电解槽阳极导杆与钢爪热熔焊接的方法与流程

本发明涉及一种电解槽阳极导杆与钢爪热熔焊接的方法。

背景技术：

随着电解铝生产规模的大型化和电解槽槽型大型化，电解槽阳极导杆和钢爪的需求量也随之增大，其两者的焊接结合是一个不容忽视的问题。

就国内目前采用预焙阳极的大多数电解铝厂家来说，阳极导杆中铸钢爪架和铝棒的连接多采用钢-铝复合片（爆炸块）连接过渡的方式。铸钢爪架和钢-铝复合片中的钢片通过焊缝连接，钢-钢焊缝的强度基本上接近母材强度；铝棒和钢-铝复合片中的铝片则通过铝-铝焊接连接，由于铝-铝焊缝在工作中不仅承担导电作用，还要承载1吨的重量（其中钢爪架210kg、D型碳块830kg），因此对其强度和导电能力要求较高。而铝-铝焊缝与母材或钢-铝复合片的接头相比，强度要低得多，加之有效连接面积较少，因此，阳极导杆与爆炸块之间的铝-铝焊缝无论强度还是导电能力都成为整个阳极导杆最薄弱的部分，导杆运输过程或在电解槽中受热、受外力作用造成铝焊缝脱落、开裂，由此带来的是阳极块报废、导杆返回修理、生产效率降低。此外，爆炸元件处温度高，运行中爆炸元件因过热铝质部分和钢质部分容易发生局部脱开，影响导电，同时给生产带来安全隐患，因此有很大一部分钢爪在寿命周期内需要更换爆炸元件，即重新进行焊接，这样即增加了电耗，又增加生产运行成本。

目前采用的另一种连接方式为在进行导杆钢爪焊接时，钢-钢焊缝采用二氧化碳气体保护焊接的方式，其焊缝强度高，焊缝成型较好，故此工艺能满足使用要求；铝-铝焊接采用的是熔化极氩气保护焊接的方式。该方法缺点在于：铝和氧的亲合力很强，在空气中容易与氧生成一层致密的氧化薄膜(熔点约2050℃)，焊接时如未能将其清除，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，易造成夹渣；氧化铝薄易吸附水份，焊接时会促使焊缝生成气孔。 其次，因为铝的热导率大、金属传热快，焊接中大量的热能被迅速传导到基体金属内部，焊接时若要达到与钢相同的焊速，则焊接热输入要比焊钢时大2～4倍。为获得高质量的焊接接头，必须采用能量集中、功率大的焊接热源；铝的线膨胀系数约为钢的2倍，凝固时体积收缩率达6.5％～6.6％，因此易产生变形；另外在焊缝金属形成晶间裂纹和热影响区形成液化裂纹的倾向较大；其次气孔的产生往往是由于环境中的水分产生的。因为铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及析出，极易形成氢气孔。弧柱气氛中的水分、及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源。特别是阴雨天气空气湿度大、气候返潮时焊接材料和母材表面氧化膜（Al₂O₃）更容易聚集水分，这时焊接产生气孔的机率更大。因此，铝及铝合金的焊接对环境的湿度和空气、焊接材料中的水分较为敏感。以上这些缺陷都会降低焊缝强度。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有电解槽阳极导杆与钢爪焊接的缺陷，提供了一种电解槽阳极导杆与钢爪热熔焊接的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

电解槽阳极导杆与钢爪热熔焊接的方法，包括如下步骤：

第一步，制作焊缝的加强结构模具；

第二步，将加强结构模具焊接到钢爪上，再在加强结构模具的周边加焊钢板，使钢板与模具之间形成腔体，在腔体内塞入用水玻璃粘合的石棉绒，夯实修平；

第三步，对钢爪进行预热，待焊接面温度达到700℃以上后迅速取下装到焊接架上；

第四步，将阳极导杆放入加强结构模具内，然后将阳极导杆和钢爪固定；

第五步，定位紧固后，用泥巴封堵加强结构模具外沿与阳极导杆和钢爪之间的缝隙；

第六步，步骤五完成后加热钢爪焊接面，使温度上升到1100℃以上；

第七步，将焊剂装入坩埚桶内，插入火柴，将坩埚固定在焊接架上，并位于浇口上方；

第八步，点燃火柴，使焊剂反应，反应溶液流入浇口，焊缝自然冷却后，清除浇口上部熔渣，完成阳极导杆与钢爪的焊接。

本发明直接将阳极导杆与钢爪焊接在一起，将现有3处接触压降变为一处，从而降低压降，焊口处压降由目前15-30毫伏，降到5-10毫伏，降低10-20毫伏，同时焊缝处设计有加强结构，使阳极导杆-钢爪焊接面不受力，力量全部卸在加强结构上，确保了铝钢结合面的永久结合，焊面牢固不会开裂，避免了生产安全隐患。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是加强结构模具的结构示意图；

图2是热熔焊接的安装结构示意图，其中，1为钢爪，2为加强结构模具，3为钢板，4为填充的石棉绒；

图3是加强结构模具外沿的封堵示意图，11为阳极导杆。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

电解槽阳极导杆与钢爪（铝钢）热熔焊接施工步骤如下：

第一步，材料准备，完成此焊接工艺需准备以下材料：钢铝热熔焊剂（焊剂由20wt%铝粉、64wt%氧化铁粉、2.39wt%合金添加剂和余量造渣剂组成，合金添加剂为铬、硅、锰，造渣剂为CaF₂或NaF）、反应坩埚、加热装置（预热炉、加热枪）、水玻璃、石棉绒、泥巴、焊接架、焊缝的加强结构模具。

第二步，采用焊条电弧焊将加强结构模具焊接到钢爪上，采用多层多道堆焊焊接，焊接好的加强结构模具如图1所示，在加强结构模具的其中一面预留有后热熔焊用的浇口。焊接完成后需在加强结构模具已焊合的三边外层距模具2cm各再加焊一块16mm的钢板，钢板与模具之间形成腔体，在此腔体内塞入用水玻璃粘合的石棉绒，夯实修平（与模具上表面平齐）。

第三步，将钢爪放到预热炉（炭火炉）上预热3小时，待焊接面温度达到700℃以上后迅速取下，装到焊接架上，如图2所示。

第四步，利用焊接架的定位装置，将阳极导杆的一端放入钢爪的加强结构模具内，深入3cm，然后将阳极导杆和钢爪紧固，保证其相对位置。

第五步，在定位紧固阳极导杆和钢爪后，在加强结构模具的外沿加糊一层泥巴，将模具外沿（左侧、右侧、底部）与阳极导杆和钢爪之间的缝隙封堵好，浇口一侧不糊泥巴，如图3所示。

第六步：完成以上工序后用加热枪加热钢爪焊接面，使其温度上升到1100℃。

第七步，将钢铝热熔焊剂装入坩埚桶内，插入火柴，找准浇筑位置后（浇筑位置以浇筑料能顺利的流入浇口且其不偏移浇筑口中心位置为宜）将坩埚固定在焊接架上，坩埚底部距离浇筑口上方5厘米。

第八步，点燃火柴，焊剂起反应，反应溶液流入浇口，完成焊接，然后待焊缝自然冷却后清除浇口上部的熔渣，取下工件，完成整个焊接。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。