本發(fā)明屬于電解鋁行業(yè)，具體涉及一種相互垂直且兩母線之間有一定距離的鋁母線的焊接方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，我國(guó)鋁工業(yè)迅猛發(fā)展，電解鋁產(chǎn)量已雄居世界首位，鋁生產(chǎn)技術(shù)在許多方面達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平。在電解鋁生產(chǎn)中，為提高電流效率及鋁的產(chǎn)量，鋁電解槽的電流強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)，這也意味著電解槽處于更強(qiáng)的磁場(chǎng)中。在電解鋁過(guò)程中，直流電通過(guò)陰極鋼棒進(jìn)入母線系統(tǒng)，鋁母線在傳輸強(qiáng)電流的過(guò)程勢(shì)必會(huì)造成周?chē)艌?chǎng)強(qiáng)度過(guò)大。目前國(guó)內(nèi)外300-600KA電解槽由于焊接部位磁場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)大，無(wú)法在生產(chǎn)系列處于全電流工況下實(shí)現(xiàn)焊接作業(yè)，停電或降低系列電流均嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此，鋁廠一般通過(guò)電解槽底部母線，對(duì)各立柱母線進(jìn)行分流，達(dá)到降低磁場(chǎng)的目的。此外，有些情況下鋁廠也需要通過(guò)立柱母線進(jìn)行補(bǔ)償電流。能否在不停電的情況下，將垂直分布的立柱鋁母線和水平母線連接起來(lái)成為一個(gè)迫切需要解決的技術(shù)難關(guān)。

針對(duì)以上難題，大量企業(yè)、高校研究人員投入該領(lǐng)域，并取得了一系列研究成果。如申請(qǐng)?zhí)枮?01510453431.8的發(fā)明專利“一種鋁電解槽陰極軟母帶與鋁母線的原位不停電焊接方法”中，利用放熱焊接直接完成了軟母帶與鋁母線之間的連接，實(shí)現(xiàn)了在不停電的情況下完成對(duì)軟母線修復(fù)的技術(shù)難題。在申請(qǐng)?zhí)枮?00810153133.7的發(fā)明專利中“電解槽鋁母線帶電焊接方法”中，通過(guò)在爆炸焊接快的前方放置一不銹鋼屏蔽環(huán)，進(jìn)行磁場(chǎng)屏蔽，然后進(jìn)行常規(guī)的連接鋼板堆焊焊接，割除爆炸焊接塊和陰極鋁軟帶，最后用連接鋼板將陰極鋼棒和新的爆炸焊接塊用焊接的方法連接起來(lái)；并將新的陰極鋁軟帶焊接在爆炸焊接塊上，從而實(shí)現(xiàn)不停電維修。在申請(qǐng)?zhí)枮?01110096687.X的發(fā)明專利“水平敷設(shè)大截面鋁母線焊接施工方法”中，是將需要焊接的鋁母線組對(duì)固定后放置于一個(gè)帶有加熱器的焊接熔池結(jié)晶槽內(nèi)，采用半自動(dòng)熔化極MIG雙脈沖氬弧焊焊接的同時(shí)將鋁條做為焊接材料直接插入熔池焊接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，填充焊接材料可降低熔池溫度并提高焊接速度，結(jié)晶槽在焊接過(guò)程中對(duì)焊接部位進(jìn)行加熱，減少了焊縫的氣孔生成，有利于減少焊接變形和熱裂紋。在申請(qǐng)?zhí)枮?01210299900.1的發(fā)明專利“一種鋁電解槽陰極軟母線系列不停電焊接方法”中，是在當(dāng)電解槽陰極軟母線損傷需要更換或修復(fù)時(shí)，將需要修復(fù)的陰極軟母線連同爆炸塊從原有部位拆卸下來(lái)，將事先已經(jīng)焊接好的過(guò)渡鋁塊、軟母線與爆炸塊的整體用來(lái)取代拆卸下來(lái)的部件，用鋼連接片黑色焊完成對(duì)陰極鋼棒和爆炸塊之間的連接，用鋁-鋁放熱焊完成過(guò)渡鋁塊與槽周?chē)妇€之間的連接，該作業(yè)在系列電解槽不停電的狀態(tài)下完成，對(duì)系列電解槽生產(chǎn)沒(méi)有任何影響，到修復(fù)目的。

以上各種方法，一般都是針對(duì)鋁電解軟母帶與鋁母線之間的焊接修復(fù)，或?yàn)椴煌潭鹊匿X母線焊接修復(fù)。并且或多或少存在通用性差、操作過(guò)程復(fù)雜、焊縫出現(xiàn)未熔合等缺點(diǎn)。在發(fā)明“水平敷設(shè)大截面鋁母線焊接施工方法”中，雖然實(shí)現(xiàn)了大截面鋁母線的焊接連接，但僅能用于水平敷設(shè)的鋁母線，對(duì)垂直放置的鋁母線焊接不適用?；谝陨显?，發(fā)明人欲提供一種基于垂直放置的且兩母線之間有一定距離的鋁母線的不停電焊接方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題采用的技術(shù)方案如下：

一種垂直鋁母線的焊接方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：測(cè)量?jī)纱B接鋁母線的尺寸及其相對(duì)放置位置，對(duì)過(guò)渡鋁塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

步驟二、加工鋁塊：根據(jù)已測(cè)量的鋁母線尺寸，和設(shè)計(jì)好的鋁塊結(jié)構(gòu)，預(yù)先在車(chē)間外加工或鑄造出一端帶有凹槽的鋁塊；

步驟三、表面清理：將待焊立柱母線的下端與水平放置母線的上端或側(cè)端，以及用于連接兩母線的過(guò)渡鋁塊待焊部位進(jìn)行打磨，除去表面油污及氧化膜；

步驟四、焊前定位：將鋁塊放置在兩待焊母線之間，鋁塊帶有凹槽的一端放置在立柱母線的正下方，鋁塊側(cè)端靠近水平母線待焊部位；

步驟五、焊前預(yù)熱：將待焊接鋁母線以及用于連接的鋁塊進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度為300-400℃；

步驟六、原位放熱焊接：將用于放熱焊接的石墨模具放置在合適位置，模具下方小孔用擋片封住，稱取適量自蔓延焊粉，裝入模具中，并在其表面撒上引火粉，點(diǎn)燃引線引發(fā)放熱反應(yīng)，高溫金屬液由于重力及毛細(xì)作用經(jīng)由模具底部小孔流入待焊接縫隙中；

步驟七、焊后處理：待金屬液冷卻后，拆卸下模具，清理焊渣，再根據(jù)平整度要求對(duì)焊接接頭進(jìn)行打磨處理。

所述步驟四中鋁塊上凹槽兩側(cè)壁與立柱母線之間的間隙均為10-15mm，底面與鋁塊之間的間隙為5-10mm，鋁塊側(cè)端與水平母線之間留10-15mm間隙。

所述的步驟一和步驟二中的鋁塊為純鋁或鋁硅合金。

所述的步驟一和步驟二中的鋁塊尺寸根據(jù)兩垂直母線的尺寸及放置位置決定。

所述的步驟一和步驟二中的鋁塊形狀為帶凹槽的矩形、T形、L形等，當(dāng)兩母線電流較大且水平母線位于立柱母線的左右兩側(cè)或下方時(shí)，鋁塊為矩形或L形；當(dāng)兩母線電流較小且水平鋁塊位于垂直母線的左右兩側(cè)或下方時(shí)，鋁塊為L(zhǎng)形或T形。

所述的步驟五中焊前預(yù)熱設(shè)備為氧-乙炔焰、城市煤氣或液化石油氣等無(wú)需用電的加熱設(shè)備。

所述的步驟六中擋片為鋁箔，鋁箔厚度小于3mm。

所述的步驟六中自蔓延焊粉組分按質(zhì)量百分比可以為：氧化銅17-19%，五氧化二釩12-14%，二氧化錫13-15%，硫酸鹽1-2%，硼粉3-4%，氟化鈣2.5-3%，其余為鋁粉。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

通過(guò)在鋁塊中加工凹槽，將水平焊縫轉(zhuǎn)化為垂直焊縫，避免了由于重力作用引起的焊縫上部未熔合現(xiàn)象，焊接質(zhì)量大大提高；

無(wú)需將待焊母線移到磁場(chǎng)外或進(jìn)行磁屏蔽的處理，直接進(jìn)行原位焊接，不會(huì)破壞鋁母線原有連接，減少大量工序，使得操作簡(jiǎn)單方便；

根據(jù)待焊鋁母線的尺寸及位置，通過(guò)加工不同結(jié)構(gòu)形狀的連接過(guò)渡鋁塊，使得本方法適用于各種條件下垂直鋁母線的焊接，通用性好；

針對(duì)垂直鋁母線的連接，通過(guò)設(shè)計(jì)帶有凹槽的連接鋁塊，并采用自蔓延放熱焊接技術(shù)，提供了一種開(kāi)創(chuàng)性的垂直母線的連接方法，實(shí)現(xiàn)了各種情況下垂直鋁母線的不停電焊接，提高鋁電解企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，解決了鋁電解企業(yè)對(duì)于立柱母線分流、補(bǔ)償電流、連接等技術(shù)難題。

附圖說(shuō)明

圖1為矩形鋁塊與垂直母線焊接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為L(zhǎng)形鋁塊與垂直母線焊接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為T(mén)形鋁塊與垂直母線焊接結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1-立柱母線；2-自蔓延焊粉；3-石墨模具；4-擋片；5-立柱母線與鋁塊間焊縫；6-鋁塊；7-水平母線與鋁塊間焊縫；8-水平母線。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。

實(shí)施例1

如圖1所示，一種垂直鋁母線的焊接方法，包括如下步驟：

（1）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：測(cè)量?jī)纱B接鋁母線的尺寸及其相對(duì)放置位置，對(duì)鋁塊6進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

（2）加工鋁塊：當(dāng)水平母線8的一端位于立柱母線1的左側(cè)或右側(cè)且立柱母線1的電流較大時(shí)，根據(jù)兩母線的尺寸及放置位置，預(yù)先在車(chē)間外加工或鑄造出一端帶有凹槽的矩形鋁塊，如圖1所示；

（3）表面清理：將待焊立柱母線1的下端與水平母線8的側(cè)端，以及用于連接兩母線的鋁塊6待焊部位進(jìn)行打磨，除去表面油污及氧化膜；

（4）焊前定位：將鋁塊6放置在兩待焊母線之間，鋁塊6帶有凹槽的一端放置在立柱母線1的正下方，凹槽側(cè)壁與立柱母線1之間的間隙為10-15mm，底面與立柱母線底面的距離為5-10mm，鋁塊6側(cè)端靠近水平母線8待焊部位，之間留10-15mm間隙；

（5）焊前預(yù)熱：將待焊接鋁母線以及用于連接的鋁塊進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度為300~400℃；

（6）原位放熱焊接：將用于放熱焊接的石墨模具3放置在合適位置，模具下方小孔用擋片4封住，稱取適量自蔓延焊粉2，裝入模具中，并在其表面撒上引火粉，點(diǎn)燃引線引發(fā)放熱反應(yīng)；高溫金屬液由于重力及毛細(xì)作用經(jīng)由模具底部小孔分別流入，立柱母線與鋁塊間焊縫5以及水平母線與鋁塊間焊縫7中；

（7）焊后處理：待金屬液冷卻后，拆卸下模具，清理焊渣，再根據(jù)平整度要求對(duì)焊接接頭進(jìn)行打磨處理。

實(shí)施例2

如圖2所示，一種垂直鋁母線的焊接方法，包括如下步驟：

（1）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：測(cè)量?jī)纱B接鋁母線的尺寸及其相對(duì)放置位置，對(duì)鋁塊6進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（2）加工鋁塊：當(dāng)水平母線8的一端位于立柱母線1的左側(cè)或右側(cè)且立柱母線1的電流較小時(shí)，根據(jù)兩母線的尺寸及放置位置，預(yù)先在車(chē)間外加工或鑄造出一端帶有凹槽的L形鋁塊，如圖2所示。

（3）表面清理：將待焊立柱母線1的下端與水平母線8的側(cè)端，以及用于連接兩母線的鋁塊6待焊部位進(jìn)行打磨，除去表面油污及氧化膜。

（4）焊前定位：將鋁塊6放置在兩待焊母線之間，鋁塊6帶有凹槽的一端放置在立柱母線1的正下方，凹槽側(cè)壁與立柱母線1之間的間隙為10-15mm，底面與立柱母線底面的距離為5-10mm，鋁塊側(cè)端靠近水平母線待焊部位，之間留10-15mm間隙。

（5）焊前預(yù)熱：將待焊接鋁母線以及用于連接的鋁塊進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度為300~400℃。

（6）原位放熱焊接：將用于放熱焊接的石墨模具3放置在合適位置，模具下方小孔用擋片4封住，稱取適量自蔓延焊粉2，裝入模具中，并在其表面撒上引火粉，點(diǎn)燃引線引發(fā)放熱反應(yīng)；高溫金屬液由于重力及毛細(xì)作用經(jīng)由模具底部小孔分別流入，立柱母線與鋁塊間焊縫5以及水平母線與鋁塊間焊縫7中；

（7）焊后處理：待金屬液冷卻后，拆卸下模具，清理焊渣，再根據(jù)平整度要求對(duì)焊接接頭進(jìn)行打磨處理。

實(shí)施例3

如圖3所示，一種垂直鋁母線的焊接方法，包括如下步驟：

（1）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：測(cè)量?jī)纱B接鋁母線的尺寸及其相對(duì)放置位置，對(duì)鋁塊6進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

（2）加工鋁塊：當(dāng)水平母線8的一端位于立柱母線1的下方時(shí)，根據(jù)兩母線的尺寸及放置位置，預(yù)先在車(chē)間外加工或鑄造出一端帶有凹槽的T形鋁塊，如圖3所示；

（3）表面清理：將待焊立柱母線1的下端與水平母線8的側(cè)端，以及用于連接兩母線的鋁塊6待焊部位進(jìn)行打磨，除去表面油污及氧化膜；

（4）焊前定位：將鋁塊6放置在兩待焊母線之間，鋁塊6帶有凹槽的一端放置在立柱母線1的下方，凹槽側(cè)壁與立柱母線1之間的間隙為10-15mm，底面與立柱母線底面的距離為5-10mm，鋁塊6側(cè)端靠近水平母線8待焊部位，之間留10-15mm間隙；

（5）焊前預(yù)熱：將待焊接鋁母線以及用于連接的鋁塊進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度為300~400℃；

（6）原位放熱焊接：將用于放熱焊接的石墨模具3放置在合適位置，模具下方小孔用擋片4封住，稱取適量自蔓延焊粉2，裝入模具中，并在其表面撒上引火粉，點(diǎn)燃引線引發(fā)放熱反應(yīng)；高溫金屬液由于重力及毛細(xì)作用經(jīng)由模具底部小孔分別流入，立柱母線與鋁塊間焊縫5以及水平母線與鋁塊間焊縫7中；

（7）焊后處理：待金屬液冷卻后，拆卸下模具，清理焊渣，再根據(jù)平整度要求對(duì)焊接接頭進(jìn)行打磨處理。

本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于上述的實(shí)施例，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變形而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。倘若這些改動(dòng)和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi)，則本發(fā)明的意圖也包含這些改動(dòng)和變形在內(nèi)。