CN215698611U - 一种可控局部氢致金属裂解装置用电解接头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种可控局部氢致金属裂解装置用电解接头，包括一体连接设置的电解框架和接头部；电解框架包括一体连接设置的气缸推杆支撑板和绝缘支撑板，绝缘支撑板包括相同的两个，两个绝缘支撑板分别设置于气缸推杆支撑板前后两端的左侧；接头部设置于绝缘支撑板的左侧，接头部为金属支撑架，接头部外侧套设有外包胶，接头部内设置有左右贯通的入口通道和出口通道，接头部左侧设置有导电弹性垫片，导电弹性垫片呈V型设置，导电弹性垫片的一端置于接头部外侧，导电弹性垫片的另一端插入接头部设置，借此，本实用新型具有能够在金属零件需要断裂的部位准确的引发氢脆，利用氢脆现象制造零件断裂的优点。

Description

一种可控局部氢致金属裂解装置用电解接头

技术领域

本实用新型属于金属裂解技术领域，特别涉及一种可控局部氢致金属裂解装置用电解接头用电解接头。

背景技术

目前，在各行业中都存在将零部件进行断裂分解的需求，各行各业所采用的的方式多种多样，机械行业中常用的方式有冷加工(车、铣、线切割等)，热加工(火焰切割、激光切割等)等方式。

但是，上述方法存在以下缺点：

1、能耗高，设备功率通常较高；

2、零件断裂的位置存在局限性并且操作相对复杂，受加工设备的规格影响较大。

3、辅助材料消耗大，如冷加工刀具消耗、热加工的气体消耗等。

4、对零件本身有影响，如切割时热量会造成零件金相组织的变化。

5、当零件尺寸过大时，常规的断裂加工方式受限于设备大小、功率等限制难以施行。

因此，急需一种可以精确控制工件局部裂解的方法。

实用新型内容

本实用新型提出一种可控局部氢致金属裂解装置用电解接头用电解接头，能够在金属零件需要断裂的部位准确的引发氢脆，利用氢脆现象制造零件的断裂。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种可控局部氢致金属裂解装置用电解接头，包括一体连接设置的电解框架和接头部；

电解框架包括一体连接设置的气缸推杆支撑板和绝缘支撑板，绝缘支撑板包括相同的两个，两个绝缘支撑板分别设置于气缸推杆支撑板前后两端的左侧；

接头部设置于绝缘支撑板的左侧，接头部为金属支撑架，接头部外侧套设有外包胶，接头部内设置有左右贯通的入口通道和出口通道，接头部左侧设置有导电弹性垫片，导电弹性垫片呈V型设置，导电弹性垫片的一端置于接头部外侧，导电弹性垫片的另一端插入接头部设置。

作为一种优选的实施方式，入口通道的右端设置有入口接头，出口通道的右端设置有出口接头，电解介质由入口接头进入入口通道中，并通过入口通道进入由接头部和金属零件之间形成的电解池中，处理结束后，电解介质由出口通道进入出口接头中，并通过出口接头排出。

作为一种优选的实施方式，接头部包括一体连接设置的第一接头连接部和第二接头连接部，第二接头连接部和所述绝缘支撑板之间相连接，第一接头连接部设置于第二接头连接部的左侧，第一接头连接部的纵截面积小于第二接头连接部的纵截面积。

作为一种优选的实施方式，第一接头连接部的中部设置有安置口，安置口设置于入口通道和出口通道之间，安置口内放置有石墨阳极，石墨阳极的一端置于安置口的外侧，石墨阳极的另一端插入安置口设置。

作为一种优选的实施方式，第二接头连接部的右侧固定设置有阳极接头和阴极接头，其中阳极接头和石墨阳极之间通过阳极导线相连接，阳极导线外侧套设有阳极导线套管。

作为一种优选的实施方式，第一接头连接部的左侧端面设置有若干限位口，限位口前后贯通设置，限位口内固定设置有限位柱，限位柱包括相同的两个，两个限位柱分别设置于限位口的前后两端，所述导电弹性垫片包括若干个，导电弹性垫片和限位口一一对应设置，导电弹性垫片的一端和限位柱之间相卡合，导电弹性垫片的另一端伸出第一接头连接部设置。

作为一种优选的实施方式，第一接头连接部的左侧固定连接设置有橡胶垫。

采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过接头部和金属零件之间相抵接，橡胶垫和金属零件之间形成电解池，对阳极接头通电，石墨阳极呈阳极，对阴极接头通电，接头部呈阴极，由于接头部通过导电弹性垫片连接金属零件，因此金属零件呈阴极，电解介质由入口接头进入入口通道中，并通过入口通道进入电解池中，处理结束后，电解介质由出口通道进入出口接头中，并通过出口接头排出。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为接头部的结构示意图

图3为可控局部氢致金属裂解装置的结构示意图；

图4为电解介质循环路线图；

图5为电路示意图；

图6为金属零件的结构示意图；

图7为应力槽的结构示意图；

图8为应力槽的第一剖切图；

图9为应力槽的第二剖切图；

图10为直流稳压电源的结构示意图；

图11为水泵的结构示意图。

图中，1-工作架；2-水泵；3-电解介质存储箱；4-电解接头；5-气缸；6- 第一介质软管；7-第二介质软管；8-直流稳压电源；9-金属零件；10-第一工作连接架；11-第二工作连接架；12-工作连接板；13-工件固定架；14-护板；40- 电解框架；400-气缸推杆支撑板；401-绝缘支撑板；41-接头部；42-入口接头； 43-出口接头；410-出口通道；411-入口通道；412-石墨阳极；413-橡胶垫；414- 金属支撑架；415-第一接头连接部；416-第二接头连接部；417-阳极接头；418- 阴极接头；419-导电弹性垫片；4150-安置口；4151-限位口；4152-限位柱；4170- 阳极导线；50-气缸固定座；80-断路器；90-应力槽。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种可控局部氢致金属裂解装置用电解接头4，包括一体连接设置的电解框架40和接头部41；

电解框架40包括一体连接设置的气缸推杆支撑板和绝缘支撑板，绝缘支撑板包括相同的两个，两个绝缘支撑板分别设置于气缸推杆支撑板前后两端的左侧；

接头部41设置于绝缘支撑板的左侧，接头部41为金属支撑架414，接头部 41外侧套设有外包胶，接头部41内设置有左右贯通的入口通道411和出口通道 410，接头部41左侧设置有导电弹性垫片419，导电弹性垫片419呈V型设置，导电弹性垫片419的一端置于接头部41外侧，导电弹性垫片419的另一端插入接头部41设置。

入口通道411的右端设置有入口接头43，出口通道410的右端设置有出口接头42，电解介质由入口接头43进入入口通道411中，并通过入口通道411进入由接头部41和金属零件9之间形成的电解池中，处理结束后，电解介质由出口通道410进入出口接头42中，并通过出口接头42排出。

接头部41包括一体连接设置的第一接头连接部415和第二接头连接部416，第二接头连接部416和所述绝缘支撑板之间相连接，第一接头连接部415设置于第二接头连接部416的左侧，第一接头连接部415的纵截面积小于第二接头连接部416的纵截面积。

第一接头连接部415的中部设置有安置口4150，安置口4150设置于入口通道411和出口通道410之间，安置口4150内放置有石墨阳极412，石墨阳极412 的一端置于安置口4150的外侧，石墨阳极412的另一端插入安置口4150设置。

第二接头连接部416的右侧固定设置有阳极接头417和阴极接头418，其中阳极接头417和石墨阳极412之间通过阳极导线4170相连接，阳极导线4170 外侧套设有阳极导线4170套管。

第一接头连接部415的左侧端面设置有若干限位口4151，限位口4151前后贯通设置，限位口4151内固定设置有限位柱4152，限位柱4152包括相同的两个，两个限位柱4152分别设置于限位口4151的前后两端，所述导电弹性垫片 419包括若干个，导电弹性垫片419和限位口4151一一对应设置，导电弹性垫片419的一端和限位柱4152之间相卡合，导电弹性垫片419的另一端伸出第一接头连接部415设置。第一接头连接部415的左侧固定连接设置有橡胶垫413

一种可控局部氢致金属裂解装置，包括工作架1、水泵2、电解介质存储箱 3；

工作架1的顶部放置有金属零件9，金属零件9待进行氢脆的部位设置有应力槽90；

电解接头4设置于工作架1的顶部，电解接头4设置于金属零件9的左右两侧，电解接头4和应力槽90之间对应设置，电解接头4的端头和应力槽90 之间形成电解池；

水泵2固定设置于工作架1的底部，水泵2和入口接头43之间连接设置有第一介质软管6；

电解介质存储箱3固定设置于工作架1的中部，电解介质存储箱3和出口接头42之间连接设置有第二介质软管7，电解介质存储箱3和水泵2之间通过连接软管连通设置。

工作架1包括一体连接设置的第一工作连接架10和第二工作连接架11；

第一工作连接架10的中部设置有工作连接板12，所述水泵2固定设置于第一工作连接架10的底部，所述电解介质存储箱3固定设置于工作连接板12的顶部，所述金属零件9固定设置于第一工作连接架10的顶部；

第二工作连接架11包括相同的两个，两个第二工作连接架11分别设置于第一工作连接架10顶部的左右两端，第二工作连接架11设置于金属零件9的左右两侧，所述电解接头4包括相同的两个，两个电解接头4分别对应设置于第二工作连接架11的顶部，第二工作连接架11的底部固定设置有直流稳压电源8，直流稳压电源8和电解接头4之间电连接设置。

第一工作连接架10的顶部固定设置有工件固定架13，工件固定架13的底端和第一工作连接架10之间固定连接设置，工件固定架13的顶端设置有向下凹陷的V型固定槽，固定槽和金属零件9的底部之间相适配。

金属零件9的前后两侧设置有护板14，护板14设置于工件固定架13顶端的外侧，护板14和工件固定架13之间通过螺栓可拆卸连接设置。

第二工作连接架11的顶部固定设置有气缸固定座50，气缸固定座50的一侧固定设置有气缸，气缸的一端设置有伸缩柱，伸缩柱贯穿气缸固定座50后和电解接头4之间固定连接设置。

一种可控局部氢致金属裂解装置用电解接头4的操作方法，包括如下步骤：

步骤1、在金属零件9待进行氢脆的部位设置应力槽90，该应力槽90的尖端朝向断裂扩展方向设置；

步骤2、将金属零件9放置于工件固定架13的顶端进行定位，使金属零件 9两侧的应力槽90水平放置；

步骤3、启动气缸推动电解接头4移动至应力槽90处，橡胶垫413和应力槽90之间压紧形成密闭的空腔，此时石墨阳极412插入该空腔内，并不和应力槽90之间相接触；

步骤4、启动水泵2，令电解介质储存箱中的液体开始循环，通过第一介质软管6，填充满电解接头4和应力槽90之间形成的空腔内，形成一个封闭的电解池；

步骤5、打开电源，交流电通过直流稳压电源8转换为直流电，直流电通过专电解接头4，正极接石墨阳极412，负极接电解接头4本体，此时电解池内的电解介质被电解为各种正离子与负离子，应力槽90本体成为阴极，石墨阳极412 为阳极；

步骤6、电解一定时间，待应力槽90内表面完成H⁺的富集并渗透后，切断电源，关闭水泵2，气缸退出，将金属零件9拆卸；

步骤7、将金属零件9存储在专用场地，等待氢脆反应引发断裂。

本实用新型所运用的方法与阴极保护法类似，属于利用电化学反应来达到目标，但是实施的方式及目的不同。阴极保护法是通过给被保护金属提供电子，防止被保护金属因失去电子而变成金属离子，造成金属腐蚀。而本实用新型利用了金属的氢脆现象作为金属材料断裂的手段。

氢脆又叫氢致断裂，即金属材料在氢与应力的联合作用下产生的破坏现象，在发生氢脆现象时展现出裂纹迅速扩展的特点，在各领域中，经常会发生氢脆导致金属材料突然脆断从而造成严重事故。本实用新型通过技术手段在金属零件9需要断裂的部位准确的引发氢脆，在不造成零件其他部位氢脆风险的前提下，利用氢脆现象制造零件的断裂。

其中应力槽90加工的适用方式有三种：机械切削加工(如铣削、拉削)、线切割加工、激光加工，相关加工目前已经有成熟工艺，如发动机连杆的应力槽90加工就应用上述方法。

本实用新型使用铣刀在环形金属零件9上加工出平面及应力槽90，使用刀尖圆角为R0.2，角度为60°菱形的刀具，采用铣削方式加工出应力槽90，该应力槽90的尖端方向为裂纹扩展方向，同时，应力槽90规格为：张角60°，槽深2mm，应力槽90根部圆角R0.2，槽长60mm，应力槽90边缘距离金属零件9 边缘距离2mm，呈一个船型凹槽，船形两端圆弧半径为R25mm，船形凹槽两端R25mm 的过渡圆弧作用是引导裂纹方向，覆盖整个断裂面；应力槽90边缘距离零件边缘2mm不加工通透，作用是保证后续专用电解接头4的密封垫能够将应力槽90 进行密封，不让电解介质外泄；根部圆角R0.2是由于加工刀具刀尖制造精度限制，理论上越小越好。

本实用新型所用电解介质为以5％的NaCl溶液为基液，配置0.07％H2S溶液，电解介质温度为25±1℃，氢脆处理保持时间为25±5min，氢脆处理时间根据金属零件9的不同而改变，本实施例中所用金属零件9为环型结构，根据实验结果，所用时间为25±5min。

本实用新型利用原理为：通过外加电源，应力槽90及其附近的金属成为阴极，在电流作用下，电解池中的电解液发生电解，生成H+、Na+、HS-、S2-等，其中带正电荷的H+、Na+向阴极移动，H+在金属表面由于亲和力作用，从金属表面进入金属晶格空位或原子间的间隙，同时由于阴极附近的HS-与S2-由于特性吸附原因也会抑制阴极表面的H+合成氢分子，这都会造成阴极表面形成H+富集，令其浓度增加，在浓度梯度的作用下，氢原子向金属内部扩算的速度增加，填充了应力槽90内表面区域的金属空隙或位错造成的微观缺陷之中。当应力水平和氢含量在局部地区达到临界值时将将沿着应力槽90的尖端方向开裂，随着氢向高应力区扩散,经一定的孕育期后在裂纹尖端处再次出现临界状态,于是又发生第二次氢脆开裂,这个过程不断反复,在裂纹尖端不断形成和扩展新的裂纹，最终造成材料的断裂。

氢脆现象对所有金属都有影响，其中高强钢、钛合金材料对氢脆尤为敏感，对于本实用新型，具备高应力的材料更容易实现氢致断裂。对于其他材料则存在一定的滞后断裂情况，此时可根据实际需求对材料施加轻微载荷加速氢脆断裂过程，具体施加方式可按照不同零件结构分别设计，本实用新型中不进行列举。

本实用新型利用气缸的推力，使电解接头4压紧在金属零件9表面，通过与金属零件9接触的橡胶密封垫将应力槽90内腔创造为一个密封的空间，保证电解介质不泄露。通过导电弹性垫片419的弹性变形承受气缸的大部分推力，保证橡胶密封垫在密封的同时不被过大的压力压溃。通过导电弹性垫片419联接金属支撑架414，由于内金属支撑架414联接电源负极(阴极)，在联接之下，令金属零件9的应力槽90附近成为负极。石墨阳极412不接触金属零件9本体，保证石墨阳极412及其配件不接触内金属支撑架414，在应力槽90内腔的电解池内成为正极。

金属支撑架414成为阴极，通过联接的4个导电弹性垫片419保证应力槽 90附近的电势均匀。接头部41内设三个通道，其中两个为电解介质通道，分别为电解介质的入口与出口，通过嵌在金属支撑架414之间的非金属电解介质管路(即入口通道411和出口通道410)流动，该管路用于隔绝电解介质对内金属骨架，防止金属支撑架414的氢脆发生。

电解介质的出口通道410和入口通道411，用于保证电解介质持续的在密封的应力槽90内腔流动，用于补充该电解池中H+的损耗。外包胶将整个金属支撑架414外表面覆盖，防止触电。绝缘支撑板用于设置足够的空间，为电解介质管道及电源正负极接线留出安装空间，并且传递气缸推力，及用于防止电流传导至气缸。气缸推杆支撑板用于联接气缸，传递气缸推力。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可控局部氢致金属裂解装置用电解接头，其特征在于，包括一体连接设置的电解框架和接头部；

所述电解框架包括一体连接设置的气缸推杆支撑板和绝缘支撑板，所述绝缘支撑板包括相同的两个，两个绝缘支撑板分别设置于气缸推杆支撑板前后两端的左侧；

所述接头部设置于绝缘支撑板的左侧，所述接头部为金属支撑架，所述接头部外侧套设有外包胶，所述接头部内设置有左右贯通的入口通道和出口通道，所述接头部左侧设置有导电弹性垫片，所述导电弹性垫片呈V型设置，所述导电弹性垫片的一端置于接头部外侧，导电弹性垫片的另一端插入接头部设置。

2.根据权利要求1所述的一种可控局部氢致金属裂解装置用电解接头，其特征在于，所述入口通道的右端设置有入口接头，出口通道的右端设置有出口接头，电解介质由入口接头进入入口通道中，并通过入口通道进入由接头部和金属零件之间形成的电解池中，处理结束后，电解介质由出口通道进入出口接头中，并通过出口接头排出。

3.根据权利要求2所述的一种可控局部氢致金属裂解装置用电解接头，其特征在于，所述接头部包括一体连接设置的第一接头连接部和第二接头连接部，第二接头连接部和所述绝缘支撑板之间相连接，第一接头连接部设置于第二接头连接部的左侧，第一接头连接部的纵截面积小于第二接头连接部的纵截面积。

4.根据权利要求3所述的一种可控局部氢致金属裂解装置用电解接头，其特征在于，所述第一接头连接部的中部设置有安置口，安置口设置于入口通道和出口通道之间，安置口内放置有石墨阳极，石墨阳极的一端置于安置口的外侧，石墨阳极的另一端插入安置口设置。

5.根据权利要求4所述的一种可控局部氢致金属裂解装置用电解接头，其特征在于，所述第二接头连接部的右侧固定设置有阳极接头和阴极接头，其中阳极接头和石墨阳极之间通过阳极导线相连接，阳极导线外侧套设有阳极导线套管。

6.根据权利要求3所述的一种可控局部氢致金属裂解装置用电解接头，其特征在于，所述第一接头连接部的左侧端面设置有若干限位口，限位口前后贯通设置，限位口内固定设置有限位柱，限位柱包括相同的两个，两个限位柱分别设置于限位口的前后两端，所述导电弹性垫片包括若干个，导电弹性垫片和限位口一一对应设置，导电弹性垫片的一端和限位柱之间相卡合，导电弹性垫片的另一端伸出第一接头连接部设置。

7.根据权利要求3所述的一种可控局部氢致金属裂解装置用电解接头，其特征在于，所述第一接头连接部的左侧固定连接设置有橡胶垫。

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