300kA鋁電解槽陰極鋼棒窄縫焊接

300kA鋁電解槽陰極鋼棒窄縫焊接摘要：論述了300kA鋁電解槽陰極方鋼棒窄縫焊接技術(shù)的探索與應(yīng)用，通過(guò)對(duì)窄縫焊接質(zhì)量的力學(xué)試驗(yàn)、和切片分析，及對(duì)比試驗(yàn)槽與周圍槽爐底壓降，槽平均工作電壓，電流效率，直流電耗電解工藝。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，窄縫焊接試驗(yàn)槽爐底壓降有明顯降低，槽平均工作電壓，交流電單耗也有所下降，表明窄縫焊接起到了很好的節(jié)能降耗效果，有著很好的推廣應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：300kA電解槽；陰極方鋼棒；窄縫焊接；爐底壓降；爐底溫度；節(jié)能降耗在鋁電解生產(chǎn)中，無(wú)論新建的電解槽還是大修的電解槽，其陰極鋼棒都需要焊接。一般采用在焊縫中間加入連接片層層施焊的方式進(jìn)行焊接。傳統(tǒng)的方式是在焊縫中間插入連接片后利用焊條通過(guò)電弧高溫熔化鋼棒與連接鋼片，從而實(shí)現(xiàn)的焊接操作，以下稱之為人工焊。人工焊接時(shí)工人可操作的空間非常有限，周圍的環(huán)境溫度極高、工作環(huán)境惡劣、在強(qiáng)磁場(chǎng)條件下對(duì)焊接效率和焊接質(zhì)量有較大影響，且存在安全隱患。而全截面窄縫焊接能有效地避免人工操作中的缺點(diǎn)，避免磁場(chǎng)影響，降低焊接壓降，得到良好的節(jié)能效果。本文通過(guò)在山西新材料300KA電解槽進(jìn)行焊接試驗(yàn)，驗(yàn)證該技術(shù)的可靠性。一、全截面窄縫焊焊接工藝本工藝（下文簡(jiǎn)稱窄縫焊）使用的是一種用于電解鋁廠的陰極鋼棒焊接設(shè)備，包括焊機(jī)小車和焊機(jī)電源。通過(guò)安裝的擺動(dòng)器熔嘴夾持器使焊絲在新舊鋼棒之間引弧施焊，使鋼棒兩端局部熔化在制作好的熔池內(nèi)，并與熔絲相互融合形成良好的焊縫，焊縫厚度一般在30-50mm左右。１、工藝流程⑴對(duì)接鋼棒頭：中心軸線偏差不大于2mm；⑵放置引弧鋼板：引弧鋼板底面與鋼棒底面需要在同一水平面（如圖１ａ）；⑶使用高鋁耐火泥安裝模具，形成一個(gè)開(kāi)上口的熔池，并用卡具固定好；⑷調(diào)整熔嘴位置，設(shè)置好焊接參數(shù)，開(kāi)始實(shí)施焊接；⑸焊接結(jié)束，待冷卻后拆卸模具并檢查焊接質(zhì)量圖1對(duì)接鋼棒-放置引弧板圖2支模焊接圖3焊接后２、施焊與焊后檢查選擇待焊接的電解槽鋼棒，對(duì)其進(jìn)行清理之后，按照上述的工藝流程進(jìn)行施焊，施焊過(guò)程中要控制好焊接電流與電壓，電流過(guò)大時(shí)焊接溫度過(guò)高，會(huì)熔化掉較多鋼棒，出現(xiàn)熔穿現(xiàn)象。電壓過(guò)高則在啟弧時(shí)容易擊穿引弧鋼板底，使焊液沿著底部流走，并接觸到槽殼鋼殼造成漏電現(xiàn)象。焊接后，待焊口冷卻，檢查焊接質(zhì)量，主要從焊接表面是否光滑、有無(wú)漏焊、焊接壓降以及焊接處敲擊聲音測(cè)試等方面來(lái)綜合評(píng)價(jià)焊接質(zhì)量。圖1外觀檢查圖2壓降檢測(cè)圖3敲擊聲音測(cè)試⑴外觀檢查：焊接過(guò)程中觀察鋼棒發(fā)紅程度，測(cè)量到一組鋼棒從焊縫向外側(cè)發(fā)紅延伸約7cm，可認(rèn)為熔池鐵水與母材融合良好，去除模具打掃干凈后檢查焊接表面焊縫、焊肉飽滿，外觀上猶如一體。⑵敲擊聲音檢測(cè)：使用手錘敲擊焊口兩端鋼棒，聲音清脆且一致，說(shuō)明焊接不存在虛焊、漏焊情況。⑶壓降測(cè)量：用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，窄縫焊最大壓降0.73ｍＶ，平均壓降0.66ｍＶ，壓降測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表１。焊接類型12345678910平均壓降窄縫焊0.620.710.720.630.590.690.660.590.660.730.66人工焊9.310.214.913.215.614.210.610.711.811.612.21表1平均壓降3、焊接性能表征與槽內(nèi)運(yùn)行跟蹤⑴焊接性能表征焊接后截取焊接部位20cm，用線切割機(jī)縱向切割厚度為5mm，長(zhǎng)度為20cm的切片，采用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)做彎曲試驗(yàn)，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)參考：GB/T232-2010《金屬材料彎曲試驗(yàn)方法》。同條件下做空白鋼棒（無(wú)焊接的鋼棒截取一段）作為對(duì)比試驗(yàn)，從切片的表面形態(tài)來(lái)看，試驗(yàn)組焊材與母材焊接界面無(wú)焊縫，焊接融合情況較好。將焊接好的鋼棒從1/4處和1/2處分別取樣，并將母材做對(duì)比樣，使用200KN的力將試樣壓變形至180°角，觀察試樣是否存在裂紋。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，焊接試樣未見(jiàn)裂紋，而母材試樣出現(xiàn)尺寸約為0.52mm的裂口。焊接試樣的抗彎曲強(qiáng)度優(yōu)于母材試樣，說(shuō)明窄縫焊焊接效果較好。圖1切片檢查圖2抗折彎測(cè)試4、槽內(nèi)運(yùn)行跟蹤電解槽啟動(dòng)后對(duì)該電解槽運(yùn)行情況進(jìn)行跟蹤，主要測(cè)試了運(yùn)行過(guò)程中爐底壓降及鋼棒溫度。啟動(dòng)后窄縫焊接的電解槽爐底壓降更低。窄縫焊爐底壓降平均為210mv，傳統(tǒng)焊接爐底壓降平均為230mv，平均降低200mv，啟動(dòng)后窄縫焊接的電解槽陰極鋼棒溫度分布均勻，均低于人工焊。焊接類型位置12345678910平均溫度窄縫焊A面250.5223.5211.2255.7230.2264.2225.8227.8218.3233.5234.07B面184.1184.6216.4179.5190.6211.4238.8245.1243.2232.2212.59人工焊A面292.1227.7295248.6247.7271.9199274.3277.1287.6262.1B面263.6237.9195195220.3209.1217.9220.4222202.1218.33二、兩種焊接方式比較（１）人工焊接方式受磁場(chǎng)影響焊接過(guò)程中焊槍受力產(chǎn)生擺動(dòng)，常常會(huì)出現(xiàn)磁偏吹現(xiàn)象，焊肉不粘連、氣孔率高，焊接起弧困難，造成焊縫處融合不完全，存在夾渣、裂紋、氣孔、咬邊等缺陷，在后期生產(chǎn)過(guò)程中更容易出現(xiàn)斷裂。而窄縫焊設(shè)置熔池，焊液在熔池內(nèi)逐漸冷卻至凝固，不存在焊肉不粘連，漏焊虛焊等問(wèn)題。（２）人工焊接時(shí)工作環(huán)境惡劣、環(huán)境溫度極高、操作空間有限，個(gè)別立柱母線擋住部分鋼棒頭，更加不便于人工操作，加之焊接時(shí)工人的焊接水平參差不齊，對(duì)焊接效率和焊接質(zhì)量都有較大影響。電解槽刨爐大修時(shí)發(fā)現(xiàn)，人工焊接的鋼棒頭化斷、折斷情況較多，從而反映出人工焊接存在虛焊、漏焊的問(wèn)題。而窄縫焊接可實(shí)現(xiàn)全槽內(nèi)部焊接，各位置焊接質(zhì)量基本一致，差異小。（３）啟動(dòng)后期（３個(gè)月后），人工焊接壓降波動(dòng)較大（１０～６０ｍＶ），達(dá)不到良好的導(dǎo)電效果。在實(shí)際的使用的過(guò)程中，在焊縫位置處電阻和壓降較大，一方面會(huì)造成電解槽電流偏流，影響整臺(tái)電解槽的穩(wěn)定性：另一方面又會(huì)造成噸鋁直流電耗增加。（４）窄縫焊接為一次性焊接，基本48小時(shí)內(nèi)可以完成焊接，相比人工焊接不需要在每焊完一層后都要停下除去焊渣，平均每臺(tái)槽節(jié)約１～２天的焊接時(shí)間，縮短大修工期。（5）窄縫焊接采用的設(shè)備具有通用性強(qiáng)，能夠適用于各種系列電解槽的不同規(guī)格的陰極鋼棒的焊接要求，焊接效率高，焊縫處電阻小、壓降低，可降低電耗，有利于整個(gè)鋁電解槽的正常運(yùn)行和安全生產(chǎn)。三、結(jié)語(yǔ)采用