300kA铝电解槽阴极钢棒窄缝焊接

300kA铝电解槽阴极钢棒窄缝焊接摘要：论述了300kA铝电解槽阴极方钢棒窄缝焊接技术的探索与应用，通过对窄缝焊接质量的力学试验、和切片分析，及对比试验槽与周围槽炉底压降，槽平均工作电压，电流效率，直流电耗电解工艺。数据统计分析，窄缝焊接试验槽炉底压降有明显降低，槽平均工作电压，交流电单耗也有所下降，表明窄缝焊接起到了很好的节能降耗效果，有着很好的推广应用前景。关键词：300kA电解槽；阴极方钢棒；窄缝焊接；炉底压降；炉底温度；节能降耗在铝电解生产中，无论新建的电解槽还是大修的电解槽，其阴极钢棒都需要焊接。一般采用在焊缝中间加入连接片层层施焊的方式进行焊接。传统的方式是在焊缝中间插入连接片后利用焊条通过电弧高温熔化钢棒与连接钢片，从而实现的焊接操作，以下称之为人工焊。人工焊接时工人可操作的空间非常有限，周围的环境温度极高、工作环境恶劣、在强磁场条件下对焊接效率和焊接质量有较大影响，且存在安全隐患。而全截面窄缝焊接能有效地避免人工操作中的缺点，避免磁场影响，降低焊接压降，得到良好的节能效果。本文通过在山西新材料300KA电解槽进行焊接试验，验证该技术的可靠性。一、全截面窄缝焊焊接工艺本工艺（下文简称窄缝焊）使用的是一种用于电解铝厂的阴极钢棒焊接设备，包括焊机小车和焊机电源。通过安装的摆动器熔嘴夹持器使焊丝在新旧钢棒之间引弧施焊，使钢棒两端局部熔化在制作好的熔池内，并与熔丝相互融合形成良好的焊缝，焊缝厚度一般在30-50mm左右。１、工艺流程⑴对接钢棒头：中心轴线偏差不大于2mm；⑵放置引弧钢板：引弧钢板底面与钢棒底面需要在同一水平面（如图１ａ）；⑶使用高铝耐火泥安装模具，形成一个开上口的熔池，并用卡具固定好；⑷调整熔嘴位置，设置好焊接参数，开始实施焊接；⑸焊接结束，待冷却后拆卸模具并检查焊接质量图1对接钢棒-放置引弧板图2支模焊接图3焊接后２、施焊与焊后检查选择待焊接的电解槽钢棒，对其进行清理之后，按照上述的工艺流程进行施焊，施焊过程中要控制好焊接电流与电压，电流过大时焊接温度过高，会熔化掉较多钢棒，出现熔穿现象。电压过高则在启弧时容易击穿引弧钢板底，使焊液沿着底部流走，并接触到槽壳钢壳造成漏电现象。焊接后，待焊口冷却，检查焊接质量，主要从焊接表面是否光滑、有无漏焊、焊接压降以及焊接处敲击声音测试等方面来综合评价焊接质量。图1外观检查图2压降检测图3敲击声音测试⑴外观检查：焊接过程中观察钢棒发红程度，测量到一组钢棒从焊缝向外侧发红延伸约7cm，可认为熔池铁水与母材融合良好，去除模具打扫干净后检查焊接表面焊缝、焊肉饱满，外观上犹如一体。⑵敲击声音检测：使用手锤敲击焊口两端钢棒，声音清脆且一致，说明焊接不存在虚焊、漏焊情况。⑶压降测量：用万用表进行测量数据显示，窄缝焊最大压降0.73ｍＶ，平均压降0.66ｍＶ，压降测量结果见表１。焊接类型12345678910平均压降窄缝焊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平均压降3、焊接性能表征与槽内运行跟踪⑴焊接性能表征焊接后截取焊接部位20cm，用线切割机纵向切割厚度为5mm，长度为20cm的切片，采用万能试验机做弯曲试验，测试标准参考：GB/T232-2010《金属材料弯曲试验方法》。同条件下做空白钢棒（无焊接的钢棒截取一段）作为对比试验，从切片的表面形态来看，试验组焊材与母材焊接界面无焊缝，焊接融合情况较好。将焊接好的钢棒从1/4处和1/2处分别取样，并将母材做对比样，使用200KN的力将试样压变形至180°角，观察试样是否存在裂纹。从测试结果来看，焊接试样未见裂纹，而母材试样出现尺寸约为0.52mm的裂口。焊接试样的抗弯曲强度优于母材试样，说明窄缝焊焊接效果较好。图1切片检查图2抗折弯测试4、槽内运行跟踪电解槽启动后对该电解槽运行情况进行跟踪，主要测试了运行过程中炉底压降及钢棒温度。启动后窄缝焊接的电解槽炉底压降更低。窄缝焊炉底压降平均为210mv，传统焊接炉底压降平均为230mv，平均降低200mv，启动后窄缝焊接的电解槽阴极钢棒温度分布均匀，均低于人工焊。焊接类型位置12345678910平均温度窄缝焊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、两种焊接方式比较（１）人工焊接方式受磁场影响焊接过程中焊枪受力产生摆动，常常会出现磁偏吹现象，焊肉不粘连、气孔率高，焊接起弧困难，造成焊缝处融合不完全，存在夹渣、裂纹、气孔、咬边等缺陷，在后期生产过程中更容易出现断裂。而窄缝焊设置熔池，焊液在熔池内逐渐冷却至凝固，不存在焊肉不粘连，漏焊虚焊等问题。（２）人工焊接时工作环境恶劣、环境温度极高、操作空间有限，个别立柱母线挡住部分钢棒头，更加不便于人工操作，加之焊接时工人的焊接水平参差不齐，对焊接效率和焊接质量都有较大影响。电解槽刨炉大修时发现，人工焊接的钢棒头化断、折断情况较多，从而反映出人工焊接存在虚焊、漏焊的问题。而窄缝焊接可实现全槽内部焊接，各位置焊接质量基本一致，差异小。（３）启动后期（３个月后），人工焊接压降波动较大（１０～６０ｍＶ），达不到良好的导电效果。在实际的使用的过程中，在焊缝位置处电阻和压降较大，一方面会造成电解槽电流偏流，影响整台电解槽的稳定性：另一方面又会造成吨铝直流电耗增加。（４）窄缝焊接为一次性焊接，基本48小时内可以完成焊接，相比人工焊接不需要在每焊完一层后都要停下除去焊渣，平均每台槽节约１～２天的焊接时间，缩短大修工期。（5）窄缝焊接采用的设备具有通用性强，能够适用于各种系列电解槽的不同规格的阴极钢棒的焊接要求，焊接效率高，焊缝处电阻小、压降低，可降低电耗，有利于整个铝电解槽的正常运行和安全生产。三、结语采用