CN110064807A - 一种降低电解槽电压降的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低电解槽电压降的焊接方法，首先将立柱母线与短路母线连接处的待焊面打磨、清洗干净，并使二者紧贴在一起。根据所需焊接的电解槽数量提前准备好相应分量钎料和焊剂。其次选取尺寸合适的铝板，在铝板表面涂抹一层焊剂，随后加热铝板并刷上一层钎料。在工件待焊表面涂抹一层焊剂，确认无误后将铝板紧贴在待焊面固定。最后将工件进行均匀加热并持续一小段时间，随后冷却至室温以完成焊接。待设备完全冷却至室温后对其进行清理和打磨以去除残渣并使外观符合要求。本发明施工方法简单，成本低廉，可在不损伤电解槽的情况下明显有效地降低电解槽的电压降。

Description

一种降低电解槽电压降的焊接方法
技术领域
本发明属于电力领域，涉及一种降低电解槽停槽黑电压的方法，具体涉及一种降低电解槽电压降的焊接方法。
背景技术
电解作为一项工艺技术被广泛应用于工业生产中。以铝为例，世界上很大一部分的铝是通过电解的方式来进行生产的。铝由于具备密度小、导电和导热性能优良、延展性好、高反射性、耐氧化和耐腐蚀性的优点而被广泛使用。目前国内已有大量企业从事于电解铝的行业中，例如山东铝业电解铝厂配备大量铝电解槽，年产电解铝锭达7.5万吨。然而，由于维修、限产等原因，在生产线上始终存在部分电解槽处于停槽状态。每当电解槽处于停槽状态时极有可能产生较高的停槽黑电压，已有研究发现停槽黑电压值较高原因是由于短路口黑电压值较高所导致的。短路母线和立柱母线接触电阻是形成短路口黑电压的主要电阻，该阻值形成原因一方面是收缩电阻，即短路母线和立柱母线接触面凸凹不平或者不平行，其间的接触面积实际上远远小于其重合面积所致。另一方面是表面电阻，即短路母线、立柱母线在工作环境中表面被介质腐蚀、氧化，形成一层氧化膜，该氧化膜电阻率较大，属绝缘体，大大缩小了接触面的导电面积，使接触面的电阻增加。以上存在的两种问题实质上都是减少了母线的导电截面，使其接触电阻增加。在实际生产中，仅停槽黑电压一项，各个铝电解厂每年将造成近百万度电的输电损耗，增加了铝生产成本，形成几十万甚至上百万元的经济损失。因此降低停槽黑电压是提高企业经济效益，节能降耗的一项不可忽视的措施。
钎焊技术是采用比母材熔化温度低的钎料，采取低于母材固相线而高于钎料液相线的操作温度，通过熔化的钎料将母材连接在一起的一种焊接技术。钎焊时，钎料熔化为液态而母材保持为固态，液态钎料在母材的间隙中或表面上润湿、毛细流动、填充、铺展、与母材相互作用，冷却凝固形成牢固的接头，从而将母材连接在一起。钎焊加热温度较低，钎焊接头平整光滑，焊件变形较小，可实现异种金属或合金、金属与非金属、非金属与非金属之间的连接。此外，某些钎焊方法一次可焊成几十条或成百条钎缝，生产效率高。
如上文所述，解决停槽黑电压问题，降低压降实质上就是要增加母线的导电截面，降低接触电阻。以目前查阅的资料来看，大多数解决措施都存在不足或者不严谨之处。例如专利CN205676544U将立柱母线通过压紧螺丝、软连接与铝母线连接，相邻两立柱母线之间通过压紧螺丝、软连接和铝母线短接在一起来降低压降。但这种通过压紧螺丝机械结合的方法对降低压降的效果不明显。专利CN1769535A通过涂抹导电膏，压接的方法降低压降，但导电膏效果一般，而压接由于对工件施加压力容易使铝电解槽变形。此外，该专利还笼统介绍了焊接的措施，但不是所有焊接工艺都适合于铝电解槽，因为大部分焊接的温度过高，极易导致铝的熔化，且产生的高温易使母线发生热反应或氧化。而钎焊由于焊接温度低，不对焊件施压的特点，通过将导电性能优异的铝板焊接于短路母线与立柱母线接触面可有效增大导电面，降低压降。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于实现一种更加有效且不使电解槽受损的降低压降的焊接方法。
基于以上目的，本发明所采取的技术方案是：
一种降低电解槽电压降的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将立柱母线与短路母线连接处的待焊面打磨、清洗干净。
步骤二、根据所需焊接的电解槽数量提前准备好相应分量钎料和焊剂。
步骤三、选取尺寸合适的铝板，在铝板表面涂抹一层焊剂，随后加热铝板并刷上一层钎料。
步骤四、在工件待焊表面(即立柱母线与短路母线的待焊面)涂抹一层焊剂，确认无误后将铝板紧贴在待焊面利用夹具固定。
步骤五、将工件进行均匀加热并持续段时间，期间确保夹具持续给铝板施加5～10MPa的压力，随后冷却至室温以完成焊接。
步骤六、待工件完全冷却至室温后对其进行清理和打磨以去除残渣并使外观符合要求。
作为优选，所述的钎料合金化学组分如下：Pb 20％～30％；Mn 0.2％～0.5％；Ag5％～8％；Cu 1％～2％；Zn 12％～18％；稀土元素0.2％～0.5％；Sn 45％～55％。
作为优选，所述的焊剂为松香和F105型铝焊剂混合物。
作为优选，所述步骤五中，钎焊焊接温度应高于钎料熔点并低于母材熔点，一般为350～450℃。
作为优选，所述步骤五中，钎焊加热持续时间约为5～30min。
作为优选，所涂抹的钎料层极薄，约为5～100μm厚度，且厚度越低效果越好。
作为优选，所述的铝板厚度为5～20mm。
作为优选，所述步骤三中，将铝板放置在一块金属板上，利用火焰加热金属板来间接给铝板加热。
本发明具有如下有益效果：
不同于传统的降低电解槽压降的方法，本发明通过导电性能优异的铝板作为导电介质，将其焊接在短路母线与立柱母线连接处。相比于采用导电膏或者压接法，本发明能更加明显有效地增加导电截面，降低压降。区别于其他焊接方法，本发明采用钎焊工艺，充分利用钎料熔点低于母材的特性，在保证不损坏母材的情况下将铝板完好的焊接于母材上。除此之外，钎焊的加热温度较低，对母材组织和性能的影响较小，钎焊接头平整光滑，外形美观，焊件变形较小，容易保证焊件的尺寸精度，生产率高。采用松香或者铝焊剂，能清除钎料和母材表面的氧化膜，为熔化的液态钎料在母材(即立柱母线与短路母线)表面的铺展提供必要的条件；以液态薄膜层覆盖钎料和母材表面，保护钎料和母材金属不被进一步的氧化；促进表面活化，减小表面张力，改善钎料对母材的润湿性能，使钎焊过程顺利进行。加热过程中对铝板持续施加5～10MPa压力可有效排除杂质并使钎料层变薄，极薄的钎料层可保证钎焊间隙尽可能小，越小则结合强度越高。另一方面，钎焊虽然具有耐热性差的缺点，不适用于焊接高温环境下工作的工件，但考虑到电解槽的工作环境温度不高可以忽略不计。相反，本发明可利用上述缺点，采取加热的方式简单有效地使铝板与母材分离，最大程度上防止电解槽遭受损害，使其能继续在生产线上工作。通过实际应用已经验证，采用本方法可使电解槽电压下降平均5mv。
附图说明
图1为电解槽立柱母线与短路母线连接处焊接示意图。
图2为本发明焊接过程中铝板加热示意图。
1-立柱母线，2-短路母线，3-待焊面，4-软线带，5-铝板，6-钎料，7-金属板。
具体实施方式
实施例1
将立柱母线1与短路母线2连接处的待焊面3打磨、清洗干净。选取尺寸合适的铝板6，将铝板6水平放置于一较薄的金属板7上，在铝板6上表面用刷子涂上薄薄一层松香。用氧乙炔火焰5加热金属板7从而达到加热铝板6目的，待铝板6表面松香冒烟后，移去火焰。采用质量分数为25％Pb；0.5％Mn；7.5％Ag；1.5％Cu；15％Zn；0.5％稀土元素；50％Sn的钎料轻轻刮擦铝板6的上表面，使铝板6均匀涂上薄薄一层钎料。在工件待焊表面涂抹一层松香，确认无误后采用工具顶紧铝板6，把铝板6和电解槽待焊面3紧密配合并均匀加热，加热温度为350～450℃，期间确保夹具持续给铝板6施加5～10MPa的压力。撤去火焰，冷却一段时间后撤去夹紧工具完成焊接。
实施例2
将立柱母线1与短路母线2连接处的待焊面3打磨、清洗干净。选取尺寸合适的铝板6，将铝板6水平放置于一较的薄金属板7上，在铝板6上表面用刷子涂上薄薄一层铝焊剂。用氧乙炔火焰5加热金属板7从而达到加热铝板6目的，待铝板6表面铝焊剂冒烟后，移去火焰。采用质量分数为27％Pb；0.2％Mn；6％Ag；1.5％Cu；18％Zn；0.3％稀土元素；47％Sn的钎料轻轻刮擦铝板6的上表面，使铝板6均匀涂上薄薄一层钎料。在工件待焊表面涂抹一层铝焊剂，确认无误后采用工具顶紧铝板6，把铝板6和电解槽待焊面3紧密配合并均匀加热，加热温度为350～450℃,期间确保夹具持续给铝板6施加5～10MPa的压力。撤去火焰，冷却一段时间后撤去夹紧工具完成焊接。
本发明所述方法不仅适用于铝电解槽，其他材质电解槽同样适用。操作人员可根据电解槽的材质适当调整钎料和焊剂的成分。

Claims (9)

1.一种降低电解槽电压降的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将立柱母线与短路母线连接处的待焊面打磨、清洗干净；
步骤二、根据所需焊接的电解槽数量提前准备好相应分量钎料和焊剂；
步骤三、选取尺寸合适的铝板，在铝板表面涂抹一层焊剂，随后加热铝板并刷上一层钎料；
步骤四、在工件待焊表面涂抹一层焊剂，确认无误后将铝板紧贴在待焊面利用夹具固定；
步骤五、将工件进行均匀加热并持续一段时间，期间确保夹具持续给铝板施加5～10MPa的压力，随后冷却至室温以完成焊接；
步骤六、待工件完全冷却至室温后对其进行清理和打磨以去除残渣并使外观符合要求。
2.根据权利要求1所述一种降低电解槽电压降的焊接方法，其特征在于：所述钎料的合金化学组分如下：Pb 20％～30％；Mn 0.2％～0.5％；Ag 5％～8％；Cu 1％～2％；Zn 12％～18％；稀土元素0.2％～0.5％；Sn 45％～55％。
3.根据权利要求1所述一种降低电解槽电压降的焊接方法，其特征在于：所述的焊剂为松香和F105型铝焊剂混合物。
4.根据权利要求1所述一种降低电解槽电压降的焊接方法，其特征在于：所述步骤五中，钎焊焊接温度应高于钎料熔点并低于母材熔点，焊接温度范围为350～450℃。
5.根据权利要求1所述一种降低电解槽电压降的焊接方法，其特征在于：所述步骤五中，钎焊加热持续时间约为5～30min。
6.根据权利要求1所述一种降低电解槽电压降的焊接方法，其特征在于：所述铝板上涂抹的钎料层厚度为5～100μm。
7.根据权利要求1所述一种降低电解槽电压降的焊接方法，其特征在于：所述的铝板厚度为5～20mm。
8.根据权利要求1所述一种降低电解槽电压降的焊接方法，其特征在于：所述步骤三中，将铝板放置在一块金属板上，利用火焰加热金属板来间接给铝板加热。
9.一种电解槽的母线连接装置，包括立柱母线和短路母线，其特征在于：所述立柱母线和短路母线之间设有降低接触电阻的铝板，所述铝板通过钎焊焊接在立柱母线和短路母线连接侧面。
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