CN203471134U - 阳极钢爪专用碰焊机 - Google Patents
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Abstract
阳极钢爪专用碰焊机为铝电解槽用阳极钢爪焊接专用设备，该设备由焊接变压器、电气控制系统、焊接执行机构、液压系统、水冷系统组成，其特征是：该设备的焊接变压器采用三台并联的硅整流变压器组成，其输出工作电流为直流，在两个大直流的电极线端点上，串联接入设置有对接圆钢棒焊接导电夹持卡具和阳极钢爪横梁焊接导电定位夹持卡具，在进行焊接工作时，形成一个大功率直流的焊接电路系统，在定向顶锻模具的顶推作用下，使得对接阳极钢爪头圆钢棒与阳极钢爪横梁的接口端产生闪光电阻焊接效应。
Description
技术领域：阳极钢爪专用碰焊机机亦称阳极钢爪闪光对焊机，是专用于铝电解槽阳极导电装置阳极钢爪与阳极钢爪头圆钢棒进行焊接即修复的设备。
背景技术：阳极钢爪是铝电解槽阳极导电装置的部件，主要功能是承载连接阳极碳块并传导电流。铝电解槽常用的阳极钢爪的构造为在一个矩形横梁的下端构造有若干个钢爪头圆钢棒。其钢爪头圆钢棒的直径约在135mm之间180mm之间，高度为250mm之间300mm左右。
在铝电解槽高温和氟化气体的腐蚀及压脱残极的过程中，极易造成阳极钢爪的钢爪头与阳极钢爪横梁之间的细化变形(俗称“小蛮腰”)和内勾变形。阳极钢爪头变细和变形后，将严重的影响阳极碳块的组装以及阳极碳块的电流分布。因此，电解铝厂把对阳极钢爪即阳极钢爪头的修复，作为企业的常态工作。对其修复主要采用焊接的方式进行，常用的焊接修复的方式有两种：
一种是采用手工焊接的方式，将截断备好的阳极钢爪头即圆钢棒开焊接坡口，采用普通结构钢焊条，焊接在阳极钢爪横梁的底端，焊缝为环形焊缝，钢棒中心内部无冶金晶相连接。其缺点是：人工焊接材料成本高，速度慢，焊接过程污染大，焊接物件连接强度低、易开裂，应用于铝电解槽后，电压降较高。
一种是采用电渣熔熔融加长焊接的方式，采用大直流焊机作为电源，将阳极钢爪的倒置作为电极一端，在被加高爪头端部用管状耐火材料做成一个底部密封模具，并将一根较粗的熔接钢棒置放在其模具内上端，作为电极的另一端，用电渣保护，将熔接钢棒进行熔化作为熔铸金属，熔接阳极钢爪的熔化耗能较高，安装制作套管密封模具工序多，电渣保护剂成本较高，操作复杂，爪头的整体焊接工时相对较长。
发明内容：为了克服阳极钢爪头采用电焊条进行人工焊接和电渣熔熔融加长焊接所产生的上述缺陷，降低焊接材料成本和降低能耗，提高焊接效率及焊接质量，减少焊接钢爪头焊接连接区域的电阻值，并本发明根据阳极钢爪头的钢棒直径大，构造形式特殊的特点，利用闪光对焊机即碰焊机的原理，设计研发了一种专用于铝电解槽阳极钢爪与钢爪头圆钢棒进行焊接修复的设备。
阳极钢爪专用碰焊机是铝电解槽用阳极钢爪焊接专用设备，该设备由焊接变压器(1)、电气控制系统(2)、焊接执行机构(3)、液压系统(4)、水冷系统(5)组成，其特征是：该设备的焊接变压器(1)采用三台并联的硅整流变压器组成，其输出工作电流为直流，在两个直流的电极线端点上，串联接入设置有对接圆钢棒焊接导电夹持卡具(11)和阳极钢爪横梁焊接导电定位夹持卡具(8)，在进行焊接工作时，该设备焊接执行机构(3)的横梁焊接导电定位夹持卡具(8)和对接圆钢棒焊接导电夹持卡具(11)，分别与焊接变压器(1)的两个输出工作导电极端头相连接，在进行碰焊焊接时，形成一个串联电路系统，在定向顶锻模具(12)的顶推作用下，使得阳极钢爪头对接圆钢棒(10)与阳极钢爪横梁(9)的接口端产生闪光电阻焊接效应。
依据上述技术方案：该设备的电气控制系统(2)由主电路控制板，焊接变压器进电可控硅装置和保护装置，以及微电脑闪光对焊控制器、触摸屏动作控制系统部件组成。
依据上述技术方案：该设备的电气控制系统(2)的动作程序控制通过触摸屏的输入/输出的编程设置调整，。由触摸屏设置碰焊机主板中的焊接时间、焊接电流；焊接电流控制方式采用微电脑初级恒压控制。
依据上述技术方案：该设备焊接执行机构(3)的横梁焊接导电定位夹持卡具(8)、和对接圆钢棒焊接导电夹持卡具(11)采用铜合金材料制成， 其焊接导电夹持卡具内设置有通水冷却管道。
依据上述技术方案：该设备的焊接执行机构(3)的阳极钢爪横梁(9)焊接导电定位夹持卡具(8)，对接圆钢棒(10)焊接导电夹持卡具(11)以及对接圆钢棒定向顶锻模具由液压系统的顶升液压油缸进行驱动，其液压系统(4)部件由油箱、滤油器、液压泵、溢流阀、流量控制阀、电磁换向阀、压力表、管路、接头及平衡分流阀所组成，并与液压缸对应相连接。
依据上述技术方案：该设备的液压系统(4)可对焊接执行机构(3)的夹紧压力、顶锻压力及顶锻速度进行调节控制。
依据上述技术方案：该设备的水冷系统(5)的水路能提供焊接变压器，次级铜板接头、焊接执行机构的焊接导电系统，液压系统的冷却工作，设备的水冷系统其水路分成三路，焊接变压器一路，焊接执行机构一路，液压油冷却一路，由接头、分水器、管路组成，该水冷系统设有断水升温保护装置，并独立配置超温报警装置。
阳极钢爪专用碰焊机工作流程
(1)用吊具将准备修复的阳极钢爪放入到横梁焊接导电定位夹持卡具中，在垂直、水平方向定位后，启动定位压紧液压油缸I，使横梁焊接导电定位夹持卡具与焊接工件阳极钢爪横梁处于密合夹紧连接状态。
(2)人工将焊接工件对接圆钢棒放入到对接圆钢棒焊接导电夹持卡具即焊接模具中，沿直线方向定位后，启动导电夹持卡具压紧油缸II，压紧油缸下压，使得工件对接圆钢棒与对接圆钢棒焊接导电夹持卡具之间实施紧密的压力连接接；
(3)启动气缸开关，气缸的带动闪光保护罩下降到保护位置。
(4)启动行程推进开关I，定向顶锻模具顶进油缸III工作，对接圆钢棒往前推进，与阳极钢爪横梁接口端接触，焊接变压器通电，开始预热闪光；
(6)行程推进开关II工作，定向顶锻模具顶进油缸III快速推进顶锻；
(7)焊接变压器断电，保持顶锻状态，使焊接熔融段熔合在一起；
(8)定向顶锻模具顶进油缸III顶锻停止，横梁焊接导电定位卡具压紧油缸I与对接圆钢棒焊接导电夹持卡具压紧油缸II复位；
(9)定向顶锻模具顶进油缸3后退复位；
(10)用吊具取出焊接工件；用气枪吹干净模具中残留的焊渣，准备下一次工作。
采用本发明阳极钢爪专用碰焊机即闪光对焊机，工应用于工件阳极钢爪横梁与阳极钢爪头圆钢棒进行焊接连接，具有节省电焊条材料，有工艺简单、节约能源、降低能耗、提高工效、减轻焊接工人劳动强度的优点。采用本发明阳极钢爪专用闪光对焊机，将阳极钢爪横梁与阳极钢爪头圆钢棒进行焊接连接，其焊接断面为全断面熔融冶金结合，强度高，连接电阻值底，整个焊接过程辅助时间短，降低了工人的劳动强度，大大地提高了生产效率
附图说明：本发明阳极钢爪专用碰焊机的技术方案与特征结合附图和实施例说明则更加清晰明了。
图1、本发明阳极钢爪专用碰焊机的示意图。
其图中所示：(1)焊接变压器、(2)控制系统、(3)焊接执行机构、(4)(4)液压系统、(5)水冷系统、(6)风压系统、(7)焊接机架、(8)横梁焊接导电定位卡具、(9)阳极钢爪横梁、(10)对接圆钢棒、(11)对接圆钢棒焊接导电夹持卡具、(12)对接圆钢棒定向顶锻模具、(13)液压油缸I、(14)液压油缸II、(15)液压油缸III、16顶升架、(17)铝导杆。
具体实施方式：本发明阳极钢爪专用碰焊机亦称阳极钢爪闪光对焊机，是用于铝电解槽阳极钢爪横梁与钢爪头圆钢棒之间的焊接修复设备。
该设备由焊接变压器(1)、电气控制系统(2)、焊接执行机构(3)、液压系统(4)、水冷系统(5)、气动系统(6)所组成。
本实施例阳极钢爪闪光对焊接机的特点是，圆钢棒全截面对接焊接。可焊接面：直径为130mm-180mm，材料为普通碳素结构钢或低碳铸钢，平均烧化速度为0.8-1.5mm/s，最快烧化速度5mm
阳极钢爪专用碰焊机主要技术参数：
| 输入电源 | 三相DC380V±10％50HZ |
| 焊变压器功率 | DC3×300KVA50％暂载率 |
| 控制系统 | 专用PLC程序控制系统 |
| 夹具油缸压紧力max | 2×1500KN |
| 夹具加压油缸行程 | 100mm |
| 推进油缸顶锻力max | 1000KN |
| 推进油缸行程 | 150mm |
| 闪光速度 | 0-80mm/s可调 |
| 顶锻速度 | 40-120mm/s可调 |
| 最大焊接能力 | 钢爪头最大直径170mm， |
| 焊接工件材质 | A3钢材 |
| 工作节拍 | 30秒/个 |
| 焊接方式 | 接口对接 |
| 焊接质量表述 | 焊接牢固，凸出均匀，无夹渣、未焊透等缺陷。 |
阳极钢爪专用碰焊机的变压器(1)，采用DC3×300KVA电阻焊变压器，在主电路中，采用三柱式三相变压器作为焊接变压器，三个初级绕组分别安装在三个铁芯柱上，并通过一个晶闸管接通，晶闸管按电源相位关系顺次导通。三相次级绕组也分别对应地安装在三个铁芯柱上。根据理想条件，各相 上的变压器绕组、晶闸管、整流管等条件均相同；由于磁通的对称关系，三相电流平衡，铁芯不存在饱和问题。由于整流管的容量有限，次级同一相采用两个整流管，为了获得较佳的均流效果，每相次级线圈分成两组分别与两个整流管相连。为了保证三相负载电流均流，避免电阻焊变压器中产生直流分量，所以，设计一个三相同步触发控制电路，用于顺序触发变压器初级回路中的三个晶闸管，并可根据需要均匀、同步地调节触发角的大小，达到均匀调节焊接电流的目的。
该设备的焊接执行机构(3)由焊接机架(7)、横梁焊接导电定位夹持卡具(8)，对接圆钢棒焊接导电夹持卡具(11)以及对接圆钢棒定向顶锻模具(12)所组成。
该设备的横梁焊接导电定位夹持卡具(8)和对接圆钢棒导焊接电夹持卡具(11)分别与焊接变压器(1)的两个输出导电端头相连接，在进行焊接时作业时，左工件阳极钢爪横梁(9)与右对接圆钢棒(10)进行接触，形成一个串联的直流电路系统。利用其直流电流在对接焊口处产生的闪光及电阻热熔效应对其进行焊接。
横梁焊接导电定位夹持卡具(8)和对接圆钢棒焊接导电夹持卡具(11)采用高导电且较高机械强度的铜合金材料制成，其焊接导电夹持卡具(8)(11)内设置有通水冷却管道，保证焊接导电夹持卡具(8)(11)焊接时不发热、不变形烧损。
该设备的顶压动作部件，采用液压油缸进行驱动，其液压系统(4)的部件由油箱、滤油器、液压泵、溢流阀、流量控制阀、电磁换向阀、压力表、管路、接头及平衡分流阀所组成，并与执行部件液压缸相连接。
该设备的液压系统(4)可对焊接执行机构(3)的横梁焊接导电定位夹 持卡具(8)、对接圆钢棒导焊接电夹持卡具(11)、以及圆钢棒定向顶锻模具(12)的夹紧压力、顶锻压力及顶锻速度进行调节控制，
在进行焊接作业时：液压油缸I(13)驱动顶升架(16)将焊接工件阳极钢爪进行夹紧定位，并与横梁焊接导电定位夹持卡具(8)实施导电连接；液压油缸II(14)驱动对接圆钢棒导焊接电夹持卡具(11)对焊接对接圆钢棒实施导电夹紧连接；液压油缸III(15)驱动对接圆钢棒定向顶锻模具(12)进行顶升后退往复作业。
阳极钢爪头即对接圆钢棒的导向顶锻液压油缸III(15)，采用精确位移开关控制，以准确控制闪光对焊的速度与闪光距离，同时可用不同的闪光工艺曲线来焊接工件。
该设备在液压系统(4)中安装有压力调节阀，可以对单位时间内流过的压力流速进行精确的调节，从而有效的保证了焊接时闪光速度的准确性和一致性，保证了闪光对焊过程的稳定，使焊接工件的焊接接头处夹渣大幅减少内部晶相组织变形量减小，同时工件焊接处质量可靠、牢固美观。
该设备的水冷系统(5)的水路提供变压器、可控硅、次级铜板接头、导电夹持卡具、电极线缆的冷却工作。该设备的水冷系统(5)由接头、分水器、管路组成。该水冷系统设有断水升温保护装置，并独立配置超温报警装置。该设备的水冷系统(5)其水路分成三路，可控硅与变压器(1)一路，输出电极端线缆和导电夹持卡即焊接执行机构(3)即一路，液压系统(4)油冷却一路。
该设备可设置气动系统(6)，该系统由风压机、电磁阀、接头、管路、过滤调压器组成，气缸负责闪光火花保护罩的开启与关闭，同时负责电极清扫焊渣工作。
Claims (7)
1.阳极钢爪专用碰焊机，为铝电解槽用阳极钢爪焊接专用设备，该设备由焊接变压器(1)、电气控制系统(2)、焊接执行机构(3)、液压系统(4)、水冷系统(5)组成，其特征是：该设备的焊接变压器(1)采用三台并联的硅整流变压器组成，其输出工作电流为直流，在两个直流的电极线端点上，串联接入设置有对接圆钢棒焊接导电夹持卡具(11)和阳极钢爪横梁焊接导电定位夹持卡具(8)，在进行焊接工作时，该设备焊接执行机构(3)的横梁焊接导电定位夹持卡具(8)和对接圆钢棒焊接导电夹持卡具(11)，分别与焊接变压器(1)的两个输出工作导电极端头相连接，在进行碰焊焊接时，形成一个串联电路系统，在定向顶锻模具(12)的顶推作用下，使得阳极钢爪头对接圆钢棒(10)与阳极钢爪横梁(9)的接口端产生闪光电阻焊接效应。
2.依据权利要求1所述的阳极钢爪专用碰焊机，其特征是：该设备的电气控制系统(2)由主电路控制板，焊接变压器进电可控硅装置和保护装置，以及微电脑闪光对焊控制器、触摸屏动作控制系统部件组成。
3.依据权利要求1所述的阳极钢爪专用碰焊机，其特征是：该设备的电气控制系统(2)的动作程序控制通过触摸屏的输入/输出的编程设置调整，由触摸屏设置碰焊机主板中的焊接时间、焊接电流；焊接电流控制方式采用微电脑初级恒压控制。
4.依据权利要求1所述的阳极钢爪专用碰焊机，其特征是：该设备焊接执行机构(3)的横梁焊接导电定位夹持卡具(8)、和对接圆钢棒焊接导电夹持卡具(11)采用铜合金材料制成，其焊接导电夹持卡具内设置有通水冷却管道。
5.依据权利要求1所述的阳极钢爪专用碰焊机，其特征是：该设备的焊接执行机构(3)的阳极钢爪横梁(9)焊接导电定位夹持卡具(8)，对 接圆钢棒(10)焊接导电夹持卡具(11)以及对接圆钢棒定向顶锻模具由液压系统的顶升液压油缸进行驱动，其液压系统(4)部件由油箱、滤油器、液压泵、溢流阀、流量控制阀、电磁换向阀、压力表、管路、接头及平衡分流阀所组成，并与液压缸对应相连接。
6.依据权利要求1所述的阳极钢爪专用碰焊机，其特征是：该设备的液压系统(4)可对焊接执行机构(3)的夹紧压力、顶锻压力及顶锻速度进行调节控制。
7.依据权利要求1所述的阳极钢爪专用碰焊机，其特征是：该设备的水冷系统(5)的水路能提供焊接变压器，次级铜板接头、焊接执行机构的焊接导电系统，液压系统的冷却工作，设备的水冷系统其水路分成三路，焊接变压器一路，焊接执行机构一路，液压油冷却一路，由接头、分水器、管路组成，该水冷系统设有断水升温保护装置，并独立配置超温报警装置。
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