一种适合阳极铝导杆与阳极钢爪焊接的助焊剂及焊接方法技术

本发明专利技术提供一种适合阳极铝导杆与阳极钢爪焊接的助焊剂，按重量百分数计，由氟铝酸钾40％～75％、锌粉20％～40％和高热剂2％～20％组成；高热剂由铝粉40％～70％、氧化锌20％～45％和重晶石粉5％～20％组成。本发明专利技术还提供一种焊接方法，先将助焊剂涂覆于阳极钢爪表面形成助焊层，再先后利用铝硅焊丝和纯铝焊丝，在阳极钢爪表面形成第一层焊缝金属和第二层焊缝金属，最后利用纯铝焊丝对第二层焊缝金属与阳极铝导杆进行焊接。本发明专利技术制得的阳极导电装置，阳极铝导杆与阳极钢爪之间仅有一个焊缝，能够显著降低过渡面电阻并提高过渡面的抗拉强度，其制造工艺简单、焊接过程具有低能耗、低成本的优势，具有广阔的推广及应用前景。具有广阔的推广及应用前景。具有广阔的推广及应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种适合阳极铝导杆与阳极钢爪焊接的助焊剂及焊接方法


[0001]本专利技术属于有色金属冶金
，具体涉及一种适合阳极铝导杆与阳极钢爪焊接的助焊剂，还涉及一种适合阳极铝导杆与阳极钢爪焊接的焊接方法。

技术介绍

[0002]2022年中国电解铝产量4021.4万吨，同比增4.5％，遥遥领先于世界其它各产铝国。现代电解铝工业生产采用冰晶石
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氧化铝融盐电解法，通过预焙阳极导电装置通入强大的直流电后，950℃
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970℃条件下，使电解槽两极上发生电化学反应而制铝。一般情况下，年产100万吨的电解铝企业约需要625个电解槽，而一个电解槽中有28个预焙阳极导电装置，则总的需要1.75万预焙阳极导电装置，据不完全计算，我国目前的预焙阳极导电装置的保有量大约为72万个，在全球范围内的保有量大约为135万个。
[0003]就国内目前采用预焙阳极的大多数200KA
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600KA电解铝厂家来说，阳极导电装置是由阳极铝导杆和阳极钢爪构成。阳极装置处于高温高腐蚀性的工作环境，既要传导大电流，又要承受钢爪和碳块的重力载荷，因此对铝
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钢连接接头性能要求极高。如果直接将阳极铝导杆和阳极钢爪焊接，铝
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钢异种材料焊接接头易产生脆性金属间化合物，极大的降低了接头的连接强度，缩短阳极钢爪的使用寿命，加大了企业的生产投入。因此在铝工业中，阳极铝导杆和阳极钢爪的连接多采用铝钢爆炸块连接过渡的方式，也就是将铝
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钢爆炸块的铝侧与铝导杆焊接，铝
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钢爆炸块的钢侧与阳极钢爪沿接触区域四周进行焊接，能有效避免铝
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钢直接进行焊接时产生脆性铁铝金属间化合物。但铝和钢的膨胀系数差别较大，在高温和大电流的作用下，爆炸块结合处产生剪切力，导致焊接面开裂，导电面积降低，电阻升高，进一步加剧接头处的断裂趋势。
[0004]为了解决该问题，专利CN216304001U、专利CN214937862U和专利CN216141636U所公开的铝电解用阳极导电装置，是由铝制导杆、阳极钢爪、钢
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铝联接件构成，通过导杆下部侧面和钢
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铝联接件上部的铝棒焊接固定、钢爪横梁上面和钢
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铝联接件的钢棒下端面焊接固定实现阳极铝导杆和阳极钢爪的连接，从其公开的内容可见，这种技术方案存在结构复杂、生产制造成本高的问题，通过铝棒和导杆侧面焊接，导电面积受限，要想提高装置的导电面积就要增加钢
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铝联接件数量，而钢
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铝联接件采用钢套提高强度，使装置整体重量和尺寸过大，进一步增加了装置维修更换的难度，不利于企业降低生产成本。
[0005]熔钎焊是实现钢铝直接焊接的一种重要途径，如专利CN201911251370.1，公开一种铝钢异种金属激光熔钎填丝焊的工艺，步骤包括：焊接界面处的双相钢和铝合金之间加入钎料，所述钎料表面涂覆有钎剂，在保护气体环境下激光熔钎焊，最终钎焊界面处形成铁
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铝
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锌相组成的钢/铝接头。专利CN201210089338.X，用丙酮擦拭钢板与铝板的表面,用刷子将混合粉末与黏结剂拌和的膏状体刷涂在钢板表面上,待钢板表面干燥后,将钢板与铝板组成铝板在上、钢板在下的搭接接头,利用MIG焊机通过熔化铝板,同时保持钢板为固态,在钢板一侧形成自钎钎焊连接,而在铝板侧形成熔化焊连接来对搭接接头进行焊接。这些专利技术采用的助焊剂均为氟铝酸钾、镍、锌、铜等各种金属粉末、活性剂、盐等组成，成分过
于复杂，材料本身不进行反应放热因而焊接时无法提供额外热量，保护效果不佳，焊接质量存在气孔和熔合不良等缺陷；实际生产中，为了提高热量消除缺陷往往需要采取预热等工艺措施，提高了生产成本和工艺复杂性。
[0006]基于此，如何提供一种兼具高热量和焊接性能的助焊剂，以简化阳极铝导杆和阳极钢爪焊接的工艺流程、降低焊接过程能耗和成本，获得综合性能优异的阳极铝导杆和阳极钢爪焊接接头，是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的之一在于提供一种兼具高热量和优异的焊接性能的适合阳极铝导杆与阳极钢爪焊接的助焊剂。
[0008]本专利技术的目的之二在于提供一种工艺流程简单、能够降低焊接过程能耗及成本、且焊缝连接强度高的适合阳极铝导杆与阳极钢爪焊接的焊接方法。
[0009]本专利技术的目的之三在于提供一种制作工艺流程简单，焊接形成的过渡面电阻低、抗拉强度高的阳极导电装置。
[0010]本专利技术实现目的之一采用的技术方案是：提供一种适合阳极铝导杆与阳极钢爪焊接的助焊剂，所述助焊剂按重量百分数计，由氟铝酸钾40％～75％、锌粉20％～40％和高热剂2％～20％组成；所述高热剂按重量百分数计，由铝粉40％～70％，氧化锌20％～45％，重晶石粉5％～20％组成。
[0011]本专利技术提供的助焊剂由氟铝酸钾、锌粉和高热剂三部分组成。其中，氟铝酸钾融化后与金属表面的氧化物发生反应，去除氧化膜，露出新鲜的金属，从而提高焊材和母材的焊接性；助焊剂中的锌熔化，进一步促进焊缝和界面的润湿性，使界面组织合金化，控制Fe3Al金属间化合物的成分和数量；高热剂在焊接过程中提供热量，可以提高焊接热输入，焊接过程不需预热，同时热输入提高量可以根据高热剂用量进行调节。进一步的，本专利技术中的高热剂由铝粉、氧化锌粉和重晶石粉组成。其中，铝粉和氧化锌粉一方面能够为焊接过程提供足够的热量，另一方面过量铝粉融化后与液态氟铝酸钾混合，铺展于母材表面，进一步促进液态氟铝酸钾的去膜性能、焊接性能和提高电弧稳定性。重晶石粉主要成分为硫酸钡，其加入能够继续与铝粉发生反应，进一步放出热量；反应产物可以调整渣系成分和熔点，对液态金属进行保护，提高焊缝金属纯净度与焊缝性能。
[0012]本专利技术提供的助焊剂能够提高热输入性能并改善界面的润湿性，其应用于阳极铝导杆与阳极钢爪焊接过程中，能够避免由于钢爪质量过重和体积过大引起的焊接不熔合等焊接缺陷，获得焊缝成型美观、无裂纹、少气孔的焊接接头。此外，该助焊剂组成简单，容易配制，成本低廉，采用常规焊接设备和焊接材料进行焊接，不增加额外成本，操作方便灵活，大幅度降低了电解工艺过程中的生产成本。
[0013]优选地，所述助焊剂按重量百分数计，由氟铝酸钾40％～50％、锌粉40％和高热剂10％～20％组成；所述高热剂按重量百分数计，由铝粉50％～70％，氧化锌20％～30％，重晶石粉10％～20％组成。
[0014]优选地，所述氟铝酸钾、锌粉和高热剂的目数为50～500目；氟铝酸钾和锌粉的纯度在99％以上。
[0015]优选地，铝粉和氧化锌纯度在99％以上，重晶石粉纯度在97％以上。
[0016]优选地，所述助焊剂的制备方法包括：先将铝粉、氧化锌、重晶石粉混合均匀制备高热剂，再将所述高热剂与氟铝酸钾和锌粉混合均匀，于真空环境下，在180～220℃保温2～12h。上述操作的目的在于将各原料粉末脱水，防止本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适合阳极铝导杆与阳极钢爪焊接的助焊剂，其特征在于，所述助焊剂按重量百分数计，由氟铝酸钾40％～75％、锌粉20％～40％和高热剂2％～20％组成；所述高热剂按重量百分数计，由铝粉40％～70％，氧化锌20％～45％，重晶石粉5％～20％组成。2.根据权利要求1所述的适合阳极铝导杆与阳极钢爪焊接的助焊剂，其特征在于，氟铝酸钾、锌粉和高热剂的目数为50～500目；氟铝酸钾和锌粉的纯度在99％以上。3.根据权利要求1所述的适合阳极铝导杆与阳极钢爪焊接的助焊剂，其特征在于，铝粉和氧化锌的纯度在99％以上，重晶石粉的纯度在97％以上。4.根据权利要求1所述的适合阳极铝导杆与阳极钢爪焊接的助焊剂，其特征在于，所述助焊剂的制备方法包括：先将铝粉、氧化锌和重晶石粉混合均匀制备高热剂，再将所述高热剂与氟铝酸钾和锌粉混合均匀，于真空环境下，在180～220℃保温2～12h。5.一种适合阳极铝导杆与阳极钢爪焊接的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、清洗阳极钢爪的表面，将权利要求1
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4中任一项所述的助焊剂与无水乙醇混合后得到的混合物涂覆于阳极钢爪的表面，干燥后形成助焊层；S2、采用MIG焊的方法，利用铝硅焊丝在所述助焊层表面形成第一层焊缝金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国栋，黄龙，龚寅卿，周怡成，李孟钊，汪昌顺，梅青松，李成林，杨兵，薛龙建，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：