CN103317226A - 一种铝电解槽用阴极软带和大母线的二次自蔓延焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种焊一种铝电解槽用阴极软带和大母线的二次自蔓延焊接方法，首先取下废旧阴极软带，然后把新的软带束一头焊接铝板，另一头焊接钢铝爆炸块，在坡口面涂满铝焊剂，在焊缝上方放置坩埚，坩埚内置自熔塞，然后将母材和坩埚预热，在焊缝中和坩埚中放置焊粉，两处焊粉的表面均撒上引火粉，引燃焊缝中引火粉，待焊粉反应完毕之后，迅速将坩埚架在焊缝上方，此时引燃坩埚内的引火粉，使坩埚内的焊粉反应，当金属溶液进入焊缝的时候就会完成软带端头的铝板和母线之间的焊接，而软带的另一端的钢铝爆炸块通过电弧焊与槽壳上的钢棒连接在一起；本发明提供的方法使其在焊接不等截面的工件的时候具有良好的导电性和强度。

Description

一种铝电解槽用阴极软带和大母线的二次自蔓延焊接方法

技术领域

本发明涉及一种焊接方法，尤其是涉及一种铝电解槽用阴极软带和大母线的二次自蔓延焊接方法。

背景技术

近年来，我国铝工业发展迅速，电解铝产量雄踞世界首位，铝电解技术在许多方面达到或接近世界先进水平。在电解铝生产中，为了提高铝的产量，铝电解槽的电流强度呈现上升的趋势，目前国内的铝电解槽的电流强度已经达到350KA。在电解铝过程中，直流电一般都是通过阴极钢棒进入母线系统。在现有技术中，一般都是将阴极钢棒和铜铝或者钢铝爆炸块连接在一起，从而连接整个系统。无论采用哪种爆炸块，都需要进行就地维修。而在电解铝过程中，如此大的直流电流在电解槽机器周围产生了直径达到数米的强磁场，磁场的强度经计算可以达到180高斯。在生产过程中由于电解槽漏槽或者其它原因容易导致在阴极大母线和阴极小软带产生损坏，尤其是阴极小软带被冲断。此时就需要进行修复，目前可以应用的有气焊、碳弧焊和自蔓延焊接两种方法。气焊方法只适用于薄板件，而且效率低下，只能应用在铝软带局部修补。采用碳弧焊接需要降电流、停电，会导致电解铝产量的减少、能耗大幅度增加，槽况出现异常等。自蔓延焊接方法是目前广泛应用的铝电解槽不停电修复技术，但是该技术在焊接阴极软带和大母线等不等面积的截面的时候，因热量难以控制而导致无法进行有限的焊接。热量过高导致软带一侧熔穿，热量过低导致无法焊接上。目前如何改进自蔓延焊接工艺成为其应用过程中的一个关键技术。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种主要用于解决铝电解槽阴极结构处阴极软带损伤、脱落的强磁场下不停电原位修复问题、操作简单、安全高效、质量可靠、可以满足工业需要提供一种用来焊接阴极小软带和阴极母线，使其在焊接不等截面的工件的时候具有良好的导电性和强度的一种铝电解槽用阴极软带和大母线的二次自蔓延焊接方法。

本发明通过如下方式实现：

一种铝电解槽用阴极软带和大母线的二次自蔓延焊接方法，其特征是：首先取下废旧阴极软带，然后把新的软带束一头焊接铝板，另一头焊接钢铝爆炸块，接下来清除新的软带端头的铝板和以及母材的待焊接部位的氧化层和油污，在坡口面涂满铝焊剂，并把石墨板固定在焊缝的底部和左右两侧，构成焊接坡口，在坡口上方放置坩埚，坩埚内置自熔塞，然后将母材和坩埚预热，在焊缝中放满焊粉，在坩埚中放置焊粉5Kg，两处焊粉的表面均撒上引火粉，引燃焊缝中引火粉，待焊粉反应完毕之后，迅速将坩埚架在焊缝上方，此时引燃坩埚内的引火粉，使坩埚内的焊粉反应，当金属溶液进入焊缝的时候就会完成软带端头的铝板和母线之间的焊接，而软带的另一端的钢铝爆炸块通过电弧焊与槽壳上的钢棒连接在一起；

所述焊粉是由以下重量百分含量的材料均匀搅拌、充分混合而来：还原剂13~40%，金属氧化物25~55%，金属卤化物2~10%，金属添加物10~50%，稀土元素0.03~0.5%；

所述焊接坡口的形状为V形，倾角为3~5度，焊接坡口的间隙为30-40mm；

焊接之前母材和坩埚预热温度为200~300℃；

所述引燃焊缝中引火粉，与引燃坩埚内的引火粉两次点火时间间隔在1-10秒；

所述坩埚的浇口要偏向大母线一侧；

是利用气割或其他机械方法把所述废旧的阴极软带从阴极钢棒上和母线上取下来，然后在大修车间利用电弧焊把新的软带束一头焊接铝板，另一头焊接钢铝爆炸块；

所述自熔塞为厚度2mm的纯铝片。

本发明有如下效果：

1）工艺方法独特：本发明提供的焊接方法首先取下废旧阴极软带，然后把新的软带束一头焊接铝板，另一头焊接钢铝爆炸块，接下来清除新的软带端头的铝板和以及母材的待焊接部位的氧化层和油污，在坡口面涂满铝焊剂，并把石墨板固定在焊缝的底部和左右两侧，在焊缝上方放置坩埚，坩埚内置自熔塞，然后将母材和坩埚预热，在焊缝中放满焊粉，在坩埚中放置焊粉5Kg，两处焊粉的表面均撒上引火粉，引燃焊缝中引火粉，待焊粉反应完毕之后，迅速将坩埚架在焊缝上方，此时引燃坩埚内的引火粉，使坩埚内的焊粉反应，当金属溶液进入焊缝的时候就会完成软带端头的铝板和母线之间的焊接，而软带的另一端的钢铝爆炸块通过电弧焊与槽壳上的钢棒连接在一起；该焊接方法将含有还原剂和金属氧化物的自蔓延反应药剂，放入位于焊口上部、底部带有自熔塞的石墨坩埚中，用引火粉点燃后，产生熔融的金属液流入下面的焊接型腔中，实现铝导线的原位快速焊接修复。

2）有两次点火引燃自蔓延反应：本发明提供的方法有两次点火引燃自蔓延反应，在焊缝中的第一次自蔓延反应的作用如下：加热。由于大母线一侧尺寸较大，很难通过常规的加热手段使焊缝坡口部位加热到400-500度左右。通过自蔓延反应时的高温直接对焊缝两侧的母材进行局部加热乃至熔化，经过数秒之后仍然可以保持400度以上，这样在坩埚内的金属液进入焊缝的时候就很容易与母材形成分子之间的结合；去除氧化皮。在自蔓延反应之前，需要对母材进行预热，预热过程不可避免地会在焊缝中形成氧化皮，这样就会导致不融合现象。但是可以通过焊缝中自蔓延反应产生的高温，可以使坡口两侧的氧化皮分解从而去除；在焊缝中的第二次自蔓延反应的作用如下：填充焊缝金属：通过自蔓延反应产生的高温熔融金属流入焊缝坡口之后，凝固形成焊缝金属；将第一次反应表面的焊渣排出焊缝，增加焊缝坡口两侧的熔合比例。在焊接面上涂抹焊剂的目的也是为了防止待焊接表面氧化。

3）该焊接技术焊接的工件强度高，导电性好，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明中焊粉填满焊缝时的示意图；

图2为本发明中整体自蔓延焊接示意图；

图3为本发明中焊接了两个端头的阴极软带示意图；

图4为本发明中修复好之后的阴极软带连接示意图。

具体实施方式

实施例一：如图1、2、3、4所示：

一种铝电解槽用阴极软带和大母线的二次自蔓延焊接方法，青铜峡铝业股份有限公司宁东分公司3106#电解槽阴极小软带的焊接。首先利用气割或其他机械方法把废旧的阴极软带从阴极钢棒上和母线上取下来。在大修车间利用电弧焊把新的软带束9一头焊接铝板1，另一头焊接钢铝爆炸块10。铝板1的厚度为35mm，长宽分别为190mm、220mm。首先利用砂轮机打磨母线2和铝板1的焊接面，以去掉氧化皮和油污，并在铝板和母线的焊接面上涂上铝焊剂。利用夹具把石墨板3夹在焊缝的底部和左右两侧，构成焊接坡口，在坡口上方放置坩埚，构成预先设定好的焊缝，宽度为20mm。将坩埚浇口加工为20mm×80mm，然后放置在焊缝上方，浇口正对焊缝，浇口上放一块厚度2mm铝片，作为自熔塞。接着将坩埚、铝板、母线均加热到200℃左右。在焊缝中放满铝粉4，上面撒引火粉，点燃后，焊缝中的焊粉完全反应，生成金属5。这一步反应之后，迅速在坩埚6中加上剩余的铝粉7，约8500g左右，并利用引火粉引燃反应，反应生成的金属液熔化自熔塞8，进入到焊缝中成型。两步间隔要短，防止温度过低。等待整体温度降至150℃左右的时候，取下坩埚6和模具3，清理焊缝和坩埚中的焊渣，自蔓延焊接完成。最后再把软带束的钢铝爆炸块端和阴极钢棒焊接起来，形成手工焊缝14，最终就形成了槽壳12、阴极钢棒11、手工焊焊缝14、钢铝爆炸块10、软带束9、铝块1、自蔓延焊缝13、母线2的组合结构，完成修复。

焊接之后测量显示该自蔓延焊接技术焊接的接头的压降为3.6mv，而基建时候的压降平均值为5.8mv。

实施例二：如图1、2、3、4所示，一种铝电解槽用阴极软带和大母线的二次自蔓延焊接方法，青铜峡铝业股份有限公司宁东分公司3110#电解槽阴极小软带的焊接。首先利用气割或其他机械方法把废旧的阴极软带从阴极钢棒上和母线上取下来。在大修车间利用电弧焊把新的软带束9一头焊接铝板1，另一头焊接钢铝爆炸块10。铝板1的厚度为35mm，长宽分别为150mm、200mm。首先利用砂轮机打磨母线2和铝板1的焊接面,以去掉氧化皮和油污，并在铝板和母线的焊接面上涂上铝焊剂。利用夹具把石墨板3夹在焊缝的底部和左右两侧，构成预先设定好的焊缝，宽度为20mm。将坩埚浇口加工为20mm×80mm，然后放置在焊缝上方，浇口正对焊缝，浇口上放一块铝片，作为自熔塞。接着将坩埚、铝板、母线均加热到250℃左右。在焊缝中放满铝粉4，上面撒引火粉，点燃后，焊缝中的焊粉完全反应，生成金属5。这一步反应之后，迅速在坩埚6中加上剩余的铝粉7，约6300g左右，并利用引火粉引燃反应，反应生成的金属液熔化自熔塞8，进入到焊缝中成型。两步间隔要短，防止温度过低。等待整体温度降至150℃左右的时候，取下坩埚6和模具3，清理焊缝和坩埚中的焊渣，自蔓延焊接完成。最后再把软带束的钢铝爆炸块端和阴极钢棒焊接起来，形成手工焊缝14，最终就形成了槽壳12、阴极钢棒11、手工焊焊缝14、钢铝爆炸块10、软带束9、铝块1、自蔓延焊缝13、母线2的组合结构，完成修复。

焊接之后测量显示该自蔓延焊接技术焊接的接头的压降为5.2mv,而基建时候的压降平均值为9.5mv。

实施例三：如图1、2、3、4所示，一种铝电解槽用阴极软带和大母线的二次自蔓延焊接方法，青铜峡铝业股份有限公司宁东分公司4213#电解槽阴极小软带的焊接。首先利用气割或其他机械方法把废旧的阴极软带从阴极钢棒上和母线上取下来。在大修车间利用电弧焊把新的软带束9一头焊接铝板1，另一头焊接钢铝爆炸块10。铝板1的厚度成呈梯度分布，上20mm和下30mm，长宽分别为190mm、220mm。首先利用砂轮机打磨母线2和铝板1的焊接面,以去掉氧化皮和油污，并在铝板和母线的焊接面上涂上铝焊剂。利用夹具把石墨板3夹在焊缝的底部和左右两侧，构成预先设定好的焊缝宽度为20mm。将坩埚浇口加工为20mm×80mm，然后放置在焊缝上方，浇口正对焊缝，浇口上放一块铝片，作为自熔塞。接着将坩埚、铝板、母线均加热到300℃左右。在焊缝中放满铝粉4，上面撒引火粉，点燃后，焊缝中的焊粉完全反应，生成金属5。这一步反应之后，迅速在坩埚6中加上剩余的铝粉7，约9700g左右，并利用引火粉引燃反应，反应生成的金属液熔化自熔塞8，进入到焊缝中成型。两步间隔要短，防止温度过低。等待整体温度降至150℃左右的时候，取下坩埚6和模具3，清理焊缝和坩埚中的焊渣，自蔓延焊接完成。最后再把软带束的钢铝爆炸块端和阴极钢棒焊接起来，形成手工焊缝14，最终就形成了槽壳12、阴极钢棒11、手工焊焊缝14、钢铝爆炸块10、软带束9、铝块1、自蔓延焊缝13、母线2的组合结构，完成修复。

焊接之后测量显示该自蔓延焊接技术焊接的接头的压降为2.9mv,而基建时候的压降平均值为3.8mv。

上述焊粉是由以下重量百分含量的材料均匀搅拌、充分混合而来：还原剂13~40%，金属氧化物25~55%，金属卤化物2~10%，金属添加物10~50%，稀土元素0.03~0.5%。

上述焊接坡口的形状为V形，倾角为3~5度，焊接坡口的间隙为30-40mm。

上述引燃焊缝中引火粉，与引燃坩埚内的引火粉两次点火时间间隔在1-10秒。

上述坩埚的浇口要偏向大母线一侧。

上述自熔塞为厚度2mm的纯铝片。

Claims (8)

1.一种铝电解槽用阴极软带和大母线的二次自蔓延焊接方法，其特征是：首先取下废旧阴极软带，然后把新的软带束一头焊接铝板，另一头焊接钢铝爆炸块，接下来清除新的软带端头的铝板和以及母材的待焊接部位的氧化层和油污，在坡口面涂满铝焊剂，并把石墨板固定在焊缝的底部和左右两侧，构成焊接坡口，在坡口上方放置坩埚，坩埚内置自熔塞，然后将母材和坩埚预热，在焊缝中放满焊粉，在坩埚中放置焊粉5Kg，两处焊粉的表面均撒上引火粉，引燃焊缝中引火粉，待焊粉反应完毕之后，迅速将坩埚架在焊缝上方，此时引燃坩埚内的引火粉，使坩埚内的焊粉反应，当金属溶液进入焊缝的时候就会完成软带端头的铝板和母线之间的焊接，而软带的另一端的钢铝爆炸块通过电弧焊与槽壳上的钢棒连接在一起。

2.如权利要求1所述的一种铝电解槽用阴极软带和大母线的二次自蔓延焊接方法，其特征是：所述焊粉是由以下重量百分含量的材料均匀搅拌、充分混合而来：还原剂13~40%，金属氧化物25~55%，金属卤化物2~10%，金属添加物10~50%，稀土元素0.03~0.5%。

3.如权利要求1所述的一种铝电解槽用阴极软带和大母线的二次自蔓延焊接方法，其特征是：所述焊接坡口的形状为V形，倾角为3~5度，焊接坡口的间隙为30-40mm。

4.如权利要求1所述的一种铝电解槽用阴极软带和大母线的二次自蔓延焊接方法，其特征是：焊接之前母材和坩埚预热温度为200~300℃。

5.如权利要求1所述的一种铝电解槽用阴极软带和大母线的二次自蔓延焊接方法，其特征是：所述引燃焊缝中引火粉，与引燃坩埚内的引火粉两次点火时间间隔在1-10秒。

6.如权利要求1所述的一种铝电解槽用阴极软带和大母线的二次自蔓延焊接方法，其特征是：所述坩埚的浇口要偏向大母线一侧。

7.如权利要求1所述的一种铝电解槽用阴极软带和大母线的二次自蔓延焊接方法，其特征是：是利用气割或其他机械方法把所述废旧的阴极软带从阴极钢棒上和母线上取下来，然后在大修车间利用电弧焊把新的软带束一头焊接铝板，另一头焊接钢铝爆炸块。

8.如权利要求1所述的一种铝电解槽用阴极软带和大母线的二次自蔓延焊接方法，其特征是：所述自熔塞为厚度2mm的纯铝片。

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