阳极导杆铝焊存在问题及替代新技术浅析

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1、阳极导杆铝焊存在问题及替代新技术浅析(评职称论文》)贵州分公司碳素厂导杆车间覃建必-15-阳极导杆铝缝焊接存在问题和替代新技术浅析中国铝业贵州分公司碳素厂覃建必摘要本文粗略分析了阳极导杆各部分的连接情况，并认为阳极导杆中的铝—铝焊缝是最薄弱的连接部分；阐述了加强该连接部分对于电解电流效率的意义；认为加强该连接部分的最终途径是提高铝—铝焊缝的焊接质量；分析了铝及铝合金焊接过程中的特点，并进一步分析了阳极导杆铝缝熔化极氩弧焊（MIG）过程中容易出现的缺陷；根据缺陷的形成机理和原因提出了防止缺陷产生的措施，交待了措施实施后的效果；指出要消除人、材料、

2、气候因素对焊接质量的影响，最好的途径就是实现机械、自动焊接——采用摩擦焊；介绍了摩擦焊的焊接原理和特点，并从相位控制、钢—铝摩擦焊的材料焊接性、焊接接头强度、电机主轴功率和压力是否足够、投入是否经济等方面对实施摩擦焊的可能性进行了探讨。关键词阳极导杆铝—铝焊接MIG焊接缺陷摩擦焊一、前言就国内目前采用预焙阳极的大多数电解铝厂家来说，阳极导杆中铸钢爪架和铝棒的连接多采用钢—铝复合片连接过渡的方式。如图一所示，铸钢爪架1和钢—铝复合片2中的钢片通过焊缝Ⅱ（黑色焊）连接。焊缝的强度基本上接近母材强度；铝棒3和钢—铝复合片2中的铝片则通过铝—铝焊接

3、连接。其焊-15-接坡口和焊缝截面如图二所示：图一、阳极导杆连接示意图图二、焊接坡口示意图由于铝—铝焊缝在工作中不仅承担导电作用，还要承载1040㎏的重量（其中钢爪架210㎏、D型碳块830㎏），因此对其强度和导电能力要求较高。而铝—铝焊缝与母材或钢—-15-铝复合片的接头相比，强度要低得多，（仅能达到母材强度下限的85%），加之有效连接面积较少，因此，图一所示的焊缝Ⅰ无论强度还是导电能力都成为整个阳极导杆最薄弱的部分。如果焊缝强度低，导杆运输过程或在电解槽中受热、受外力作用造成铝焊缝脱落、开裂，由此带来的是阳极块报废、导杆返回修理、生产效率降

4、低；如果是焊缝导电能力低，会造成电解电流效率的降低。以贵州分公司3个系列约540台槽投产的量计算，平均每天挂极通电的导杆在1万3千套左右。试想每套导杆的导电能力在原有基础上增加1%的话，将对电解的电流效率促进很大。无论是提高焊缝的导电性还是提高焊缝强度，最终都要落实到改善和提高铝焊缝的焊接质量上。因此，研究如何提高导杆铝—铝焊接质量的意义重大。图一二、铝和铝合金的焊接特点和阳极导杆焊接现状分析和对策1、铝及铝合金的焊接时主要有以下这些困难：⑴、铝的强氧化能力铝和氧的亲合力很强，在空气中容易与氧生成一层致密的氧化薄膜(熔点约2050℃)，焊接时如

5、未能将其清除，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，易造成夹渣；氧化铝薄易吸附水份，焊接时会促使焊缝生成气孔，这些缺陷都会降低焊缝强度；(2)、铝的热导率大(约为钢的2倍)因为铝的热导率大、金属传热快，焊接中大量的热能被迅速传导到基体金属内部，焊接时若要达到与钢相同的焊速，则焊接热输入要比焊钢时大2～4倍。为获得高质量的焊接接头，必须采用能量集中、功率大的焊接热源；(3)、线膨胀系数大-15-铝的线膨胀系数约为钢的2倍，凝固时体积收缩率达6.5％～6.6％，因此易产生变形；另外在焊缝金属形成晶间裂纹和热影响区形成液化裂纹的倾向较大；(4)、易出现

6、气孔气孔的产生往往是由于环境中的水分产生的。因为铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及析出，极易形成氢气孔。弧柱气氛中的水分、及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源。特别是阴雨天气空气湿度大、气候返潮时焊接材料和母材表面氧化膜（AL2O3）更容易聚集水分，这时焊接产生气孔的机率更大。因此，铝及铝合金的焊接对环境的湿度和空气、焊接材料中的水分较为敏感。(5)、焊接接头的强度较低。一是由于焊接热的影响，焊接接头中的热影响区会出现软化，即强度降低；二是由于铝为面心立方晶格，没有同素异

7、构体，加热与冷却过程中没有相变，焊缝晶粒易粗大，不能通过相变来细化晶粒；三是合金元素（如镁、锌等）易蒸发、烧损，改变了焊缝金属的化学成分，使焊缝性能下降。铝合金焊接的这些特点，要求我们在焊接前必须认真对待这些问题，才能制定出合适的焊接工艺和选用正确的焊接方法、焊接设备及材料。    2.阳极导杆铝缝焊接现状（1）焊接方法焊件的用途和工作环境，决定了铝焊的焊接方法。目前阳极导杆铝—铝焊缝采用的焊接方法为应用最广泛的熔化极氩弧焊，即MIG焊。该焊接方式的特点是以焊丝为电极，电弧功率大，热量集中，焊接速度快，热影响区小，生产效率比其它常用的焊接方式高

8、2～3倍．可获得表面光滑、质量优良的焊缝。-15-（2）焊接规范及设备焊件母材的材质为2号纯铝，铝焊丝为￠2.4㎜的SAL—2焊丝。焊接规范为：I=3