CN114985900A - 一种500ka电解铝阳极钢爪焊接工艺及外观检查方法 - Google Patents

一种500ka电解铝阳极钢爪焊接工艺及外观检查方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种500KA电解铝阳极钢爪焊接工艺及外观检查方法，焊接工艺包括：下料和开坡口、组对和焊接；钢爪外观质量的检查方法包括：检查焊缝表面质量、加强板、飞溅、焊渣和外形尺寸、检查四爪共面、检查外形尺寸、检查焊接坡口的尺寸。本发明通过改变钢爪的制造工艺提高阳极钢爪的使用性能，实现钢爪“强度高，寿命长，导电性、抗氧化性和耐腐蚀性好”要求，同时满足钢爪用户“性价比高”和钢爪生产单位“生产成本低，营利能力较好”的双赢目的，对降低钢爪生产企业的成本和电解铝生产的成本有着重要的意义。

Description

一种500KA电解铝阳极钢爪焊接工艺及外观检查方法
技术领域
本发明涉及电解铝阳极钢爪技术领域，具体涉及一种500KA电解铝阳极钢爪焊接工艺及外观检查方法。
背景技术
阳极钢爪是电解铝阳极重要部件，也是主要的导电装置之一，其导电性、强度、寿命直接影响着电解铝的生产效率、生产电耗和经济效益。
目前通常使用的方法主要包括铸造阳极钢爪和电渣熔焊阳极钢爪，其中：
1、铸造阳极钢爪可以根据需求向用户提供各种规格钢爪，缺点包括：
(1)对设备要求高，必须有中频炉、振动落砂床，同时具备消失膜、造型和清理等工序，投入较高；
(2)由于中频炉冶炼对钢水的成分无法调整，钢水的中的S、P、C、Mn、Cr普遍超标，导致铸造阳极钢爪导电性降低；
(3)消失模铸造过程排气工艺不稳定，造成铸造阳极钢爪内部存在夹渣、气孔等铸造缺陷，影响钢爪的导电性和强度；
(4)消失模铸造钢爪未进行调质处理或正火处理，钢爪内部组织晶粒粗大，导致力学性能大大降低，容易造成钢爪形变内弯和钢爪衡量出发成断裂；
(5)表面存在粘砂问题，清理难度大，劳动强度和安全风险高，冒口部位需要机床加工；
(6)电耗高，寿命短。
2、电渣熔焊阳极钢爪相比铸造阳极钢爪，电渣熔焊阳极钢爪采用专用热轧扁钢和圆钢，采用电渣熔焊技术全截面、全熔透焊接，实现钢爪强度高，寿命长，导电性和抗氧化性好，钢爪的指标大幅提升，缺点包括：
(1)对设备要求高，必须配备专业的电渣熔焊设备，同时投入较高；
(2)辅材消耗较多且都是专用辅材，比如助熔剂、结晶器、石墨电极、石棉布、粘土、防冻液、封箱泥条、钢板极板，供应商较少，采购成本和采购难度较高；
(3)外部容易出现鼓包、烧伤，内部出现气孔等缺陷；
(4)劳动强度较大，噪音、粉尘等职业病风险较高；
(5)对钢爪生产单位而言，电耗高，效率低，生产成本高；
(6)设备功能比较专一，无法进行多规格钢爪生产。
综上所述，对钢爪用户而言，电渣熔焊阳极钢爪强度高，寿命长，导电性和抗氧化性好，性价比高；铸造钢爪反之，而对钢爪生产单位而言，铸造阳极钢爪和电渣熔焊阳极钢爪投入高，效率低，劳动强度大，成本高，营利能力较弱，经济效益差。
发明内容
本发明的目的是提供一种500KA电解铝阳极钢爪焊接工艺及外观检查方法，以解决上述问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种500KA电解铝阳极钢爪的焊接工艺，包括如下步骤：
步骤一、下料和开坡口：
圆钢加工为
Figure BDA0003696791390000021
扁钢加工为120×160×1220mm，在120×1220mm的中间位置加工阳极扁钢焊接面
Figure BDA0003696791390000022
氧化层加工至见金属光泽，在扁钢120×160mm两端面倒角25mm×45°，在非阳极扁钢焊接面的两端开坡口4-25×160mm，在两端坡口之间均匀开坡口4-25×150m，坡口为双面V型坡口，坡口高度不小于25mm，中间不留钝边，倒坡口完毕，对坡口、倒角处的焊渣、飞溅、氧化皮进行清理打磨，满足焊接探伤要求；
步骤二、组对：
组对时横梁与圆钢之间的间隙为3mm，检查钢爪的外形尺寸和扁钢、圆钢的垂直度≦2mm，圆钢的中心距为350±2mm；
步骤三、焊接：
(1)采用二氧化碳气保焊机进行多层多道焊，直径为φ1.6mm的LHQ50-6焊丝进行焊接；
(2)当焊接电流为410A时，采用填充法，焊接电压为40-42V，焊接速度为27m/h，焊丝伸出长度为20mm，气体流量为1050L/h，电弧力1-2，送丝速度100dm/min；
当焊接电流为350-360A时，采用盖面法，焊接电压为35-38V，焊接速度为30m/h，焊丝伸出长度为20mm，气体流量为1050L/h，电弧力1-2，送丝速度80-90dm/min；
(3)钢爪正面焊缝焊接完毕后，产品正面焊渣、飞溅清理干净，两侧加焊4-10×60×80mm的加强板，底部留间隙10mm，四周全部焊满。
一种500KA电解铝阳极钢爪的焊接工艺制作的钢爪外观质量的检查方法，包括如下步骤：
步骤一、将钢爪立放平稳，冷却至常温，对焊缝表面质量、加强板、飞溅、焊渣和外形尺寸进行检查；
步骤二、用直板尺检查，四爪下端面必须共面，四爪共面的误差控制在5mm以内；
步骤三、检查外形尺寸，高度方向尺寸控制在±7mm，长度方向控制在±7mm，宽度方向控制在±5mm；
步骤四、检查焊接坡口的尺寸，从圆钢到横梁的距离不能小于25mm。
为了进一步实现本发明，焊接工艺的步骤一中所述圆钢的原料采用
Figure BDA0003696791390000031
Figure BDA0003696791390000032
的Q235圆钢。
为了进一步实现本发明，焊接工艺的步骤一中所述扁钢的原料要求圆弧
Figure BDA0003696791390000033
断面尺寸为
Figure BDA0003696791390000034
和
Figure BDA0003696791390000035
长度尺寸为
Figure BDA0003696791390000036
弯曲、扭曲度≦3mm，扁钢端平面的垂直度±3mm。
为了进一步实现本发明，焊接工艺的步骤三的步骤(1)中所述焊接时，圆钢与焊肉必须熔合，不能预留间隙或未熔合等缺陷；圆钢的周边要有焊肉且焊缝不能高出圆钢圆柱面。
本发明相较于现有技术的有益效果为：
本发明通过改变钢爪的制造工艺提高阳极钢爪的使用性能，实现钢爪“强度高，寿命长，导电性、抗氧化性和耐腐蚀性好”要求，同时满足钢爪用户“性价比高”和钢爪生产单位“生产成本低，营利能力较好”的双赢目的，对降低钢爪生产企业的成本和电解铝生产的成本有着重要的意义。
本发明采用材质稳定、导电性能和力学性能较好的轧钢为原料，避免了铸造缺陷的产生，采用对扁钢开坡口的焊接工艺将钢爪横梁与钢爪腿进行焊接，该工艺生产效率高，焊接质量稳定，导电性和使用寿命大大提高。本发明原材料选用优质的热轧扁钢和圆钢，由于热轧圆钢、扁钢的性能及成分比较稳定，具有内部组织致密、无缺陷，强度好等优点，因此是钢爪生产的首选材料，实现了钢爪“强度高，寿命长，导电性、抗氧化性和耐腐蚀性好”等技术要求，从原材料解决了铸造钢爪的“内部缺陷、性能及成分比较稳定、寿命短、抗氧化性差”和电渣熔焊阳极钢爪“鼓包、烧伤”等工艺问题，由于采用热轧扁钢圆钢，阳极钢爪力学性能、成分均优于铸造钢爪，使用寿命延长；由于轧制扁钢圆钢材料表面光洁度、晶相组织致密且优于铸钢材料，其在电解过程中，氧化速度降低，耐腐蚀提高，抗氧化性和耐腐蚀性明显由于铸钢材料，这两种原材料的导电性能明显优于普通铸造钢爪，导电性提升约17％。
对本发明制作的钢爪在运行状态下进行测试，压降要明显低于普通铸造钢爪，压降降低约23％。
本发明的钢爪焊接量为450cm3,较扁钢和圆钢中间用φ25mm的圆钢做衬垫焊接工艺的焊接量567cm3减少117cm3，焊接量减少21％。
本发明的钢爪生产由铸造、电渣熔焊钢爪生产工艺改为焊接工艺，圆钢、扁钢焊接部位按照NB/T47013.3-2015的Ⅱ级要求100％超声波探伤，从生产过程解决了铸造钢爪、电渣熔焊阳极钢爪“内部缺陷”等工艺问题。
本发明将阳极钢爪改为普通的钢结构产品，实现钢爪生产的批量化、大众化、效率高、成本低，彻底解决中频炉、电炉及电渣熔焊设备限制及依赖。
本发明减少了中频炉、电炉、电渣熔焊、振动落砂床、消失膜、造型、清理等大型、专业设备的大额投资，钢爪焊接工艺仅购买通用二氧化碳气保焊机、半自动气割机等小型工机具，实现了“投资小，量产快，见效快”优势。
附图说明
图1为本发明中钢爪的组对照片；
图2为本发明中钢爪的成品照片；
图3为本发明中钢爪成品的照片：1号为解剖样品；2号为1号样品中扁钢和圆钢焊接部位的横剖仰视图；3号为1号样品中扁钢和圆钢焊接部位的横剖俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种500KA电解铝阳极钢爪焊接工艺，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、下料和开坡口：
圆钢的原料采用
Figure BDA0003696791390000051
的Q235圆钢，圆钢加工为
Figure BDA0003696791390000052
Figure BDA0003696791390000053
扁钢的原料要求圆弧
Figure BDA0003696791390000054
断面尺寸为
Figure BDA0003696791390000055
和
Figure BDA0003696791390000056
长度尺寸为
Figure BDA0003696791390000057
弯曲、扭曲度≦3mm，扁钢端平面的垂直度±3mm，扁钢加工为120×160×1220mm，在120×1220mm的中间位置加工阳极扁钢焊接面
Figure BDA0003696791390000058
氧化层加工至见金属光泽，在扁钢120×160mm两端面倒角25mm×45°，在非阳极扁钢焊接面的两端开坡口4-25×160mm，在两端坡口之间均匀开坡口4-25×150m，坡口为双面V型坡口，坡口高度不小于25mm，中间不留钝边，倒坡口完毕，对坡口、倒角处的焊渣、飞溅、氧化皮进行清理打磨，满足焊接探伤要求；
步骤二、组对：
组对时横梁与圆钢之间的间隙为3mm，检查钢爪的外形尺寸和扁钢、圆钢的垂直度≦2mm，圆钢的中心距为350±2mm；
步骤三、焊接：
(1)采用二氧化碳气保焊机进行多层多道焊，直径为φ1.6mm的LHQ50-6焊丝进行焊接，焊接时圆钢与焊肉必须熔合，不能预留间隙或未熔合等缺陷；圆钢的周边要有焊肉且焊缝不能高出圆钢圆柱面
(2)当焊接电流为410A时，采用填充法，焊接电压为40-42V，焊接速度为27m/h，焊丝伸出长度为20mm，气体流量为1050L/h，电弧力1-2，送丝速度100dm/min；
当焊接电流为350-360A时，采用盖面法，焊接电压为35-38V，焊接速度为30m/h，焊丝伸出长度为20mm，气体流量为1050L/h，电弧力1-2，送丝速度80-90dm/min；
(3)钢爪正面焊缝焊接完毕后，产品正面焊渣、飞溅清理干净，两侧加焊4-10×60×80mm的加强板，底部留间隙10mm，四周全部焊满；
使用500KA电解铝阳极钢爪焊接工艺得到钢爪的外观检查方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、将钢爪立放平稳，冷却至常温，对焊缝表面质量、加强板、飞溅、焊渣和外形尺寸进行检查；
步骤二、用直板尺检查，四爪下端面必须共面，四爪共面的误差控制在5mm以内；
步骤三、检查外形尺寸，高度方向尺寸控制在±7mm，长度方向控制在±7mm，宽度方向控制在±5mm；
步骤四、检查焊接坡口的尺寸，从圆钢到横梁的距离不能小于25mm。
实验例1：内部及性能检查
(1)解剖验证
如图3所示，检查内部的焊接质量及缺陷，从2号和3号照片可以看出，内在的焊接质量致密没有任何缺陷，符合要求。
(2)探伤检验
对钢爪所有焊接区域采用PXUT-390+进行100％超声波探伤，按照NB/T47013.3-2015的Ⅱ级要求执行，见表1-2。
表1超声波探伤报告
甘肃酒钢西部重工股份有限公司
无损检测中心
01JL17-033 报告编号：UT2022-268
Figure BDA0003696791390000061
表2超声波探伤报告(续页)
甘肃酒钢西部重工股份有限公司
无损检测中心
01JL17-033 报告编号：UT2022-268
Figure BDA0003696791390000071
实验例2：力学性能及实物强度检测
(1)力学性能检验
按照GB/T228.1-2010要求进行检验，见表3。
表3力学性能试验报告
甘肃酒钢西部重工股份有限公司
质量管理部物理检验
01JL17-023 报告编号：LX2021-514
Figure BDA0003696791390000081
(2)强度检测
现场验证钢爪的焊接质量及强度要求，采用400吨液压千斤顶进行检验，钢爪的一端固定在检验工装(防止倾倒、脱落)，另一端处于自由状态，用千斤顶顶在自由端；钢爪固定后，千斤顶加压检测。
通过实物检测，钢爪的扁钢、圆钢已经弯曲变形，钢爪焊缝区域完好无损，钢爪承受住了400吨千斤顶的压力，实物强度完全满足要求。

Claims (5)

1.一种500KA电解铝阳极钢爪焊接工艺，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、下料和开坡口：
圆钢加工为
Figure FDA0003696791380000011
扁钢加工为120×160×1220mm，在120×1220mm的中间位置加工阳极扁钢焊接面
Figure FDA0003696791380000012
氧化层加工至见金属光泽，在扁钢120×160mm两端面倒角25mm×45°，在非阳极扁钢焊接面的两端开坡口4-25×160mm，在两端坡口之间均匀开坡口4-25×150m，坡口为双面V型坡口，坡口高度不小于25mm，中间不留钝边，倒坡口完毕，对坡口、倒角处的焊渣、飞溅、氧化皮进行清理打磨，满足焊接探伤要求；
步骤二、组对：
组对时横梁与圆钢之间的间隙为3mm，检查钢爪的外形尺寸和扁钢、圆钢的垂直度≦2mm，圆钢的中心距为350±2mm；
步骤三、焊接：
(1)采用二氧化碳气保焊机进行多层多道焊，直径为φ1.6mm的LHQ50-6焊丝进行焊接；
(2)当焊接电流为410A时，采用填充法，焊接电压为40-42V，焊接速度为27m/h，焊丝伸出长度为20mm，气体流量为1050L/h，电弧力1-2，送丝速度100dm/min；当焊接电流为350-360A时，采用盖面法，焊接电压为35-38V，焊接速度为30m/h，焊丝伸出长度为20mm，气体流量为1050L/h，电弧力1-2，送丝速度80-90dm/min；
(3)钢爪正面焊缝焊接完毕后，产品正面焊渣、飞溅清理干净，两侧加焊4-10×60×80mm的加强板，底部留间隙10mm，四周全部焊满。
2.使用权利要求1所述500KA电解铝阳极钢爪焊接工艺得到钢爪的外观检查方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、将钢爪立放平稳，冷却至常温，对焊缝表面质量、加强板、飞溅、焊渣和外形尺寸进行检查；
步骤二、用直板尺检查，四爪下端面必须共面，四爪共面的误差控制在5mm以内；
步骤三、检查外形尺寸，高度方向尺寸控制在±7mm，长度方向控制在±7mm，宽度方向控制在±5mm；
步骤四、检查焊接坡口的尺寸，从圆钢到横梁的距离不能小于25mm。
3.如权利要求1中所述500KA电解铝阳极钢爪焊接工艺，其特征在于：步骤一中所述圆钢的原料采用
Figure FDA0003696791380000021
的Q235圆钢。
4.如权利要求1中所述500KA电解铝阳极钢爪焊接工艺，其特征在于：步骤一中所述扁钢的原料要求圆弧
Figure FDA0003696791380000022
断面尺寸为
Figure FDA0003696791380000023
和
Figure FDA0003696791380000024
长度尺寸为
Figure FDA0003696791380000025
弯曲、扭曲度≦3mm，扁钢端平面的垂直度±3mm。
5.如权利要求1中所述500KA电解铝阳极钢爪焊接工艺，其特征在于：步骤三的步骤(1)中所述焊接时，圆钢与焊肉必须熔合，不能预留间隙或未熔合等缺陷；圆钢的周边要有焊肉且焊缝不能高出圆钢圆柱面。
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