一种用于提高阳极钢爪导电性的钎焊修复方法技术

一种用于提高阳极钢爪导电性的钎焊修复方法，包括以下步骤：先将阳极钢爪腐蚀段切除，下端加工凸台，在圆钢端面加工凹槽；制备将阳极钢爪和圆钢焊接起来的自钎钎料，包括放置在凹槽内的筒状钎料和放置在圆钢的凹槽边沿上的半环状钎料，并在钎料表面涂覆去膜剂；将筒状钎料放置在凹槽内，取两个半环状钎料分别放置在凹槽两侧，形成环状，再将凸台放入凹槽，加热至钎焊温度，使筒状钎料和半环状钎料熔化，将凸台和凹槽连接起来，并在钎焊接头表面涂覆耐磨金属层；在阳极钢爪下端设置保护环，并在保护环外涂覆防腐蚀层，完成阳极钢爪的修复；本发明专利技术克服了传统修复方法存在的弊端，使修复后阳极钢爪电阻率降低，导电性好，强度高，使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】
一种用于提高阳极钢爪导电性的钎焊修复方法
本专利技术涉及电解铝行业冶金铸造领域，特别涉及一种用于提高阳极钢爪导电性的钎焊修复方法。
技术介绍
在现代铝电解工业中，阳极使用的是炭阳极，阳极钢爪与铝导杆及阳极炭块构成阳极组装块，电解槽与阳极母线之间，在铝电解过程中承载着大容量的电流。在电解生产过程中，由于阳极钢爪处于腐蚀气氛中，工作面接触的温度大约在350℃～900℃，因此，在高温、大电流作业环境下，钢爪极易受到高温电解液、极上料、空气和电解烟气的侵蚀，同时还要承受热应力、电磁力和碰撞力的破坏，导致钢爪部位腐蚀严重，工作一段时间之后，连接阳极炭块的钢爪就会逐渐变细，导致钢爪变细部位的电阻增大，发热严重，能耗增加，这样反过来又进一步加快了逐步变细钢爪部位的腐蚀，造成钢爪电阻增大，使得电耗增大进而影响电解的效率，而且还可能因为变细的钢爪头无法承受阳极炭块的重量而断裂甚至导致阳极炭块的脱落。因此，当钢爪逐步腐蚀变细到一定程度时就必须报废更换，这就使阳极钢爪消耗量大，修复任务较为繁重。长期以来，国内电解铝企业对阳极钢爪的修复均采用手工电弧焊方法，即传统围焊法，但因焊件坡口加工及焊接工艺的局限性，该焊接方法不仅效率低，而且焊接接头存在焊接面积小，接头强度低，电阻率大，使用寿命短等缺点，因此严重影响并制约电解铝企业对生产成本的控制。针对阳极钢爪传统围焊法修复的诸多缺陷，近几年一些机构研发了熔铸技术，并已经投入使用。熔铸技术的原理是在切割后的钢爪上设置一个结晶器，结晶器内放置一段圆钢棒，采用熔铸焊设备，将钢棒融化，利用结晶器将融化的钢水与损坏的钢爪头熔铸在一起，直至达到钢爪头所需的高度。该方法在一定程度上解决了围焊接头电阻率较大的问题，但焊接设备占地面积大，灵活性小，一次性投入成本高，也存在一定的安全隐患。为减小修复钢爪的电阻率，提高设备灵活性，降低成本，相关人员提出堆焊法，该方法极大地降低了钢爪的电阻率，但焊接效率低，焊件应力大，易变形。电解铝行业是高耗能行业，在电解铝生产中电耗是构成电解铝成本的重要组成，电能消耗的高低是制约电解铝企业发展的关键因素，因此电解铝的生产管理部门都把降低电耗作为企业技术进步和提高生产管理水平的重要技术经济指标之一。所以不论采用哪种修复方法，铝厂在排除修复方法本身的缺陷之外，最值得铝厂关注的就是修复后的钢爪的压降问题，如果压降增大很多，就意味着电耗会大大增加，这对电解铝行业是最为不利的，因此本专利技术提出一种用于提高阳极钢爪导电性的钎焊修复方法，使修复后的钢爪电阻率显著降低，导电性好，强度高，使用寿命长。
技术实现思路
解决上述技术问题，本专利技术提供的是一种用于提高阳极钢爪导电性的钎焊修复方法，该方法操作简单，成本低，效率高，可实施性强，修复后的钢爪电阻率显著降低，导电性好，强度高，使用寿命长。本专利技术所采用的技术方案是：一种用于提高阳极钢爪导电性的钎焊修复方法，包括以下步骤：（1）先将阳极钢爪的腐蚀段完全切除，再选取一段与阳极钢爪的爪头同直径、与切除段同长度的圆钢，将阳极钢爪切除一端加工出圆柱状的凸台，在圆钢待焊端面加工出圆柱状的凹槽，所述凹槽与所述凸台等长，所述凹槽的直径大于所述凸台的直径；（2）对阳极钢爪的凸台外周及凸台周围的待焊面、圆钢的凹槽内及凹槽周围的待焊面先进行毛化处理，然后再依次进行酸洗、碱洗和蒸馏水冲洗，吹干备用；（3）制备将阳极钢爪和圆钢焊接起来的自钎钎料，所述自钎钎料包括放置在所述凹槽内的筒状钎料和放置在圆钢的凹槽边沿上的环状钎料，制备方法如下：第一步，将钎料置于460~480℃马弗炉内预热，预热完毕后放入轧机上轧制并切割成宽度与所述凹槽高度相同的钎料薄带，并在钎料薄带外包覆一层钎剂层；第二步，将第一步中的钎料薄带沿着长度方向依次折叠成钎料与钎剂交替的短带状钎料，所述短带状钎料的长度与所述凸台的圆周长相等；然后将短带状钎料以短边为轴卷绕成筒状钎料，且所述筒状钎料的厚度为所述凹槽与所述凸台的半径差；第三步，将第一步中的钎料薄带裁成与凹槽周围的台阶相匹配的半环状钎料带，叠加多层后形成半环状钎料，所述半环状钎料的厚度为凸台的高度与凹槽的深度的差；（4）在步骤（3）制得的筒状钎料及半环状钎料表面涂覆去膜剂；（5）将步骤（4）中的筒状钎料放置在凹槽内，取两个半环状钎料分别放置在凹槽两侧，形成环状，再将阳极钢爪的凸台放入圆钢的凹槽内，形成未钎焊的连接件；（6）对步骤（5）中的连接件加热至钎焊温度，使筒状钎料和半环状钎料熔化，将阳极钢爪的凸台和圆钢的凹槽连接起来，凸台外侧与凹槽外侧连接，使阳极钢爪和圆钢之间实现钎焊连接；（7）打磨步骤（6）中的钎焊接头，并在钎焊接头表面涂覆耐磨金属层，然后打磨耐磨金属层，使其与阳极钢爪和圆钢平滑过渡；（8）在阳极钢爪下端设置保护环，并在保护环外涂覆防腐蚀层，完成阳极钢爪的修复。进一步的，所述步骤（1）中圆钢的材质与阳极钢爪的材质相同。进一步的，所述钎料薄带为铜基钎料，按重量份数包括铜50~55份，锌37.5~41份，锰3.6~4.3份，钴1.9~2.6份，铁0.7~0.95份，镀铜石墨烯1.6~1.9份和微量元素0.1~0.3份，所述微量元素包括硅、铬、硼中的一种或两种。进一步的，所述步骤（4）中的去膜剂为膏状或粉末状，包括硼砂、硼酸和硼酐中的至少一种以及碱金属、碱土金属的氟化物和碱土金属的氯化物的混合物。进一步的，所述步骤（6）中钎焊温度为800~1000℃。进一步的，所述步骤（6）中加热方式为感应加热、火焰加热、盐浴加热、激光加热、真空-电弧复合、真空-感应、感应-火焰复合加热、激光-火焰复合加热或感应-激光复合加热中的任一种。进一步的，所述步骤（6）中，筒状钎料和半环状钎料熔化润湿填充阳极钢爪与圆钢的间隙过程中，往复旋转圆钢，并对阳极钢爪和圆钢对接面施加预紧力，待钎缝冷却后，卸载预紧力。进一步的，所述步骤（6）中，筒状钎料和半环状钎料熔化润湿填充阳极钢爪与圆钢的间隙过程中，对阳极钢爪和圆钢施加振动，所述对阳极钢爪和圆钢施加振动方式为超声振动或机械振动中的任一种。进一步的，所述步骤（7）中，耐磨金属层的涂覆方式为喷涂或者堆焊中的一种，耐磨金属层的厚度为0.5~1mm，成分按重量份数包括60~70份的Al、5~8份的Zn、5~8份的Ti，3~5份的Ni，3~5份的Cr、3~5份的Mo。进一步的，所述步骤（8）中，所述保护环为炭环，所述炭环与所述阳极钢爪之间设置有氧化铝填充物，所述防腐蚀层的成分按重量份数包括30~35份的Cu、25~30份的Ni、10~15份的Cr、3~5份的稀土、3~5份的纳米二氧化钛和纳米二氧化硅混合物。本专利技术的有益效果是：本专利技术克服了传统围焊法、熔铸技术和堆焊法等修复方法存在的弊端，使修复后的阳极钢爪电阻率显著降低，导电性好，强度高，使用寿命长：一是从结构上：对于腐蚀的阳极钢爪，先将腐蚀段切除，使用圆钢来替补切除段，同时在阳极钢爪头的下端开设有凸台，在圆钢上端设置凹槽，通过凸台、凹槽对焊连接，一方面增加连接稳固性，严格保证了阳极钢爪与圆钢定位牢固、准确，连接质量高，钢爪不易变形，避免了原来修复工艺经常出现的焊接部位变形、脱落事故，另一方面在焊接时，在圆柱凹槽内设有筒状钎料、在凹槽周围设有圆环钎料，筒状钎料的厚度为凹槽与凸台的半本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于提高阳极钢爪导电性的钎焊修复方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）先将阳极钢爪的腐蚀段完全切除，再选取一段与阳极钢爪的爪头同直径、与切除段同长度的圆钢，将阳极钢爪切除一端加工出圆柱状的凸台，在圆钢待焊端面加工出圆柱状的凹槽，所述凹槽与所述凸台等长，所述凹槽的直径大于所述凸台的直径；（2）对阳极钢爪的凸台外周及凸台周围的待焊面、圆钢的凹槽内及凹槽周围的待焊面先进行毛化处理，然后再依次进行酸洗、碱洗和蒸馏水冲洗，吹干备用；（3）制备将阳极钢爪和圆钢焊接起来的自钎钎料，所述自钎钎料包括放置在所述凹槽内的筒状钎料和放置在圆钢的凹槽边沿上的环状钎料，制备方法如下：第一步，将钎料置于460~480℃马弗炉内预热，预热完毕后放入轧机上轧制并切割成宽度与所述凹槽高度相同的钎料薄带，并在钎料薄带外包覆一层钎剂层；第二步，将第一步中的钎料薄带沿着长度方向依次折叠成钎料与钎剂交替的短带状钎料，所述短带状钎料的长度与所述凸台的圆周长相等；然后将短带状钎料以短边为轴卷绕成筒状钎料，且所述筒状钎料的厚度为所述凹槽与所述凸台的半径差；第三步，将第一步中的钎料薄带裁成与凹槽周围的台阶相匹配的半环状钎料带，叠加多层后形成半环状钎料，所述半环状钎料的厚度为凸台的高度与凹槽的深度的差；（4）在步骤（3）制得的筒状钎料及半环状钎料表面涂覆去膜剂；（5）将步骤（4）中的筒状钎料放置在凹槽内，取两个半环状钎料分别放置在凹槽两侧，形成环状，再将阳极钢爪的凸台放入圆钢的凹槽内，形成未钎焊的连接件；（6）对步骤（5）中的连接件加热至钎焊温度，使筒状钎料和半环状钎料熔化，将阳极钢爪的凸台和圆钢的凹槽连接起来，凸台外侧与凹槽外侧连接，使阳极钢爪和圆钢之间实现钎焊连接；（7）打磨步骤（6）中的钎焊接头，并在钎焊接头表面涂覆耐磨金属层，然后打磨耐磨金属层，使其与阳极钢爪和圆钢平滑过渡；（8）在阳极钢爪下端设置保护环，并在保护环外涂覆防腐蚀层，完成阳极钢爪的修复。...

【技术特征摘要】
1.一种用于提高阳极钢爪导电性的钎焊修复方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）先将阳极钢爪的腐蚀段完全切除，再选取一段与阳极钢爪的爪头同直径、与切除段同长度的圆钢，将阳极钢爪切除一端加工出圆柱状的凸台，在圆钢待焊端面加工出圆柱状的凹槽，所述凹槽与所述凸台等长，所述凹槽的直径大于所述凸台的直径；（2）对阳极钢爪的凸台外周及凸台周围的待焊面、圆钢的凹槽内及凹槽周围的待焊面先进行毛化处理，然后再依次进行酸洗、碱洗和蒸馏水冲洗，吹干备用；（3）制备将阳极钢爪和圆钢焊接起来的自钎钎料，所述自钎钎料包括放置在所述凹槽内的筒状钎料和放置在圆钢的凹槽边沿上的环状钎料，制备方法如下：第一步，将钎料置于460~480℃马弗炉内预热，预热完毕后放入轧机上轧制并切割成宽度与所述凹槽高度相同的钎料薄带，并在钎料薄带外包覆一层钎剂层；第二步，将第一步中的钎料薄带沿着长度方向依次折叠成钎料与钎剂交替的短带状钎料，所述短带状钎料的长度与所述凸台的圆周长相等；然后将短带状钎料以短边为轴卷绕成筒状钎料，且所述筒状钎料的厚度为所述凹槽与所述凸台的半径差；第三步，将第一步中的钎料薄带裁成与凹槽周围的台阶相匹配的半环状钎料带，叠加多层后形成半环状钎料，所述半环状钎料的厚度为凸台的高度与凹槽的深度的差；（4）在步骤（3）制得的筒状钎料及半环状钎料表面涂覆去膜剂；（5）将步骤（4）中的筒状钎料放置在凹槽内，取两个半环状钎料分别放置在凹槽两侧，形成环状，再将阳极钢爪的凸台放入圆钢的凹槽内，形成未钎焊的连接件；（6）对步骤（5）中的连接件加热至钎焊温度，使筒状钎料和半环状钎料熔化，将阳极钢爪的凸台和圆钢的凹槽连接起来，凸台外侧与凹槽外侧连接，使阳极钢爪和圆钢之间实现钎焊连接；（7）打磨步骤（6）中的钎焊接头，并在钎焊接头表面涂覆耐磨金属层，然后打磨耐磨金属层，使其与阳极钢爪和圆钢平滑过渡；（8）在阳极钢爪下端设置保护环，并在保护环外涂覆防腐蚀层，完成阳极钢爪的修复。2.根据权利要求1所述的一种用于提高阳极钢爪导电性的钎焊修复方法，其特征在于，所述步骤（1）中圆钢的材质与阳极钢爪的材质相同。3.根据权利要求1所述的一种用于提高阳极钢爪导电性的钎焊修复方法，其特征在于，所述钎料薄带为铜基钎...

【专利技术属性】
技术研发人员：王星星，王博，杜全斌，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南,41