片；B.制保护模板：膜片涂覆一层绝缘薄膜，在绝缘膜上制造出减弱槽形状的保护膜板；C.膜片成型拱起：利用液压式气压作用于膜片，将膜片成型拱起；D.热处理工艺：温度为130℃-400℃；E.电化学腐蚀刻槽工艺：将膜片置入电解槽液内，电解腐蚀出预设的减弱槽。为实施步骤E而专门设计的设备，其特征在于在不导电的容器内注入食盐与水溶液重量比1∶5做为电解液，电源采用可调的直流电压，保护膜板的待雕刻膜片与电源阳极相连，与待雕刻膜片形状一致所带有筛眼的金属片与电源阴极相连，待雕刻膜片与带有筛眼的金属片在电解槽内固定，阳极的待雕刻面正对阴极，使电解液通过阴极上的筛眼不断地循环，接通电源，在恒定的电压下雕刻。
本发明同现有技术相比，采用非接触的电化学腐蚀方法在拱形金属膜片上直接刻制减弱槽。膜片可一次起拱至预定形状，无需中间退火热处理；较低的热处理温度(130℃～400℃)导致对热处理设备要求很低，不再需要昂贵的气氛保护炉或真空炉；刻槽无需专用膜具，避免了机械刻槽膜具和设备的大量投入；刻槽保护膜板制作简单，减弱槽形状可方便迅速地根据要求改变；使用食盐的水溶液作为电解液，对环境不造成污染；在电解刻制减弱槽过程中，不会在减弱槽处引起额外的应变硬化，无需最终退火热处理。成本低，投资少，值得推广和应用。
[附图说明]
图1是本发明创造的工艺流程图。
图2是本发明创造的电化学刻槽构造图。
参见图1，1为剪切膜片坯片，从薄板上剪下圆形平片(或矩形或其他形状平片)，简称膜片。2为制保护模板，从膜片上涂覆一层绝缘薄膜，在绝缘薄膜上制造出减弱槽形状，使待刻槽处暴露出金属本体。该层带有减弱槽形状的绝缘薄膜称为保护膜板；保护膜板保护不刻槽处不受腐蚀，同时形成减弱槽的边界形状，3为模片成型拱起，利用液压或气压作用于膜片上，将膜片拱起至设计高度；保护膜板可根据需要位于膜片的凸面或凹面上，4为热处理工艺，消除膜片成型起拱过程中产生的内应力，热处理温度根据膜片厚度及起拱的高度，可在130℃～400℃中选择，保温时间可根据膜片厚度及热处理装炉量来决定，但不得低于30分钟。热处理炉有效工作区温差不得大于±5℃，5为电化学腐蚀刻槽工艺，将膜片置入电解槽液内，电解腐蚀出预设的减弱槽。去除膜片表面的保护膜板，即得爆破片成品。这些制造技术对本专业的人来说还是比较清楚的。
图2给出了电化学腐蚀刻槽构造图，6为容器，7为电解液，8为直流电压，9为待雕刻模片，10为阳极，11为带有筛眼的金属片，12为阴极。在不导电的容器内注入食盐的水溶液(1∶5重量比)，做为电解液；电源采用直流电源，该电源提供在一定范围内可调的直流电压，以根据需要设定所需的电解电流大小；将制好保护膜板的待雕刻膜片与电源阳极相连；以与待雕刻膜片形状一致的带有筛眼的金属片作为阴极或与电源阴极相连；将作为阴、阳极的膜片固定，以保证在雕刻过程中相对位置不变，阳极的待雕刻面正对阴极，另一面不得接触电解液或以某种方式与电解液隔开；阴极的形状与待雕刻膜片的形状尽量一致，但可稍加调整以控制减弱槽深度在径向上的变化。将阴、阳极浸没入电解液，使电解液通过阴极上的筛眼不断地在循环，接通电源，在恒定的电压下雕刻。在电腐蚀的整个过程中，阳极和阴极必须保持平行和距离不变。在设定的电压下，经过预设的电腐蚀时间，取出刻槽金属膜片，去除保护膜板即可得到最终的爆破片成品。这种电腐蚀化学技术对本专业的人来说是清楚的。
[实施方式]
实施例1：储气罐使用的刻槽反拱形金属爆破片
设计压力为1.94Mpa，泄放通径为DN40。经计算，选用厚度为0.4mm的不锈钢板板材。爆破片设计拱高8.10mm，保护膜板为从中心向四周辐射的四条放射线，刻槽深度0.25mm。
首先从薄钢板上剪下直径Φ76的膜片，在其上涂覆保护膜板，其上预制“十”字形减弱槽线。将已完成保护膜板的膜片置于夹持器内，与压力源连接，保护膜板一面对着压力源方向。对膜片施以液压，将膜片拱高至设计拱高。将膜片置于烘箱内进行稳定化热处理。200℃下保温1小时，到温入炉，保温结束取出空冷。将膜片与电解槽的阳极连接，电解槽阴极做成与膜片形状一致。拉通直流电源，开始电化学腐蚀刻槽。在腐蚀过程中，维持阴阳极之间电解液的不断循环并保持膜片与阴极的平行与距离。在腐蚀时间到后，关闭电源，取出膜片并清洁，即得成品。
实施例2：储气罐使用的刻槽反拱形金属爆破片
设计压力为0.93Mpa，泄放通径为DN40。经计算，选用厚度为0.27mm的不锈钢板材。爆破片设计拱高7.70mm，保护膜板为从中心向四周辐射的四条放射线，刻槽深度0.20mm。
首先从薄钢板上剪下直径Φ76的膜片，在其上涂覆保护膜板，其上预制“十”字形减弱槽线。将已完成保护膜板的膜片置于夹持器内，与压力源连接，保护膜板一面对着压力源方向。对膜片施以气压，将膜片拱高至设计拱高。将膜片置于烘箱内进行稳定化热处理。165℃下保温2小时，到温入炉，保温结束取出空冷。将膜片与电解槽的阳极连接，电解槽阴极做成与膜片形状一致。接通直流电源，开始电化学腐蚀刻槽。在腐蚀过程中，维持阴阳之间电解液的不断循环并保持膜片与阴极的平行与距离。在腐蚀时间到后，关闭电源，取出膜片并清洁，即得成品。
实施例3：液化槽车使用的刻槽反拱形金属爆破片
设计压力为0.94Mpa，泄放通径为DN25。经计算，选用厚度为0.12mm的不锈钢板材。爆破片设计拱高5.3mm，保护膜板为从中心向四周辐射的四条放射线，刻槽深度0.07mm。
首先从薄钢板上剪下直径Φ38的膜片，在其上涂覆保护膜板，其上预制“十”字形减弱槽线。将已完成保护膜板的膜片置于夹持器内，与压力源连接，保护膜板一面对着压力源方向。对膜片施以气压，将膜片拱高至设计拱高。将膜片置于烘箱内进行稳定化热处理。200℃下保温1小时，随炉升温，保温结束炉冷至室温。将膜片与电解槽的阳极连接，电解槽阴极做成与膜片形状一致。接通直流电源，开始电化学腐蚀刻槽。在腐蚀过程中，维持阴阳极之间电解液的不断循环并保持膜片与阴极的平行与距离。在腐蚀时间到后，关闭电源，取出膜片并清洁，即得成品。
Claims (1)
1.一种带槽拱型金属爆破片制造方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
A.切膜片坯片：从薄板上剪下圆形平片；
B.制保护模板：膜片涂覆一层绝缘薄膜，在绝缘膜上制造出减弱槽形状的保护膜板；
C.膜片成型拱起：利用液压式气压作用于膜片，将膜片成型拱起；
D.热处理工艺：温度为130℃-400℃；
E.电化学腐蚀刻槽工艺：将膜片置入电解槽液内，电解腐蚀出预设的减弱槽。
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