500 kA铝电解槽阴极方钢电渣焊工艺的研究及应用.pdf
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1、在完成铝电解槽的具体生产过程中,无论是基于最新的电解槽或者是大修电解槽,都需要完成阴极钢棒的焊接工艺,400 kA 及以下电解槽采用的焊接方式均是钢连接板(外焊接),通过采用较为普遍的交流焊机手工焊接。钢连接板与阴极钢棒的母材之间并没有产生较为完全的融合,所以容易受到电解槽的周围磁场影响,普通焊接设备往往无法保证焊缝的质量,通常只是达到阴极钢棒的整体面积 50%左右1。500 kA 电解槽电流强度和磁场强度都高于 400 kA 电解槽,继续采用原来的钢连接板(外焊接)焊接工艺不能保证焊接质量,此时将影响流经阴极方钢的电流强度和电解槽运行的稳定性。随着铝电解槽的槽型升级,阴极方钢熔焊焊接采用了熔
2、嘴电渣焊工艺,使电渣焊得到了进一步的发展。1电渣焊原理与特点1.1电渣焊原理以熔融焊剂(熔渣)电阻热为能源的焊接方法称为电渣焊2,电渣焊过程示意图见图 1。焊前先把焊件垂直放置,两焊件间预留一定间隙,一般为 20耀40 mm,并在焊件上、下两端分别装好引弧板和引出板,在焊件两侧表面装好强迫成形系统。利用电弧的热量使焊剂熔化并形成液态熔渣,*收稿日期:2023-12-18作者简介:吴传刚(1983-),男,吉林磐石人,工程师,主要从事电解槽维修技术管理工作。通讯作者:王新华(1973-),男,江苏泰兴人,高级工程师,主要从事管理工作,E-mail:。Apr.2024Vol.53.No.2(Sum
3、 305)2024 年 4 月第 53 卷第 2 期(总第 305 期)云南冶金YUNNAN METALLURGY500 kA 铝电解槽阴极方钢电渣焊工艺的研究及应用*吴传刚,王新华,钟文辉,高宇,陈世聪(云南云铝绿源慧邦工程技术有限公司,云南 昆明 650502)摘要:分析了影响电渣焊焊缝质量的因素:焊接电压、电流密度、渣池深度、焊丝送进速度、熔嘴与阴极钢棒两侧之间的距离等,优化了相应的工艺参数,焊接实践表明:启动 6 个月炉底压降平均值降低 15.4 mV、平均工作电压降低 0.09 mV,外观质量有较大改观。关键词:铝电解槽;电渣焊;阴极方钢;焊接规范;炉底压降中图分类号:TG443文献
4、标识码:A文章编号:1006-0308(2024)02-0187-05Study and Application of Electroslag Welding Process for Cathode Square Steel of500 kA Aluminum Electrolytic CellWU Chuan-gang,WANG Xin-hua,ZHONG Wen-hui,GAO Yu,CHEN Shi-cong(Yunnan Yun Aluminum Lvyuan Huibang Engineering Technology Co.,Ltd.,Kunming,Yunnan 650502,C
5、hina)ABSTRACT:The following influence factors for the quality of electroslag welding seam are analyzed,welding voltage,currentdensity,slag bath depth,feeding speed of welding stick,the distance between the consumable nozzle and both sides of the steel rod,thenthe corresponding process parameters wer
6、e optimized,the welding practices show:the average pressure drop of the furnace bottomdecreased by 15.4 mV after start-up for 6 months,the average working voltage decreased by 0.09 mV,the appearance quality has greatimprovement.KEY WORDS:aluminum electroytic cell;electroslag welding;cathode square s
7、teel;welding specifications;pressure drop of thefurnace bottom187Apr.2024Vol.53.No.2(Sum 305)2024 年 4 月第 53 卷第 2 期(总第 305 期)云南冶金YUNNAN METALLURGY由于高温的熔渣具有一定的导电性,焊接电流流经渣池时在渣池内产生大量电阻热,将焊件边缘和焊丝熔化,熔化的金属沉积到渣池下面形成金属熔池。渣池保护金属熔池不被空气污染,水冷成形滑块与工件端面构成空腔,挡住熔池和渣池,保证熔池金属凝固成型。依据焊接的时候所用的电极形状,电渣焊分为三类,分别是丝极电渣焊、板极电渣焊和
8、熔嘴电渣焊3。适用于大厚度焊接结构的焊接中,具有生产率高、自动化程度高、工人劳动强度低等优点。1.2电渣焊特点1)宜在垂直位置焊接。当焊缝中心线处于垂直位置时,电渣焊形成熔池及焊缝成型条件最好,故适用于垂直位置焊缝的焊接;2)厚件能一次焊成。由于整个熔池均处于高温下,热源体积大,故不论工件厚度多大都可以不开坡口,只要有一定间隙便可一次焊接成型;3)电渣焊适用于焊接厚度较大的焊件,目前焊接的最大厚度可达 300 mm,钢板越厚,采用电渣焊越合理4。2阴极方钢电渣焊工艺参数在熔嘴电渣焊中,选用合适的规范对焊缝成形质量起相当决定性的作用,影响焊缝最大的因素有以下几个参数:焊接电压、电流密度、渣池深度
9、、焊丝送进速度、熔嘴与阴极钢棒两侧之间的距离5。500 kA 电解槽阴极方钢截面尺寸高伊宽为 220伊150 mm2,预留焊缝宽度 35依2 mm,合适的焊接规范是:焊接电压 35耀40 V,焊接电流 500耀700 A,渣池深度 30耀45 mm,焊丝送进速度 65耀95 mm/s,熔嘴与阴极钢棒两侧之间的距离 10耀12 mm。2.2.1焊接电压该因素对熔深影响最大,电压增加,阴极钢棒两侧熔深也随着增大,但电压过高时,由于产生打弧现象,过程不稳,熔深反而减少,导致焊不透。电压过高时(50 V 以上),会发生打弧现象,而且电压波动很厉害,结果是焊不透和成形非常不好。电压过低时(30 V),热
10、量不足,也会产生焊不透和成形不好。2.2.2焊接电流焊接电流小的时候(电压也不高),热量小会产生焊不透,且焊接速度减小。焊接电流大的时候熔嘴与焊丝熔化快,熔池迅速上升,阴极钢棒两侧还来不及熔化,所以也会产生焊不透。2.2.3渣池深度渣池太深,焊接电流大部分经渣池直接流入母材,以致只有少量电流经渣池下部流到金属熔池。因此,渣池下部温度较低,被焊接边缘也加热不足,容易产生未熔合缺陷;渣池太浅,则使焊接电流增大,电压减小,电渣过程不稳定,渣池深度继续减小,焊丝就会触到金属熔池发生短路,产生电弧,并伴随有大量飞溅,迫使焊接中断。因此,保持渣池深度十分重要,应经常测量渣池深度。2.2.4焊丝送进速度焊丝
11、送进的快慢对电压的影响较大,太快电压降低。送丝不均匀也会引起电压的波动,焊丝送进快慢还直接影响焊接速度(即熔池上升速度)。2.2.5熔嘴与阴极钢棒两侧的间隙间隙直接影响熔透,间隙大则熔深小,间隙小则熔深大,而且这种影响很显著。3阴极方钢电渣焊焊接工艺实施3.1焊接工艺流程阴极方钢电渣焊焊接工艺流程如图 2 所示。1.水冷成形滑块;2.金属熔池;3.渣池;4.焊接电源;5.焊丝;6.送丝轮;7.导电杆;8.引出板;9.出水管;10.金属熔滴;11.进水管;12.焊缝;13.起焊槽图 1电渣焊过程示意图Fig.1Schematic diagram of electroslag welding pr
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