浅析大型电解槽铝母线的焊接质量控制

农万光

摘要：随着我国经济建设的飞速发展,大型电解槽已经被广泛应用于化工和机械等行业,由于电解槽的施工要点繁多复杂以及质量把控的力度不高,一旦出现事故,不仅损害机器设备,还带来重大经济损失和伤及人的身心健康。本文以某电解铝工程铝母线安装施工为例,对铝母线相关的焊接技术及方法进行了介绍,对今后类似工程施工起到指导和借鉴的作用。

关键词：铝母线;焊接;半自动MIG;反变形

某公司电解槽制作安装工程项目,工程规模为50万吨再生铝,电流强度为500KA的高功效电解槽。铝母线安装量大,规格多,具有焊接截面大、操作空间狭窄、焊缝长焊口多等难点,单台电解槽合计210个焊口,焊缝长度单台合计为1973m。为确保每个焊口焊接合格,以满足通电压降达到设计要求。

1大型电解槽铝母线施工特点

随着电解槽电流强度的提高,对母线配置难度也增大,尤其是焊接,本工程中对焊接质量的有更高要求,特点如下:母线结构复杂、流程严格;母线加工精度高,安装要求尺寸精确;槽上母线焊接空间狭小;槽间母线间隙小且焊接量大等特点。

2铝母线焊接原理及方法

铝由于它的熔点低,极易氧化,生成气孔等特性,因而焊接难度较大,焊接方法与焊钢基本相同,但铝电解母线截面大,没有较高的热能很难满足焊接要求。经过多方面的科学论证,熔化极氩弧焊(MIG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。本工程采用半自动熔化极氩弧焊接技术对铝母线进行焊接。

2.1材料及设备

(1)母材规格

焊接母材为各类规格的铸铝母线(截面积):210mm*380mm、120mm*460mm、90mm*460mm、60mm*460mm等,其铝含量最低99.7%;

铝软带:δ=1mm,铝含量99.7%;

铝焊板:δ=10mm铝含量99.7%。

(2)焊接材料

铝焊丝:牌号SAL-2,AL≥99.7;

保护气体:GB/T4842-2006中规定高纯氩技术指标---氩气纯度≥99.999%,纯氩气技术指标---氩气纯度≥99.99%。

(3)焊接设备

采用高质量、高效率的日本OTC半自动氩弧焊机。

2.2MIG焊接工艺

(1)工艺原理

MIG焊是采用实芯焊丝,在惰性气体(Ar)保护下进行的一种电弧焊方法,该方法采取合适的焊接参数,对铝母线进行半自动焊接生产,以工艺保证焊接质量,克服了铝合金焊接时易出现熔合不良、气孔等缺陷,是一种焊接铝及铝合金较好的焊接方法。

(2)工艺流程

铝板的坡口制备,清理焊接区域(先化学法再机械法),组对,打底焊,填充焊,盖面焊,机械磨平(砂轮),组对下一层,焊接,检查验收。

图1焊接位置示意图

(3)焊接技术

母线与母线之间既可通过多块铝板叠加焊接形成母线焊接接头,也可通过多束铝软带叠加焊接形成母线焊接接头,接头的焊缝有多种焊位,焊接位置示意图如图1所示。

a.熔化极氩弧焊焊接参数见表1(本分部工程板厚为10mm)。

表1熔化极氩弧焊焊接参数

b.铝母线焊接接头的第一层铝焊板应采用无坡口、无间隙对(角)接,焊后的焊肉以不影响第二层铝焊板与第一层铝焊板的贴紧。第二层及其它各层铝焊板均应采用坡口填焊,铝焊板焊接铸铝母线端面的间隙为3mm~5mm,焊后的焊肉基本上与铝焊板齐平,焊完最后一层必须施以封口焊,使其焊肉高为2mm~3mm。

c.现场槽上铝母线各个焊接接头的焊接,按照先里后外,先下后上的顺序进行。

d.同一铝母线接头的焊接应一次连续焊成,硬焊片(铝焊板)的焊接按顺序应遵循先里后外、先下后上,以及焊完硬焊片(铝焊板)两焊接端口后再覆盖下一硬焊片(铝焊板)的原则。同一处有多个并列接头的焊接,应采用相互交错,分层渐进的焊接方法施焊。

e.铝母线接头焊成后,应在接头附近明显处打上焊工代号和日期钢印。焊工对发现的裂纹、气孔等严重缺陷,应及时反映和处理,不得随意覆盖、隐瞒缺陷。

(4)操作要点

a.施焊时应采用“左焊法”为宜。MIG焊熔滴过渡形式的选择采用射流过渡的形式。

b.施焊:在保证厚铝板一侧熔合良好的情况下,焊枪(焊丝)以直线或划小格向前运动,焊接速度适当快些。焊道要细、焊层要薄,控制熔池形状、熔化的铝屑不得超越焊丝之前,否则厚铝板一侧将会出现未熔合、焊道两侧夹角过深等缺陷。熄弧时,当焊丝运动到坡口边缘,焊丝应回焊20mm左右,防止产生弧坑,同时焊枪也不可马上抬起,应使滞后氩气功能继续保护尚未完全凝固的熔池免受空气的侵入,防止产生气孔。每个接头要连续焊完,中途不得停顿。

3焊接过程的质量控制措施

铝母线的焊接是一种特殊过程,为保证母线的焊接质量,整个环节必须严格执行质量管理体系标准。

3.1预控措施

为确保创优目标的实现,对焊接质量从源头开始控制,方案,作业指导书,施工工艺卡,操作规程,从人员、设备、材料、施工工艺等以几点做好充分的准备工作。

人:在人员管理方面组织并建立完善的质量岗位责任制,明确每个岗位职责。建立各项质量管理制度,制定质量管理目标,从公司管理层到焊接班组再到焊工全面落实质量奖惩制度;关键岗位及特殊工种必须持证上岗,根据实际情况进行岗前培训。

机:施工所用焊接设备、检测计量仪器在焊接前均进行技术鉴定,以保证焊接质量的技术要求。

料:焊接材料母线材料需经过三方(厂家、乙方、甲方)检测合格,遵照质量管理体系的物资验收程序进行验收后,才能使用。

法:进行焊接工艺评定,编制作业指导书,对作业人员进行技术交底。

环:针对当地的施工环境,合理安排施工进度,对可预见的环境因素采取预控措施。

3.2施工过程控制及关键问题解决

大型电解槽的铝母线安装操作空间狭窄、焊缝长焊口多,焊接安装可分为槽外焊接预制和槽上焊接安装。为保证焊接安装过程中的质量,采取以下措施。

(1)首件认可

铝母线的安装采用先在槽外大规模组焊成部件的工序,在确保安装工序的前提下尽量减少现场槽上的焊接量,从而改善了安装及焊接环境,极大地提高了施工效率。因此,对于批量焊接的部件,必须进行首件认可,防止因质量问题造成大面积返工。

(2)变形处理

a.预制焊接时,因铝焊接应力容易导致变形,因此铝焊接通常在夹具紧固下进行,制作对应的胎具模具控制母线变形,以确保预制焊接后铝母线的尺寸符合设计文件要求。

b.安装焊接时,采用反变形措施。将不留间隙的焊板放入母线垂直中心1/2处,进行点固焊接。将留有间隙的焊板沿着中心向外分别焊接,同时也可采用两人对称焊接,效果更好。即,沿着中心焊板,第二块先焊左侧后焊右侧,第三块先焊右侧后焊左侧,如此循环进行焊接,保持母线受热均匀,使焊接变形量大为减小。

(3)开展质量控制活动

开展QC活动,不仅可以保证质量,还可以加快施工进度,因铝软带焊接位置比较狭窄,在质量控制和施工进度上都受到制约,通过QC小组开展的活动,并采取措施进行合理的控制,很好的解决了铝软带焊接难题。

4结语

在焊接施工过程中,采用的先进设备以及先进焊接技术,经过现场精心管理和严格的质量控制,该工程铝母线焊接分部工程合格率达到100%,铝母线焊接接头电压降全部符合规范要求,电压降的降低大大降低了设计产能电能消耗。

参考文献

[1]卡里,黑尔策.现代焊接技术.化学工业出版社,2010.

[2]徐峰,焊接工艺简明手册.上海科学技术出版社.2002.

[3]中国有色金属工业协会.铝母线焊接工程施工及验收规范.中国计划出版社.2010.