(57)【要約】クリーニング効果が改善されると共にクリーニング手順が促進され、同時に、電極の摩耗が可能な限りわずかである、電気化学的クリーニング法を提供する。本発明は、電極を用いることにより、金属ワークピースの表面、特に溶接した合わせ目の領域の表面をクリーニングするための電気化学的方法に関し、電極とワークピースとの間に絶縁層を配置し、ワークピースと電極との間に電圧を印加し、絶縁層に電解質を含浸させ、クリーニング手順中に、電極を、好ましくは超音波の範囲の振動数で振動させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を用いることにより、金属ワークピースの表面、特に溶接した合わせ目の領域の表面をクリーニングするための電気化学的方法であって、電極とワークピースとの間に絶縁層を配置し、ワークピースと電極との間に電圧を印加し、絶縁層に電解質を含浸させる電気化学的方法において、
クリーニング手順中に、電極を、好ましくは超音波の範囲の振動数で振動させることを特徴とする電気化学的方法。
【請求項２】
電極を、20kHzを超える、好ましくは100kHz〜2MHzの範囲の振動数で振動させることを特徴とする、請求項1記載のクリーニング法。
【請求項３】
振幅を変化させることを特徴とする、請求項1または2記載のクリーニング法。
【請求項４】
金属ワークピース(2)の表面、特に溶接した合わせ目の領域の表面を電気化学的にクリーニングするための電極であって、電源(5)に接続するための接続端子(4)および電解質(8)を含浸すべき絶縁層(7)を備えた電極(1)において、振動を発生させるための手段(9)が備えられることを特徴とする電極。
【請求項５】
振動発生手段(9)が超音波発生器により形成されることを特徴とする、請求項4記載のクリーニング電極。
【請求項６】
振動発生手段(9)が、電極(1)内に配置されることを特徴する、請求項4または5記載のクリーニング電極。
【請求項７】
振動発生手段(9)が、電極(1)の一部を形成することを特徴する、請求項4または5記載のクリーニング電極。
【請求項８】
振動発生手段(9)が、電極(1)に固定されることを特徴する、請求項4または5記載のクリーニング電極。
【請求項９】
振動減衰様式で載置された、または振動減衰層(13)が設けられたハンドル(12)が備えられることを特徴とする、請求項4〜8のいずれか一項記載のクリーニング電極。
【請求項１０】
弾性材料の層(11)が備えられることを特徴とする、請求項4〜9のいずれか一項記載のクリーニング電極。
【請求項１１】
炭素の層が備えられることを特徴とする、請求項4〜10のいずれか一項記載のクリーニング電極。
【請求項１２】
絶縁層(7)がファブリック、好ましくはファイバグラスファブリックにより形成されることを特徴とする、請求項4〜11のいずれか一項記載のクリーニング電極。
【請求項１３】
絶縁層(7)がプラスチックの小塊(14)などにより形成されることを特徴とする、請求項4〜11のいずれか一項記載のクリーニング電極。
【請求項１４】
電解質(8)を送達するためのライン(15)が備えられることを特徴とする、請求項4〜13のいずれか一項記載のクリーニング電極。
【請求項１５】
フィードライン(15)が電解質(8)を計量するための手段を含むことを特徴とする、請求項10〜14のいずれか一項記載のクリーニング電極。
【請求項１６】
追加の成分を電解質(8)に送達するためのラインが備えられることを特徴とする、請求項10〜15のいずれか一項記載のクリーニング電極。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、金属ワークピースの表面、特に、溶接した合わせ目の領域の表面を、電極を使用してクリーニングするための電気化学的方法であって、電極とワークピースとの間には絶縁層が配置され、ワークピースと電極との間に電圧が印加され、絶縁層に電解液を含浸させる、電気化学的方法に関する。
【０００２】
本発明はさらに、金属ワークピースの表面、特に、溶接した合わせ目の領域の表面を電気化学的にクリーニングするための電極であって、電源に接続するための接続端子および電解液が含浸されるべき絶縁層を備える電極に関する。
【０００３】
加工中、金属表面はしばしば汚染されるが、汚染は、腐食の理由および審美的な理由の両方により避けるべきである。問題は、溶接手順中に発生する熱に起因する金属構成部品の溶接中に起こる汚染により主に引き起こされる。これらは酸化層、スラグまたは他の溶接残留物であり、たとえ、保護ガス雰囲気下で溶接手順を実施したとしても、完全に防止することができない。
【０００４】
そのような汚染を除去するために、ワークピースはしばしば、別の加工工程でクリーニングされる。そのような工程は、機械動作、化学的方法、または電気化学的方法によるものとしてもよい。単なる機械的クリーニング方法はしばしば複雑で、汚染されていない表面にも望ましくない引っかき傷が生じてしまう。しかしながら、そのような引っかき傷のついた表面領域は、ますます腐食されやすくなるという特徴を有し、しばしば、さらなる後処理が必要となる。化学的方法(例えば、酸洗い)はより穏やかであるが、それほど効果的ではない。この方法では汚染物質は一定の溶媒により除去される。
【０００５】
特に金属表面で溶接工程後に起こる汚染の場合、最適なクリーニング結果は、電気化学的方法により得られる。この方法では、汚染物質は、電気化学セルまたは電解セルを形成し、同時に機械的な作用を加えることにより、迅速かつ穏やかに除去することができる。そうする場合、クリーニングすべきワークピースは電源の極に接続され、電極(クリーニング電極)は電源の他の極に接続される。ワークピースと電極との間に短絡が生じるように電極に絶縁層が設けられる。電気化学セルまたは電解セルを形成するために、絶縁層は、概して、ファブリック、例えば、ファイバーグラスファブリックから構成され、電解質液が含浸される。電解質および電流の作用により、ワークピースの表面は、電極とその下のワークピース表面との間の領域でガルバニック作用によりクリーニングされる。電解質は、手作業により電極の絶縁層に適用してもよく、または、個々のフィードラインにより電極に連続して案内されてもよい。
【０００６】
DE 200 19 118 U1では、特に溶接した合わせ目の領域において、金属表面の局所クリーニングを実施するための装置であって、腐食耐性材料のセルを備え、これにより、使用済みピクリング酸(pickling acid)が作用位置に保持される装置が記述されている。クリーニング効果を向上させるために、このセル内に存在するピクリング酸は振動させられる。このために、超音波発生器が、音極の端に備えられる。金属表面を酸洗いするためにそのような酸を使用するには特別な警戒が必要であるという事実は別として、クリーニング装置の構成は特に困難で複雑である。さらに、クリーニングすべき表面に対する密閉は、表面の粗さのため、困難であり、または不可能である。
【０００７】
この型の金属表面を電気化学的にクリーニングするための装置は、例えば、DE 298 23 753 U1において記述されている。その特許では、できるだけ効果的に汚染物質を除去し、同時に隣接する非汚染領域では穏やかな、マイクロ研磨処理と電気化学的処理の組み合わせが記述されている。
【０００８】
高温でのそれらの処理後、金属を浄化するための別の装置が、国際公開公報第97/12081A1号から周知である。この場合、電極の端を取り囲む絶縁層はポリエーテルエーテルケトンから構成され、そのため電極とワークピースとの間の望ましくない高電流による絶縁層の燃焼が避けられる。
【０００９】
米国特許第6,315,885 B1号では、ワークピースを電気化学的にクリーニングするための別の方法が示されており、この方法では、使用される電解質は超音波範囲で振動し、このため、クリーニング効果が改善される。この特許では、ワークピースを電解質に浸漬させることにより、クリーニングはクリーニング容器内で実施される。この方法は特に複雑で、大きなワークピース、例えば、車体部品には適していない。
【００１０】
さらに、DE 33 43 396 A1では、原子力工学プラントの金属部品の除染のための方法が記述されており、この方法では、電解質液が満たされた槽状電極が、クリーニングすべき部品に沿って移動する。本発明は、除去すべき廃棄物の量をできるだけ少なくするという目的に基づいており、この目的は、電解質を、フィルタを介して循環させることにより達成される。電解質液で満たしたスポンジ本体を封入することを除き、電極の実際の設計については何の詳細も記述されていない。
【００１１】
さらに、周知の電気化学的クリーニング法はすべて、最適クリーニング効果を得るためのクリーニング手順の期間がかなり長いという欠点を有する。
【００１２】
そのため、本発明は、クリーニング効果が改善されると共にクリーニング手順が促進され、同時に、電極の摩耗が可能な限りわずかである、上記のような電気化学的クリーニング法を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明の他の目的は、電気化学的に金属表面をクリーニングするための初期に規定された電極であって、これを用いると、クリーニング効果が改善され、同時にクリーニング手順が促進され、電極の摩耗が可能な限り少なくなる電極を提供する。
【００１４】
周知のクリーニングプロセス、またはクリーニング電極の各々の欠点は、避けられるべきであり、または少なくとも軽減されるべきである。
【００１５】
プロセス技術を視野に入れると、本発明の目的は、クリーニング手順中に、電極を、好ましくは超音波の範囲の振動数で振動させることにより達成される。電極上での振動による機械的効果により、または電極から電解質へ、それから金属表面へ振動が伝達されることにより、クリーニング手順が実質的に促進され、クリーニング効果が改善される。電解質が供給された絶縁層を電極とワークピースの表面との間に配置することにより、金属表面上では電極表面の直接の機械的な作用はなく、金属表面の望ましくない損傷は起こらない。
【００１６】
電極を、20kHzを超える、好ましくは100kHz〜2MHzの範囲の振動数で振動させると、最適な結果が達成され、同時に、振動を発生させるための費用は低いままである。
【００１７】
さらに、振幅を変化させることができるという利点が得られる。このように、振幅を変化させることにより、例えば、電磁または圧電振動発生器の供給電圧を変化させることにより、クリーニング効果は手動で、または自動的に個々の状態、例えば、汚染の程度に適合させることができる。
【００１８】
本発明による目的はまた、金属ワークピースの表面、特に、溶接した合わせ目の領域の表面を電気化学的にクリーニングするための電極であって、電源に接続するための端子および電解質が含浸されるべき絶縁層を有し、振動発生手段が備えられた電極により達成される。この振動発生手段により、クリーニング効果は実質的に改善され、クリーニング手順が促進されるが、電極の摩耗は増大しない。
【００１９】
振動発生手段は好ましくは、超音波発生器により形成される。そのような振動発生手段は比較的費用効率が高く、強固である。さらに、圧電結晶などの超音波発生器を使用すると、最適な結果が得られる。
【００２０】
振動発生手段は電極内に直接配置してもよく、電極の一部を形成してもよく、または外部から電極に固定してもよい。最後に記述した態様は、現存の電極の改造に特によく適している。
【００２１】
本発明の別の特徴によれば、ハンドルが備えられるが、ハンドルは振動減衰様式で載置され、またはハンドルには振動減衰層が設けられる。このように、クリーニング電極の快適な取扱が可能となる。振動発生手段から生じる振動がオペレータの手に伝達されず、または非常にわずか一部が伝達されるにすぎないからである。様々な弾性材料、特にエネルギー吸収効果を有するプラスチックを使用してもよい。
【００２２】
本発明の絶縁層の他に、電極表面とワークピースとの間の直接接触を避ける弾性材料の層を設けてもよく、そのため電極に対して穏やかであり、ワークピースに対しても穏やかである。
【００２３】
炭素の層が設けられると、電圧が損失し、電極の摩耗が最小に抑えられる。これにより、クリーニングプロセスに対する性能の適した増大が達成される。炭素コーティングの代わりに、特別な材料の他のコーティングを電極上に設けてもよく、これにより電極の摩耗が軽減される。
【００２４】
電解質が含浸される絶縁層は好ましくは、ファブリック、例えばファイバグラスファブリックで作製される。絶縁層は多孔質でなければならない。そのため液体またはペースト電解質の吸収が可能である。
【００２５】
また、絶縁層はまた、プラスチックの小塊などにより形成されてもよい。これにより、電極表面は安全で、ワークピース表面から所定の距離だけ離され、それらの間の、電気化学セルを形成するための液体またはペースト状電解質が導入される空間が明確に残っている。プラスチック製の小塊などは、電極表面に糊付けしてもよく、または担体ファブリックを介して電極表面に適用されてもよい。
【００２６】
好ましくは、電解質を送達するためのフィードラインが備えられ、そのため、電解質を電極に連続して送達させることができ、従って、クリーニングプロセスを中断無しで実施することができる。
【００２７】
フィードラインはまた、電解質を計量する手段を含んでもよく、そのため個々の状態、例えば汚染の程度に対して供給電解質量を自動または手動で適合させることができる。
【００２８】
さらに、追加の成分を電解質に送達させるために、少なくとも1つの別のラインを設けてもよい。しかしながら、電解質と追加の成分とのそのような混合は、電解質が送達される前に実施されてもよく、その場合、電解質を送達するための1つのラインのみが必要となる。
【００２９】
本発明について、添付の図面を用いて以下、さらに詳細に説明する。これらの図面は本発明の異なる例示的な態様を示したものである。
【００３０】
図1は、金属ワークピース2の表面を電気化学的にクリーニングするための電極1の原理を示した概略図である。ワークピース2と金属電極本体3との間に、電源5を適当なライン4を介して接続する。電極本体4から始まるライン4は、電極本体3をハンドルに接続するための接続ピース6内に配置してもよい。電極1の電極本体3は少なくとも部分的に、絶縁層7により包まれる。この絶縁層7は例えばファイバーグラスファブリックにより形成されてもよく、この絶縁層により、電極本体3と金属ワークピース2の間の短絡が阻止される。電気化学セルを形成するために、絶縁層7に適した電解質8、例えば、ポリリン酸溶液を含浸させる。その後、電極1をワークピース2上の汚染部位に置き、移動させる。汚染物質は電気化学的に除去され、ワークピース2の表面は大部分が節約される。しかしながら、そのようなクリーニング手順は、しばしば繰り返され、絶縁層7を電解質8に含浸させるために、かなり時間がかかる。
【００３１】
図2は、本発明による電極1の1つの態様を示した断面図である。電極本体3内には、振動を発生させるための手段9、例えば、超音波発生手段が設置される。振動発生手段9には適当な接続ケーブル10を介して電気エネルギーが供給される。個々の接続ピース6内の電源に接続するための接続ケーブル10および接続ライン4は、場合によっては存在するハンドルまで延在するように設けられる。振動発生手段9により、電極1は振動し、特に超音波振動し、これによりクリーニング手順が促進され、支援される。
【００３２】
図3によれば、振動発生手段9また、電極1の電極本体3上に配置されてもよく、これにより、例えば、現存のクリーニング電極1の改良が可能となる。
【００３３】
図4は、電極1の別の態様を示した図であり、電極本体3の一部が振動発生手段9により形成される。
【００３４】
図5による異なる態様では、層11が電極1の電極本体3と絶縁層7との間に配置され、この層11は、例えば弾性材料から構成されてもよく、例えば、絶縁層7が損傷を受けた場合に、電極1の表面ならびにワークピース2の表面を振動発生手段9の直接の影響から保護する。
【００３５】
図7は接続ピース6を介してハンドル12に接続された電極1を示す。振動発生手段9から発する振動がハンドル12に伝達されないように、ハンドル12は、ハンドル12と接続ピース6との間に配置された振動減衰層13により振動減衰様式で載置される。ハンドル12の後端には、電極本体3および振動発生手段9のための接続ライン4、10が現れる。同様に、電解質8を絶縁層7に送達するためのダクト15はハンドル12、接続ピース6、および電極本体3を通過するように配置してもよい。
【００３６】
図6による詳細により、電極本体3の表面およびワークピース2の表面の一部が示される。この異なる態様では、絶縁層7はプラスチックの小塊14などにより形成される。その小塊の間には電解質が収容される。これは、しばしば使用されるファブリック層のような、絶縁層7の別の態様である。
【００３７】
本発明は電極1の図示した態様に限定されない。特に、振動を発生させるための様々な手段9を電極内1または電極上に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】金属ワークピースの表面を電気化学的にクリーニングするための電極の原理を示した概略図である。
【図２】本発明の1つの態様による、金属ワークピースの表面を電気化学的にクリーニングするための電極の断面図である。
【図３】本発明の別の態様を示した図である。
【図４】本発明の別の態様を示した図である。
【図５】本発明の別の態様を示した図である。
【図６】ワークピース上に置かれた、プラスチック小塊の形態の絶縁層を有する電極の詳細を示した図である。
【図７】ハンドルが備えられたクリーニング電極の概略断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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