大型電解槽鋁母線的焊接質量控制

（十一冶建設集團有限責任公司安裝工程分公司電氣公司，廣西 柳州 547007）

某煤電有限公司電解槽制作安裝工程項目，工程規模為50萬噸再生鋁，電流強度為500KA的高功效電解槽。鋁母線安裝量大，規格多，具有焊接截面大、操作空間狹窄、焊縫長焊口多等難點，單臺電解槽合計210個焊口，焊縫長度單臺合計為1973m。為確保每個焊口焊接合格，以滿足通電壓降達到設計要求。

1 大型電解槽鋁母線施工特點

隨著電解槽電流強度的提高，對母線配置難度也增大，尤其是焊接，本工程中對焊接質量的有更高要求，特點如下：母線結構復雜、流程嚴格；母線加工精度高,安裝要求尺寸精確；槽上母線焊接空間狹??；槽間母線間隙小且焊接量大等特點。

2 鋁母線焊接原理及方法

鋁由于它的熔點低，極易氧化，生成氣孔等特性，因而焊接難度較大，焊接方法與焊鋼基本相同，但鋁電解母線截面大，沒有較高的熱能很難滿足焊接要求。經過多方面的科學論證，熔化極氬弧焊(MIG焊)具有電弧熱量集中，焊接穿透力強，對母材熔深大、生產率高等優點。本工程采用半自動熔化極氬弧焊接技術對鋁母線進行焊接。

2.1 材料及設備

（1）母材規格

焊接母材為各類規格的鑄鋁母線（截面積）：210mm＊380mm、120mm＊460mm、90mm＊460mm、60mm＊460mm等，其鋁含量最低99.7%；

鋁軟帶：δ=1mm，鋁含量99.7%；

鋁焊板：δ=10mm鋁含量99.7%。

（2）焊接材料

鋁焊絲：牌號SAL-2，AL≥99.7；

保護氣體：GB/T 4842-2006中規定高純氬技術指標---氬氣純度≥99.999%，純氬氣技術指標---氬氣純度≥99.99%。

（3）焊接設備

采用高質量、高效率的日本OTC半自動氬弧焊機。

2.2 MIG焊接工藝

（1）工藝原理

MIG焊是采用實芯焊絲，在惰性氣體(Ar)保護下進行的一種電弧焊方法，該方法采取合適的焊接參數，對鋁母線進行半自動焊接生產，以工藝保證焊接質量，克服了鋁合金焊接時易出現熔合不良、氣孔等缺陷，是一種焊接鋁及鋁合金較好的焊接方法。

（2）工藝流程

鋁板的坡口制備，清理焊接區域(先化學法再機械法)，組對，打底焊，填充焊，蓋面焊，機械磨平(砂輪)，組對下一層，焊接，檢查驗收。

圖1 焊接位置示意圖

（3）焊接技術

母線與母線之間既可通過多塊鋁板疊加焊接形成母線焊接接頭，也可通過多束鋁軟帶疊加焊接形成母線焊接接頭，接頭的焊縫有多種焊位，焊接位置示意圖如圖1所示。

a.熔化極氬弧焊焊接參數見表1（本分部工程板厚為10mm）。

表1 熔化極氬弧焊焊接參數

b.鋁母線焊接接頭的第一層鋁焊板應采用無坡口、無間隙對（角）接，焊后的焊肉以不影響第二層鋁焊板與第一層鋁焊板的貼緊。第二層及其它各層鋁焊板均應采用坡口填焊，鋁焊板焊接鑄鋁母線端面的間隙為3mm～5mm，焊后的焊肉基本上與鋁焊板齊平，焊完最后一層必須施以封口焊，使其焊肉高為2mm～3mm。

c.現場槽上鋁母線各個焊接接頭的焊接，按照先里后外，先下后上的順序進行。

d.同一鋁母線接頭的焊接應一次連續焊成，硬焊片（鋁焊板）的焊接按順序應遵循先里后外、先下后上，以及焊完硬焊片（鋁焊板）兩焊接端口后再覆蓋下一硬焊片（鋁焊板）的原則。同一處有多個并列接頭的焊接，應采用相互交錯，分層漸進的焊接方法施焊。

e.鋁母線接頭焊成后，應在接頭附近明顯處打上焊工代號和日期鋼印。焊工對發現的裂紋、氣孔等嚴重缺陷，應及時反映和處理，不得隨意覆蓋、隱瞞缺陷。

（4）操作要點

a.施焊時應采用“左焊法”為宜。MIG焊熔滴過渡形式的選擇采用射流過渡的形式。

b.施焊：在保證厚鋁板一側熔合良好的情況下，焊槍(焊絲)以直線或劃小格向前運動，焊接速度適當快些。焊道要細、焊層要薄，控制熔池形狀、熔化的鋁屑不得超越焊絲之前，否則厚鋁板一側將會出現未熔合、焊道兩側夾角過深等缺陷。熄弧時，當焊絲運動到坡口邊緣，焊絲應回焊20mm左右，防止產生弧坑，同時焊槍也不可馬上抬起，應使滯后氬氣功能繼續保護尚未完全凝固的熔池免受空氣的侵入，防止產生氣孔。每個接頭要連續焊完，中途不得停頓。

3 焊接過程的質量控制措施

鋁母線的焊接是一種特殊過程，為保證母線的焊接質量，整個環節必須嚴格執行質量管理體系標準。

3.1 預控措施

為確保創優目標的實現,對焊接質量從源頭開始控制，方案，作業指導書，施工工藝卡，操作規程，從人員、設備、材料、施工工藝等以幾點做好充分的準備工作。

人：在人員管理方面組織并建立完善的質量崗位責任制，明確每個崗位職責。建立各項質量管理制度，制定質量管理目標，從公司管理層到焊接班組再到焊工全面落實質量獎懲制度；關鍵崗位及特殊工種必須持證上崗，根據實際情況進行崗前培訓。

機：施工所用焊接設備、檢測計量儀器在焊接前均進行技術鑒定，以保證焊接質量的技術要求。

料：焊接材料母線材料需經過三方（廠家、乙方、甲方）檢測合格，遵照質量管理體系的物資驗收程序進行驗收后，才能使用。

法：進行焊接工藝評定，編制作業指導書，對作業人員進行技術交底。

環：針對當地的施工環境，合理安排施工進度，對可預見的環境因素采取預控措施。

3.2 施工過程控制及關鍵問題解決

大型電解槽的鋁母線安裝操作空間狹窄、焊縫長焊口多，焊接安裝可分為槽外焊接預制和槽上焊接安裝。為保證焊接安裝過程中的質量，采取以下措施。

（1）首件認可

鋁母線的安裝采用先在槽外大規模組焊成部件的工序，在確保安裝工序的前提下盡量減少現場槽上的焊接量，從而改善了安裝及焊接環境，極大地提高了施工效率。因此，對于批量焊接的部件，必須進行首件認可，防止因質量問題造成大面積返工。

（2）變形處理

a.預制焊接時，因鋁焊接應力容易導致變形，因此鋁焊接通常在夾具緊固下進行，制作對應的胎具模具控制母線變形，以確保預制焊接后鋁母線的尺寸符合設計文件要求。

b.安裝焊接時，采用反變形措施。將不留間隙的焊板放入母線垂直中心1/2處，進行點固焊接。將留有間隙的焊板沿著中心向外分別焊接，同時也可采用兩人對稱焊接，效果更好。即，沿著中心焊板，第二塊先焊左側后焊右側，第三塊先焊右側后焊左側，如此循環進行焊接，保持母線受熱均勻，使焊接變形量大為減小。

（3）開展質量控制活動

開展QC活動，不僅可以保證質量，還可以加快施工進度，因鋁軟帶焊接位置比較狹窄，在質量控制和施工進度上都受到制約，通過QC小組開展的活動，并采取措施進行合理的控制，很好的解決了鋁軟帶焊接難題。

4 結語

在焊接施工過程中，采用的先進設備以及先進焊接技術，經過現場精心管理和嚴格的質量控制，該工程鋁母線焊接分部工程合格率達到100%，鋁母線焊接接頭電壓降全部符合規范要求，電壓降的降低大大降低了設計產能電能消耗。