新型400kA鋁電解槽槽殼焊接制作

劉 靖

（1.東北大學 機械工程與自動化學院，遼寧 沈陽 110819；2.東北大學設計研究院（有限公司），遼寧 沈陽 110166）

槽殼是鋁電解槽的重要組成部分，不僅作為結構件承載電解槽內襯的各種應力，而且對電解槽的通風散熱起到關鍵性作用，是電解槽結構場、電熱場和場設計的重要組成部分。而槽殼的結構形式也是隨著不斷革新，從直角搖籃架結構，發展到船型搖籃架結構，再到目前的新型一體化槽殼結構。

1 技術特點

此槽殼是東北大學設計研究院（有限公司）依托自有專利技術CN 201110177679.8《一種鋁電解槽的槽殼裝置》而研發的一種新型槽殼結構。在全壽命周期內，具有結構強度大、通風散熱及局部保溫好、易于實現“工廠制作，工地組裝”建造模式、經濟性好等諸多優點，可以作為國內0.80A/cm2以上高陽極電流密度電解工藝的重要載體。

2 質量要求

在槽殼制作中，總結了以往的經驗，采用新工藝提高了焊接質量和效率。采用的新工藝有如下特點：搖籃架依托T型鋼技術，保證腹板與翼緣板熔深，防止變形；長側立板和端側立板連接立縫采用單面焊雙面成型技術；底板拼接和大面側板焊接采用翻轉胎具；端側圍板與圍帶之間組對采用預先開坡口和二次下料，保證尺寸公差[1]。

圖1 新型槽殼示意圖

（1）尺寸規格。槽殼整體外形長度18500±5mm，寬度4900±3mm，高度2412±3mm，總重約44.86噸。由槽底板（含底梁）、端部組件、大面組件以及支i座梁共6個部件組成，各部件基本連接形式均為焊接。槽殼的制作難點為尺寸偏差和焊接質量的控制，因此采取反變形和二次下料手段控制變形，通過減少手工焊提高焊接質量，最后由分部件矯正和整體矯正兩個步驟控制偏差[2]。

（2）材料要求。焊接材料是根據所焊鋼材的化學成分、機械性能、焊接接頭的抗裂性能，耐蝕性能，焊后是否熱處理、使用條件等綜合因素考慮后選定的。鋼材采用GB/T 700-2006《碳素結構鋼》中規定的Q235B和GB/T 1591-2008《低合金高強度結構鋼》中規定的Q345B鋼材。

（3）制作流程。制作采用“工廠預制、工地組裝”的建造模式和“機械化大流水”的進度安排，分部件預制，減小焊接難度，焊接細節控制精確；分專業班組制作，形成機械化流水，以緩解車間土建建設壓力，便于與鋁母線施工同步推進。

3 部件制作

（1）槽底板。槽底板由單層底板和若干T型底梁構成，考慮來料鋼板尺寸和運輸因素，采用四塊鋼板拼接，在拼接前對4塊鋼板進行校平，不平度≤0.8/1000mm，最終不得大于1mm。采用埋弧自動焊，底板下料的焊接收縮預留余量為1.5/1000。母材溫度＜0℃時，焊縫兩側100mm范圍內預熱至20℃采用翻轉夾板上完成預組裝，對縫間隙≤2mm，點焊固定，焊縫處裝反變形卡具。翻轉夾板雙面對接，帶鈍邊V形焊縫/封底，坡口角60°，鈍邊6mm。

（2）端部組件。端部組件由端部立板、2層圍板和圍帶組成。端部圍帶冷壓胎具，端部筋板組裝定位胎具。立板與各筋板采用雙面角焊縫；圍板與大面立板采用單面對接，J形坡口，坡口面角15°，鈍邊2mm，間隙2mm；圍帶與大面欄架：單面對接，V形坡口，坡口角60°，鈍邊4mm，間隙2mm。利用筋板組裝定位胎具，定位出端部立板上的槽中心線，以中心線為基準，定位端部上、下圍板、筋板的位置，按照各板的位置進行組裝焊接。待自然冷卻后拆除卡具。采用跳焊法，多名工人同時操作。焊接坡口在下料時用刨邊機開制，下料長度預留焊接收縮量，按理論長度的1.5%，端部組件截面對角線長度差≤5mm。

（3）大面組件。大面由大面立板、搖籃側梁（T形鋼）組成。大面立板由2塊定尺鋼板拼接而成，拼接縫由CO2氣體保護焊打底、封面，背面清根、封底，以槽中心線為基準，用數控等離子切割機向兩側劃線定位開52個（26組）鋼棒孔，并去焊渣、毛刺。采用跳焊方式，在大面組件焊接胎具上，將搖籃架側梁雙面焊接在大面立板上，采用帶鈍邊V形焊縫/封底，坡口角60°，鈍邊6mm。

（4）非標胎具

表1 槽殼制作用基本非標胎具

4 整體組裝

由于槽殼單重達40余噸，故采用流水大裝作業，同時該工作還需與土建支墩、鋁母線安裝工作緊密交叉配合。

（1）組對。待電解槽基礎絕緣板和槽底母線安裝完成后，將槽底板（帶底梁）吊至電解槽基礎上，并對每根底梁進行劃線找正，即與槽殼大面立板、小面立板相連接的位置，并通過吊線來確定其與槽中心線的相對位置關系。將兩側的大面立板分別點焊、就位到槽底板上，安裝過程中需嚴格控制中心線和大面立板的垂直度，再將兩端的小面立板分別吊裝、找正、就位，并根據圖紙開出與大面立板、小面圍板的焊接坡口，找正完成后將各部件連接定位。

（2）變形修整及找正。焊接變形需通過火焰加熱、千斤頂、大錘錘擊的等多種方法結合進行，但錘擊時必須用墊板，不得損傷槽板表面，焊縫處不得用錘擊，防止擊裂焊縫。火焰加熱矯正溫度為600℃～800℃。因槽殼構件尺寸較大，槽殼的找正應注重中心線和標高兩處，在調整中心線和標高時要注意相連各部件變化。

5 總結

通過國內鋁行業重點建設部項目的實際的運行和測量，新型400kA鋁電解槽槽殼的焊接制作中通過采用了“工廠預制、工地組裝”的建造模式和“機械化大流水”的進度安排，大幅度節約能源，提高生產效率，工期大大縮減。

電解槽槽殼技術將向著大幅提高槽殼結構的整體換熱性能，回避傳統槽殼設計缺陷的同時材料用量少、投資經濟性好，以及適于新型建造模式的方向發展，新型400kA鋁電解槽槽殼的焊接制作技術，在一定程度上將大大有利于我國的電解鋁生產技術發展。