具有摩擦攪拌焊接接頭的電化學陽極及制備該陽極的方法技術

采用摩擦攪拌焊接(FSW)接頭形成的電化學陽極。FSW接頭可在母線和陽極板之間或者鉛封殼和陽極板之間形成。FSW接頭也可以包括角焊焊接接頭和對焊接頭。FSW接頭也可以用于密封電化學陽極末端來防止腐蝕。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
大體上，本專利技術涉及電化學過程特別是在采礦業中使用的鉛陽極，更特別涉及使用摩擦攪拌焊制備上述陽極的方法。
技術介紹
根據傳統實踐，在采礦業中使用的鉛陽極中的接頭(joint)采用傳統鉛焊方法(例如吹管焊接)形成，在該方法中鉛被手工熔化形成焊縫或接頭。然而，伴隨著傳統鉛焊方法存在一系列缺點，將在下文中被討論。傳統鉛焊方法給工人 帶來了高度危險性。首先，產生焊縫的過程中產生的熱量可導致工人受到傷害。其次，鉛熔化過程中，周圍環境的鉛水平可上升至毒性的程度。如果被吸入，可導致鉛中毒-最古老的職業危害之一。結果是，多種身體機能受到影響，伴隨著大量器官惡化，包括心臟，骨，腸，腎臟，以及生殖和神經系統。傳統鉛焊方法經常制造出具有有缺陷焊縫的陽極，其反復地導致產品不合格。通過培訓和采用特別有經驗的工人，有缺陷焊縫的可能性會降低，但不會被消除，因為盡管采用有經驗的工人，不完全焊縫還會發生。在這些不完全焊縫中，接頭視覺上看起來沒問題。然而，產生來形成焊縫的兩塊熔融區域(melt pool)并沒有熔合，從而極大地降低了材料在用于電流傳輸和蠕變(即變形)抗性的陽極接頭中的可用性。即使當制備出具有無缺陷接頭的陽極時，傳統鉛焊方法在圍繞陽極接頭區域的基底金屬結構(base metal structure)中，產生了不合需要的熱影響區域。在該熱影響區域，陽極中材料的晶粒結構通過用于產生接頭的熱量而改變。這被改變的晶粒結構可以進一步帶來抗腐蝕性的降低和抗蠕變性的下降。并且，鉛和銅(用來制備陽極)不會天然地焊接在一起。正因為這樣，很多技術(如釬焊(soldering))在傳統鉛焊方法中被采用，以將鉛和銅連接起來，從而制備陽極。因此，除了前述缺點，由于在將鉛和銅連接起來中涉及的更多的制造時間和材料，傳統的陽極制備過程更加昂貴。從而，由于傳統用于制備陽極的鉛焊技術充斥著問題，各公司必須為了安全，工人培訓，質量控制測試和制造花費昂貴的資源。至今，傳統的鉛焊技術已經無法足夠解決陽極工業中的這些問題。上述觀點來看，在陽極制備技術中存在著大幅降低或消除現有技術缺陷的需求。
技術實現思路
根據本專利技術，傳統用來制備陽極的鉛焊技術的缺點通過提供具有使用摩擦攪拌焊(有時稱FSW)產生的接頭的電化學陽極而避免或減少。本專利技術的實施方式提供包括母線(bus bar)及與其電耦連的陽極板的電化學陽極。摩擦攪拌焊接接頭被用來構造電化學陽極。由于在摩擦攪拌焊中沒有熔化的鉛材料，暴露在鉛蒸氣中的工人和釋放到環境中的鉛蒸氣都被降低或消除。通過使用摩擦攪拌焊制備陽極，工人的安全性可以進一步被提高，因為這一過程不涉及使用熱量或要求工人們經受其制備過程中靠近焊接的傷害危險。并且，由于摩擦攪拌焊可是自動的，其降低了陽極中缺陷接頭形成的可能性，從而消除了人工過程偶然引起的的可變性。另外，摩擦攪拌焊制備了更加均一焊透厚度的焊接(uniformthrough thickness weld),且沒有由于熔融區域沒完全并接帶來的缺陷。摩擦攪拌焊也使得熱影響區域更小且陽極材料晶粒結構的嚴重改變更少。使用本專利技術也使得更好的質量控制。已顯示，摩擦攪拌焊過程的質量和可靠性，使得質量控制測試的需要大幅度降低或消除。采用本專利技術的額外一個好處是，非破壞性評估技術如超聲波焊縫檢查可在鉛連接中被使用，這些評估技術在傳統鉛焊方法中不可使用。由于摩擦攪拌焊產生了更少缺陷的陽極，降低勞動需求，且降低暴露于危險材料的可能性，將降低陽極制備的成本，增強工人的安全性，減少用戶的抱怨。附圖說明圖1-4，6A，和6B是根據本專利技術示例性實施方式采用摩擦攪拌焊構造的陽極的剖面圖；圖5顯示根據本專利技術示例性實施方式已采用摩擦攪拌焊密封的陽極的末端；圖7為一圖表，其詳述了根據本專利技術示例性實施方式的陽極制備中采用的工藝參數和負荷專利技術詳述 本專利技術的說明性實施方式和方法如下文所述，因為它們可能在采用摩擦攪拌焊(FSW)制備的陽極或制備上述陽極的方法中使用。為了清楚起見，不是實際實施的所有特征都在本說明書中描述。當然應理解隨實際實施方式的發展，必須做出大量具體的實施決定以實現開發者們的特殊目的，比如順應系統相關和商用相關的約束，這些約束在實施中彼此不同。并且可以理解的是，對于受益于本專利技術的本領域技術人員，這些發展的努力可能是復雜且耗時的，但仍然是常規的任務。考慮到下面的描述和附圖，本專利技術各種實施方式和相關方法的進一步方面和優點將變得清楚。圖1顯示了本專利技術中電化學陽極的示例性實施方式。陽極10包含具有槽14的銅母線12。雖然被描述為銅母線，請注意，受益于本專利技術的本領域技術人員意識到其它材料可以被使用，例如鍍銅鋼，鋼，鋁或鈦。鉛陽極板16被插入母線槽14中。示例性陽極也可以是在美國專利N0.5，172，850和6，131，798中所披露的，其每個以其整體在此引入作為參考(然而如將要描述的，通過使用本專利技術，減輕了釬焊接頭的需要)進一步參照圖1，鉛陽極板16緊密配合母線槽14。然而，不像現有技術方法中將板和母線使用常規燃燒技術彼此固定，本專利技術的銅母線12和鉛陽極板16采用摩擦攪拌焊接合。根據摩擦攪拌焊方法，待接合的表面用更硬材料的旋轉探針摩擦。摩擦結果是，產生的熱量使得這些表面部分塑化。這些塑化表面冷卻后凝固在一起，從而產生結點或接頭。一般來說，當探針沿接頭移動時，其與待接合的兩個表面保持緊密接觸。以這種方式可以得到更均勻的接頭。那些受益于本專利技術的本領域技術人員意識到，使用本專利技術可以實施多種摩擦攪拌焊方法。進一步參照圖1的示例性實施方式，陽極10沿區域18進行摩擦攪拌焊接。摩擦攪拌焊探針(未示出)被用來形成銅母線12的更低邊緣與鉛陽極板16之間的接頭。在該示例性實施方式中，FSW探針(未示出)焊透母線12，且達到母線槽14中保持的鉛陽極板16。這樣，鉛陽極板16與銅母線16在母線槽14中被連結起來。如圖所示，母線12在區域18兩側都被摩擦攪拌焊接。然而，那些受益于本專利技術的本領域技術人員意識到這些以及隨后的實施方式可以僅在一邊焊接，這使得時效性增加。如現有技術所知，陽極10被焊接后，其可被鉛覆蓋。圖2顯示根據本專利技術的陽極10的另一個示例性實施方式。鉛陽極板16被插入銅母線12的槽14中，如之前關于圖1所述。然而，在該示例性實施方式中，為了防止電池中使用的電化學溶液導致的陽極10腐蝕，陽極10被鉛封殼(lead encapsulation) 20所覆蓋，所述電池往往是以酸(例如H2SO4)為基礎的。此后，陽極10沿區域22進行摩擦攪拌焊接，其將鉛封殼20與鉛陽極板16接合起來。圖3顯示根據本專利技術的陽極10的另一個示例性實施方式，其中摩擦攪拌焊接接頭被用來產生陽極板16的向后折疊或包覆的延伸部形成的接頭。在此，鉛陽極板16包覆圍繞銅母線12，且在銅母線12下與自身接觸，從而使得封裝銅母線12。鉛板16的向后折疊(backfolding)消除了二次操作(即鑄造或電鍍以產生鉛封殼)的必要性，并且僅需要一次焊接。此后，陽極10沿區域24進行摩擦攪拌焊接，從而使得鉛陽極板16與其自身連結。圖4顯示根據本專利技術的陽極10的另一個示例性實施方式，在此，陽極板16同樣被插入母線12的槽14中。然而，摩擦攪拌焊接的角焊縫在區域26中使用，在該區域母線12的較低本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.07.09 US 12/833,7111.電化學陽極，其包括: 母線； 與該母線電耦連的陽極板；以及 用來連接電化學陽極的第一摩擦攪拌焊接接頭。2.如權利要求1所述的電化學陽極，其中該第一摩擦攪拌焊接接頭沿電化學陽極延伸，該第一摩擦攪拌焊接接頭穿過電化學陽極第一側的母線和陽極板，該電化學陽極進一步包括沿電化學陽極延伸的第二摩擦攪拌焊接接頭，該第二摩擦攪拌焊接接頭穿過電化學陽極第二側的母線和陽極板。3.如權利要求1所述的電化學陽極，該電化學陽極進一步包括: 圍繞母線延伸且接觸陽極板的一部分的鉛封殼，所述第一摩擦攪拌焊接接頭沿著電化學陽極延伸且穿過電化學陽極第一側的鉛封殼和陽極板，以及 沿著電化學陽極延伸的第二摩擦攪拌焊接接頭，該第二摩擦攪拌焊接接頭穿過電化學陽極第二側的鉛封殼和陽極板。4.如權利要求1所述的電化學陽極，其中陽極板包覆圍繞母線使得陽極板的頂端接觸位于母線下方的陽極板的一部分，其中第一摩擦攪拌焊接接頭穿過陽極板該頂端和該部分。5.如權利要求1所述的電化學陽極，其中第一摩擦攪拌焊接接頭是穿過電化學陽極第一側的陽極板和母線的角焊焊接接頭，該電化學陽極進一步包括穿過電化學陽極第二側的陽極板和母線的第二摩擦攪拌焊接接頭，該第二摩擦攪拌焊接接頭也是角焊焊接接頭。6.如權利要求1所述的電化學陽極，該電化學陽極進一步包括圍繞母線的鉛封殼，其中電化學陽極的每一端都采用沿著母線和鉛封殼接觸的區域定位的摩擦攪拌焊接接頭來密封。7.如權利要求1所述的電化學陽極，其中第一摩擦攪拌焊接接頭是連接母線和陽極板的對焊接頭。8.如權利要求1所述的電化學陽極，其中第一摩擦攪拌焊接接頭是穿過電化學陽極第一側的陽極板和母線的對焊接頭，該電化學陽極進一步包括穿過電化學陽極第二側的陽極板和母線的第二摩擦攪拌焊接接頭，該第二摩擦攪拌焊接接頭也是對焊接頭。9.制備電化學陽極的方法，該方法包括下列步驟: (a)提供陽極板； (b)...

【專利技術屬性】
技術研發人員：T·W·埃里斯，M·布爾，E·瓊斯，
申請(專利權)人：RSR科技股份有限公司，
類型：
國別省市：