专利名称：用于清洁金属工件表面的电化学方法和清洁电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用电极清洁金属工件表面、尤其是焊缝区域中的表面的电化学方法，其中一绝缘层设在电极和工件之间，在该工件和该电极之间施加电压，且用一电解液浸渍该绝缘层。
本发明还涉及用于电化学清洁金属工件表面、尤其是焊缝区域中的表面的电极，其带有一用于与一电压源相连的连接端子和一将用电解液浸渍的绝缘层。
在加工过程中，金属表面经常被污染，然而基于腐蚀和美观的原因，这一点是应当被避免的。问题主要是由在焊接金属结构部件时由于焊接过程中产生的热量而产生的污染物(或杂质)所造成的。这些污染物主要是氧化层、熔渣或其它焊接残留物，即使在保护气体气氛下进行的焊接过程中，也不能完全避免这些污染物。
为除去这些污染物，工件经常在一独立的工序中被清洁，该工序可以通过机械作用、化学方法或电化学方法进行。纯机械清洁方法通常非常复杂，并且在那些未被污染的表面上产生不希望有的划痕。然而，反过来，这些划痕表面区域的特征是，其越来越易于被腐蚀，并频繁地要求进行进一步的后处理。用特定溶剂去除污染物的化学方法(如酸洗)较机械方法温和，然而并不如机械方法那样有效。
通过电化学清洁方法可以获得最佳清洁效果，特别是在金属表面上的焊接过程之后产生污染物的情况下，其中所述电化学清洁方法在机械作用的同时，通过形成电化学电池或电解液电池迅速而温和地去除污染物。在此过程中，待清洁工件被连接至一电压源的一极上，而电极(清洁电极)被连接到电压源的另一极上。该电极设有一绝缘层，以使得可在工件和电极之间产生短路。为形成电化学电池或者电解液电池，用一电解液浸渍该绝缘层，其中该绝缘层通常由织物、如玻璃纤维织物组成。借助于电解液和电流的作用，在电极和置于电极之下的工件表面之间的区域中将工件表面电清洁。该电解液可以手工涂覆到电极的绝缘层上，或者可通过相应的供给管线连续引导至电极。
DE 200 19 118 U1描述了一用于局部清洁金属表面、尤其是焊缝区域中的表面的装置，其包括一抗腐蚀材料单元，利用该单元，废酸洗液被保持在工作位置。为提高清洁效果，该单元内的酸洗液被设定成可振动。为此，将一超声波发生器设在超声波焊极的一端。除了需要特别谨慎地使用酸洗金属表面的酸的事实之外，清洁设备的结构也尤其费力和复杂。此外，由于表面的粗糙度，相对于待清洁表面的密封通常比较困难，或者是不可能的。
例如，在DE 298 23 753 U1中描述了一用于电化学清洁金属表面的该类型的设备。这里，描述了用于尽可能有效地去除污染物的微研磨处理和电化学处理的结合，其同时对邻接的非污染区域较温和。
从WO 97/12081 A1中已知用于在金属被高温加工之后净化金属的另一种设备，其中，围绕电极端部的绝缘层由聚醚醚酮组成，从而避免了由于电极和工件之间的不希望有的大电流而产生的绝缘层的燃烧。
US 6,315,885 B1示出了用于电化学清洁工件的另一种方法，其中，在超声波范围内将用过的电解液振动，因此提高了清洁效果。这里，通过将工件浸入电解液中，在清洁容器内进行清洁。该方法特别复杂，且不适用于大工件，例如车身的部件。
此外，DE 33 43 396 A1描述了一种用于净化核技术设备的金属元件的方法，其中，充满槽形电极的电解液沿着待清洁元件移动。该发明基于产生尽可能少的待去除废物的目的，其通过经由一过滤器引导循环电解液的方式实现。除了封闭充满电解液的海绵体之外，没有具体给出关于电极的实际设计。
另外，已知的电化学清洁方法均具有这样的缺点，即用于最佳清洁效果的清洁步骤的持续时间相对较长。
因此，本发明目的在于提供一种如上所述的电化学清洁方法，利用该方法，在使电极磨损尽可能轻微的同时，一方面可获得提高的清洁效果，另一方面可加速清洁过程。
本发明的另一个目的在于提供一种用于电化学清洁金属表面的初始定义的电极，利用该电极，可以提高清洁效果，同时加速清洁过程，并使电极磨损程度尽可能地低。
已知的清洁方法或清洁电极的缺点将分别被避免或至少被减少。
考虑到加工工艺，可以通过在清洁过程中以优选在超声波范围内的频率振动电极来实现本发明的目的。借助于电极上的振动导致的机械效果，或者借助于从电极至电解液、并因而至金属表面的振动传递，实现了清洁过程的大幅加速和清洁效果的提高。通过设在电极和工件表面之间的含有电解液的绝缘层，电极表面在金属表面上没有直接的机械作用，且因此金属表面没有不希望产生的损害。
如果在大于20kHz、优选在100kHz到2MHz之间的频率范围内使电极振动，则可在保持用于产生振动的消耗较低的同时获得最佳效果。
在振幅可以变化的情况下，可以获得进一步的优点。因此，通过改变振幅，如通过改变电磁或压电振动发生器的供应电压，清洁效果可以手动或者自动地被调节为适应于相应的条件，例如污染程度。
本发明的目的还可以通过一用于电化学清洁金属工件表面、尤其是焊缝区域中的表面的电极来实现，该电极带有一用于与一电压源相连的端子和一将用电解液浸渍的绝缘层，其中，设置一用于产生振动的装置，即振动发生装置。借助于该振动发生装置，清洁效果被大大提高，且在不增大电极磨损的情况下实现了清洁过程的加速。
该振动发生装置优选由一超声波发生器形成。这种振动发生装置比较经济且耐用。此外，利用超声波发生器、例如压电晶体，可以获得最佳效果。
该振动发生装置可直接设置在电极内，其可形成该电极的一部分或者从外部固定到该电极上。最后提及的实施例特别适合于现有电极的更新。
根据本发明的又一特征，设置一手柄，该手柄以减振方式安装或者设有减振层。通过这种方式，由于从振动发生装置发出的振动没有被传递到操作者的手上或者仅仅传递了该振动的极少部分，因而可以实现清洁电极的舒适操作。可以使用各种弹性材料，特别是带有能量吸收效应的塑料。
除了已有的绝缘层外，可以设置一弹性材料层，该弹性材料层防止了电极表面和工件之间的直接接触，且因此在电极和工件表面上也是温和的。
如果设置一碳层，可以使电极的电压损失和磨损最小化。通过这一点，可获得清洁方法的适当增强效果。代替碳涂层，也可在电极上设置其它特殊材料的涂层，由此可降低电极的磨损。
将用电解液浸渍的绝缘层优选由织物、例如玻璃纤维织物制成。该绝缘层必须是多孔的，从而能够吸收液态或浆状的电解液。
可替换地，该绝缘层也可通过由塑料制成的结节(nodule)或类似物形成，这样，电极表面可与工件表面保持安全、限定的距离，且在工件表面和电极表面之间用于引导液态或浆状的电解液的空间保持畅通，其中，所述电解液用于形成一电化学电池。例如，经由一承载织物，由塑料制成的结节或类似物可被胶粘到电极表面上或者涂覆到电极表面上。
优选地，设置一用于输送电解液的供给管线，从而电解液可被连续地输送至电极，且因此在没有中断的情况下进行清洁过程。
供给管线还可包括用于计量电解液的装置，因此，可以实现针对相应的条件例如污染程度对所供应的电解液量的自动或手动调节。
此外，可以设置至少一个用于输送附加成分至电解液的其它管线。然而，电解液和其它附加成分的这种混合也可在电解液被供应之前进行，从而将仅仅需要一个用于供应电解液的管线。
现在将借助附图更详细地描述本发明，这些附图中示出了本发明的不同示范性实施例。
其中
图1示出用于电化学清洁金属工件表面的电极的原理略图；图2示出根据本发明的一个实施例的用于电化学清洁金属工件表面的电极的横截面图；图3至5示出本发明的其它实施例；图6示出带有呈塑料结节形式的绝缘层的电极的细节，其中该电极抵靠在一工件上；以及图7示出设有一手柄的清洁电极的示意性横截面视图。
图1示出了用于电化学清洁金属工件2的表面的电极1的原理略图。在工件2和金属电极本体3之间，经由适当的线路4连接有电压源5。自电极本体3开始的线路4可设在一连接件6内，该连接件6利用一手柄连接电极本体3。电极1的电极本体3至少部分地被一绝缘层7包覆。借助于例如可由玻璃纤维织物形成的该绝缘层7，将防止电极本体3和金属工件2的表面之间的短路。为形成一电化学电池，用适当的电解液8(如多磷酸溶液)浸渍该绝缘层7。随后，在工件2的污染处将电极1置于工件2上并移动该电极1。污染物被电化学去除，且工件2的表面被大大净化。然而，由于频繁地重复清洁工序和将绝缘层7浸渍在电解液8中，这种清洁过程相对较长。
图2以横截面视图的方式示出了根据本发明的电极1的一实施例。在电极本体3内，安装有一用于产生振动的装置(振动发生装置)9，例如超声波发生装置。经由适当的连接电缆10向该振动发生装置9供应电能。位于相应的连接件6内的用于与一电压源相连的连接电缆10以及连接线路4可延伸至一可能存在的手柄。通过该振动发生装置9，电极1被振动，特别是进行超声波振动，其可以加速且有助于清洁过程。
根据图3，该振动发生装置9也可设在电极1的电极本体3上，由此例如能够更新现有的清洁电极1。
图4示出了电极1的另一实施例，其中，电极本体3的一部分由振动发生装置9形成。
在根据图5的变型实施例中，层11设在电极1的电极本体3和绝缘层7之间，该层11例如可由弹性材料组成，且例如在绝缘层7受到损害时，可保护电极1的表面以及工件2的表面不受振动发生装置9的直接影响。
图7示出了经由一连接件6连接至一手柄12的电极1。为防止从振动发生装置9发出的振动被传送到手柄12，通过一设在手柄12和连接件6之间的减振层13以减振方式安装手柄12。在手柄12的后端，用于电极本体3和振动发生装置9的连接线路4、10露出。类似地，可穿过手柄12、连接件6和电极本体3设置一用于将电解液8供应到绝缘层7的管道15。
根据图6的详细视图示出了电极本体3的表面和工件2的表面的一部分。在该变型实施例中，绝缘层7由塑料结节14或类似物形成，电解液可容纳在这些结节之间。这是绝缘层7的一可替换实施例，其与经常使用的织物层类似。
本发明不限于电极1的所示实施例。特别是，用于产生振动的不同装置9可设在电极1内或者置于其上。
权利要求
1.一种利用电极清洁金属工件表面、尤其是焊缝区域中的表面的电化学方法，其中一绝缘层设在该电极和该工件之间，一电压施加在该工件和该电极之间，且用电解液浸渍该绝缘层，其特征在于，在清洁过程中，以优选处于超声波范围内的频率使该电极振动。
2.如权利要求1所述的清洁方法，其特征在于，在大于20kHz、优选在100kHz和2MHz之间的频率范围内使该电极振动。
3.如权利要求1或2所述的清洁方法，其特征在于，振动的振幅被改变。
4.一种用于电化学清洁金属工件(2)的表面、尤其是焊缝区域中的表面的电极(1)，该电极(1)带有一用于与一电压源(5)相连的连接端子(4)和一将用电解液(8)浸渍的绝缘层(7)，其特征在于，设置有一振动发生装置(9)。
5.如权利要求4所述的清洁电极，其特征在于，该振动发生装置(9)由一超声波发生器形成。
6.如权利要求4或5所述的清洁电极，其特征在于，该振动发生装置(9)设在该电极(1)内。
7.如权利要求4或5所述的清洁电极，其特征在于，该振动发生装置(9)形成该电极(1)的一部分。
8.如权利要求4或5所述的清洁电极，其特征在于，该振动发生装置(9)被固定到该电极(1)上。
9.如权利要求4至8中任何一项所述的清洁电极，其特征在于，设置一手柄(12)，该手柄(12)以减振方式安装或者设有一减振层(13)。
10.如权利要求4至9中任何一项所述的清洁电极，其特征在于，设置一弹性材料层(11)。
11.如权利要求4至10中任何一项所述的清洁电极，其特征在于，设置一碳层。
12.如权利要求4至11中任何一项所述的清洁电极，其特征在于，该绝缘层(7)由织物形成，并优选由玻璃纤维织物形成。
13.如权利要求4至11中任何一项所述的清洁电极，其特征在于，该绝缘层(7)由塑料结节(14)或类似物形成。
14.如权利要求4至13中任何一项所述的清洁电极，其特征在于，设置一供应电解液(8)的管线(15)。
15.如权利要求10至14中任何一项所述的清洁电极，其特征在于，该供给管线(15)含有一用于计量电解液(8)的装置。
16.如权利要求10至15中任何一项所述的清洁电极，其特征在于，设置一用于供应附加成分至电解液(8)的管线。
全文摘要
本发明涉及用于清洁金属工件表面的电化学方法以及用于电化学清洁金属工件、(2)的表面、尤其是焊缝区域中的表面的电极(1)。所述电极包括一可与一电压源(5)相连的连接端子(4)和一用电解液(8)浸渍的绝缘层(7)。本发明的目的在于提高清洁效果、加速清洁过程并为电极(1)提供最大保护。一用于产生振动的装置(9)、特别是一超声波发生器设在电极(1)内或设在电极(1)上。
文档编号B08B3/12GK1665967SQ03815442
公开日2005年9月7日 申请日期2003年4月16日 优先权日2002年7月1日
发明者哈拉尔德·朗热德尔, 京特·特雷滕哈恩 申请人:弗罗纽斯国际有限公司