一种垂直铝母线的焊接方法与流程

本发明属于电解铝行业，具体涉及一种相互垂直且两母线之间有一定距离的铝母线的焊接方法。

背景技术：

近年来，我国铝工业迅猛发展，电解铝产量已雄居世界首位，铝生产技术在许多方面达到或接近世界先进水平。在电解铝生产中，为提高电流效率及铝的产量，铝电解槽的电流强度呈上升趋势，这也意味着电解槽处于更强的磁场中。在电解铝过程中，直流电通过阴极钢棒进入母线系统，铝母线在传输强电流的过程势必会造成周围磁场强度过大。目前国内外300-600KA电解槽由于焊接部位磁场强度过大，无法在生产系列处于全电流工况下实现焊接作业，停电或降低系列电流均严重影响正常生产，造成巨大经济损失。因此，铝厂一般通过电解槽底部母线，对各立柱母线进行分流，达到降低磁场的目的。此外，有些情况下铝厂也需要通过立柱母线进行补偿电流。能否在不停电的情况下，将垂直分布的立柱铝母线和水平母线连接起来成为一个迫切需要解决的技术难关。

针对以上难题，大量企业、高校研究人员投入该领域，并取得了一系列研究成果。如申请号为201510453431.8的发明专利“一种铝电解槽阴极软母带与铝母线的原位不停电焊接方法”中，利用放热焊接直接完成了软母带与铝母线之间的连接，实现了在不停电的情况下完成对软母线修复的技术难题。在申请号为200810153133.7的发明专利中“电解槽铝母线带电焊接方法”中，通过在爆炸焊接快的前方放置一不锈钢屏蔽环，进行磁场屏蔽，然后进行常规的连接钢板堆焊焊接，割除爆炸焊接块和阴极铝软带，最后用连接钢板将阴极钢棒和新的爆炸焊接块用焊接的方法连接起来；并将新的阴极铝软带焊接在爆炸焊接块上，从而实现不停电维修。在申请号为201110096687.X的发明专利“水平敷设大截面铝母线焊接施工方法”中，是将需要焊接的铝母线组对固定后放置于一个带有加热器的焊接熔池结晶槽内，采用半自动熔化极MIG双脉冲氩弧焊焊接的同时将铝条做为焊接材料直接插入熔池焊接。与现有技术相比，填充焊接材料可降低熔池温度并提高焊接速度，结晶槽在焊接过程中对焊接部位进行加热，减少了焊缝的气孔生成，有利于减少焊接变形和热裂纹。在申请号为201210299900.1的发明专利“一种铝电解槽阴极软母线系列不停电焊接方法”中，是在当电解槽阴极软母线损伤需要更换或修复时，将需要修复的阴极软母线连同爆炸块从原有部位拆卸下来，将事先已经焊接好的过渡铝块、软母线与爆炸块的整体用来取代拆卸下来的部件，用钢连接片黑色焊完成对阴极钢棒和爆炸块之间的连接，用铝-铝放热焊完成过渡铝块与槽周围母线之间的连接，该作业在系列电解槽不停电的状态下完成，对系列电解槽生产没有任何影响，到修复目的。

以上各种方法，一般都是针对铝电解软母带与铝母线之间的焊接修复，或为不同程度的铝母线焊接修复。并且或多或少存在通用性差、操作过程复杂、焊缝出现未熔合等缺点。在发明“水平敷设大截面铝母线焊接施工方法”中，虽然实现了大截面铝母线的焊接连接，但仅能用于水平敷设的铝母线，对垂直放置的铝母线焊接不适用。基于以上原因，发明人欲提供一种基于垂直放置的且两母线之间有一定距离的铝母线的不停电焊接方法。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：

一种垂直铝母线的焊接方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、现场测量和结构设计：测量两待连接铝母线的尺寸及其相对放置位置，对过渡铝块进行结构设计；

步骤二、加工铝块：根据已测量的铝母线尺寸，和设计好的铝块结构，预先在车间外加工或铸造出一端带有凹槽的铝块；

步骤三、表面清理：将待焊立柱母线的下端与水平放置母线的上端或侧端，以及用于连接两母线的过渡铝块待焊部位进行打磨，除去表面油污及氧化膜；

步骤四、焊前定位：将铝块放置在两待焊母线之间，铝块带有凹槽的一端放置在立柱母线的正下方，铝块侧端靠近水平母线待焊部位；

步骤五、焊前预热：将待焊接铝母线以及用于连接的铝块进行焊前预热，预热温度为300-400℃；

步骤六、原位放热焊接：将用于放热焊接的石墨模具放置在合适位置，模具下方小孔用挡片封住，称取适量自蔓延焊粉，装入模具中，并在其表面撒上引火粉，点燃引线引发放热反应，高温金属液由于重力及毛细作用经由模具底部小孔流入待焊接缝隙中；

步骤七、焊后处理：待金属液冷却后，拆卸下模具，清理焊渣，再根据平整度要求对焊接接头进行打磨处理。

所述步骤四中铝块上凹槽两侧壁与立柱母线之间的间隙均为10-15mm，底面与铝块之间的间隙为5-10mm，铝块侧端与水平母线之间留10-15mm间隙。

所述的步骤一和步骤二中的铝块为纯铝或铝硅合金。

所述的步骤一和步骤二中的铝块尺寸根据两垂直母线的尺寸及放置位置决定。

所述的步骤一和步骤二中的铝块形状为带凹槽的矩形、T形、L形等，当两母线电流较大且水平母线位于立柱母线的左右两侧或下方时，铝块为矩形或L形；当两母线电流较小且水平铝块位于垂直母线的左右两侧或下方时，铝块为L形或T形。

所述的步骤五中焊前预热设备为氧-乙炔焰、城市煤气或液化石油气等无需用电的加热设备。

所述的步骤六中挡片为铝箔，铝箔厚度小于3mm。

所述的步骤六中自蔓延焊粉组分按质量百分比可以为：氧化铜17-19%，五氧化二钒12-14%，二氧化锡13-15%，硫酸盐1-2%，硼粉3-4%，氟化钙2.5-3%，其余为铝粉。

本发明具有如下优点：

通过在铝块中加工凹槽，将水平焊缝转化为垂直焊缝，避免了由于重力作用引起的焊缝上部未熔合现象，焊接质量大大提高；

无需将待焊母线移到磁场外或进行磁屏蔽的处理，直接进行原位焊接，不会破坏铝母线原有连接，减少大量工序，使得操作简单方便；

根据待焊铝母线的尺寸及位置，通过加工不同结构形状的连接过渡铝块，使得本方法适用于各种条件下垂直铝母线的焊接，通用性好；

针对垂直铝母线的连接，通过设计带有凹槽的连接铝块，并采用自蔓延放热焊接技术，提供了一种开创性的垂直母线的连接方法，实现了各种情况下垂直铝母线的不停电焊接，提高铝电解企业经济效益，解决了铝电解企业对于立柱母线分流、补偿电流、连接等技术难题。

附图说明

图1为矩形铝块与垂直母线焊接结构示意图；

图2为L形铝块与垂直母线焊接结构示意图；

图3为T形铝块与垂直母线焊接结构示意图；

其中：1-立柱母线；2-自蔓延焊粉；3-石墨模具；4-挡片；5-立柱母线与铝块间焊缝；6-铝块；7-水平母线与铝块间焊缝；8-水平母线。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1

如图1所示，一种垂直铝母线的焊接方法，包括如下步骤：

（1）现场测量和结构设计：测量两待连接铝母线的尺寸及其相对放置位置，对铝块6进行结构设计；

（2）加工铝块：当水平母线8的一端位于立柱母线1的左侧或右侧且立柱母线1的电流较大时，根据两母线的尺寸及放置位置，预先在车间外加工或铸造出一端带有凹槽的矩形铝块，如图1所示；

（3）表面清理：将待焊立柱母线1的下端与水平母线8的侧端，以及用于连接两母线的铝块6待焊部位进行打磨，除去表面油污及氧化膜；

（4）焊前定位：将铝块6放置在两待焊母线之间，铝块6带有凹槽的一端放置在立柱母线1的正下方，凹槽侧壁与立柱母线1之间的间隙为10-15mm，底面与立柱母线底面的距离为5-10mm，铝块6侧端靠近水平母线8待焊部位，之间留10-15mm间隙；

（5）焊前预热：将待焊接铝母线以及用于连接的铝块进行焊前预热，预热温度为300~400℃；

（6）原位放热焊接：将用于放热焊接的石墨模具3放置在合适位置，模具下方小孔用挡片4封住，称取适量自蔓延焊粉2，装入模具中，并在其表面撒上引火粉，点燃引线引发放热反应；高温金属液由于重力及毛细作用经由模具底部小孔分别流入，立柱母线与铝块间焊缝5以及水平母线与铝块间焊缝7中；

（7）焊后处理：待金属液冷却后，拆卸下模具，清理焊渣，再根据平整度要求对焊接接头进行打磨处理。

实施例2

如图2所示，一种垂直铝母线的焊接方法，包括如下步骤：

（1）现场测量和结构设计：测量两待连接铝母线的尺寸及其相对放置位置，对铝块6进行结构设计。

（2）加工铝块：当水平母线8的一端位于立柱母线1的左侧或右侧且立柱母线1的电流较小时，根据两母线的尺寸及放置位置，预先在车间外加工或铸造出一端带有凹槽的L形铝块，如图2所示。

（3）表面清理：将待焊立柱母线1的下端与水平母线8的侧端，以及用于连接两母线的铝块6待焊部位进行打磨，除去表面油污及氧化膜。

（4）焊前定位：将铝块6放置在两待焊母线之间，铝块6带有凹槽的一端放置在立柱母线1的正下方，凹槽侧壁与立柱母线1之间的间隙为10-15mm，底面与立柱母线底面的距离为5-10mm，铝块侧端靠近水平母线待焊部位，之间留10-15mm间隙。

（5）焊前预热：将待焊接铝母线以及用于连接的铝块进行焊前预热，预热温度为300~400℃。

（6）原位放热焊接：将用于放热焊接的石墨模具3放置在合适位置，模具下方小孔用挡片4封住，称取适量自蔓延焊粉2，装入模具中，并在其表面撒上引火粉，点燃引线引发放热反应；高温金属液由于重力及毛细作用经由模具底部小孔分别流入，立柱母线与铝块间焊缝5以及水平母线与铝块间焊缝7中；

（7）焊后处理：待金属液冷却后，拆卸下模具，清理焊渣，再根据平整度要求对焊接接头进行打磨处理。

实施例3

如图3所示，一种垂直铝母线的焊接方法，包括如下步骤：

（1）现场测量和结构设计：测量两待连接铝母线的尺寸及其相对放置位置，对铝块6进行结构设计；

（2）加工铝块：当水平母线8的一端位于立柱母线1的下方时，根据两母线的尺寸及放置位置，预先在车间外加工或铸造出一端带有凹槽的T形铝块，如图3所示；

（3）表面清理：将待焊立柱母线1的下端与水平母线8的侧端，以及用于连接两母线的铝块6待焊部位进行打磨，除去表面油污及氧化膜；

（4）焊前定位：将铝块6放置在两待焊母线之间，铝块6带有凹槽的一端放置在立柱母线1的下方，凹槽侧壁与立柱母线1之间的间隙为10-15mm，底面与立柱母线底面的距离为5-10mm，铝块6侧端靠近水平母线8待焊部位，之间留10-15mm间隙；

（5）焊前预热：将待焊接铝母线以及用于连接的铝块进行焊前预热，预热温度为300~400℃；

（6）原位放热焊接：将用于放热焊接的石墨模具3放置在合适位置，模具下方小孔用挡片4封住，称取适量自蔓延焊粉2，装入模具中，并在其表面撒上引火粉，点燃引线引发放热反应；高温金属液由于重力及毛细作用经由模具底部小孔分别流入，立柱母线与铝块间焊缝5以及水平母线与铝块间焊缝7中；

（7）焊后处理：待金属液冷却后，拆卸下模具，清理焊渣，再根据平整度要求对焊接接头进行打磨处理。

本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。