[发明专利]用于就地电镀—与金属管内壁结合的金属结构层的方法和装置

说明书

本发明是一种用于通过就地电沉积以在结构上加强一管子的方法和装置。这种方法对于修理由于如局部和整个地腐蚀、应力或疲劳裂纹的情况下而已损坏的热交换器管特别有用。这种方法特别可应用于维护保养和维修使用在电力发生设备例如核电厂中的高温高压的热交换器上。

虽然熟悉技术的人可以认识到本发明具有广泛的工业实用性并应用于各种金属容器维修场合，但本发明的方法将具体参照热交换器管予以说明的。在这方面，热交换器的结构完整的维护存在面临的工业问题。热交换器管壁必须坚强并耐腐蚀同时还要尽可能的薄以提供穿过管壁的有效的热传递。在一定的环境条件下，热交换器管子会损坏，但这种损坏可能并不是均匀地发生。更确切地说，微裂缝或其它的缺陷提供了管子局部损坏的部位，而如果该损坏部位被修理好则可以大大延长整个管子的寿命。

当修理已坏管子的一段时，基本要求是要使管壁恢复到其原始设计的机械性能指标，例如，爆裂压力(周向强度)、弯曲强度、耐疲劳度和允许腐蚀度。目前，用于管子维修的普通做法包括将具有合适尺寸和机械性能的一个管套插进待修理的管段内，并通过摩擦结合、焊接或铜焊的方法将该套固定于管段两端上。

这种装套技术具有多种缺点。需要修理的已坏管段由于其位置或几何尺寸的关系可能并不适用于装管套。装套后的管段由于双壁的影响和流过装有套的管部分的截面的流量的减少，不能达到原始的热传递的性能指标。例如，套贴合在管子上的面积相当小并且在管套和管子之间存在缝隙因而减少了热传递。在结合部位所产生的严重的金属不连续性引起管子在该位置上的机械性能和耐腐蚀性的下降。

尽管薄的耐腐蚀金属层的就地电沉积已为大家知道一段时间，例如美国专利第4,624,750号所揭示的，然而本发明提供了一种改进的方法，这种方法能够电沉积一与金属管的一损坏段的内壁结合的金属结构层。这种电沉积的条件产生一具有一种超细颗粒显微结构的金属层，所述细微结构还具有大量的在金属颗粒之间的孪晶的晶格(即“特殊”的晶粒边界)，由此给予电沉积层高强度和高耐腐蚀性而又保持良好的延展性。

因此，本发明提供一种将一结合的金属结构层电沉积到一金属管损坏段的内壁上的方法，这种方法包括下列步骤：

a)用机械的方法清洁该管段的内管壁面；    

b)将一电极头插进金属管，并使其移动以便电极头跨过该损坏的管段，所述电极头有一基本上沿其长度延伸的电极，在电极头的一端或两端设有用于将流体容纳在该管段内的密封装置和用于使流体流进和流出管段的环流装置；以及

c)通过使含有至少一种用金属盐的电解液流经管段并在电极和金属管之间施加一10至1000赫芝的频率而负载循环率在10％至60％范围的脉冲直流电流以便将一金属结构层电沉积到管壁上，从而电积一0.1至2毫米厚的金属层。

本发明还包括一种用于实与本发明的方法的电极头。本发明的电极头可以插进待维修的金属管中。较理想是，该金属管具有一个至少5毫米的内径。该电极头包括有一密封装置，它位于电极头一端或两端上以便将电极头固定于管子的一段上，由此形成一电化室以及电化室用于使流体的流动包括在该管段内。一个电极，例如由铂丝制成的一种柔性管状结构基本是延伸电极头的长度。一多孔的非导电，最好为塑料的管状套，较理想是沿其整个长度围绕该电极。该电极头具有一流体循环装置，它提供在电化室和一外部的流体容器之间的流体连通。

附图的简要说明

图1是一用于插入一管子中的电极头的剖视图，所述电极头具有在每一端上的密封装置，流体循环装置和一个电极。

图2是用于实现本发明方法的一个替代的电极头的剖视图。

图3是一具有一个热膨胀O型圈密封装置的电极头上部的剖视图，其中电极头是密封在一管子中。

图4是用于压紧图3的电极头的O型密封件的一个夹紧装置的立体视图。

图5是带有图4的一夹紧装置的电极头的立体视图。

图6是图3的电极头部分的剖视图，其中电极头正在被移离管子。

图7是本发明另一实施例的一电极头的剖视图。

图8是在图7的8-8线方向上的一个俯视图。

图9是本发明的一电极头另一实施例的剖视图。

图10是显示根据本发明所产生的一镍电沉积层的光学显微放大(100X)照片剖视图。

图11是一传真电子显微放大(15000X)照片，它显示由本发明产生的超细颗粒结构和大量的用于镍层的孪晶。