本發(fā)明涉及一種電解槽陽極導(dǎo)桿與鋼爪熱熔焊接的方法。

背景技術(shù)：

隨著電解鋁生產(chǎn)規(guī)模的大型化和電解槽槽型大型化，電解槽陽極導(dǎo)桿和鋼爪的需求量也隨之增大，其兩者的焊接結(jié)合是一個(gè)不容忽視的問題。

就國內(nèi)目前采用預(yù)焙陽極的大多數(shù)電解鋁廠家來說，陽極導(dǎo)桿中鑄鋼爪架和鋁棒的連接多采用鋼-鋁復(fù)合片（爆炸塊）連接過渡的方式。鑄鋼爪架和鋼-鋁復(fù)合片中的鋼片通過焊縫連接，鋼-鋼焊縫的強(qiáng)度基本上接近母材強(qiáng)度；鋁棒和鋼-鋁復(fù)合片中的鋁片則通過鋁-鋁焊接連接，由于鋁-鋁焊縫在工作中不僅承擔(dān)導(dǎo)電作用，還要承載1噸的重量（其中鋼爪架210kg、D型碳?jí)K830kg），因此對(duì)其強(qiáng)度和導(dǎo)電能力要求較高。而鋁-鋁焊縫與母材或鋼-鋁復(fù)合片的接頭相比，強(qiáng)度要低得多，加之有效連接面積較少，因此，陽極導(dǎo)桿與爆炸塊之間的鋁-鋁焊縫無論強(qiáng)度還是導(dǎo)電能力都成為整個(gè)陽極導(dǎo)桿最薄弱的部分，導(dǎo)桿運(yùn)輸過程或在電解槽中受熱、受外力作用造成鋁焊縫脫落、開裂，由此帶來的是陽極塊報(bào)廢、導(dǎo)桿返回修理、生產(chǎn)效率降低。此外，爆炸元件處溫度高，運(yùn)行中爆炸元件因過熱鋁質(zhì)部分和鋼質(zhì)部分容易發(fā)生局部脫開，影響導(dǎo)電，同時(shí)給生產(chǎn)帶來安全隱患，因此有很大一部分鋼爪在壽命周期內(nèi)需要更換爆炸元件，即重新進(jìn)行焊接，這樣即增加了電耗，又增加生產(chǎn)運(yùn)行成本。

目前采用的另一種連接方式為在進(jìn)行導(dǎo)桿鋼爪焊接時(shí)，鋼-鋼焊縫采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊接的方式，其焊縫強(qiáng)度高，焊縫成型較好，故此工藝能滿足使用要求；鋁-鋁焊接采用的是熔化極氬氣保護(hù)焊接的方式。該方法缺點(diǎn)在于：鋁和氧的親合力很強(qiáng)，在空氣中容易與氧生成一層致密的氧化薄膜(熔點(diǎn)約2050℃)，焊接時(shí)如未能將其清除，氧化鋁薄膜會(huì)阻礙金屬之間的良好結(jié)合，易造成夾渣；氧化鋁薄易吸附水份，焊接時(shí)會(huì)促使焊縫生成氣孔。 其次，因?yàn)殇X的熱導(dǎo)率大、金屬傳熱快，焊接中大量的熱能被迅速傳導(dǎo)到基體金屬內(nèi)部，焊接時(shí)若要達(dá)到與鋼相同的焊速，則焊接熱輸入要比焊鋼時(shí)大2～4倍。為獲得高質(zhì)量的焊接接頭，必須采用能量集中、功率大的焊接熱源；鋁的線膨脹系數(shù)約為鋼的2倍，凝固時(shí)體積收縮率達(dá)6.5％～6.6％，因此易產(chǎn)生變形；另外在焊縫金屬形成晶間裂紋和熱影響區(qū)形成液化裂紋的傾向較大；其次氣孔的產(chǎn)生往往是由于環(huán)境中的水分產(chǎn)生的。因?yàn)殇X及鋁合金在液態(tài)能溶解大量的氫，固態(tài)幾乎不溶解氫。在焊接熔池凝固和快速冷卻的過程中，氫來不及析出，極易形成氫氣孔。弧柱氣氛中的水分、及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊縫中氫氣的重要來源。特別是陰雨天氣空氣濕度大、氣候返潮時(shí)焊接材料和母材表面氧化膜（Al₂O₃）更容易聚集水分，這時(shí)焊接產(chǎn)生氣孔的機(jī)率更大。因此，鋁及鋁合金的焊接對(duì)環(huán)境的濕度和空氣、焊接材料中的水分較為敏感。以上這些缺陷都會(huì)降低焊縫強(qiáng)度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有電解槽陽極導(dǎo)桿與鋼爪焊接的缺陷，提供了一種電解槽陽極導(dǎo)桿與鋼爪熱熔焊接的方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：

電解槽陽極導(dǎo)桿與鋼爪熱熔焊接的方法，包括如下步驟：

第一步，制作焊縫的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)模具；

第二步，將加強(qiáng)結(jié)構(gòu)模具焊接到鋼爪上，再在加強(qiáng)結(jié)構(gòu)模具的周邊加焊鋼板，使鋼板與模具之間形成腔體，在腔體內(nèi)塞入用水玻璃粘合的石棉絨，夯實(shí)修平；

第三步，對(duì)鋼爪進(jìn)行預(yù)熱，待焊接面溫度達(dá)到700℃以上后迅速取下裝到焊接架上；

第四步，將陽極導(dǎo)桿放入加強(qiáng)結(jié)構(gòu)模具內(nèi)，然后將陽極導(dǎo)桿和鋼爪固定；

第五步，定位緊固后，用泥巴封堵加強(qiáng)結(jié)構(gòu)模具外沿與陽極導(dǎo)桿和鋼爪之間的縫隙；

第六步，步驟五完成后加熱鋼爪焊接面，使溫度上升到1100℃以上；

第七步，將焊劑裝入坩堝桶內(nèi)，插入火柴，將坩堝固定在焊接架上，并位于澆口上方；

第八步，點(diǎn)燃火柴，使焊劑反應(yīng)，反應(yīng)溶液流入澆口，焊縫自然冷卻后，清除澆口上部熔渣，完成陽極導(dǎo)桿與鋼爪的焊接。

本發(fā)明直接將陽極導(dǎo)桿與鋼爪焊接在一起，將現(xiàn)有3處接觸壓降變?yōu)橐惶?，從而降低壓降，焊口處壓降由目?5-30毫伏，降到5-10毫伏，降低10-20毫伏，同時(shí)焊縫處設(shè)計(jì)有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，使陽極導(dǎo)桿-鋼爪焊接面不受力，力量全部卸在加強(qiáng)結(jié)構(gòu)上，確保了鋁鋼結(jié)合面的永久結(jié)合，焊面牢固不會(huì)開裂，避免了生產(chǎn)安全隱患。

附圖說明

附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是加強(qiáng)結(jié)構(gòu)模具的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是熱熔焊接的安裝結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1為鋼爪，2為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)模具，3為鋼板，4為填充的石棉絨；

圖3是加強(qiáng)結(jié)構(gòu)模具外沿的封堵示意圖，11為陽極導(dǎo)桿。

具體實(shí)施方式

以下對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例1

電解槽陽極導(dǎo)桿與鋼爪（鋁鋼）熱熔焊接施工步驟如下：

第一步，材料準(zhǔn)備，完成此焊接工藝需準(zhǔn)備以下材料：鋼鋁熱熔焊劑（焊劑由20wt%鋁粉、64wt%氧化鐵粉、2.39wt%合金添加劑和余量造渣劑組成，合金添加劑為鉻、硅、錳，造渣劑為CaF₂或NaF）、反應(yīng)坩堝、加熱裝置（預(yù)熱爐、加熱槍）、水玻璃、石棉絨、泥巴、焊接架、焊縫的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)模具。

第二步，采用焊條電弧焊將加強(qiáng)結(jié)構(gòu)模具焊接到鋼爪上，采用多層多道堆焊焊接，焊接好的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)模具如圖1所示，在加強(qiáng)結(jié)構(gòu)模具的其中一面預(yù)留有后熱熔焊用的澆口。焊接完成后需在加強(qiáng)結(jié)構(gòu)模具已焊合的三邊外層距模具2cm各再加焊一塊16mm的鋼板，鋼板與模具之間形成腔體，在此腔體內(nèi)塞入用水玻璃粘合的石棉絨，夯實(shí)修平（與模具上表面平齊）。

第三步，將鋼爪放到預(yù)熱爐（炭火爐）上預(yù)熱3小時(shí)，待焊接面溫度達(dá)到700℃以上后迅速取下，裝到焊接架上，如圖2所示。

第四步，利用焊接架的定位裝置，將陽極導(dǎo)桿的一端放入鋼爪的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)模具內(nèi)，深入3cm，然后將陽極導(dǎo)桿和鋼爪緊固，保證其相對(duì)位置。

第五步，在定位緊固陽極導(dǎo)桿和鋼爪后，在加強(qiáng)結(jié)構(gòu)模具的外沿加糊一層泥巴，將模具外沿（左側(cè)、右側(cè)、底部）與陽極導(dǎo)桿和鋼爪之間的縫隙封堵好，澆口一側(cè)不糊泥巴，如圖3所示。

第六步：完成以上工序后用加熱槍加熱鋼爪焊接面，使其溫度上升到1100℃。

第七步，將鋼鋁熱熔焊劑裝入坩堝桶內(nèi)，插入火柴，找準(zhǔn)澆筑位置后（澆筑位置以澆筑料能順利的流入澆口且其不偏移澆筑口中心位置為宜）將坩堝固定在焊接架上，坩堝底部距離澆筑口上方5厘米。

第八步，點(diǎn)燃火柴，焊劑起反應(yīng)，反應(yīng)溶液流入澆口，完成焊接，然后待焊縫自然冷卻后清除澆口上部的熔渣，取下工件，完成整個(gè)焊接。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。