铝电解槽不停电槽周母线焊接技术的研究与应用

唐平

摘要：通过对电解槽槽周母线布局的研究，在不影响系列生产的情况下，改变焊口预留位置，采用线下与线上配合焊接的方式，提高电解槽母线焊接质量，减少燃烧粉焊接数量，从而达到降低施工成本的目的。

关键词：电解槽；母线；氩弧焊

Research and application of peripheral bus welding technology of aluminum electrolytic cell

Tang ping

(Jisco group pision force refractories co. , Jiayuguan ,735100,Gansu)

 Absrtact: Through the study of the layout of the electrolytic cell peripheral bus, change the welding cell reserved position, improve the welding quality and reduce the number of combustion powder welding without affecting the series production, so as to achieve the purpose of reducing the construction cost.

Keywords: electrolytic cell；generatrix； argon-arc welding

1概述

铝电解槽在生产过程中，直流电需要通过铝母线连续源源不断的供给电解槽进行电解反应，通过强大的直流电在电解槽内从熔融氧化铝中电解出铝液，为各行各业的发展提供了极大的帮助。电解车间电解槽成系列分布，一般每个系列都有上百台电解槽以串联的方式运行，生产所需的动力为直流电，直流电通过分布在电解槽四周的铝母线进行输送，在生产过程中因各种因素的影响经常出现侧部渗漏电解质或铝液事故，高温金属液体将槽周铝母线烧损，影响电解槽的正常运行，电解槽电压波动，槽运行不稳定，电耗高。生产企业会利用电解槽大修或在线对槽周母线进行修复，以确保电解槽连续运行。目前采用最多的是燃烧粉焊接母线，因为在直流电通过会产生强磁场[1]（如图1所示），在强磁环境下，采用电焊机焊接母线非常困难，磁场下焊接容易出现偏弧的情况（如图2所示），横向磁场越大，越不易起弧[2]，不容易形成焊肉，焊接产生的金属焊肉与焊渣混合在一起，不能将焊件与母材熔化粘连。但是，燃烧粉焊接铝母线成本高，动辄就几十万元焊接费用，企业很难接受，但为了保证电解槽稳定运行只能咬牙承担。本文通过长期在电解槽维修过程中，对使用氩弧焊机焊接母线焊接工艺不断的摸索，总结出强磁环境下用氩弧焊机焊接母线焊接的技术，通过更多的使用氩弧焊机焊接技术来减少采用燃烧粉焊接，在焊接质量更好的情况下，来降低焊接成本。

图1 SY500KA电解槽母线磁感应强度分布

               

图2横向磁场为0GS时电弧的形态 横向磁场为20GS时电弧的形态

2铝母线在线焊接方法

铝的熔点低，易氧化，在焊接时易生成气孔，焊接难度大，经过科学论证，氩弧焊具有电弧热量集中，焊接穿透力强，对母材熔深大、生产率高等优点。因此目前在铝材焊接多采用氩弧焊焊接技术，但这是在不带电、无磁场的环境下，适用于系列全停电或新建项目。如果在生产电解槽周围在线焊接，受磁场、作业空间和焊接人员的经验和技能等的影响，焊接难度非常大，如果操作不当经常造成设备损坏，焊接质量无法保证，焊接成本更无法控制。通过不断的试验和改进，本文总结出在线焊接母线，需要解决两个难题，一是，在不影响系列正常生产的情况下局部进行人为断电，通过对电解槽槽周母线布局的研究，人为改变焊接位置，避开磁场大，空间狭小的位置，将焊口位置留设在磁场小、空间大的部位，便于焊接作业。二是，消磁或降磁，通过制作消磁圈将焊口位置磁场减弱。

2.1焊口的留设

电解槽母线有40mm*460mm、60mm*460mm、90mm*460mm、120mm*460mm等规格，进电测母线损坏位置和损坏程度各不相同，根据经验，进电测母线损坏的频率较出电侧大，如果损坏部位在立柱母线正下方，此位置的磁场较为复杂，分别来自立柱母线、穿槽母线、槽周母线电流经过母线而产生磁场交汇，这个部位就很难用氩弧焊进行焊接，焊接时受混合磁场的影响，电焊机起弧难，容易发生偏弧，焊渣与焊肉不分离。因此需要人为转移焊口，将焊口留设在无穿槽母线和立柱母线的位置，这就需要对母线进行切割，改变在线焊接位置，避开磁场紊乱的部位，一般情况磁场在两个立柱中间位置相对其他部位小，焊接时受磁场影响小，原有焊口可以在线下（电解车间外）预制时进行焊接。

如下图A、B、C三个位置母线损坏（如图3所示），如果在线焊接，A点和B点的难度较大，C点相对而言焊接难度较小，但是这样的话，在线焊接3个点，假设在能用氩弧焊焊接的条件下3个点焊接质量分别达到原母线的80%，电流通过B点到A点和C点，因为B点与A点和C点分别为串联关系，则A和C点的实际质量为原母线的64%，焊接后的效果远远达不到生产的要求，电解槽电流效率低，能耗高。

为了提高焊接质量，在焊接时将损坏母线直接从B点断开，将损坏的母线整体提出，在电解车间外对A、C点用氩弧焊焊接，焊接用10mm的铝板堆焊，在电解车间外焊接，焊接不受磁场影响，焊接质量能得到保证，焊接质量与原母线相同，A、C两点的焊接质量为原母线的100%，B点焊接质量为原母线的80%，则A和C点的实际质量为原母线的80%,。

电解槽周母线布局较为复杂，每次损坏的位置各不相同，因此每次焊接前需对母线的布局进行研究，制定母线的断开方案，确保断开后不影响相邻槽的正常生产，盲目断开会导致相邻槽或整个系列的正常生产。

 

 

 

图3焊口留设示例图

2.2焊接准备

母线焊口留设位置确定好后，焊缝留设宽度100mm，将需要提出线下焊接的部分用氧管或电镐进行割断后用天车吊出，倒运至电解车间外进行线下预制和修复，修复采用氩弧焊接，对母线缺口进行加工后，用铝连接板堆焊。如果经实验测试，焊口位置磁场大无法使用氩弧焊进行焊接，则采用燃烧粉进行焊接。

线下预制件焊接加工完毕，回装对接，根据待修母线规格尺寸，用20mm厚的钢板制作简易消磁圈，消磁圈安装应紧贴母线（如图4所示），与母线无缝隙接触，产生缝隙则消磁效果不理想。根据待修母线规格剪铝连接板，连接板厚度10mm，宽度100mm。

 

 

 

图4消磁圈安装示例图

2.3焊接

预制件与固定端对好以后，安装消磁圈，焊接自下而上逐片焊接，铝焊丝采用牌号 SAL-2，AL ≥ 99.7 型的[3]，保护气体采用GB/T 4842-2006氩气纯度 ≥ 99.999%的纯氩气。

第一层打底焊铝板采用无坡口、无间隙对接，焊后的焊肉以不影响第二层铝板与第一层铝板的贴紧。第二层及其它各层铝板均应采用坡口填焊，铝板焊接住铝母线端面的间隙为 3mm～5mm，焊后的焊肉与铝焊板齐平，焊完最后一层必须进行封口焊（如5所示），使其焊肉高为2mm～3mm。焊接过程操作人员根据磁场的影响随时调整焊接电压和电流，每焊一片，用不锈钢手锤敲打焊片，一是检验焊接质量，二是通过敲打减少焊片间隙，保证焊片数量不少于规定数量。焊接完成后，对前后共4条竖缝进行焊接封口。

因磁场分布不是均匀的，所以焊接过程每一片的焊接难度都不一样，焊接初始，安装一个消磁圈，如果磁场强度明显减弱，不影响焊接，则不作处理，直至焊接明显受磁场影响时，在焊口位置再安装套加一个消磁圈，从而达到减弱磁场强度的目的。

焊接过程电焊机采用强电流，高电压的方式运行，焊枪温度高，铜导电嘴和保护套容易烧损和堵死，焊接断断续续，不能连贯进行，会严重影响焊接质量和进度，因此为了保证焊接质量，必须使用循环水对焊枪进行冷却，保证设备在强磁环境下运转正常。

图5 焊接示意图

5结束语

强磁环境下的焊接受到各种因素的影响，焊接质量很难控制，本实践通过研究电解槽母线分布，科学选择焊口留设位置，将大量的焊接作业人为布置在线下进行，只留1-2道焊缝在线焊接，提高焊接质量，这一技术解决了铝电解槽母线损坏后采用燃烧粉焊接成本高的难题,保障了电解系列的稳定运行。

参考文献

参考资料：

[1]周爱平.胡红武，王旋，陈端.SY500铝电解槽磁场的数值模拟与测试研究[J].轻金属，2019（03）：25-28.

[2]李桂英. 一种抑制外界磁场干扰的氩弧焊装置研究[D].西安理工大学，2008.

[3]覃有群.大型电解槽铝母线的焊接质量控制[J].世界有色金属，2018(12):58-59.

作者简介:唐平（1986-）男，汉，甘肃白银人，工程师，2011年毕业于安徽工业大学冶金与资源学院热能与动力工程专业，现在酒钢科力耐材公司主要从事冶金炉窑检修工作.