一種垂直鋁母線的焊接方法與流程

本發明屬于電解鋁行業，具體涉及一種相互垂直且兩母線之間有一定距離的鋁母線的焊接方法。

背景技術：

近年來，我國鋁工業迅猛發展，電解鋁產量已雄居世界首位，鋁生產技術在許多方面達到或接近世界先進水平。在電解鋁生產中，為提高電流效率及鋁的產量，鋁電解槽的電流強度呈上升趨勢，這也意味著電解槽處于更強的磁場中。在電解鋁過程中，直流電通過陰極鋼棒進入母線系統，鋁母線在傳輸強電流的過程勢必會造成周圍磁場強度過大。目前國內外300-600KA電解槽由于焊接部位磁場強度過大，無法在生產系列處于全電流工況下實現焊接作業，停電或降低系列電流均嚴重影響正常生產，造成巨大經濟損失。因此，鋁廠一般通過電解槽底部母線，對各立柱母線進行分流，達到降低磁場的目的。此外，有些情況下鋁廠也需要通過立柱母線進行補償電流。能否在不停電的情況下，將垂直分布的立柱鋁母線和水平母線連接起來成為一個迫切需要解決的技術難關。

針對以上難題，大量企業、高校研究人員投入該領域，并取得了一系列研究成果。如申請號為201510453431.8的發明專利“一種鋁電解槽陰極軟母帶與鋁母線的原位不停電焊接方法”中，利用放熱焊接直接完成了軟母帶與鋁母線之間的連接，實現了在不停電的情況下完成對軟母線修復的技術難題。在申請號為200810153133.7的發明專利中“電解槽鋁母線帶電焊接方法”中，通過在爆炸焊接快的前方放置一不銹鋼屏蔽環，進行磁場屏蔽，然后進行常規的連接鋼板堆焊焊接，割除爆炸焊接塊和陰極鋁軟帶，最后用連接鋼板將陰極鋼棒和新的爆炸焊接塊用焊接的方法連接起來；并將新的陰極鋁軟帶焊接在爆炸焊接塊上，從而實現不停電維修。在申請號為201110096687.X的發明專利“水平敷設大截面鋁母線焊接施工方法”中，是將需要焊接的鋁母線組對固定后放置于一個帶有加熱器的焊接熔池結晶槽內，采用半自動熔化極MIG雙脈沖氬弧焊焊接的同時將鋁條做為焊接材料直接插入熔池焊接。與現有技術相比，填充焊接材料可降低熔池溫度并提高焊接速度，結晶槽在焊接過程中對焊接部位進行加熱，減少了焊縫的氣孔生成，有利于減少焊接變形和熱裂紋。在申請號為201210299900.1的發明專利“一種鋁電解槽陰極軟母線系列不停電焊接方法”中，是在當電解槽陰極軟母線損傷需要更換或修復時，將需要修復的陰極軟母線連同爆炸塊從原有部位拆卸下來，將事先已經焊接好的過渡鋁塊、軟母線與爆炸塊的整體用來取代拆卸下來的部件，用鋼連接片黑色焊完成對陰極鋼棒和爆炸塊之間的連接，用鋁-鋁放熱焊完成過渡鋁塊與槽周圍母線之間的連接，該作業在系列電解槽不停電的狀態下完成，對系列電解槽生產沒有任何影響，到修復目的。

以上各種方法，一般都是針對鋁電解軟母帶與鋁母線之間的焊接修復，或為不同程度的鋁母線焊接修復。并且或多或少存在通用性差、操作過程復雜、焊縫出現未熔合等缺點。在發明“水平敷設大截面鋁母線焊接施工方法”中，雖然實現了大截面鋁母線的焊接連接，但僅能用于水平敷設的鋁母線，對垂直放置的鋁母線焊接不適用。基于以上原因，發明人欲提供一種基于垂直放置的且兩母線之間有一定距離的鋁母線的不停電焊接方法。

技術實現要素：

針對現有技術存在的問題，本發明為解決現有技術中存在的問題采用的技術方案如下：

一種垂直鋁母線的焊接方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一、現場測量和結構設計：測量兩待連接鋁母線的尺寸及其相對放置位置，對過渡鋁塊進行結構設計；

步驟二、加工鋁塊：根據已測量的鋁母線尺寸，和設計好的鋁塊結構，預先在車間外加工或鑄造出一端帶有凹槽的鋁塊；

步驟三、表面清理：將待焊立柱母線的下端與水平放置母線的上端或側端，以及用于連接兩母線的過渡鋁塊待焊部位進行打磨，除去表面油污及氧化膜；

步驟四、焊前定位：將鋁塊放置在兩待焊母線之間，鋁塊帶有凹槽的一端放置在立柱母線的正下方，鋁塊側端靠近水平母線待焊部位；

步驟五、焊前預熱：將待焊接鋁母線以及用于連接的鋁塊進行焊前預熱，預熱溫度為300-400℃；

步驟六、原位放熱焊接：將用于放熱焊接的石墨模具放置在合適位置，模具下方小孔用擋片封住，稱取適量自蔓延焊粉，裝入模具中，并在其表面撒上引火粉，點燃引線引發放熱反應，高溫金屬液由于重力及毛細作用經由模具底部小孔流入待焊接縫隙中；

步驟七、焊后處理：待金屬液冷卻后，拆卸下模具，清理焊渣，再根據平整度要求對焊接接頭進行打磨處理。

所述步驟四中鋁塊上凹槽兩側壁與立柱母線之間的間隙均為10-15mm，底面與鋁塊之間的間隙為5-10mm，鋁塊側端與水平母線之間留10-15mm間隙。

所述的步驟一和步驟二中的鋁塊為純鋁或鋁硅合金。

所述的步驟一和步驟二中的鋁塊尺寸根據兩垂直母線的尺寸及放置位置決定。

所述的步驟一和步驟二中的鋁塊形狀為帶凹槽的矩形、T形、L形等，當兩母線電流較大且水平母線位于立柱母線的左右兩側或下方時，鋁塊為矩形或L形；當兩母線電流較小且水平鋁塊位于垂直母線的左右兩側或下方時，鋁塊為L形或T形。

所述的步驟五中焊前預熱設備為氧-乙炔焰、城市煤氣或液化石油氣等無需用電的加熱設備。

所述的步驟六中擋片為鋁箔，鋁箔厚度小于3mm。

所述的步驟六中自蔓延焊粉組分按質量百分比可以為：氧化銅17-19%，五氧化二釩12-14%，二氧化錫13-15%，硫酸鹽1-2%，硼粉3-4%，氟化鈣2.5-3%，其余為鋁粉。

本發明具有如下優點：

通過在鋁塊中加工凹槽，將水平焊縫轉化為垂直焊縫，避免了由于重力作用引起的焊縫上部未熔合現象，焊接質量大大提高；

無需將待焊母線移到磁場外或進行磁屏蔽的處理，直接進行原位焊接，不會破壞鋁母線原有連接，減少大量工序，使得操作簡單方便；

根據待焊鋁母線的尺寸及位置，通過加工不同結構形狀的連接過渡鋁塊，使得本方法適用于各種條件下垂直鋁母線的焊接，通用性好；

針對垂直鋁母線的連接，通過設計帶有凹槽的連接鋁塊，并采用自蔓延放熱焊接技術，提供了一種開創性的垂直母線的連接方法，實現了各種情況下垂直鋁母線的不停電焊接，提高鋁電解企業經濟效益，解決了鋁電解企業對于立柱母線分流、補償電流、連接等技術難題。

附圖說明

圖1為矩形鋁塊與垂直母線焊接結構示意圖；

圖2為L形鋁塊與垂直母線焊接結構示意圖；

圖3為T形鋁塊與垂直母線焊接結構示意圖；

其中：1-立柱母線；2-自蔓延焊粉；3-石墨模具；4-擋片；5-立柱母線與鋁塊間焊縫；6-鋁塊；7-水平母線與鋁塊間焊縫；8-水平母線。

具體實施方式

下面通過實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。

實施例1

如圖1所示，一種垂直鋁母線的焊接方法，包括如下步驟：

（1）現場測量和結構設計：測量兩待連接鋁母線的尺寸及其相對放置位置，對鋁塊6進行結構設計；

（2）加工鋁塊：當水平母線8的一端位于立柱母線1的左側或右側且立柱母線1的電流較大時，根據兩母線的尺寸及放置位置，預先在車間外加工或鑄造出一端帶有凹槽的矩形鋁塊，如圖1所示；

（3）表面清理：將待焊立柱母線1的下端與水平母線8的側端，以及用于連接兩母線的鋁塊6待焊部位進行打磨，除去表面油污及氧化膜；

（4）焊前定位：將鋁塊6放置在兩待焊母線之間，鋁塊6帶有凹槽的一端放置在立柱母線1的正下方，凹槽側壁與立柱母線1之間的間隙為10-15mm，底面與立柱母線底面的距離為5-10mm，鋁塊6側端靠近水平母線8待焊部位，之間留10-15mm間隙；

（5）焊前預熱：將待焊接鋁母線以及用于連接的鋁塊進行焊前預熱，預熱溫度為300~400℃；

（6）原位放熱焊接：將用于放熱焊接的石墨模具3放置在合適位置，模具下方小孔用擋片4封住，稱取適量自蔓延焊粉2，裝入模具中，并在其表面撒上引火粉，點燃引線引發放熱反應；高溫金屬液由于重力及毛細作用經由模具底部小孔分別流入，立柱母線與鋁塊間焊縫5以及水平母線與鋁塊間焊縫7中；

（7）焊后處理：待金屬液冷卻后，拆卸下模具，清理焊渣，再根據平整度要求對焊接接頭進行打磨處理。

實施例2

如圖2所示，一種垂直鋁母線的焊接方法，包括如下步驟：

（1）現場測量和結構設計：測量兩待連接鋁母線的尺寸及其相對放置位置，對鋁塊6進行結構設計。

（2）加工鋁塊：當水平母線8的一端位于立柱母線1的左側或右側且立柱母線1的電流較小時，根據兩母線的尺寸及放置位置，預先在車間外加工或鑄造出一端帶有凹槽的L形鋁塊，如圖2所示。

（3）表面清理：將待焊立柱母線1的下端與水平母線8的側端，以及用于連接兩母線的鋁塊6待焊部位進行打磨，除去表面油污及氧化膜。

（4）焊前定位：將鋁塊6放置在兩待焊母線之間，鋁塊6帶有凹槽的一端放置在立柱母線1的正下方，凹槽側壁與立柱母線1之間的間隙為10-15mm，底面與立柱母線底面的距離為5-10mm，鋁塊側端靠近水平母線待焊部位，之間留10-15mm間隙。

（5）焊前預熱：將待焊接鋁母線以及用于連接的鋁塊進行焊前預熱，預熱溫度為300~400℃。

（6）原位放熱焊接：將用于放熱焊接的石墨模具3放置在合適位置，模具下方小孔用擋片4封住，稱取適量自蔓延焊粉2，裝入模具中，并在其表面撒上引火粉，點燃引線引發放熱反應；高溫金屬液由于重力及毛細作用經由模具底部小孔分別流入，立柱母線與鋁塊間焊縫5以及水平母線與鋁塊間焊縫7中；

（7）焊后處理：待金屬液冷卻后，拆卸下模具，清理焊渣，再根據平整度要求對焊接接頭進行打磨處理。

實施例3

如圖3所示，一種垂直鋁母線的焊接方法，包括如下步驟：

（1）現場測量和結構設計：測量兩待連接鋁母線的尺寸及其相對放置位置，對鋁塊6進行結構設計；

（2）加工鋁塊：當水平母線8的一端位于立柱母線1的下方時，根據兩母線的尺寸及放置位置，預先在車間外加工或鑄造出一端帶有凹槽的T形鋁塊，如圖3所示；

（3）表面清理：將待焊立柱母線1的下端與水平母線8的側端，以及用于連接兩母線的鋁塊6待焊部位進行打磨，除去表面油污及氧化膜；

（4）焊前定位：將鋁塊6放置在兩待焊母線之間，鋁塊6帶有凹槽的一端放置在立柱母線1的下方，凹槽側壁與立柱母線1之間的間隙為10-15mm，底面與立柱母線底面的距離為5-10mm，鋁塊6側端靠近水平母線8待焊部位，之間留10-15mm間隙；

（5）焊前預熱：將待焊接鋁母線以及用于連接的鋁塊進行焊前預熱，預熱溫度為300~400℃；

（6）原位放熱焊接：將用于放熱焊接的石墨模具3放置在合適位置，模具下方小孔用擋片4封住，稱取適量自蔓延焊粉2，裝入模具中，并在其表面撒上引火粉，點燃引線引發放熱反應；高溫金屬液由于重力及毛細作用經由模具底部小孔分別流入，立柱母線與鋁塊間焊縫5以及水平母線與鋁塊間焊縫7中；

（7）焊后處理：待金屬液冷卻后，拆卸下模具，清理焊渣，再根據平整度要求對焊接接頭進行打磨處理。

本發明的保護范圍并不限于上述的實施例，顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變形而不脫離本發明的范圍和精神。倘若這些改動和變形屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍內，則本發明的意圖也包含這些改動和變形在內。