一种用于阳极钢爪头的电渣焊修复方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及焊接修复领域，尤其是涉及一种用于阳极钢爪头的电渣焊修复方法。
【背景技术】
[0002]阳极钢爪是电解铝生产过程使用较多的设备配件，由于其长时间与电解铝液接触，在高温、大电流作业环境中极易被腐蚀，从而造成消耗量大，修复任务较为繁重。长期以来，国内电解铝企业对阳极钢爪的修复均采用手工电弧焊方法，即传统围焊法，但因焊件坡口加工及焊接工艺的局限性，该焊接方法不仅效率低，而且焊接接头存在焊接面积小，接头强度低，电阻率大，使用寿命短等缺点，因此严重影响并制约电解铝企业对生产成本的控制。
[0003]针对阳极钢爪头修复使用的传统围焊法的诸多缺陷，近几年一些机构研发了熔铸技术，并已经投入使用。熔铸技术的原理是在切割后的钢爪上设置一个结晶器，结晶器内放置一段圆钢棒，采用熔铸焊设备，将钢棒融化，利用结晶器将融化的钢水与损坏的钢爪头熔铸在一起，直至达到钢爪头所需的高度。该方法在一定程度上解决了围焊接头电阻率较大的问题，但焊接设备占地面积大，一次性投入较大，也存在一定安全隐患。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种用于阳极钢爪头的电渣焊修复方法，该方法简单高效，可实施性强，焊接出的接头强度高、电阻率低，使用寿命长。
[0005]为实现上述目的，本可采取下述技术方案:
本发明所述的用于阳极钢爪头的电渣焊修复方法包括下述步骤:
第一步，焊前准备
将待修复的阳极钢爪头端部的烧损段完全切除，再选取一段与该阳极钢爪头同材质同直径的圆钢棒，并对阳极钢爪头和圆钢棒的待焊面进行机加工，使其表面粗糙度Ra=6.3—12.5 μ m ；
选取四块尺寸相同的长方形钢板，并在一侧边加工出直径与阳极钢爪头相同的半圆形槽，将其中两块钢板半圆形槽朝上间隔一定距离焊接在水平放置的底板上，形成起焊槽，另两块钢板备用；
第二步，焊前装配
将第一步处理过的阳极钢爪头和圆钢棒分别水平放置在起焊槽的两半圆形槽内，保证二者轴心一致，调整二者之间的装配间隙并使之处于起焊槽的中部，将备用的两块钢板对应扣压在阳极钢爪头和圆钢棒上方，形成引出板；再将引出板和起焊槽分别垂直对应焊接在阳极钢爪头和圆钢棒端头的上、下部；
在引出板和起焊槽的另外两个侧面上分别固定水冷滑块，将焊机的熔嘴夹持机构固定好，将熔嘴固定在加持机构前端，并调节熔嘴夹持机构，使熔嘴处于装配间隙的中心部位；第三步，施焊按照钢爪头和圆钢棒的材质及接头形式，选用合适的电渣焊焊接材料和工艺通电进行施焊；
第四步，焊后处理
施焊完毕，将引出板和起焊槽切除，打磨焊缝金属使其与钢爪头和圆钢棒平滑过渡，完成该阳极钢爪头的修复。
[0006]所述第一步中阳极钢爪头切除后剩余的长度、所选取的圆钢棒的长度与第三步施焊后形成的焊缝宽度之和等于阳极钢爪头的设计长度。
[0007]所述待修复的阳极钢爪头的直径为D，用于加工起焊槽和引出板的四块长方形钢板的长、宽和厚度分别为D/2 + 40- D/2 + 40mm, D和20~ 70_。
[0008]所述第二步中阳极钢爪头和圆钢棒待焊面之间呈双V形结构，其上坡口装配间隙为31~35_，下坡口装配间隙为33~38_。
[0009]第二步中所用的熔嘴为单个双丝或三丝熔嘴，所述熔嘴与两侧的水冷滑块之间的距离为8~10_。
[0010]所述水冷滑块为带有进、出水口的铜水套。
[0011]本发明的电渣焊修复方法将钢爪头和圆钢棒一次焊接完成，不仅实现了全截面的冶金结合，接头强度高、电阻率低，而且电渣焊设备简单，焊接效率高、自动化程度高，修复效率高，综合修复成本得以大大降低。
【附图说明】
[0012]图1是本发明所焊接的起焊槽的结构示意图。
[0013]图2是本发明焊接时的装配结构示意图。
[0014]图3、图4是图2中阳极钢爪头和圆钢棒之间装配间隙示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面通过具体实施例对本发明做更加详细的说明。
[0016]针对国内某电解铝厂单排四爪头的阳极钢爪头的焊接修复，钢爪头的材质为ZG230-450，设计直径Φ 180mm，设计长度280mm，烧损段长度140mm。
[0017]第一步，焊前准备
1)采用气割将待修复的阳极钢爪头1的烧损段和端头完全切除，剩余110mm，选取一段与该阳极钢爪头同材质同直径的圆钢棒2(长度为136_)，并对阳极钢爪头1和圆钢棒2的待焊面进行机加工，使其表面粗糙度Ra= 6.3-12.5 μ m ;
2)起焊槽和引出板的加工根据阳极钢爪头1的直径，选取四块尺寸为150X180X50mm的长方体钢板，并在长方体钢板的一侧边加工出直径180mm的半圆形槽，将两块长方体钢板与另一块尺寸为180 X 83 X 50mm的长方体钢板(作为底板)拼焊成起焊槽，起焊槽结构如图1所示，两侧的钢板分别为左支板3、右支板4，垫在左支板3和右支板4底部的为底板5，另两块钢板备用；第二步，焊前装配
如图2所示，将第一步处理过的阳极钢爪头1和圆钢棒2分别水平放置在起焊槽的左支板3和右支板4半圆形槽内，保证二者轴心一致，调整二者之间的装配间隙处于起焊槽的中部，将备用的两块钢板对应扣压在阳极钢爪头1和圆钢棒2上方，形成左引出板6和右引出板7 ;然后将左引出板6、右引出板7以及左支板3、右支板4分别垂直对应焊接在阳极钢爪头1和圆钢棒2的上、下部；
实际加工时，可以将阳极钢爪头1和圆钢棒2的待焊面加工成角度不同的圆锥台形，使二者之间形成如图3或图4所示的带有上、下坡口的装配间隙。本发明的装配间隙，如图3所示，其上坡口装配间隙为33mm，下坡口装配间隙为35mm。
[0018]在不安装阳极钢爪头1和圆钢棒2的引出板和起焊槽的另外两个侧面上分别固定有水冷滑块8 (水冷滑块8可采用带有进、出水口的铜水套)，目的是在焊接时，利用通入水冷滑块8内腔中的流动水将焊缝中的热量带走，这样既利于焊缝的成形，又能使焊缝的组织细化；然后将焊机的熔嘴夹持机构9固定好:将熔嘴10固定在加持机构9的前端，并调节熔嘴夹持机构，使熔嘴10处于装配间隙的中心部位(也即起焊槽的中心)；
第三步，施焊
根据钢爪头和圆钢棒的材质及接头形式，将焊机的送丝速度设置为180?200m/h，焊接电压设置为40?46V，焊接速度控制在0.6?0.8m/h，为利于焊接过程中排渣，保持持续实施焊接，渣池深度设置为45?55mm，然后通电施焊；
第四步，焊后处理
施焊完毕，将左引出板6、右引出板7以及起焊槽切除，打磨焊缝金属11使其与钢爪头1和圆钢棒2平滑过渡，完成该阳极钢爪头的修复。
[0019]对电渣焊修复后的阳极钢爪头进行破坏试验检测，结果表明:接头全部实现冶金结合，无裂缝夹杂及未熔合等缺陷，其压降测试结果为53毫伏，基本接近阳极钢爪平均压降50毫伏的指标。
【主权项】
1.一种用于阳极钢爪头的电渣焊修复方法，其特征在于:包括下述步骤: 第一步，焊前准备 将待修复的阳极钢爪头端部的烧损段完全切除，再选取一段与该阳极钢爪头同材质同直径的圆钢棒，并对阳极钢爪头和圆钢棒的待焊面进行机加工，使其表面粗糙度Ra=6.3—12.5 μ m ； 选取四块尺寸相同的长方形钢板，并在一侧边加工出直径与阳极钢爪头相同的半圆形槽，将其中两块钢板半圆形槽朝上间隔一定距离焊接在水平放置的底板上，形成起焊槽，另两块钢板备用； 第二步，焊前装配 将第一步处理过的阳极钢爪头和圆钢棒分别水平放置在起焊槽的两半圆形槽内，保证二者轴心一致，调整二者之间的装配间隙并使之处于起焊槽的中部，将备用的两块钢板对应扣压在阳极钢爪头和圆钢棒上方，形成引出板；再将引出板和起焊槽分别垂直对应焊接在阳极钢爪头和圆钢棒端头的上、下部； 在引出板和起焊槽的另外两个侧面上分别固定水冷滑块，将焊机的熔嘴夹持机构固定好，将熔嘴固定在加持机构前端，并调节熔嘴夹持机构，使熔嘴处于装配间隙的中心部位； 第三步，施焊 按照钢爪头和圆钢棒的材质及接头形式，选用合适的电渣焊焊接材料和工艺通电进行施焊； 第四步，焊后处理 施焊完毕，将引出板和起焊槽切除，打磨焊缝金属使其与钢爪头和圆钢棒平滑过渡，完成该阳极钢爪头的修复。2.根据权利要求1所述的用于阳极钢爪头的电渣焊修复方法，其特征在于:所述第一步中阳极钢爪头切除后剩余的长度、所选取的圆钢棒的长度与第三步施焊后形成的焊缝宽度之和等于阳极钢爪头的设计长度。3.根据权利要求1所述的用于阳极钢爪头的电渣焊修复方法，其特征在于:所述待修复的阳极钢爪头的直径为D，用于加工起焊槽和引出板的四块长方形钢板的长、宽和厚度分别为 D/2 + 40- D/2 + 40 mm, D 和 20?70 mm。4.根据权利要求1所述的用于阳极钢爪头的电渣焊修复方法，其特征在于:所述第二步中阳极钢爪头和圆钢棒待焊面之间呈双V形结构，其上坡口装配间隙为31~35 mm，下坡口装配间隙为33~38 _。5.根据权利要求1所述的用于阳极钢爪头的电渣焊修复方法，其特征在于:第二步中所用的熔嘴为单个双丝或三丝熔嘴，所述熔嘴与两侧的水冷滑块之间的距离为8~10 mm。6.根据权利要求1所述的用于阳极钢爪头的电渣焊修复方法，其特征在于:所述水冷滑块为带有进、出水口的铜水套。
【专利摘要】本发明公开了一种用于阳极钢爪头的电渣焊修复方法，首先将钢爪头的烧损段切除，选取一段与该其同材质同直径的圆钢棒；用四块长方形钢板，两块加工后与底板焊成起焊槽，将钢爪头和圆钢棒放在起焊槽上，另两块钢板扣压在上方，形成引出板，并将其焊接在钢爪头和圆钢棒的上、下部；在引出板和起焊槽的另两侧面固定水冷滑块，将熔嘴固定在加持机构前端，调节使其处于起焊槽中心；选用合适的电渣焊焊接材料和工艺通电进行施焊；最后将引出板和起焊槽切除，打磨焊缝金属使其与钢爪头和圆钢棒平滑过渡，完成钢爪头的修复。本发明将钢爪头和圆钢棒一次焊接完成，实现了全截面的冶金结合，接头强度高、电阻率低，焊接效率高，综合修复成本得以大大降低。
【IPC分类】B23K103/04, B23K25/00
【公开号】CN105382408
【申请号】CN201510867958
【发明人】王星星, 李智勇, 李权才, 杜全斌, 魏巍, 冯晓强, 李兰伟
【申请人】华北水利水电大学
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年12月2日