CN102806425B - 一种铝电解槽阴极软母线系列不停电焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电解铝行业，具体地说是涉及一种铝电解槽阴极软母线在损坏时进行系列不停电情况下的修复作业方法。本发明方法包括如下步骤：1.拆卸打磨修平步骤；2.焊接过渡铝块步骤；3.爆炸块焊接步骤；4.焊接准备步骤；5.放热焊药导入步骤；6.焊接部位加热步骤；7.点火步骤；8.待空腔自然冷却后，拆除模具；天气寒冷地区，对焊接部位保温处理，缓慢冷却；完成焊接，清理现场。本发明方法可对铝电解槽阴极软母线进行系列不停电焊接，具有很好的通用性，适合各种槽型，规避了电解槽系列停电、规避了强磁场下的有色焊接，规避了软母线片状结构无法直接使用放热焊接，提高铝电解企业经济效益，解决了铝电解企业对阴极软母线进行修复的技术难题。

Description

一种铝电解槽阴极软母线系列不停电焊接方法

技术领域

本发明涉及电解铝行业，具体地说是涉及一种铝电解槽阴极软母线在损坏时进行系列不停电情况下的修复作业方法。 

背景技术

1）运城市关铝设备材料有限公司的专利技术“一种抗磁干扰电弧焊接装置”，2008年底在190KA电解槽的阳极平衡母线上进行了成功的焊接试验。在2009年的继续研究开发试验中，采用了立体组合屏蔽、电磁屏蔽保护、安全操作保护进行了调整试验，于2009年10月进行了不停电焊接试验获得成功。彻底解决了特别是300KA以上电解槽在不停电情况下，就根本无法对电解槽槽边母线进行焊接的世界级难题；为电解铝行业在生产运行中的节能减排、降低生产运行成本，将带来巨大的经济效益；是对190KA以上电解槽事故检修技术上的一次重大改革与创新；彻底解决了槽边母线损毁后不停电就无法修复而带病运行的难题；解决了槽边母线连接课题的设计难题（见：http://www.alu.cn/glsbcl/newsdetail-40928.html）。

以上加粗字体是该企业原文叙述，笔者认为确实能够解决电解槽铝母线焊接难题，但用“彻底解决了”夸大了该技术使用用途。缺点：一，要根据母线不同的焊接部位，设计制作不同的电磁屏蔽装置，电解槽不同、焊接部位不同，屏蔽装置也就不同，通用性不好；二，在电解槽“软母线焊接部位、空间狭小无法进行电磁屏蔽的部位”应用该技术，存在不确定性；三、必须使用电磁屏蔽装置。 

2）“电解槽铝母线带电焊接方法” （发明专利号：200810153133 ）是一种电解槽铝母线带电（在此指“系列不停电”）焊接方法，在爆炸焊接块的前方放置一不锈钢屏蔽环，然后进行常规的连接钢板堆焊焊接，割除爆炸焊接块和阴极铝软带，最后用连接钢板将阴极钢棒和新的爆炸焊接块用焊接的方法连接起来；并将新的阴极铝软带焊接在爆炸焊接块上。本发明的优点是：１、由于用一不锈钢屏蔽环放置在爆炸焊接块前方进行磁场屏蔽，因此可避免由于一台电解槽大修而进行停电维修，影响一系列电解槽生产，造成系列停电，从而保证了电解槽的平稳运行，提高了生产效率，延长了电解槽的寿命。２、方法简单、操作容易，不需要任何设备，及宜实施，因为是在正常环境下焊接的，所以焊接的质量符合工艺要求。 

该专利与上述第一种方法相似，缺点相同。 

3）中国铝业股份有限公司王胜利;尹国勋等人的发明专利“一种铝母材的熔铸焊接方法”,专利 公开号CN1788885，公开了一种铝母材的熔铸焊接方法，即对铝母材待焊表面进行清污、除油、去除氧化膜处理，在待焊母材表面涂抹助焊剂，根据接头的形状和要求，用耐火阻燃材料在焊接接头位置做成熔铸腔，对铝母材进行预热，铝母材温度达到100-200℃后，用熔炼设备加热熔化按一定比例配制好的铝和铝合金，将熔融的铝合金液浇铸到熔腔内，利用熔融金属的高温熔化母材金属，同时填充焊缝，实现焊接的一种焊接方法。这种焊接方法解决了强磁场中铝母线焊接难题，可以实现铝电解槽损坏母线的不停电焊接，从而不会对电解铝的生产带来影响。 

该方法缺点是：无法对软母线进行焊接。 

4）中化二建集团有限公司刘晨晞 申请的发明专利“水平敷设大截面铝母线焊接施工方法” ，公开号： CN102126072A，为了解决大截面铝母线焊接时易出现的焊接变形和热裂纹，提高焊接效率，本发明提供一种水平敷设大截面铝母线焊接施工方法，该方法是将需要焊接的铝母线组对固定后放置于一个带有加热器的焊接熔池结晶槽内，采用半自动熔化极MIG双脉冲氩弧焊焊接的同时将铝条做为焊接材料直接插入熔池焊接，焊接开始前，对母线焊接部位两端进行预热，预热温度为150—250℃，焊接过程中始终保持铝母线焊接部位温度在150—250℃范围内。与现有技术相比，填充焊接材料可降低熔池温度并提高焊接速度，结晶槽在焊接过程中对焊接部位进行加热，减少了焊缝的气孔生成，有利于减少焊接变形和热裂纹。 

该方法缺点是：无法对软母线进行焊接。 

5）贵阳铝镁设计研究院有限公司杨涛;王紫千等2011年12月26日申请的发明专利“铝电解槽通流体不停电焊接控制系统” 公开了一种铝电解槽通流体不停电焊接控制系统，它包含维修槽（1）、下游槽（2）和母线系统(5),维修槽（1）和下游槽（2）之间安装机电一体化分流装置（3），机电一体化分流装置（3）和母线系统（5）表面安装有热电传感器，热电传感器与专家指导与过程监控单元（4）电连接；解决了铝电解槽不停电焊接技术中采用铝热反应方式对施焊位置空间尺寸要求高，特制的铝热剂容器的使用周期短，成本较高，反应剂配方需摸索确定，有一定危险磁场屏蔽方式存在导磁材料易被磁化、屏蔽作用不明显、操作困难等问题。 

该方法缺点是：一、使用热电传感器与过程监控单元分流装置，设备自身价值较高；二、操作过程复杂，需要较多的人工和设备；三、对系列电流进行分流，必然存在电解槽系列安全风险。 

当电解槽阴极软母线损伤后，要想修复比较困难，主要原因是：如果直接通过有色焊机对需修复的部位进行补焊，电解槽周围磁场比较大，氩弧焊机受磁场影响，不起弧、或电弧偏流，无法焊接，而且电解槽槽型越大，电流强度越大，磁场越强，越无法进行焊接，尤其是300KA以上特大型电解槽；一般修复时，将整个系列电解槽都停止运行，电流场消失后，磁场强度降为最低（只留下剩磁影响），才进行焊接、补焊等修复，完成后，再对系列电解槽恢复供电和运行。但为了修复某一个电解槽的局部，对整个系列电解槽进行停电，会给企业造成较大的经济损失。修复阴极软母线损坏的电解槽而停止整个系列电解槽一段时间，或者让该电解槽“带病运行”，成为一个企业决策者的难题，因此如何解决这一难题，也是本技术方法的关键所在。

放热焊已经被运用于许多工业领域，铝-铝放热焊近几年在电解铝行业的应用越来越多，由于金属铝的活性比其它应用放热焊的金属强，因此焊接难度较大，焊接成功率相对较低，但目前国内在铝-铝放热焊方面的技术还是相对成熟的。运用本发明方法，能够将该技术应用于铝电解生产，转化为实际生产力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用钢连接片黑色焊完成对阴极钢棒和爆炸块之间的连接，用铝-铝放热焊完成过渡铝块与槽周围母线之间的连接，在系列电解槽不停电的状态下完成的铝电解槽阴极软母线系列不停电焊接方法。 

本发明一种铝电解槽阴极软母线系列不停电焊接方法通过下述技术方案予以实现：一种铝电解槽阴极软母线系列不停电焊接方法包括如下步骤： 

1. 拆卸打磨修平步骤　用氧炔焰切割将需要修复的阴极软母线连同爆炸块从原有部位拆卸下来，同时将阴极钢棒与连接片焊接平面部位用氧炔焰修平，将软母线与铝母线焊接的平面切割、修平、打磨；

2.焊接过渡铝块步骤　事先将已经切下来要修复的软母线切割成20－25cm的长度，用氩弧焊将其焊接在已经备好的过渡铝块上，并将爆炸块铁金属面切割、修平；或者直接使用新材料制作成新的；本步骤作业在其它环境下预先完成；

3.爆炸块焊接步骤　将上述准备好的过渡铝块、软母线与爆炸块的整体，将爆炸块与阴极软母线用连接片焊接，连接片为事先裁好的规定钢板；本步骤作业在电解槽上完成；

4.焊接准备步骤　将过渡铝块和要焊接在一起的槽周母线之间间隙调整为2－5cm，耐热模具的安装支护，过渡块和槽周母线形成空腔，准备盛接熔融金属；

5.放热焊药导入步骤　将计算好剂量的放热焊药剂倒入坩埚，坩埚下方有眼，并用金属堵塞，将坩埚眼位对正在空腔上方，或设置导流槽，使坩埚内液体能够准确进入空腔，并将进入空腔的路径和空腔用耐热材料进行密封；

6.焊接部位加热步骤　取掉坩埚，用氧炔焰对空腔周围的母线、过渡块、支护模具、导流槽等进行加热，温度达到120℃-150℃；

7.点火步骤　快速放上坩埚，对放热焊接剂点火，使之产生的熔融金属全部流入空腔内；

8.待空腔自然冷却后，拆除模具；天气寒冷地区，对焊接部位保温处理，缓慢冷却；完成焊接，清理现场。

本发明一种铝电解槽阴极软母线系列不停电焊接方法与现有技术相比较有如下有益效果：本发明是在当电解槽阴极软母线损伤需要更换或修复时，将需要修复的阴极软母线连同爆炸块从原有部位拆卸下来，将事先已经焊接好的过渡铝块、软母线与爆炸块的整体用来取代拆卸下来的部件，用钢连接片黑色焊完成对阴极钢棒和爆炸块之间的连接，用铝-铝放热焊完成过渡铝块与槽周围母线之间的连接，该作业在系列电解槽不停电的状态下完成，对系列电解槽生产没有任何影响，最终让槽周围母线与阴极钢棒之间完成电路连通，达到修复目的。 

运用本发明一种铝电解槽阴极软母线系列不停电焊接方法，可对铝电解槽阴极软母线进行系列不停电焊接，具有很好的通用性，适合各种槽型，规避了电解槽系列停电、规避了强磁场下的有色焊接，规避了软母线片状结构无法直接使用放热焊接，提高铝电解企业经济效益，解决了铝电解企业对阴极软母线进行修复的技术难题。 

附图说明

图1修复部位示意图： 

1.槽周围母线截面；2.需用有色焊接修复的部位；3.阴极软母线；4.爆炸块；5.钢连接片；6.阴极钢棒。

图2本发明修复方法示意图： 

1.槽周围母线截面；2.有色焊接部位（需预先焊接）；3.阴极软母线；4.爆炸块；5.钢连接片（在线黑色焊）；6.阴极钢棒；7.过渡铝块；8铝-铝放热焊接部位。

具体实施方式

当电解槽阴极软母线损伤，需要更换或修复时，运用本技术方法，可对铝电解槽阴极软母线进行系列不停电焊接，具有很好的通用性，适合各种槽型，规避了电解槽系列停电、规避了强磁场下的有色焊接，规避了软母线片状结构无法直接使用放热焊接，提高铝电解企业经济效益，解决了铝电解企业对阴极软母线进行修复的技术难题。具体操作步骤如下： 

1.将需要修复的阴极软母线连同爆炸块从原有部位拆卸下来（用氧炔焰切割），同时将阴极钢棒与连接片焊接平面部位用氧炔焰修平，将软母线与铝母线焊接的平面切割、修平、打磨。

2.事先将已经切下来要修复的软母线切割成20－25cm的长度，用氩弧焊将其焊接在已经备好的过渡铝块上，并将爆炸块铁金属面切割、修平；或者直接使用新材料制作成新的。该项作业事先在其它环境下完成。 

3.将上述准备好的过渡铝块、软母线与爆炸块的整体，将爆炸块与阴极软母线用连接片焊接，连接片为事先裁好的规定钢板。该项工作在电解槽上完成。 

4.在过渡铝块和要焊接在一起的槽周母线之间进行间隙调整为2－5cm，耐热模具的安装支护，过渡块和槽周母线形成空腔，准备盛接熔融金属。 

5.将计算好剂量的放热焊药剂倒入坩埚，坩埚下方有眼，并用金属堵塞，将坩埚眼位对正在空腔上方，或设置导流槽，使坩埚内液体能够准确进入空腔，并将进入空腔的路径和空腔用耐热材料进行密封。 

6.取掉坩埚，用氧炔焰对空腔周围的母线、过渡块、支护模具、导流槽等进行加热，温度达到120℃-150℃。 

7.快速放上坩埚，对放热焊接剂点火，使之产生的熔融金属全部流入空腔内。 

8.待空腔自然冷却后，拆除模具。天气寒冷地区，对焊接部位保温处理，缓慢冷却。完成焊接，清理现场。 

实施例1。 

具体操作步骤如下： 

1.将需要修复的阴极软母线连同爆炸块从原有部位拆卸下来（用氧炔焰切割），同时将阴极钢棒与连接片焊接平面部位用氧炔焰修平，将软母线与铝母线焊接的平面切割、修平、打磨。

2.事先将已经切下来要修复的软母线切割成20cm的长度，用氩弧焊将其焊接在已经备好的过渡铝块上，并将爆炸块铁金属面切割、修平；或者直接使用新材料制作成新的。该项作业事先在其它环境下完成。 

3.将上述准备好的过渡铝块、软母线与爆炸块的整体，将爆炸块与阴极软母线用连接片焊接，连接片为事先裁好的规定钢板。该项工作在电解槽上完成。 

4.在过渡铝块和要焊接在一起的槽周母线之间进行间隙2cm的调整，耐热模具的安装支护，过渡块和槽周母线形成空腔，准备盛接熔融金属。 

5.将计算好剂量的放热焊药剂倒入坩埚，坩埚下方有眼，并用金属堵塞，将坩埚眼位对正在空腔上方，或设置导流槽，使坩埚内液体能够准确进入空腔，并将进入空腔的路径和空腔用耐热材料进行密封。 

6.取掉坩埚，用氧炔焰对空腔周围的母线、过渡块、支护模具、导流槽等进行加热，温度达到120℃。 

7.快速放上坩埚，对放热焊接剂点火，使之产生的熔融金属全部流入空腔内。 

8.待空腔自然冷却后，拆除模具。天气寒冷地区，对焊接部位保温处理，缓慢冷却。完成焊接，清理现场。 

实施例2。 

具体操作步骤如下： 

1.将需要修复的阴极软母线连同爆炸块从原有部位拆卸下来（用氧炔焰切割），同时将阴极钢棒与连接片焊接平面部位用氧炔焰修平，将软母线与铝母线焊接的平面切割、修平、打磨。

2.事先将已经切下来要修复的软母线切割成22.5cm的长度，用氩弧焊将其焊接在已经备好的过渡铝块上，并将爆炸块铁金属面切割、修平；或者直接使用新材料制作成新的。该项作业事先在其它环境下完成。 

3.将上述准备好的过渡铝块、软母线与爆炸块的整体，将爆炸块与阴极软母线用连接片焊接，连接片为事先裁好的规定钢板。该项工作在电解槽上完成。 

4.在过渡铝块和要焊接在一起的槽周母线之间进行间隙3.5cm的调整，耐热模具的安装支护，过渡块和槽周母线形成空腔，准备盛接熔融金属。 

5.将计算好剂量的放热焊药剂倒入坩埚，坩埚下方有眼，并用金属堵塞，将坩埚眼位对正在空腔上方，或设置导流槽，使坩埚内液体能够准确进入空腔，并将进入空腔的路径和空腔用耐热材料进行密封。 

6.取掉坩埚，用氧炔焰对空腔周围的母线、过渡块、支护模具、导流槽等进行加热，温度达到135℃。 

7.快速放上坩埚，对放热焊接剂点火，使之产生的熔融金属全部流入空腔内。 

8.待空腔自然冷却后，拆除模具。天气寒冷地区，对焊接部位保温处理，缓慢冷却。完成焊接，清理现场。 

实施例3。 

具体操作步骤如下： 

1.将需要修复的阴极软母线连同爆炸块从原有部位拆卸下来（用氧炔焰切割），同时将阴极钢棒与连接片焊接平面部位用氧炔焰修平，将软母线与铝母线焊接的平面切割、修平、打磨。

2.事先将已经切下来要修复的软母线切割成25cm的长度，用氩弧焊将其焊接在已经备好的过渡铝块上，并将爆炸块铁金属面切割、修平；或者直接使用新材料制作成新的。该项作业事先在其它环境下完成。 

3.将上述准备好的过渡铝块、软母线与爆炸块的整体，将爆炸块与阴极软母线用连接片焊接，连接片为事先裁好的规定钢板。该项工作在电解槽上完成。 

4.在过渡铝块和要焊接在一起的槽周母线之间进行间隙5cm的调整，耐热模具的安装支护，过渡块和槽周母线形成空腔，准备盛接熔融金属。 

5.将计算好剂量的放热焊药剂倒入坩埚，坩埚下方有眼，并用金属堵塞，将坩埚眼位对正在空腔上方，或设置导流槽，使坩埚内液体能够准确进入空腔，并将进入空腔的路径和空腔用耐热材料进行密封。 

6.取掉坩埚，用氧炔焰对空腔周围的母线、过渡块、支护模具、导流槽等进行加热，温度达到150℃。 

7.快速放上坩埚，对放热焊接剂点火，使之产生的熔融金属全部流入空腔内。 

8.待空腔自然冷却后，拆除模具。天气寒冷地区，对焊接部位保温处理，缓慢冷却。完成焊接，清理现场。 

Claims (1)

1.一种铝电解槽阴极软母线系列不停电焊接方法，其特征在于：所述的焊接方法包括如下步骤：

1）拆卸打磨修平步骤　用氧炔焰切割将需要修复的阴极软母线连同爆炸块从原有部位拆卸下来，同时将阴极钢棒与连接片焊接平面部位用氧炔焰修平，将阴极软母线与铝母线焊接的平面切割、修平、打磨；

2）焊接过渡铝块步骤　事先将已经切下来要修复的软母线切割成20－25cm的长度，用氩弧焊将其焊接在已经备好的过渡铝块上，并将爆炸块铁金属面切割、修平；本步骤作业在其它环境下预先完成；

3）爆炸块焊接步骤　将上述准备好的过渡铝块、软母线与爆炸块的整体，将爆炸块与阴极钢棒用连接片焊接，连接片为事先裁好的规定钢板；本步骤作业在电解槽上完成；

4）焊接准备步骤　将过渡铝块和要焊接在一起的槽周母线之间间隙调整为2－5cm，耐热模具的安装支护，过渡铝块和槽周母线形成空腔，准备盛接熔融金属；

5）放热焊药导入步骤　将计算好剂量的放热焊药剂倒入坩埚，坩埚下方有眼，并用金属堵塞，将坩埚眼位对正在空腔上方，或设置导流槽，使坩埚内液体能够准确进入空腔，并将进入空腔的路径和空腔用耐热材料进行密封；

6）焊接部位加热步骤　取掉坩埚，用氧炔焰对空腔周围的母线、过渡铝块、支护模具、导流槽进行加热，温度达到120℃-150℃；

7）点火步骤　快速放上坩埚，对放热焊接剂点火，使之产生的熔融金属全部流入空腔内；

8）待空腔自然冷却后，拆除模具；天气寒冷地区，对焊接部位保温处理，缓慢冷却；完成焊接，清理现场。