一種鋁電解槽陰極軟母帶與鋁母線的原位不停電焊接方法
【專利說明】—種鋁電解槽陰極軟母帶與鋁母線的原位不停電焊接方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于電解鋁行業(yè)，涉及一種鋁電解槽陰極軟母帶與鋁母線的原位不停電焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0003]近年來，我國鋁工業(yè)發(fā)展迅速，電解鋁產(chǎn)量雄踞世界首位，鋁電解技術(shù)在許多方面達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平。在電解鋁生產(chǎn)中，為了提高鋁的產(chǎn)量，鋁電解槽的電流強(qiáng)度呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，這也意味著電解槽處于更強(qiáng)的磁場中。在電解鋁過程中，直流電通過陰極鋼棒進(jìn)入母線系統(tǒng)，鋁母線和軟母帶在強(qiáng)電流的傳輸過程中起著至關(guān)重要的作用。但在生產(chǎn)過程中，由于電解槽漏槽或者其他原因容易導(dǎo)致鋁母線和軟母帶損壞，尤其是軟母帶與鋁母線連接處被沖斷。
[0004]故需要對(duì)損壞的鋁母線和軟母帶及時(shí)進(jìn)行焊接修復(fù)，以免影響正常的生產(chǎn)，而磁場的存在對(duì)焊接的實(shí)施產(chǎn)生了很大的負(fù)面影響，導(dǎo)致整個(gè)焊接過程困難、焊縫成型質(zhì)量差，甚至有可能使焊接過程無法實(shí)施。在選擇焊接方法上，理論上可以采取抗磁能力強(qiáng)或者不受磁場影響的焊接方法。從目前的研宄和應(yīng)用現(xiàn)狀看，常規(guī)的焊接方法很難解決電解槽附近強(qiáng)磁場的干擾問題。如果采取停電措施，對(duì)電解槽產(chǎn)生將帶來不可估量的損失，能否在不停電的情況下采取不受磁場影響的焊接技術(shù)成為一個(gè)迫切需要解決的技術(shù)難關(guān)。
[0005]為此，大量企業(yè)、高校的研宄人員投入該領(lǐng)域的研宄中，并取得一系列研宄成果。如發(fā)明名稱為“一種抗磁干擾電弧焊接裝置”，申請(qǐng)?zhí)枮?00820077927.5的專利公開的技術(shù)于2008年底在190KA電解槽的陽極平衡母線上進(jìn)行了成功的焊接試驗(yàn)。在2009年的繼續(xù)研宄開發(fā)試驗(yàn)中，采用了立體組合屏蔽、電磁屏蔽保護(hù)、安全操作保護(hù)進(jìn)行了調(diào)整實(shí)驗(yàn)，于2009年10月進(jìn)行了不停電焊接試驗(yàn)獲得成功。發(fā)明名稱為“電解槽鋁母線帶電焊接方法”，專利號(hào)為200810153133的專利公開了電解槽鋁母線不停電焊接方法，在爆炸焊接塊的前方放置一不銹鋼屏蔽環(huán)，然后進(jìn)行常規(guī)的連接鋼板堆焊焊接，割除爆炸焊接塊和陰極鋁軟帶，最后用連接鋼板將陰極鋼棒和新的爆炸焊接塊用焊接的方法連接起來；并將新的陰極鋁軟帶焊接在爆炸焊接塊上。上述專利均存在以下缺點(diǎn)，要根據(jù)母線不同的焊接部位，設(shè)計(jì)制作不同的電磁屏蔽裝置，電解槽不同、焊接部位不同，屏蔽裝置也就不同，通用性不好；且在電解槽軟母線焊接部位、空間狹小無法進(jìn)行電磁屏蔽的部位應(yīng)用該技術(shù)，存在不確定性。發(fā)明名稱為“一種鋁母材的熔鑄焊接方法”，申請(qǐng)?zhí)枮?00510003327.5的專利公開了一種鋁母材的熔鑄焊接方法，對(duì)鋁母材待焊表面進(jìn)行清污、除油、去除氧化膜處理，在待焊母材表面涂抹助焊劑，根據(jù)接頭的形狀和要求，用耐火阻燃材料在焊接接頭位置做成熔鑄腔，對(duì)鋁母材進(jìn)行預(yù)熱，鋁母材溫度達(dá)到100-20(TC后，用熔煉設(shè)備加熱熔化按一定比例配制好的鋁和鋁合金，將熔融的鋁合金液澆鑄到熔腔內(nèi)，利用熔融金屬的高溫熔化母材金屬，同時(shí)填充焊縫，實(shí)現(xiàn)焊接。發(fā)明名稱為“水平敷設(shè)大截面鋁母線焊接施工方法”，申請(qǐng)?zhí)枮?01110096687.X的專利公開了一種水平大截面鋁母線焊接施工方法，將需要焊接的鋁母線組對(duì)固定后放置于一個(gè)帶有加熱器的焊接熔池結(jié)晶槽內(nèi)，采用半自動(dòng)熔化極MIG雙脈沖氬弧焊焊接的同時(shí)將鋁條做為焊接材料直接插入熔池焊接，焊接開始前，對(duì)母線焊接部位兩端進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為150~250°C，焊接過程中始終保持鋁母線焊接部位溫度在150~250°C范圍內(nèi)。以上兩種技術(shù)均可實(shí)現(xiàn)大面積鋁母線修復(fù)焊接，但無法實(shí)現(xiàn)鋁電解軟母線的焊接修復(fù)。發(fā)明名稱為“鋁電解槽通流體不停電焊接控制系統(tǒng)”，申請(qǐng)?zhí)枮?01110440726.3的專利公開了一種鋁電解槽通流體不停電焊接控制系統(tǒng)。該技術(shù)存在以下缺點(diǎn)，使用熱電傳感器與過程監(jiān)控單元分流裝置，設(shè)備自身價(jià)值較高；操作過程復(fù)雜，需要較多的人工和設(shè)備；對(duì)系列電流進(jìn)行分流，必然存在電解槽系列安全風(fēng)險(xiǎn)；且無法實(shí)現(xiàn)鋁電解軟母帶與鋁母線的焊接修復(fù)。
[0006]以上各種方法雖可不同程度的實(shí)現(xiàn)鋁母線的焊接修復(fù)，但均無法應(yīng)用于鋁電解軟母帶與鋁母線之間的焊接修復(fù)。為此，部分企業(yè)采用放熱焊接方法對(duì)鋁電解軟母帶與鋁母線之間的焊接進(jìn)行嘗試性研宄。軟母帶與鋁母線之間直接進(jìn)行放熱焊接時(shí)，軟母帶間隙會(huì)成為焊接熱量散失以及金屬熔液流失的主要部位，故無法實(shí)現(xiàn)有效連接。因此，一般采用添加預(yù)制鋁塊的方法。如專利“一種鋁電解槽陰極軟母線系列不停電焊接方法”(申請(qǐng)?zhí)?201210299900.1);專利“一種電解槽鋁母線和軟帶帶電放熱焊方法”(申請(qǐng)?zhí)?201210462757.3);專利“一種鋁電解槽用陰極軟帶和大母線的二次自蔓延焊接方法”(申請(qǐng)?zhí)?201310208334.3)。該三個(gè)專利技術(shù)均存在如下缺點(diǎn):①需要將軟母帶從原位置拆除移到磁場外，破壞了原軟母帶與陰極鋼棒的有效連接，并在之后的修復(fù)過程中大大增加了工序；②需在磁場外，采用原焊接方法將軟母帶與預(yù)制鋁塊焊合，過分依賴于預(yù)制鋁塊；③將焊合后的軟母帶移到磁場內(nèi)的工作位置，再采用放熱焊接方法將預(yù)制鋁塊與鋁母線焊接，由于鋁母材與預(yù)制鋁塊的待焊合表面較為平整，放熱焊后界面結(jié)合較弱，容易存在較多的未熔合缺陷；④整個(gè)修復(fù)過程中，部分工序需在磁場外進(jìn)行，工序較為復(fù)雜，費(fèi)力耗時(shí)。
[0007]基于上述各專利缺陷，發(fā)明人欲提供一種基于放熱焊接且無需預(yù)制鋁塊的陰極軟母帶與鋁母線的原位不停電焊接方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于放熱焊接的陰極軟母帶與鋁母線的原位不停電焊接方法。
[0009]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種鋁電解槽陰極軟母帶與鋁母線的原位不停電焊接方法，具體包括以下步驟:
原位打磨:從軟母帶和銷母線連接一端進(jìn)行打磨，打磨長度15~25mm，除去該部分表面氧化膜，軟母帶其他部位保留氧化膜；
原位固定:將軟母帶打磨段夾在兩塊固定板之間，端面朝上，并用夾具夾緊；
原位熔化:使用焊接設(shè)備對(duì)軟母帶端面進(jìn)行熔焊，熔焊方向沿著軟母帶間隙，熔融鋁液在重力及毛細(xì)作用下沿著軟母帶間隙向下流動(dòng)，充斥打磨段，待熔融鋁液冷卻凝固后在軟母帶一端得到12~20mm厚的軟母帶塊體；
焊前定位:將軟母帶塊體靠近鋁母線待焊部位，之間留15~30mm間隙，安裝封裝模具，并用密封材料密封封裝模具與軟母帶塊體、鋁母線之間的縫隙，防止金屬液外溢； 對(duì)待焊鋁母線、軟母帶塊體及封裝模具進(jìn)行焊前預(yù)熱；
(6)原位放熱焊接:將裝料模具下方小孔用擋片封住，稱取適量鋁基自蔓延焊粉，裝入裝料模具中，并在其表面撒上引火粉，插入引線，點(diǎn)燃引線引發(fā)放熱反應(yīng)；待裝料模具底部的擋片熔化后，高溫金屬液由裝料模具底部小孔流入到封裝模具中；
(7)焊后處理:待金屬液冷卻后，拆卸下封裝模具，清理焊渣，再根據(jù)平整度要求對(duì)焊接接頭進(jìn)行打磨處理即可。
[0010]步驟(I)中只對(duì)軟母帶預(yù)和銷母線連接一端進(jìn)行15~25mm深度的打磨，其余部分保留氧化膜。主要是因?yàn)樵撗趸ぶ饕煞譃槿趸X，其熔點(diǎn)約2030°C，熔融鋁液不能將其熔掉，即可確保除打磨段外的軟母帶之間不會(huì)粘合，從而保證軟母帶的柔性。
[0011]步驟(2 )所述的固定板為石墨板。
[0012]步驟(4)所述的密封材料為火泥。
[0013]步驟(5)所述的預(yù)熱設(shè)備為氧乙炔等無需用電的氣焊設(shè)備。步驟(5)中所述焊接預(yù)熱具體工藝為:避免預(yù)熱火焰直接沖擊軟母帶塊體和鋁母線的待焊面。軟母帶塊體預(yù)熱溫度100~150°C，鋁母線預(yù)熱溫度300~350°C。
[0014]步驟(6)中所述擋片為鋁箔。
[0015]所述的鋁基自蔓延焊粉組分按質(zhì)量百分比可以為:氧化銅17~19%，五氧化二釩12~14%，二氧化錫13~15%，硫酸鹽1~2%，硼粉3~4%，氟化鈣2.5~3%，其余為鋁粉。
[0016]本發(fā)明用放熱焊接直接完成了軟母帶與鋁母線之間的連接，規(guī)避了軟母帶片狀結(jié)構(gòu)無法直接使用放熱焊接的缺陷，提高鋁電解企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，解決了鋁電解企業(yè)對(duì)軟母線進(jìn)行修復(fù)的技術(shù)難題。該作業(yè)可在系列電解槽不停電的狀態(tài)下完成，對(duì)系列電解槽生產(chǎn)沒有任何影響的前提下，達(dá)到修復(fù)目的。
[0017]本發(fā)明一種鋁電解槽陰極軟母帶與鋁母線的不停電原位焊接方法與現(xiàn)有軟母帶焊接方法相比，具有如下突出的有益效果:
1、無需將軟母帶從原位置拆除后移到磁場外，不會(huì)破壞軟母帶與陰極鋼棒的原有效連接，相比于現(xiàn)有軟母帶焊接方法，大大減少了工序；
2、無需在磁場外采用原焊接方法將軟母帶與預(yù)制鋁塊焊合，不依賴于預(yù)制鋁塊；
3、由于經(jīng)原位熔化后得到的軟母帶塊體端面呈典型的焊縫凹凸?fàn)?，在放熱焊接的過程中有利于軟母帶塊體與焊縫金屬的結(jié)合；
4、適合各種槽型中的軟母帶與鋁母線的焊接，通用性好，且方法操作簡單，焊接修復(fù)效率高。
【附圖說明】
[0018]圖1為初始軟母帶與鋁母線正常工作時(shí)連接示意圖。
[0019]圖2為熔化軟母帶打磨段端面前示意圖。
[0020]圖3為熔化軟母帶打磨段端面后示意圖。
[0021]圖4為熔化軟母帶打磨段端面后端面圖。
[0022]圖5為模具與鋁母線、軟母帶裝配示意圖。
[0023]圖6為放熱焊接后軟母帶與鋁母線連接示意圖。
[0024]其中，I一鋁母線；2—原有色金屬連接部位；3—軟母帶；4一固定板；5—夾具；6—軟母帶塊體；7一放熱焊接接頭；8—端面熔焊后焊縫；9一鋁基自蔓延放熱焊粉；10—裝料模具；11 一擋片；12—封裝模具。
【具體實(shí)施方式】<