阳极钢爪快速修复焊接机的制作方法

本发明涉及一种焊接设备，尤其涉及一种阳极钢爪快速修复焊接机。

背景技术：

阳极钢爪是电解铝行业的消耗品，它的作用是控制阳极碳块并输送电流。由于阳极钢爪工作环境温度在1000℃以上，而且电解槽电解质中含有较高的NaF液体，电解过程释放HF气体，阳极钢爪在高温氧化以及HF气体腐蚀的情况，阳极钢爪底部约100mm的部位越来越细，越来越短，直到钢爪不能使用。由于阳极钢爪缺损部分只占整个钢爪的15％左右，其余均完好无损，因此各企业为了追求经济效益，将钢爪的损坏部分修复后再进行使用，以延长其使用寿命。具体的做法是将阳极钢爪损坏部分切除，再用一段等长的新钢棒采用电弧焊人工焊接的方法焊在一起，完成钢爪的修复，再进行使用。

阳极钢爪的修复焊接现在使用的有两种焊接方法。一种是人工电弧焊焊接钢棒的方法。另一种是溶铸焊再生钢爪缺损部分的方法。

人工电弧焊焊接钢棒的方法是将阳极钢爪腐蚀氧化烧损的部分用氧气乙炔切割机将其切除，将同等长度同直径的钢棒对挤在钢爪的切割面上，由人工操控电弧焊机或二氧化碳保护焊机沿两个钢棒接处面的外缘将其焊接在一起。为了保证焊接有相对足够的强度，一般要焊接两到三遍。这种焊接方法由于操作简单，成本相对较低，修复速度相对较快被大多数企业所使用，但这种方法修复的钢爪具有使用寿命短，导电率低等缺点难以克服。

熔铸焊再生阳极钢爪缺损部分的方法是约在五六年前出现的一种阳极钢爪修复技术。该技术是将阳极钢爪腐蚀氧化烧损部分切除，采用小型中频加热炉，将加热炉的感应圈制成桶状锅，固定在阳极钢爪缺失部位，其中钢爪切割处约50mm的部分含在桶状锅内，桶状锅上部悬空一根钢棒，当感应炉开始加热时将炉体中的钢棒加热熔化，直到钢水填充满整个炉体，将钢爪切割掉的部分用钢水充满，待炉体降温后钢水凝固，拆除桶状锅，一个钢爪的再生修复工作完成。这种技术的特点是焊接熔合的相对较好。焊接部分强度较高，修复后的钢棒寿命相对较长，但也存在操控难度大，修复时间长，耗电量大等致命缺点而不被不被企业所接受。

人工电弧焊焊接钢棒的方法虽然简单易行，被多数企业所采用，但也有以下致命缺点：

a.钢爪使用寿命短。由于两个钢棒只能在其接触面的外缘进行焊接，即使焊接两到三遍，其焊肉厚度也很有限，在高温氧化及腐蚀气体的共同作用下，焊肉很快变薄，焊接上去的钢棒极易脱落，脱落的钢爪只能返回修复车间进行再次修复焊接。根据我们的调查，这种方法焊接的钢爪使用寿命只有一到两个电解周期，一个电解周期一般为28天。因此大量的钢爪修复焊接工作成为各企业的负担。

b.导电率低。钢爪的一个重要作用是导电，由于这种方法只有在接触面外缘进行焊接，也就是钢爪真正熔焊在一起的部分其面积只有钢棒截面积的百分之十左右，作为导电体其导电截面积大打折扣，这就加大了电阻，致使其导电率也大打折扣。

c.材料消耗量大。由于每个钢爪焊接上去的钢棒长度不一样，当其脱落后四处堆放，再次修复焊接时很难找到合适的尺寸一一对应焊接，进行重复使用，因此一般企业都不在重复使用脱落的钢棒，这就造成很大浪费。同时用于钢爪修复所必须的氧气、乙炔、二氧化碳气体、各种焊材等材料的消耗也极其惊人。

d.人工浪费大。经我们调查，以每天修复焊接50钢爪头为例，包括钢爪切割，钢棒切割，钢爪焊接等需要30个人分两班倒才能完成。每个电焊工焊接完成一个钢爪头需要1小时左右的时间，因此人工浪费很大，效率很低。

熔铸焊再生钢爪技术的主要缺点如下：

a.耗时长。这种方法焊接一个钢爪头连装带卸需要60分钟左右的时间，耗时太长。

b.耗电量大。这种方法焊接一个钢爪头耗电300多度，每度电按0.45元计算，仅电费一项需要135元钱，成本太高。

c.焊接成功率低。这种方法修复的钢爪由于焊接面熔合难度大，不易控制，使用后极易脱落，返修率高。

d..效率低：一台这样的机器需5到6人看护。8小时只能修复7到8个钢爪，效率极低。

因此由于以上主要缺陷，这种设备进入市场后，很快被各企业淘汰闲置，转而采用人工焊接的方法修复焊接。

阳极钢爪的修复焊接在电解铝行业中由于没有出现比较先进可靠的焊接设备，而普遍采用人工电弧焊焊接修复的方法维持着生产。这种方法修复的钢爪使用寿命短，重复修复量大，材料消耗量大，人工机械消耗大，钢爪运转量大等缺点成为各电解铝企业烦不胜烦的头痛事，而且多年来得不到很好的解决，这严重制约了企业的技术革新和发展。因此我们发明阳极钢爪快速修复焊机就是为了能很好的解决以上问题，为企业的发展增添活力。

技术实现要素：

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种阳极钢爪快速修复焊接机。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括焊机主机架、焊机底座、变压器、液压站、钢棒夹紧装置、滑动限位板、滑动限位杆、主液压缸、固定夹紧装置、滑动夹紧装置、滑动夹紧装置液压缸、钢棒夹紧装置液压缸、铜导线、高压油管、焊接控制装置和电极接触块，所述焊机主机架位于所述焊机底座上，所述固定夹紧装置设置于所述焊机主机架上，所述滑动夹紧装置位于所述固定夹紧装置的对侧，且与所述滑动夹紧装置液压缸连接，所述钢棒夹紧装置与所述钢棒夹紧装置液压缸连接，且位于所述固定夹紧装置的下方，所述电极接触块分别与所述固定夹紧装置和钢棒夹紧装置连接，所述电极接触块通过铜导线与所述变压器连接，所述钢棒夹紧装置设置于所述滑动限位板上，所述滑动限位板设置于所述活动限位杆上，所述焊接控制装置设置于所述滑动限位板与滑动限位杆之间，所述滑动限位板和滑动限位杆与主液压缸连接，所述主液压缸、所述滑动夹紧装置液压缸和所述钢棒夹紧装置液压缸均通过高压油管与所述液压站连接。

本发明的有益效果在于：

本发明是一种阳极钢爪快速修复焊接机，与现有技术相比，本发明具有焊接速度快、修复的钢爪使用寿命长、导电率高、材料消耗低、人工消耗低的优点，提高工作效率，使用效果好，具有推广使用的价值。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1-待修复的阳极钢爪、2-焊机主机架、3-焊机底座、4-变压器、5-液压站、6-钢棒、7-钢棒夹紧装置、8-滑动限位板、9-滑动限位杆、10-主液压缸、11-固定夹紧装置、12-滑动夹紧装置、13-滑动夹紧装置液压缸、14-钢棒夹紧装置液压缸、15-铜导线、16-高压油管、17-焊接控制装置、18-电极接触块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示：本发明包括焊机主机架2、焊机底座3、变压器4、液压站5、钢棒夹紧装置7、滑动限位板8、滑动限位杆9、主液压缸10、固定夹紧装置11、滑动夹紧装置12、滑动夹紧装置液压缸13、钢棒夹紧装置液压缸14、铜导线15、高压油管16、焊接控制装置17和电极接触块18，所述焊机主机架2位于所述焊机底座3上，所述固定夹紧装置11设置于所述焊机主机架2上，所述滑动夹紧装置12位于所述固定夹紧装置11的对侧，且与所述滑动夹紧装置液压缸13连接，所述钢棒夹紧装置7与所述钢棒夹紧装置液压缸14连接，且位于所述固定夹紧装置11的下方，所述电极接触块18分别与所述固定夹紧装置11和钢棒夹紧装置7连接，所述电极接触块18通过铜导线15与所述变压器5连接，所述钢棒夹紧装置7设置于所述滑动限位板8上，所述滑动限位板8设置于所述活动限位杆9上，所述焊接控制装置17设置于所述滑动限位板8与滑动限位杆9之间，所述滑动限位板8和滑动限位杆9与主液压缸10连接，所述主液压缸10、所述滑动夹紧装置液压缸13和所述钢棒夹紧装置液压缸14均通过高压油管16与所述液压站连接。

整个设备按功能可分为如下几大组成部分。

一、焊机主机架2既是主机架，也是能承载500吨推力的钢构架。

二、焊机底座3主要起到支撑上部焊机主体以及对部分内置设备的卫护作用。

三、固定夹紧装置11、滑动夹紧装置12、滑动夹紧装置液压缸13构成钢爪夹紧装置。由两个固定夹紧块和一个滑动夹紧块以及其实现夹紧与松开功能的液压缸组成。它的作用是将待焊接的钢爪牢牢固定在焊机主机架上。一但钢爪被夹紧，钢爪将受到左右，上下足够的力量。在外部任何力的作用下钢爪将不会产生任何位移变化。钢爪焊接完毕，滑动夹紧块松开，钢爪由上部提出，完成一个钢爪头的焊接。

四、钢棒6、钢棒夹紧装置7和钢棒夹紧装置液压缸14构成钢棒夹紧装置系统，是由联接变压器电极并固定在滑动限位板8上的钢制U形的钢棒夹紧装置7和液压缸带动的钢棒夹紧装置液压缸14组成。U形槽宽与钢棒6同径，其作用是焊接前将所焊钢棒牢牢夹紧在U形槽中，让钢棒侧面三分之二的面积与U形槽内壁充分压紧接触。待焊接完毕，滑动夹紧块松开，钢棒与已经焊接在一起的钢爪一并提出，完成一次焊接过程。

五、滑动限位板8、滑动限位杆9、主液压缸10构成滑动限位装置。作用是随着主液压缸10的工作，滑动限位板8只能平稳上下移动，不能产生左右前后的侧向移动。

六、变压器4、铜导线15、电极接触块18构成供电系统。是该设备的核心部件。

七、液压站5、高压油管16构成液压系统。作用是通过控制液压站工作，来控制各液压缸工作，进而实现各活动件的可控滑动和夹紧松开动作。

八、焊接控制装置17是主液压缸10与滑动限位板8的联接件，其作用是通过人工操控部件17上下移动来掌控滑动控制板8与液压缸10做微小的相对运动，进而操控焊接过程。

整个操作过程如下：

步骤一、将准备好的钢棒放置在钢棒夹紧装置的U型槽中，开启液压站，控制14号装的液压缸工作，将钢棒牢牢夹紧在U型槽中。

步骤二、将待焊钢爪由天车提起，从焊机顶部的钢爪进出孔进入焊机，并达到如图所示的位置，开启液压站控制13号装置的液压缸工作，推动滑动夹紧装置向前推，将钢爪牢牢夹紧在焊机的主机架上。

步骤三、启动液压站，控制10号液压缸向上推动，进而将焊接钢棒送到预定位置。

步骤四、启动变压器工作，通过导线以及电极块使待焊钢爪与待焊钢棒分别与变压器两极接通，此时待焊钢爪与待焊钢棒带电。

步骤五、操控部件17上下移动，控制已是整体的滑动控制板，钢棒夹紧装置和钢棒做上下微小移动。当两个钢棒的平面接触的瞬间，在强大电流的作用下，接触面产生温度高达5000℃的电弧光，电弧光迅速将钢棒的表面加热，控制部件17反复上下移动，电弧光也不断的产生，在较短的时间内，电弧光将两端钢棒约60mm长度的范围加热到1500多度，钢棒接触面熔化形成存有一定钢水的熔化池，此时迅速启动液化站开关，控制10号液压缸向上推动，将底部钢棒与钢爪紧紧挤压在一起，熔化的钢水与氧化铁等杂物迅速被挤出，此时控制液压缸压力并保持压力一段时间，钢棒与钢爪即可焊接在一起，保压一段时间后，松开钢爪压紧装置，钢爪提出，即完成一次钢爪的修复焊接。

技术效果

如前所述，人工焊接修复钢爪的方法，只是在两个钢棒接触面外缘，用电焊或二氧化碳保护焊，堆焊两道三遍，其真正熔焊在一起的面积只有钢棒截面积的十分之一左右，其强度及其有限，修复后的钢爪在电解槽高温高腐蚀的环境中，电焊堆焊的焊肉很快被氧化腐蚀掉了，只能使用1～2个月；同时钢爪在电解槽中是作为导电的导体使用的，几万安培的电流从钢棒接面通过，由于真正熔焊在一起的截面积只是钢棒截面积的十分之一，因此导电截面积大打折扣，进而其导电率也大打折扣。另外，由于修复机使用寿命短，钢爪需要反复修复焊接，修复焊接过程所需要的钢棒，氧气乙炔、二氧化碳气体，焊条焊丝等材料造成极大的浪费，同时也造成极大的人工浪费。近几年市场上出现的一种叫熔铸焊的阳极钢爪再生技术，也由于操控难度大，性能不稳定而退出市场。

经过近两年的试验研究，我们设计的阳极钢爪快速修复焊接机非常好的解决了以上问题。它具有以下几个特点，现分析说明。

a、焊接速度快。真正用在焊接上的时间只有90～180秒之间，算上装卸及保压的时间，平均焊接一个钢爪头只需10分钟时间，一个台班8小时可焊近50个钢爪头，具有明显的速度优势。

b、修复的钢爪使用寿命长。这种焊接方式是将两个钢棒整体熔焊在一起，也就是焊接面积和钢棒的截面积是相等的。它在使用过程中抗高温氧化腐蚀能力和钢棒本身是一样的，从这个角度讲，这种方式焊接修复的钢爪寿命与新的钢爪是一样的。另外，我们在研究过程中，对焊接好的钢爪放在压力机上对焊缝进行剪切压力试验，经过200多次的试验数据显示，焊缝的抗剪切压力都在250吨以上，这已经是钢爪母材抗剪切能力的90％以上了，这充分说明这种方式焊接钢爪的优异性。

c、导电率高。阳极钢爪在使用过程中的一个重要功能是作为导体使用的，导电率的高低是阳极钢爪的一个重要指标。如前所述，这种焊接方式焊接的钢爪，焊接面积与钢爪截面积是相同的，也就是作为导体其焊缝处的导电截面积与钢爪导电截面积相同，因此焊缝处的导电率与钢爪其他部位导电率是一致的。这与手工电焊堆焊的焊缝相比导电率具有绝对的优势。

d、材料消耗低。由于这种方法焊接修复的钢爪使用寿命提高了，钢爪的重复修复次数大大降低了，钢爪修复所必须的钢棒，焊接材料如焊条焊丝、二氧化碳气体，切割钢爪所必须用的氧气乙炔气体等材料均大大降低。同时这种焊接方式是母材直接焊接，不消耗焊条焊丝、二氧化碳保护气体等材料，按我们和铝行业相关人员统计分析，这种焊接方式与原有的人工焊接方式相比，可节省约80％的材料消耗。

e、人工消耗低。以甘肃某电解铝企业钢爪修复车间为例，该车间共计25名生产人员，分两班倒，每天完成的钢爪修复任务平均为50个左右，人均修复钢爪2个。我们设计的钢爪修复焊接机只需要3个操控人员，每天可焊接钢爪50个左右，加上钢爪的切割钢棒切割需要3名工人和管理保障人员1人，共计7个人，人均修复钢爪7个以上，因此人工效率非常明显。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。