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/T 4842-2006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。
2.2 MIG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.
论文作者:农万光
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/21
标签：母线论文; 电解槽论文; 焊丝论文; 质量论文; 气孔论文; 间隙论文; 质量控制论文; 《基层建设》2019年第20期论文;