电解槽摇篮架制作工艺及反变形控制

1、 电解槽摇篮架制作工艺及反变形控制摘要：以阿根廷ALUAR电解工程摇篮架制作为例，详细阐述电解槽摇篮架制作工艺，并针对制作过程中的各项技术难点和关键因素，提出一整套防止变形、控制尺寸的解决方案，最后形成了一套以欧洲标准制作验收的摇篮架施工方案。关键词：摇篮架 翼板 冷作工 钢结构制作 施工方案 反变形前言摇篮槽壳是电解铝生产中的重要设备，而摇篮架则是摇篮槽壳的重要部件，在实际生产中，由于强电流和强磁场及高温的环境，摇篮架不但承受巨大的压力、而且还承受槽壳膨胀的撑力。因此我们认为摇篮架不仅是承载结构，并且是一个非标焊接设备的重要部件。以阿根廷ALUAR电解工程摇篮架制作为例，其在放样和号料多为不

2、规则形状，焊缝多为连续焊缝，焊接热变形通过释放，焊后收缩及易超差，特别是上口尺寸难以得到保证，而摇篮架的上口尺寸精确度是确保整槽壳组装的关键因素，且阿根廷ALUAR电解工程摇篮架制作不允许火焰矫正（以欧标制作、验收），因此必须采用先进的制造方式和焊接工艺来控制好摇篮架上口尺寸，才能满足摇篮槽壳的组装。针对以上特点，我们通过参阅有关资料结合自己多年的钢结构制作经验，提出一整套的解决方案，增加摇篮架上口宽度（增加到48），采用要求的电流、电压及速度进行焊接，焊接完毕后使其自然冷却，充分利用反变形的技术，不用任何外力而使摇篮架（允差0，4）达到技术要求，保证了摇篮槽壳的装配质量。最后形成了一套以欧洲

3、标准制作验收的摇篮架施工方案。一、摇篮架制作技术要求摇篮架总宽4950mm（允差±5mm）；摇篮架总高1890mm（允差±2mm）；摇篮架外缘宽度（翼板宽度）220mm（允差±1.5mm）；摇篮架下口尺寸4085mm（允差±2mm）；摇篮架上口尺寸4085mm，（允差04mm）；摇篮架内高1305mm（允差±2mm）。要求先制作出两根两根摇篮架，待焊接完毕、检验合格后方可进行批量制作。零件切割检查记录表、组装检查记录、施焊纪录、架装配清单及下料的排版图必须完整、属实，严格做好摇篮架及各零件的编号及打钢印工作，做到材料的可追溯性、保证交工资料完整

4、性。并随时接受业主的检查。在生产制作过程中，严格遵守业主提供的规范和技术说明。二、工艺流程施工准备材料入库验收排版放样下料切割零件矫正组对焊接外观处理交工验收2.1 施工准备施工准备是整个工程的前期制作与后期安装的重要保障，准备充足与否关系到整个工程进度的顺利进行，一定要认识到其重要性。准备好欧洲验收规范及有关质量控制文件，熟悉和审查图纸，将图纸中存在的问题和建议及时与外商沟通，并通过监理（英国摩迪公司）进行会审定论，向参加施工的全体人员进行技术交底,提高全员的安全质量意识。2.2 材料入库验收摇篮架使用的钢板有：10、15、30三种规格，材质的欧洲标准为S235J0（对应中国钢材标准为Q23

5、5C）。供货商把材料运到基地，经材料员验收长度、宽度、厚度、均达规范要求；材质、炉号、批号与材质证都一一对应，登记完毕后方可入库，并认真做好材料检验记录。 2.3 排版放样下料前先到仓库材料保管员处询问所需钢板的规格，根据材料的规格在A4纸上进行排版，经专职质检员或技术员签字批准后方可到仓库领料。然后再进行实际放样，先测量总长及总宽，后分尺寸，不得分段丈量相加，避免偏差积累。放样允许偏差宽度±0.5、对角线±1、孔距±0.5。2.4 下料切割翼板、底部腹板下料时要严格按照图纸尺寸进行下料，并加以复查。划线时要有下料中心线、检查线和加工线，并打伤样冲，作出明显标记，

6、然后用半自动进行切割；垂直腹板与角部腹板为不规则形状，且技术要求精度很高，必须由数控切割机切割；小筋板为了保证精确度，须加工样板，用仿型切割机切割。各个零件切割前必须打上零件编号，从零件编号上就能查找出该零件材料的炉号、批号，做到材料的可追溯性。下表中零件编号前三位×××代表炉号、批号的缩写。零件清单（每台）零件编号零件名称数量（块）厚度（）材 质×××C20翼板1315/30Q235C×××C21垂直腹板2610Q235C×××C22水平腹板1310/15Q235C

7、5;××C23筋板15215Q235C×××C24筋板25215Q235C2.5 零件矫正摇篮架在组装前各零件必须进行矫正，矫正时可以采取捶击方式矫正，也可以采用压力机矫正，但不能采用火焰矫正（欧洲标准：不允许对构件做火焰矫正）。矫正后的零件表面不能有明显的凹面损伤现象，表面划痕深度不大于0.5。矫正检验合格，修补气割缺陷、打磨飞楞、毛边，外观质量达到验收标准后方可组装。2.6 组装焊接用翼板折弯胎具，压制好摇篮架U型冀板；用摇篮架腹板胎具拼接好摇篮架腹板；把加工好的腹板、翼板放置在摇篮架组装胎具上，先预紧楔铁调整好腹板对应翼板的中心偏差，然后

8、将楔铁卡具打紧，检查翼板是否贴紧腹板，腹板与翼板完全吻合后电焊点固，再按装配尺寸组装上两角部斜筋板、直筋板，松开楔铁卡具把摇篮架吊出胎具，翻转之另一面组装上两角部斜筋板、直筋板，打凿上摇篮架编号、统计完摇篮架装配清单、吊装到焊接区内方可焊接。焊接要求必须用CO2气体保护焊、采用要求的电流、电压及速度进行焊接，焊接完毕后使其自然冷却。2.7 外观处理及交工验收把焊接好的摇篮架吊装到外观处理区内，检查摇篮架焊缝的外观质量，对有缺陷的地方进行修补，用角向磨光机进行修磨、清除飞溅。自检合格后吊装到待验区，并间隔600摆放整齐，由质量工程师组织各施工队质检员进行初检，初检合格后邀请英国摩迪公司监理与甲方

9、进行验收。三、胎具的制作及反变形原理摇篮架的胎具制作，其作用就是为了降低劳动强度，保证摇篮架的几何尺寸，使整个工程能顺利进行。在胎具的制作中，我们依据理论知识并结合多年的工作经验，制作出三种胎具：翼板折弯胎具、腹板拼接胎具、摇篮架组装胎具。3.1 翼板折弯胎具就是把它安装到压力机上压制摇篮架U型冀板（如下图），翼板角部圆弧R75mm成90度夹角，为了保证翼板压制成型后的角部圆弧及夹角精度，要求上胎圆钢直径在145146mm之间，压制回弹后角部圆弧R正好达到75mm，大于这个数据则圆弧R增大，反之则小；调整压制时翼板下面与上胎上面之间的垫铁来控制90度夹角；内口尺寸则是按折弯线进行压制，实际压制

10、成后内口尺寸偏大或偏小，以偏大或偏小的数据调整折弯线，就能保证压制出的U型冀板符合图纸要求。3.2 摇篮架腹板胎具是一个简单的胎具，其制作方法是地板上放出摇篮架侧板的大样图，以中心线向两边均匀扩展，使上口尺寸固定到8mm，然后在大样图周围分段点焊上30×30×20的挡板即可（如下图）。腹板胎具是把不同规格的底部腹板、角部腹板、垂直腹板拼接在一起，然后在上面完成焊接。拼接时要求腹板V型破口（单面焊双面成型）、钝边12mm 、2.5mm 范围之内。其作用第一是让拼接焊缝完全溶合，保证焊接质量；第二是让在胎具上焊接的每块腹板收缩量尽可能保持一致。焊接时要求焊丝1.2mm，第一遍焊

11、接电流150160A、电压21V, 第二与第三遍焊接电流200220A、电压2324V, 第四遍封面焊接电流170180A、电压2122V。对焊接参数的要求主要是为了保证焊接质量，同时腹板在胎具上焊接时受到热变形的影响也基本保持一致，使自然冷却后的腹板上口尺寸控制在48mm范围之内。3.3、摇篮架组装胎具是一个立体胎具，它的制作同胎具的大样，只是把腹板胎具抬高到冀板1/25高度，内围按一定的间距设立9块固定挡板，外围按一定的间距、离边线50mm的间隙设立11块楔铁挡板，准备好11块楔铁即可（如下图）。它的作用第一是为了降低劳动强度，第二是为了保证组装好的摇篮架上口尺寸能控制在48mm范围之内。

12、只需要在上面组装，不需要在上面焊接，焊接时要求采用平角焊缝，焊丝1.2mm，第一遍焊接电流120140A、电压1819V, 第二遍焊接电流160180A、电压2021V, 第三遍焊接电流160180A、电压2021V。对焊接参数的要求主要还是为了保证焊接质量，因焊接时受到热变形的影响相同，冷却后收缩量也基本一致（经试验所得在4mm左右），所以，焊接后的摇篮架上口尺寸能控制在03mm范围之内，满足整个摇篮槽壳的组装要求。结论本工程按照欧洲验收的规范及技术要求进行制作。为保证摇篮架焊接后的几何尺寸，我们在制作过程中利用反变形的原理，对摇篮架上口尺寸进行了48加大，用指定的电流、电压及速度进行焊接，合格率达到100、优良率达到90以上，顺利的通过了英国摩迪公司监理与甲方的验收。我们通过试验得出了一套宝贵的反变形数据，这样精确的反变形数据，在国内同行业的有关资料上从无记载。这一重大成果为今后的欧洲电解工程提供了良好的参考价值，为长铝建走向国际市场积累了宝贵的经验。参考文献1）ISO 2768-mk一般公差（General tolerance）2）DIN 8570一般焊接公差（General tolerance of welding design）3）DIN EN ISO 13920一般焊 接公差4）GB5002693工程测量规范5）GB503002001建筑安装工程质量验收标准6）