CN113399866A - 一种铝电解槽水平母线带电修复焊剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝电解槽水平母线带电修复焊剂，其按质量百分比包含如下组分：35％～70％铝、3～5％氧化镍、1～3％五氧化二铌、2～5％氧化铜、4～9.5％氧化锡、7.5％～16％重晶石、4～15％铝硅合金、0.2～1.5％六氟钛酸钾、2～3.2％氯化钡、1～1.8％硼砂、2～4％氯化锌和3～3.7％钾冰晶石。本发明通过在焊剂中添加六氟钛酸钾，提高焊接部分的耐磨性和硬度；通过添加氧化铜、氧化锡，增加修后铝母线的导电性；通过添加重晶石粉，增加放热量，使得焊接过程中形核更加充分，焊缝质量更好，反应混合产物多元共晶延长了液态金属高温存在时间，提高修复后铝母线的耐磨性和耐电腐蚀性。

Description

一种铝电解槽水平母线带电修复焊剂及其制备方法
技术领域
本发明属于焊接材料领域，特别涉及一种铝电解槽水平母线带电修复焊剂。
背景技术
铝及铝合金具有密度小、强度高、耐腐蚀、导热和导电性好等优点，使得其在交通运输、冶金、航空航天、建筑桥梁、电子电气、汽车制造、包装容器、军工装备等行业得到越来越广泛的应用。在铝及铝合金部件使用过程中可能发生损伤，通常情况下，只能采用手工电弧焊和气焊的方法进行修复。但在一些环境下，可能面临着无电、无气源、无焊接设备的情况，比如在铝冶炼生产中，为提高铝的产量，铝电解槽的电流强度呈上升趋势，目前国内铝电解槽的电流强度己达 350000安培。如此大的直流电流使电解槽及其周围产生了直径达数米的强磁场，磁场强度经计算可达180高斯。在电解厂房中，为保证正常电解生产，每隔一段时间更换全部阳极，阳极消耗需上下抬水平母线，在这两个过程中阳极水平母线与铝导杆之间相互摩擦，接触导电面经常打火放电，使每一台阳极出现长 550mm，宽240mm的弧坑及划伤，从而加大该处无谓的压降损耗，造成较大经济损失。为减小该处接触压降，修复划伤母线，需要采取焊接的方法，填充划伤弧坑，再进行铣削的办法修平母线。一般情况下，降电流或停电后采用碳弧焊对母线进行修复。但是降电流焊接依然受磁场的影响，接头质量差，接头强度和导电性受到影响。此外，由于消磁成本很高，该技术无法在实际生产中进行大范围推广应用。尤其是对于水平母线这样环境复杂、工作位置狭小的场合，这些消磁技术更是无法使用。而停电焊接不但会造成电解铝产量减少、能耗大幅增加，还会增加有害气体排放，造成环境污染，而且由于热胀冷缩，会对电解槽内衬产生影响。
采用放热焊接技术进行铝母线的焊接是一种非常有效的方法，其依靠焊剂内部不同材料之间的物理化学冶金反应放热进行焊接，其速度非常快，仅几秒就可以完成焊接，产生热量极高，且可以有效的传导至熔接部位，使其熔为一体，形成分子间结合。因此采用放热焊接已经广泛应用于阴极母线、立柱母线和小软带的焊接。但是，由于水平母线的散热面积远远高于普通的阴极母线和立柱母线等，而其焊接深度比较浅，仅仅只有其它母线的1/10不到，所以采用现有焊接材料和焊接技术进行水平母线的焊接存在着焊接热量不足、界面无法熔合、渣液分离不彻底、焊接分层、焊接预热加热时间过长、焊接模具制造成本高、焊肉金属耐磨性差等缺陷，经测量焊后接触面压降高达30-50mV，运行过程中能量损失严重，存在着重大的安全隐患。
发明内容
针对背景技术存在的问题，本发明提供一种铝电解槽水平母线带电修复焊剂及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种铝电解槽水平母线带电修复焊剂，其特征在于，按质量百分比包含如下组分：35％～70％铝、3～5％氧化镍、1～3％五氧化二铌、2～5％氧化铜、4～9.5％氧化锡、7.5％～16％重晶石、4～15％铝硅合金、0.2～1.5％六氟钛酸钾、2～3.2％氯化钡、1～1.8％硼砂、2～4％氯化锌和3～3.7％钾冰晶石。
进一步，各组分均为粉末颗粒，且粒度均为100-200目。
一种铝电解槽水平母线带电修复焊剂的制备方法，包括如下步骤：按所述组分配料，干燥、混合均匀，得到所述铝电解槽水平母线带电修复焊剂。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
(1)在焊剂中添加六氟钛酸钾，提高焊接部分的耐磨性和硬度。通过添加氧化铜、氧化锡，增加修后铝母线的导电性；通过添加重晶石粉，增加放热量，使得焊接过程中形核更加充分，焊缝质量更好，反应混合产物多元共晶延长了液态金属高温存在时间，提高修复后铝母线的耐磨性和耐电腐蚀性。
(2)铝粉和氧化镍、五氧化二铌、氧化铜、氧化锡发生反应放出热量，不需要进行长时间焊前预热，增加焊接熔化效果和界面熔合率；反应生成的镍、铌、铜和锡发挥强化和冶金作用，大大提高了焊缝金属的硬度、耐磨擦性和抗电腐蚀性，铜和锡增加导电性。
(3)铝硅合金粉发挥硅粉强化效果，增加流动性。
(4)六氟钛酸钾、氧化钴、氯化钡、硼砂、氯化锌、钾冰晶石以及它们的分解物与氧化铝之间能够在高温下发生互相结合，提高熔液活性，显著提高造渣效果，保护和净化金属。
附图说明
图1是水平母线焊接时的示意图；
10-水平母线；11-待焊焊口；21-封装模具；22-装料模具；23-挡片。
具体实施方式
实施例1
取70kg铝粉、3kg氧化镍、1kg五氧化二铌、2kg氧化铜、4kg氧化锡、7.5kg 重晶石粉、4kg铝硅合金粉、0.2kg六氟钛酸钾、2kg氯化钡、1.3kg硼砂、2kg 氯化锌和3kg钾冰晶石，干燥，使用混粉机或球磨机混合均匀，得到铝母线焊剂。
采取如下步骤进行焊接：
步骤1：从水平铝母线顶端向下垂直切除损伤区，形成深度约16厘米的待焊焊口；
步骤2：将待焊焊口内部表面打磨光滑并做润滑处理；
步骤3：测量待焊焊口的尺寸，并根据待焊焊口的尺寸计算焊剂的添加量；
步骤4：安装封装模具以罩住待焊焊口，并在封装模具上插入漏斗状的装料模具，其中装料模具底部小孔处设有挡片，将铝母线焊剂装入装料模具中，在铝母线焊剂表面撒上引火粉，插入引线并点燃引线，引发放热反应；
步骤5：待装料模具底部的挡片熔化后，高温金属液由装料模具底部小孔流入到待焊焊口中，待金属液冷却后，拆卸下封装模具和装料模具；
步骤6：冷却后清理焊接部位金属面的多余部分和焊渣，对表面进行研磨抛光处理，得到修复好的水平铝母线。
表1给出了实施例1修复前后铝母线焊缝性能对比情况，实施例1使用的铝母线修复焊剂得到的焊缝相对于焊接前，外观均匀平整、摩擦系数减小，反映材料耐磨性能的硬度提升明显，焊缝的电腐蚀速率也减小了且压降明显降低。表中压降变化表示修复后相对于修复前的压降变化，下同。
表1
Figure BDA0003112790760000041
实施例2
取35kg铝粉、5kg氧化镍、3kg五氧化二铌、5kg氧化铜、9.5kg氧化锡、 16kg重晶石粉、15kg铝硅合金粉、1.5kg六氟钛酸钾、2kg氯化钡、1kg硼砂、 4kg氯化锌和3kg钾冰晶石，干燥，使用混粉机或球磨机混合均匀，得到铝母线焊剂。
采取如下步骤进行焊接：
步骤1：从水平铝母线顶端向下垂直切除损伤区，形成深度约16厘米的待焊焊口；
步骤2：将待焊焊口内部表面打磨光滑并做润滑处理；
步骤3：测量待焊焊口的尺寸，并根据待焊焊口的尺寸计算焊剂的添加量；
步骤4：安装封装模具以罩住待焊焊口，并在封装模具上插入漏斗状的装料模具，其中装料模具底部小孔处设有挡片，将铝母线焊剂装入装料模具中，在铝母线焊剂表面撒上引火粉，插入引线并点燃引线，引发放热反应；
步骤5：待装料模具底部的挡片熔化后，高温金属液由装料模具底部小孔流入到待焊焊口中，待金属液冷却后，拆卸下封装模具和装料模具；
步骤6：冷却后清理焊接部位金属面的多余部分和焊渣，对表面进行研磨抛光处理，得到修复好的水平铝母线。
表2给出了实施例2修复前后铝母线焊缝性能对比情况，实施例2使用的铝母线修复焊剂得到的焊缝相对于焊接前，外观均匀平整、摩擦系数减小，反映材料耐磨性能的硬度提升明显，焊缝的电腐蚀速率也减小了且压降明显降低。
表2
Figure BDA0003112790760000051
实施例3
取55kg铝粉、4kg氧化镍、2kg五氧化二铌、3.5kg氧化铜、8.5kg氧化锡、 12.5kg重晶石粉、8.5kg铝硅合金粉、1kg六氟钛酸钾、3.5kg氯化钡、2kg硼砂、 3kg氯化锌和4kg钾冰晶石，干燥，使用混粉机或球磨机混合均匀，得到铝母线焊剂。
采取如下步骤进行焊接：
步骤1：从水平铝母线顶端向下垂直切除损伤区，形成深度约16厘米的待焊焊口；
步骤2：将待焊焊口内部表面打磨光滑并做润滑处理；
步骤3：测量待焊焊口的尺寸，并根据待焊焊口的尺寸计算焊剂的添加量；
步骤4：安装封装模具以罩住待焊焊口，并在封装模具上插入漏斗状的装料模具，其中装料模具底部小孔处设有挡片，将铝母线焊剂装入装料模具中，在铝母线焊剂表面撒上引火粉，插入引线并点燃引线，引发放热反应；
步骤5：待装料模具底部的挡片熔化后，高温金属液由装料模具底部小孔流入到待焊焊口中，待金属液冷却后，拆卸下封装模具和装料模具；
步骤6：冷却后清理焊接部位金属面的多余部分和焊渣，对表面进行研磨抛光处理，得到修复好的水平铝母线。
表3给出了实施例3修复前后铝母线焊缝性能对比情况，实施例3使用的铝母线修复焊剂得到的焊缝相对于焊接前，外观均匀平整、摩擦系数减小，反映材料耐磨性能的硬度提升明显，焊缝的电腐蚀速率也减小了且压降明显降低。
表3
Figure BDA0003112790760000061

Claims (3)

1.一种铝电解槽水平母线带电修复焊剂，其特征在于，按质量百分比包含如下组分：35％～70％铝、3～5％氧化镍、1～3％五氧化二铌、2～5％氧化铜、4～9.5％氧化锡、7.5％～16％重晶石、4～15％铝硅合金、0.2～1.5％六氟钛酸钾、2～3.2％氯化钡、1～1.8％硼砂、2～4％氯化锌和3～3.7％钾冰晶石。
2.根据权利要求1所述的铝电解槽水平母线带电修复焊剂，其特征在于，各组分均为粉末颗粒，且粒度均为100-200目。
3.一种铝电解槽水平母线带电修复焊剂的制备方法，包括如下步骤：按权利要求1或2中任一项所述的组分配料，干燥、混合均匀，得到所述铝电解槽水平母线带电修复焊剂。
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