鋅電積鋁陰極板焊接工藝技術(shù)

瞿 浩

(江西銅業(yè)集團(貴溪)冶金化工工程有限公司，江西 貴溪 335424)

1 引言

江西銅業(yè)鉛鋅金屬有限公司主要生產(chǎn)鉛、鋅2種金屬。鋅金屬的生產(chǎn)工藝是以凈化后的鋅浸出液配制電解液，采用不溶陽極，在直流電作用下使電解液中的金屬鋅離子沉積在鋁陰極表面。鋅電積鋁陰極板的性能對鋅電積工藝有著顯著的影響，鋁陰極板要求具有較好的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能［1］。以前國內(nèi)鋅廠的鋅電積工藝大多采用通流面積小、導(dǎo)電棒端部通流壓降大的小極板，其導(dǎo)電棒采用熔焊接頭導(dǎo)電頭;個別新建鋅廠采用進口的通流面積為3.2 m2的大極板。進口大極板生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)主要有兩點:一是銅鋁導(dǎo)電頭的爆炸復(fù)合，二是鋁合金導(dǎo)電棒、吊耳及鋁板之間的相互焊接。冶金化工工程有限公司通過自主創(chuàng)新，很好地攻克了鋅電積大極板研制的關(guān)鍵技術(shù)，于2011年成功研制出了性能優(yōu)越的鋅電積鋁陰極板。本文僅就鋁陰極板研制過程采取的焊接工藝技術(shù)作簡單介紹。

2 鋁的焊接性

鋁的密度很小，僅為2.7g/cm3，具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和較好的延展性 (延展性僅次于金和銀)、線膨脹系數(shù)大，同時鋁的表面因有致密的氧化物保護膜，不易受到腐蝕。鋁及鋁合金的焊接性差，在焊接時易產(chǎn)生氣孔、裂紋、咬邊、焊縫成形差等缺陷［2］。

3 鋁陰極板焊接結(jié)構(gòu)

鋅電積鋁陰極板設(shè)計采用純鋁材質(zhì)作為板面，采用帶嵌入式銅鋁爆炸復(fù)合導(dǎo)電頭的鋁合金擠壓棒作為導(dǎo)電棒，結(jié)構(gòu)如圖1所示，吊耳、導(dǎo)電棒及鋁板之間設(shè)計采用連續(xù)焊縫焊接。

圖1 鋅電積鋁陰極板外形圖

4 焊接工藝

4.1 焊接方法

根據(jù)鋁及鋁合金的焊接特點，選用保護效果好、熱量集中、熱影響區(qū)范圍小、自動化程度高的MIG焊焊接方法［3］，采用機器人實施焊接。

MIG焊是以連續(xù)送給并不斷熔化的焊絲作為電極的一種氬弧焊方法，采用噴射過渡的熔滴過渡形式，焊絲熔滴以微小顆粒高速射入熔池，飛濺小，熔深大，過渡穩(wěn)定，電弧的功率也較大。在MIG焊中，焊絲既是電極，又作為填充金屬與被熔化的母材一起形成焊縫，可采用大電流焊接，焊件熔深大，焊接生產(chǎn)率很高。

4.2 焊接材料

焊縫金屬的成分和組織決定著焊縫的強度、塑性、抗裂性、耐蝕性等［4］，因此合理選擇焊接材料是至關(guān)重要的，是保障該項目成功的關(guān)鍵因素之一。通過試驗分析，本次鋅電積鋁陰極板研制過程中選用了雜質(zhì)含量少，鎂含量適中的鋁鎂合金焊絲作為焊接填充材料。

4.3 焊前準(zhǔn)備

(1)設(shè)計制作焊接工裝夾具，以便焊接前將焊件裝夾固定，減少焊接變形［5］。

(2)清潔好母材焊件。焊接前仔細清除鋁板及鋁合金導(dǎo)電棒焊接部位表面的氧化物等雜物。可使用不銹鋼絲刷清除，刷除時不宜用力過猛，否則會導(dǎo)致氧化物嵌入鋁及鋁合金母材，刷到露出金屬光澤即可。清理后的鋁及鋁合金母材在存放過程中會重新產(chǎn)生氧化膜，因此清除好的焊件在焊前存放的時間不宜太長，在潮濕的環(huán)境中，一般要在4 h內(nèi)施焊［6］。

4.4 定位焊

先將焊件按設(shè)計圖示位置要求裝夾固定后作定位點焊，由于采用了工裝夾具，只需在鋁板兩端點焊即可，焊點焊縫長度不大于1cm。

4.5 焊接

選派具有機器人操作及鋁材焊接經(jīng)驗的熟練焊工進行焊接。焊接時以焊前試焊確定的工藝參數(shù)為準(zhǔn)。焊前試焊的基本條件:φ1.2mm焊絲，焊絲伸出長度15mm，T形角焊縫。具體試焊參數(shù)見表1，試焊結(jié)果如圖2。

表1 鋁陰極板焊接工藝試驗參數(shù)

圖2 鋁陰極板焊接工藝試驗焊縫外觀

試驗2#由于參數(shù)和氣流匹配合理，所有的焊接過程都非常穩(wěn)定，聲音節(jié)奏柔和，弧長穩(wěn)定，從圖2可以看出，焊縫美觀，魚鱗波紋細密，無氣孔、裂紋等缺陷。

5 焊后檢驗

焊后要對焊縫質(zhì)量及鋁陰極板垂直度進行外觀檢驗，焊縫表面應(yīng)無咬邊、凹坑、裂紋、夾渣、表面氣孔等缺陷。陰極板垂直度要符合設(shè)計公差要求，焊縫檢驗不合格，則應(yīng)削除不合格焊縫重新焊接直到合格為止，板面垂直度達不到要求，則可采用橡皮錘錘擊法進行校平。

6 結(jié)語

鋅電積大極板的研制過程中，鋁及鋁合金母材的焊接是攻關(guān)難點之一，研制人員通過技術(shù)分析和焊接試驗，找到了針對性的焊接工藝措施，克服了焊接過程中的形變和焊縫質(zhì)量缺陷，保證了焊接質(zhì)量。研制生產(chǎn)的鋅電積鋁陰極板的各項性能指標(biāo)達到了設(shè)計要求。該鋁陰極板的研制成功填補了國內(nèi)空白，具有極好的推廣價值。

［1］ 謝興同，古文全，薛濤，等.電解鋅用鋁陰極板生產(chǎn)工藝改進［J］.貴州科學(xué)，2012(1):7－8.

［2］ 曾樂.現(xiàn)代焊接技術(shù)手冊［K］.上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社，1993:740－741.

［3］ 黃勇，康龍.鋁焊接煙塵及其危害與防護［J］.電焊機，2011(2):39.

［4］ 周大杰，張昕.鋁鎂合金與鑄鋁合金的焊接工藝［J］.焊接，2008(6):64.

［5］ 沙慧麗.防止和減少焊接殘余變形與應(yīng)力的措施［J］.職業(yè)，2009(5):32.

［6］ 樊斌峰，胡智清.鋁及鋁合金零件的焊接工藝方法［J］.人力資源管理，2009(12):109.