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    影響不銹鋼鏡面管拋光質量的主要影響因素有哪些

    來源:至德鋼業 日期:2020-04-03 01:26:42 人氣:783

      浙江至德鋼業有限公司根據目前的研究結果表明,決定電化學拋光后不銹鋼鏡面管表面質量的主要因素為:被加工鏡面管材料、電解液與電化學工藝參數。在實際工程運用中,被加工鏡面管材料是無法改變的,因此至德鋼業不對此多作分析與解釋。下面將從電解液與加工工藝參數角度進行介紹與分析。


    一、電解液影響


       電解液在不銹鋼鏡面管電解拋光中起到十分重要的作用,它是電化學反應的媒介,所含的陰陽離子也是傳播電流的媒介。同時,在拋光過程中電解液還起到從陰陽兩極加工間隙中排除電化學反應產物與帶走拋光過程中產生的熱量的作用。為保證電解液的上述作用,所用電解液就需要滿足一些基本條件,無論是從電解液配方本身,還是從電解液的流動角度。如所選電解液中原有的陰陽離子及相互作用的各種產物應具備很高的溶解度和很大程度的離解。從化學角度上來說,電解液中各種正、負離子必須可以大量共存,相互之間只存在可逆反應。同時,在不銹鋼鏡面管拋光過程中,陽極反應的最終產物,如金屬離子和電解液溶劑中的氫氧離子OH-反應產生不溶物M(OH)。以便于清理與過濾。否則如果這些產物易溶或易離解,就會使拋光中使溶液趨于飽和,阻礙拋光的進行。同時,電解液的流量直接影響的拋光間隙中的電解液流速,電解液流速的快慢又直接影響著陽極表面的極化特性,他主要是由拋光過程中的工藝參數決定,將在下一小節中進行介紹。


    二、工藝參數影響


        從加工工藝參數角度進行分析,影響不銹鋼鏡面管拋光效果的主要影響因素有:電解液流速、電解液濃度、電解液溫度、電流密度、電流波形、加工間隙、加工時間、工具電極形狀等。


       1. 電解液流速 


       當流速過慢時,陰極表面產生的氫氣無法迅速的排除,沉淀物以及氧氣也被滯留陽極表面上,間隙內溫度大幅升高,兩極表面產生濃差極化。在確定電解液流速時需要從去除電解液產物與氫氣泡所需的流速、防止電解液局部溫升等角度進行綜合分析。結合流體力學知識,電解液流動狀態可分為層流(20'C,Re<2300)與湍流(20bC,Re> 2300)。


        為更好去除的電極表面的電解產物與電極附近的濃差極化,并使電解液流速均勻,結合層流與湍流的流態特性,可以發現電解液的流動狀態為湍流狀態時,工件表面將獲得更好的拋光效果。但電解液流速也不是越高越好,如對軟鋼進行實驗研究時,當雷諾數Re =3100時,獲得的表面比高流速流速,Re=15500時獲得的表面要光亮。聯系實驗中得到的極化特性進行分析,不難發現出現這種結果的原因主要是由于前者存在顯著的覆膜效應,而后者覆膜效應效應不明顯所導致的。結合目前的研究成果,當Re> 4700以后,由于表面覆膜效應不明顯,流速變化對表面質量的影響不再明顯。同時,流量與電流之間應進行適當的匹配,流量與電流的比值越大,對電解產物與局部產熱的去除效果也就越有效。當流量過大時,泵的成本又將大幅提高,而且容易在拋光區域產生空穴現象,造成電解不均,使不銹鋼鏡面管表面質量惡化。在加工過程中,電流方向與電解液流動方向是垂直的,所以電極長度與加工間隙對他們的影響是成反比的。


       2. 電解液濃度與溫度


        電解液濃度的不同,直接通過控制電解液中的離子數量影響著電解液的電導率。在低濃度情況下,電解液電導率隨濃度的增大而線性增大。當到達高濃度范圍時,電導率后期變化不再明顯。溫度對電化學加工的影響與濃度的作用相似,主要是通過影響電解液中離子運動來作用的。根據熱力學定律,離子的活度隨著溫度的升高而升高。電解液濃度與溫度對加工過程中的電流效率都有著直接的影響,而這種影響對于線性電解液與非線性電解液的作用也是不相同的。同時,當電解液溫度與濃度發生變化時,電解液自身粘度也會發生相應改變,進而影響電解液的流動特性。因此是否選擇了合適的電解液濃度與溫度將直接影響電化學拋光過程的拋光效率與加工速度。但限于電解液濃度和溫度對電化學加工效率的影響比較復雜,到目前為止,這方面的實驗研究還不夠。


       3. 電流密度


          在對不銹鋼鏡面管電化學拋光基本原理進行介紹過程中,浙江至德鋼業有限公司介紹了陽極極化作用的幾種陽極極化曲線。當電流密度處于不同極化區間時,材料表面的去除方式也不盡相同,為保證材料表面光潔度,盡量將材料去除方式控制在拋光區間。但結合目前研究可以發現,適當增加電流密度可以獲得更好的表面加工質量。當然,它的選取還需要結合電解液濃度及電解液流速進行綜合性考慮與分析。


       4. 電流波形


        如果不用一般的直流電源進行不銹鋼鏡面管電化學拋光加工,而是采用脈沖電源來改變電流波形,在加工過程中由于電解液流動不均勻而導致的陽極極化不均勻、工具陰極上的電化學沉淀物及工件材料等因素引起的表面光潔度降低問題會有所改善。在陽極發生極化不均勻現象之前,通過暫時的停止加工,等待工件表面的極化現象及沉淀物的消失,再重新開啟,從而提高表面光潔度。脈沖電源一般采用單相半波電流或矩形波電流,使用變換極性電源則效果更為明顯。采用變換極性電流時,可使工具陰極在一瞬間轉變為陽極,去除上述沉淀度,從而提高不銹鋼鏡面管表面光潔度。


        5. 加工間隙


         加工間隙是電化學反應的主要進行場所,在加工間隙不同的情況下,內部的電化學變化也是十分復雜的。加工間隙內的電解液流動方式及間隙內各點的流速與壓力分布直接影響著間隙內的溫度、氫氣泡及沉淀物的分布,進而影響各位置處的電導率情況,直接影響著最終獲得的表面加工質量。對于普通工件表面的電化學拋光,陰極距陽極最佳距離一般保持在100~300mm。


       6. 加工時間


        如圖所示,不銹鋼鏡面管電化學拋光對材料表面去除是具有時變性的,隨著加工時間的增長,表面加工質量逐漸變好。當加工過程中,工件表面輪廓尖端效應變弱或消失時,加工時間對表面光潔度的影響也就隨之減弱??紤]加工效率等因素,合適的電流密度與加工時間是需要配比考慮的。


       7. 工具電極微觀幾何形狀


         之前至德鋼業介紹了普通不銹鋼鏡面管電化學拋光的加工間隙一般被設置為100~300mm,但由于本文面向的小口徑不銹鋼管內徑的尺寸限制,這明顯是不可能實現的。對于這種小間隙加工,工具電極表面粗糙度不同,被加工后工件表面上各點與工具電極之間的加工間隙也會隨之發生改變。加工間隙將直接影響對應位置的電流密度大小,間隙較大的地方電流密度相對較低,材料去除速率低,而加工間隙小的地方電流密度相對較大,材料去除速率高。因此,工具電極表面微觀幾何形狀在拋光后工件表面上就會形成不同程度的復印。

        

        上述加工參數對表面加工質量的影響其實是相互交織的,如實際檢測得到的電解液溫度是電解液的平均溫度,而對于加工間隙內的電解液溫度是不均衡的,存在溫度梯度,該溫度梯度直接與加工間隙、電解液流速等直接相關。結合上述特性分析,可以發現電化學拋光是對小口徑不銹鋼管道內表面進行拋光處理的有效手段,但由于其管道內徑較小且長徑比較大,這為實際拋光提出了一些新的加工難題,如電解液更新、加工間隙保證等,采用普通電化學拋光裝置與工藝是難以完成狹小空間內的拋光處理的,需設計一種專門面向小口徑不銹鋼管道內表面電化學拋光的處理裝置與方法。


        浙江至德鋼業有限公司從不銹鋼鏡面管電化學拋光基本原理出發,分析在不同電流密度下的陽極極化特性,結合電化學拋光后表面粗糙度的形成機理,確定將電化學拋光工作區間設定在不完全鈍化區實現表面材料的拋光去除。并對電化學拋光工藝特點,分析電解液成分、電解液濃度、電解液溫度、電流密度、電流波形、加工間隙、加工時間、工具電極形狀等工藝參數對拋光質量的影響,并為小口徑不銹鋼管道內表面電化學拋光提出要求。


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