DE19651061A1

DE19651061A1 - Apparatus for testing metal coatings

Info

Publication number: DE19651061A1
Application number: DE19651061A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr Knoedler; Karl Reis
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 1998-06-10

Abstract

The apparatus for testing metal coatings on the inner surfaces of long components (11) is claimed, where there is at least one test element (2,3) with an internal cross section matching the cross sections of the component (11) to be coated. This element can be connected to the component (11) for simultaneous coating of all internal surfaces.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Prüfung von Schichten aus Metall auf den Innenflächen von Bauelementen mit einer linearen Ausdehnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for testing layers of metal on the inner surfaces of components with a linear expansion according to Preamble of claim 1.

Vorrichtungen dieser Art finden eine Anwendung bei stromführenden Stäben von Generatoren. Es handelt sich dabei um Baueinheiten mit einer Länge von etwa 5 m. Sie sind innen von rechteckigen Hohlleitern durchsetzt, die sich vom ersten bis zum zweiten Ende der Stäbe erstrecken. Die Hohlleiter werden vorzugsweise aus Kupfer hergestellt. Ihre inneren Querschnitte spannen jeweils eine Fläche von 2,4.9,6 mm² auf. Sie sind in eine Matrix aus kompaktem Kupfer eingebettet, welche für die Leitung des elektrischen Stroms vorgesehen ist. Durch die Hohleiter wird Wasser zur Küh lung der Stäbe geleitet. Es hat sich gezeigt, daß die Hohlleiter innen oxidieren. Die dabei entstehenden Oxide lösen sich teilweise von den Innenflächen und verstopfen die Hohlleiter, wodurch den Fluß des Kühlwassers behindern wird. Um das Oxidieren der Hohlleiter zu vermeiden, werden diese innen stromlos vernickelt. Hierfür wird die Lösung einer Nickelverbindung mit einem Reduktionsmittel bei ca. 90°C durch die Hohlleiter gepumpt. Solche Verfahren gehören bereits seit langem zum Stand der Technik. Sie werden deshalb hier nicht näher erläutert. Da die Hohlleiter einen sehr kleinen Durchmesser aufweisen, kann nicht geprüft werden, ob die aufgetragenen Schichten aus Nickel frei von Rissen und zudem gleichmäßig aufgetragen sind, ohne die Stäbe zu zerstören. Andererseits ist eine Überprüfung der Nickelschichten erfor derlich, denn ist nur einer der mehr als 1000 Stäbe eines Generators schadhaft, so beeinflußt dieser das Verhalten des gesamten Generators, denn es werden immer mindestens sechs solcher Stäbe in Reihe geschaltet. Ist bei einem davon die Kühlung nicht in Ordnung, so sind auch die mit ihm in Reihe geschalteten Stäbe davon betrof fen.Devices of this type are used with current-carrying rods of generators. These are units with a length of about 5 m. They are interspersed with rectangular waveguides that extend from the first to the second end of the rods. The waveguides are preferably made of copper. Their inner cross sections each cover an area of 2.4.9.6 mm ² . They are embedded in a matrix made of compact copper, which is intended to conduct the electrical current. Water is passed through the semiconductor for cooling the rods. It has been shown that the waveguides oxidize on the inside. The resulting oxides partially detach from the inner surfaces and clog the waveguide, which will hinder the flow of the cooling water. To prevent the waveguides from oxidizing, they are nickel-plated on the inside without current. For this purpose, the solution of a nickel compound with a reducing agent is pumped through the waveguide at approx. 90 ° C. Such methods have long been state of the art. They are therefore not explained in more detail here. Since the waveguides have a very small diameter, it cannot be checked whether the applied nickel layers are free of cracks and are evenly applied without destroying the rods. On the other hand, a check of the nickel layers is necessary, because if only one of the more than 1000 rods of a generator is defective, this affects the behavior of the entire generator, because at least six such rods are always connected in series. If the cooling of one of them is not correct, the rods connected in series with it are also affected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit welcher metallische Beschichtungen auf den Innenflächen von Bauelementen mit linearer Ausdehnung und sehr kleinen Innendurchmessern zerstörungsfrei überprüft werden können.The invention has for its object to show a device with which metallic coatings on the inner surfaces of components with linear Expansion and very small inner diameters can be checked non-destructively can.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of patent claim 1.

Erfindungsgemäß werden ein oder mehrere Bauelement deren Innenflächen zu be schichten sind, mit einer Vorrichtung verbunden, die wenigstens ein Prüfelement auf weist. Bei dem Prüfelement handelt es sich ein Röhrchen aus Kupfer, dessen innerer Querschnitt an den inneren Querschnitt der zu beschichtenden Bauelemente ange paßt ist. Ein oder mehrere solcher Röhrchen sind lösbar in ein zylinderförmiges Bau element eingebettet, das die erfindungsgemäße Vorrichtung bildet. Das zylin derförmige Bauelement ist zusätzlich mit einer oder mehreren Bohrungen versehen. Diese Bohrungen verlaufen parallel zu den Röhrchen. Damit kann die Vorrichtung mit weniger Prüfelementen ausgerüstet werden kann, als beispielsweise zu be schichtende Hohlleiter in einer als Stab ausgebildeten Baueinheit vorgesehen sind. Durch eine definierte Anzahl von Bohrungen und die geeignete Wahl ihrer Durch messer wird erreicht, daß durch jedes Prüfelement pro Zeiteinheit die gleiche Menge einer Metallverbindung fließt wie durch jeden Hohlleiter. Damit wird auch auf den In nenflächen eines jeden Prüfelements eine Metallschicht mit der gleichen Dicke ab geschieden. Durch die Bohrungen kann der Anteil der Metallverbindung abfließen, der keine Aufnahme in den Prüfelementen findet. Das zylinderförmige Bauelement ist von einer Ummantelung umgeben, die an beiden Enden einige Zentimeter über das Bauelement übersteht. Die Ummantelung ist aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff gefertigt und ebenso wie das zylinderförmige Bauelement bis 120°C tem peraturbeständig. Das erste Ende der Ummantelung wird in ein Anschlußstück ge steckt, mit dem die Baueinheit versehen ist. Das zweite Ende der Ummantelung mün det in einen Schlauch, über welchen die Metallverbindung abgeleitet werden kann. According to the invention, one or more components have their inner surfaces layers are connected to a device that has at least one test element points. The test element is a tube made of copper, the inner one Cross section to the inner cross section of the components to be coated fits. One or more such tubes can be detached into a cylindrical structure embedded element that forms the device according to the invention. The cylin such a component is additionally provided with one or more bores. These holes run parallel to the tubes. So that the device with fewer test elements can be equipped than, for example, be Layered waveguides are provided in a structural unit designed as a rod. Through a defined number of holes and the appropriate choice of their through knife is achieved by each test element per unit of time the same amount a metal compound flows like through any waveguide. This also applies to the In of each test element from a metal layer with the same thickness divorced. The portion of the metal connection can flow through the holes, which is not included in the test elements. The cylindrical component is surrounded by a jacket that is a few centimeters above the Device survives. The casing is made of an electrically non-conductive Made of material and just like the cylindrical component up to 120 ° C tem temperature resistant. The first end of the jacket is ge in a connector with which the unit is provided. The second end of the jacket is mint det into a hose through which the metal connection can be derived.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Zeichnungen näher er läutert.The invention is based on schematic drawings he he purifies.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Prüfvorrichtung und eine Beschichtungsvorrichtung für metallische Be schichtungen, Fig. 1 shows a test apparatus and a coating apparatus for metallic coatings Be,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, Fig. 2 is a longitudinal section through the inventive device,

Fig. 3 die erfindungsgemäße Vorrichtung im Querschnitt, Fig. 3 shows the apparatus according to the invention in cross-section,

Fig. 4 zu beschichtende Bauelemente im Querschnitt. Fig. 4 components to be coated in cross section.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in Verbindung mit einer Beschich tungsvorrichtung 6, mit welcher die Innenflächen von Bauelementen mit sehr keinen Durchmessern und einer linearer Ausdehnung beschichtet werden können. Die Vor richtung 1 ist, wie Fig. 2 zeigt, bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit zwei als Prüfelemente dienenden Röhrchen 2 und 3 ausgerüstet, die beispielsweise aus Kupfer gefertigt sind. Für die Herstellung des Röhrchen 2 und 3 kann auch ein anderes Material mit den gleichen Eigenschaften verwendet werden. Die Länge der beiden Röhrchen 2 und 3 beträgt etwa 10 cm. Die Anzahl der Prüfelemente 2, 3 ist nicht auf zwei beschränkt, vielmehr kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 auch mit mehr oder weniger Prüfelementen 2, 3 ausgerüstet werden. Die beiden Röhrchen 2 und 3 sind lösbar so in ein zylinderförmiges Bauelement 4 eingebettet, daß ihren Längsachsen zur Längsachse des Bauelements 4 parallel verlaufen. Die Länge des zylinderförmigen Bauelements 4 ist an die Länge der Röhrchen 2 und 3 angepaßt. Die Röhrchen 2 und 3 haben, wie die Fig. 2 und 3 zeigen, einen rechteckigen Quer schnitt mit den gleichen Abmessungen wie die Hohlleiter 11 einer als Stab ausgebil deten Baueinheit 10. Der Stab 10 mit den Hohlleitern 11 ist in Fig. 4 im Querschnitt zu sehen. Das zylinderförmige Bauelement 4 ist, wie Fig. 3 zeigt, zusätzlich mit we nigstens zwei Bohrungen 40 und 41 versehen, deren Längsachsen zu seiner Längs achse parallel verlaufen. Das zylinderförmige Bauelement 4 ist von einer Ummante lung 5 umgeben. Die Länge der Ummantelung 5 ist so bemessen, daß sie an beiden Enden um wenigstens 5 cm über das zylinderförmige Bauelement 4 übersteht. Die Ummantelung 5 ist aus einem Werkstoff gefertigt, der elastisch, korrosionsbeständig, elektrisch nichtleitend und mindestens bis +120°C temperaturbeständig ist. Die glei che Temperaturbeständigkeit sollte auch das zylinderförmige Bauelement 4 aufwei sen. Sowohl die Vorrichtung 1 als auch die Beschichtungsvorrichtung 6 sind wie in Fig. 1 dargestellt mit dem Stab 10 verbunden. Der Aufbau des Stabs 10, der eine Länge von etwa 5 m hat, ist in Fig. 4 im Querschnitt zu sehen. Die Hohlleiter 11 im In neren des Stabs 10 sind so angeordnet, daß ihre Längsachsen zur Längsachse des Stabs 10 parallel verlaufen. Alle Hohlleiter 11 haben einen rechteckigen Querschnitt, der eine Fläche von 2,4.9,6 mm² aufspannt. Die Hohlleiter 11 sind aus Kupfer gefer tigt und in eine Kupfermatrix 10M eingebettet. Die Hohlleiter 11 sind für die Kühlung des Stabs vorgesehen. Zu diesem Zweck wird Wasser (hier nicht dargestellt) durch die Hohlleiter 11 geleitet. Der Stab 10 ist hierfür an beiden Enden mit jeweils einer Wasserkammer 10A, 10B versehen, von der aus das Wasser auf die Hohlleiter 11 verteilt bzw. in der das Wasser aufgefangen wird, das aus den Hohlleitern 11 strömt. Die beiden Wasserkammern 10A und 10B dienen während der Beschichtung als An schlußelemente. In die Wasserkammer 10A ist das Anschlußstück 21A eines Schlauchs 21 gesteckt, der zu der Beschichtungsvorrichtung 6 gehört. Das zweite Ende 21B des Schlauchs 21 ragt in einen Behälter 22 hinein, in dem sich die Lösung einer Nickelverbindung (hier nicht dargestellt) befindet. In den Schlauch 21 ist eine Pumpe 23 integriert. Mit dieser wird die Nickelverbindung in die Wasserkammer 10A gepumpt. Eine Spannungsquelle 24 ist über je eine Leitung 24A, 24B sowohl mit dem Schlauch 21 als auch mit dem Stab 10 elektrisch leitend verbunden. Mit Hilfe der Nic kelverbindung werden die Innenflächen der Hohlleiter 11 stromlos mit Nickel be schichtet, um sie vor Korrosion zu schützen. Die Beschichtung muß mit einem Stro mimpuls in Gang gesetzt werden, der mit Hilfe der Spannungsquelle 24 auf den Schlauch 21 und den Stab 10 gegeben wird. Ist die Beschichtung einmal initialisiert, erfolgt das Abscheiden des Nickels stromlos während die Nickelverbindung durch die Hohlleiter 11 gepumpt wird. Damit die Innenflächen der Röhrchen 2 und 3 in gleicher Weise wie die Innenflächen der Hohlleiter 11 beschichten werden, wird die Ummante lung 5 mit einem Ende in die Wasserkammer 10B gesteckt. Damit wird erreicht, daß die Nickelverbindung von der Wasserkammer 10B in die Röhrchen 2 und 3 fließt. Damit auch in der Vorrichtung 1 der Beschichtungsvorgang initialisiert wird, sind der Stab 10 und die Vorrichtung 1 über eine elektrische Leitung 8 miteinander verbunden. Ist das zylinderförmige Bauelement 3 aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gefer tigt, genügt es, wenn der Stab 10 über die Leitung 8 mit dem zylinderförmigen Bau element 4 verbunden wird, wie das in Fig. 2 dargestellt ist. Ist das nicht der Fall, so muß die Leitung 8 durch das zylinderförmige Bauelement 3 hindurch zu den Röhrchen 2 und 3 geführt und elektrisch leitend mit beiden (hier nicht dargestellt) verbunden werden. Ein direkter Kontakt zwischen den Hohlleitern 11 und den Röhrchen 2 und 3 zur elektrischen Verbindung darf nicht ausgebildet werden, da sonst keine gleichmäßige Beschichtung der Hohlleiter 11 erfolgt. Wie an Hand der Fig. 1 und 2 zu sehen ist, weist der Stab 10 sechs Hohlleiter 11 auf, während in der Prüfeinrichtung 1 nur zwei Röhrchen 2 und 3 vorgesehen sind, deren Innenflächen beschichtet werden sollen. Um sicherzustellen, daß in den Röhrchen 2 und 3 die gleichen Strömungsbedingungen herrschen wie in den Hohlleiter 11, ist das zylinder förmige Bauelement 4 bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit den beiden Bohrungen 40 und 41 versehen. Der Durchmesser der Bohrungen 40 und 41 ist so bemessen, daß durch jedes Röhrchen 2, 3 die gleiche Menge an Nickelverbindung pro Zeiteinheit fließen kann, wie das bei den Hohlleitern 11 der Fall ist. Die übrige Nickelverbindung fließt über die Bohrungen 40 und 41 ab. Das zweite Ende der Um mantelung 5 mündet in einen Schlauch 25, der in den Behälter 22 hineingeführt ist, so daß die Nickelverbindung zurückgeführt wird. Die Beschichtung wird zwei bis drei Stunden lang durchgeführt. Danach weisen die Hohlleiter 11 und die Röhrchen 2 und 3 auf ihren Innenflächen eine Schicht aus Nickel mit einer Dicke von etwa 20 m bis 30 m auf. Im Anschluß daran werden die Röhrchen 2 und 3 der aus der Vorrichtung 1 herausgenommen. Ihre Innenflächen werden daraufhin auf Risse und eine gleich mäßige Beschichtung hin untersucht. Weisen die Schichten auf den Innenflächen der Röhrchen 2, 3 Mängel auf, so ist davon auszugehen, daß auch die Innenflächen der Hohlleiter 11 nicht ordnungsgemäß beschichtet sind. Fig. 1 shows the device 1 according to the invention in conjunction with a coating device 6 , with which the inner surfaces of components with very no diameters and a linear expansion can be coated. Before device 1 is, as shown in FIG. 2, in the embodiment shown here equipped with two test tubes 2 and 3 , which are made of copper, for example. A different material with the same properties can also be used for the production of tubes 2 and 3 . The length of the two tubes 2 and 3 is about 10 cm. The number of test elements 2 , 3 is not limited to two, rather the device 1 according to the invention can also be equipped with more or fewer test elements 2 , 3 . The two tubes 2 and 3 are detachably embedded in a cylindrical component 4 in such a way that their longitudinal axes run parallel to the longitudinal axis of the component 4 . The length of the cylindrical component 4 is adapted to the length of the tubes 2 and 3 . The tubes 2 and 3 , as shown in FIGS. 2 and 3, have a rectangular cross section with the same dimensions as the waveguide 11 of a module 10 formed as a rod. The rod 10 with the waveguides 11 can be seen in cross section in FIG. 4. The cylindrical component 4, as FIG. 3 shows, additionally provided with two bores we nigstens 40 and 41 whose longitudinal axes extend parallel to its longitudinal axis. The cylindrical component 4 is surrounded by a casing 5 . The length of the casing 5 is dimensioned such that it protrudes at least 5 cm beyond the cylindrical component 4 at both ends. The casing 5 is made of a material that is elastic, corrosion-resistant, electrically non-conductive and temperature-resistant up to at least + 120 ° C. The same temperature resistance should also have the cylindrical component 4 . Both the device 1 and the coating device 6 are connected to the rod 10 as shown in FIG. 1. The structure of the rod 10 , which has a length of approximately 5 m, can be seen in cross section in FIG. 4. The waveguide 11 in the interior of the rod 10 are arranged so that their longitudinal axes are parallel to the longitudinal axis of the rod 10 . All waveguides 11 have a rectangular cross section which spans an area of 2.4.9.6 mm ² . The waveguide 11 are made of copper and embedded in a copper matrix 10 M. The waveguide 11 are provided for cooling the rod. For this purpose, water (not shown here) is passed through the waveguide 11 . For this purpose, the rod 10 is provided at both ends with a water chamber 10 A, 10 B, from which the water is distributed to the waveguide 11 or in which the water that flows out of the waveguide 11 is collected. The two water chambers 10 A and 10 B serve as connection elements during the coating. In the water chamber 10 A, the connector 21 A of a hose 21 is inserted, which belongs to the coating device 6 . The second end 21 B of the hose 21 protrudes into a container 22 in which the solution of a nickel compound (not shown here) is located. A pump 23 is integrated in the hose 21 . With this, the nickel compound is pumped into the water chamber 10 A. A voltage source 24 is connected to both the hose 21 and the rod 10 in an electrically conductive manner via a line 24 A, 24 B each. With the help of the Nic kelverbindung the inner surfaces of the waveguide 11 are electrolessly coated with nickel to protect them from corrosion. The coating must be started with a Stro mimpuls, which is given with the help of the voltage source 24 on the hose 21 and the rod 10 . Once the coating has been initialized, the nickel is deposited without current while the nickel compound is pumped through the waveguide 11 . So that the inner surfaces of the tubes 2 and 3 are coated in the same way as the inner surfaces of the waveguide 11 , the jacket 5 is inserted at one end into the water chamber 10 B. This ensures that the nickel compound flows from the water chamber 10 B into the tubes 2 and 3 . So that the coating process is also initialized in the device 1 , the rod 10 and the device 1 are connected to one another via an electrical line 8 . If the cylindrical component 3 is made of an electrically conductive material, it is sufficient if the rod 10 is connected via the line 8 to the cylindrical component 4 , as shown in FIG. 2. If this is not the case, the line 8 must be guided through the cylindrical component 3 to the tubes 2 and 3 and connected to both in an electrically conductive manner (not shown here). A direct contact between the waveguides 11 and the tubes 2 and 3 for the electrical connection must not be formed, since otherwise the waveguides 11 will not be coated uniformly. As can be seen from FIGS. 1 and 2, the rod 10 has six waveguides 11 , while in the test device 1 only two tubes 2 and 3 are provided, the inner surfaces of which are to be coated. To ensure that the same flow conditions prevail in the tubes 2 and 3 as in the waveguide 11 , the cylindrical component 4 is provided with the two bores 40 and 41 in the embodiment shown here. The diameter of the bores 40 and 41 is such that the same amount of nickel compound per unit time can flow through each tube 2 , 3 as is the case with the waveguides 11 . The rest of the nickel compound flows out through the holes 40 and 41 . The second end of the sheath 5 opens into a hose 25 which is inserted into the container 22 so that the nickel compound is returned. The coating is carried out for two to three hours. Thereafter, the waveguide 11 and the tubes 2 and 3 have a layer of nickel with a thickness of about 20 m to 30 m on their inner surfaces. Following this, tubes 2 and 3 are removed from device 1 . Their inner surfaces are then examined for cracks and an even coating. If the layers on the inner surfaces of the tubes 2 , 3 have defects, it can be assumed that the inner surfaces of the waveguide 11 are also not properly coated.

Claims

1. Device for testing layers of metal on the inner surfaces of components ( 11 ) with a linear expansion, characterized by at least one test element ( 2 , 3 ), the inner cross section of which is adapted to the cross sections of the components ( 11 ) to be coated and which can be connected to the components ( 11 ) for simultaneous coating of all inner surfaces.

2. Device according to claim 1, characterized in that the Prüfele element ( 2 , 3 ) for coating its inner surfaces can be mechanically and electrically connected to the components ( 11 ).

3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the test element ( 2 , 3 ) is designed as a metallic tube and is releasably embedded in a cylindrical component ( 4 ) that the cylindrical component ( 4 ) with at least one additional bore ( 40 , 41 ) is provided, the diameter of which is such that the same amount of a metal compound can be conducted through each component ( 11 ) and each tube ( 2 , 3 ) per unit of time.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cylindrical component ( 4 ) is surrounded by a casing ( 5 ) which projects at both ends at least 5 cm over the cylindrical component ( 4 ) and with the first end Can be connected to the components ( 11 ) to be coated via a connecting element ( 10 B), and that the second end of the casing ( 5 ) opens into a hose ( 25 ).

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the test elements ( 2 , 3 ) for checking a metallic coating on the inner surfaces of waveguides ( 11 ) are provided, which to a rod ( 10 ) ausgebil Deten unit summarized are embedded in a matrix of copper.

6. The device according to claim 5, characterized in that the jacket ( 5 ) with the first end in a serving as a connecting element ( 10 B) serving water chamber ( 10 B) at the end of the rod ( 10 ) and the hose ( 25 ) on second end of the casing ( 5 ) is guided into a container ( 22 ) for the solution of a metal connection, and that the test elements ( 2 , 3 ) are connected via an electrical line ( 8 ) to the rod ( 10 ).

7. Device according to one of claims 5 and 6, characterized in that each test element ( 2 , 3 ) is at least 10 cm long and made of copper, and that at least the inner cross section of each test element ( 2 , 3 ) is rectangular and one Area of 2.4.9.6 mm ² .