電解槽水平母線在線修復(fù)技術(shù)分析

為保證正常電解生產(chǎn)，每隔一段時(shí)間更換全部陽(yáng)較，陽(yáng)較消耗需上下抬水平母線，在這兩個(gè)過(guò)程中陽(yáng)較水平母線與鋁導(dǎo)桿之間相互摩擦，接觸導(dǎo)電面經(jīng)常打火放電，使每一臺(tái)陽(yáng)較出現(xiàn)長(zhǎng)550mm，寬140mm的弧坑及劃傷，從而加大該處無(wú)謂的壓降損耗，造成非常大經(jīng)濟(jì)損失。為減小該處接觸壓降，修復(fù)劃傷母線，需要采取焊接的方法，填充劃傷弧坑，再進(jìn)行銑削的辦法修平母線。目前，強(qiáng)磁場(chǎng)下水平母線的在線原位修復(fù)技術(shù)主要有熱噴涂、熔涂焊和自熔焊三種。本文簡(jiǎn)單分析一下各種方法的工藝特性和適用場(chǎng)合。

圖1   水平母線打火損傷

一、熱噴涂

熱噴涂（電弧噴涂）是采用常規(guī)的400或者600型電弧噴涂設(shè)備，通過(guò)在連續(xù)送進(jìn)的兩根鋁絲端部產(chǎn)生的電弧來(lái)熔化鋁絲，通過(guò)高壓氣體將熔滴霧化，形成高速噴射的液態(tài)顆粒，噴射到損傷的水平母線表面，形成表面涂層的工藝方法。

圖2  熱噴涂

熱噴涂技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡(jiǎn)單、修復(fù)成本低廉。一臺(tái)600型噴涂設(shè)備屬于通用設(shè)備，噴涂絲可以采用純鋁絲或者鋁合金絲，每公斤約在20元左右。這種技術(shù)可以用于水平母線局部小面積損傷的快速修復(fù)，比如水平母線哪個(gè)地方有個(gè)弧坑，可以采用這種技術(shù)進(jìn)行迅速修復(fù)。

熱噴涂技術(shù)不能應(yīng)用于水平母線的大面積修復(fù)，因?yàn)榇嬖谥�巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)。首先，熱噴涂涂層和基體之間是機(jī)械結(jié)合，不是冶金結(jié)合，長(zhǎng)期運(yùn)行涂層會(huì)不斷脫落，壓降越來(lái)越高，1年后可以達(dá)30mv以上。其次，由于噴涂過(guò)程中存在著熱應(yīng)力，噴涂涂層厚度原則上不能超過(guò)0.5mm，涂層厚度增加則和基體結(jié)合力較低。噴涂完輕輕一碰，或者銑刀加工后，涂層就會(huì)剝落。由于涂層和基體實(shí)際上是兩層皮，涂層運(yùn)行一段時(shí)間后，隨著局部放電，壓降越來(lái)越高，存在著水平母線大面積爆開(kāi)的風(fēng)險(xiǎn)。西北某鋁廠和廣西某鋁廠采用600型熱噴涂機(jī)進(jìn)行水平母線噴涂，銑床加工后，涂層就出現(xiàn)了剝落，如圖3所示。由于長(zhǎng)期運(yùn)行存在著巨大的爆開(kāi)風(fēng)險(xiǎn)，兩個(gè)公司經(jīng)過(guò)安全評(píng)估后，都放棄了這種方法。

圖3   熱噴涂涂層剝落

二、熔涂焊

熔涂焊是介于熱噴涂和焊接之間的一種修復(fù)技術(shù)。其原理是采用WDH88型強(qiáng)磁場(chǎng)焊接機(jī)進(jìn)行非常高速、超細(xì)微粒熔射修復(fù)。和噴涂不同之處是其原料為鋁粉。采用該焊機(jī)可以在強(qiáng)磁場(chǎng)下進(jìn)行原位焊接，不需要將水平母線吊出槽外。焊接操作方便、快捷，隨時(shí)隨地清理陽(yáng)較導(dǎo)桿和水平母線接觸處的嚴(yán)重打弧。

這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)為：界面存在著一定的冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度比熱噴涂技術(shù)大幅度提高，結(jié)合強(qiáng)度約為50Mpa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱噴涂的5Mpa。焊接后表面硬度提高50%，因此耐摩擦性能顯著提高，不容易出現(xiàn)新的弧坑，大大降低了陽(yáng)較導(dǎo)桿和水平母線之間的接觸壓降。根據(jù)在萬(wàn)基鋁業(yè)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用熔涂焊機(jī)對(duì)水平母線進(jìn)行修復(fù)后，表面平整光滑、硬度大幅較高。經(jīng)過(guò)兩年的運(yùn)行后，對(duì)比槽子的氬弧焊修復(fù)水平母線早已千瘡百孔，熔涂焊機(jī)修復(fù)的水平母線仍然完好如初，壓降在15mv以下，節(jié)能效果非常顯著。

圖4  熔涂焊機(jī)

這種技術(shù)的缺點(diǎn)在于修復(fù)速度慢。修復(fù)一個(gè)水平母線大約需要6個(gè)小時(shí)或更多。所以可以用于數(shù)量較少，如小于10個(gè)水平母線的在線修復(fù)。另外修復(fù)成本較高，為熱噴涂的5倍左右。但其修復(fù)層長(zhǎng)期運(yùn)行安全可靠，壓降低、不存在風(fēng)險(xiǎn)。

圖5   熔射焊修復(fù)的水平母線

   三、自熔焊接

   常規(guī)的用于陰較母線和鋁軟帶的自熔焊劑在焊接水平母線時(shí)存在熱量較小、脫渣困難等缺點(diǎn)，無(wú)法使用。因此，湖北鋁行科技聯(lián)合焊接研究所針對(duì)水平母線開(kāi)發(fā)了一種大熱量、易脫渣的自熔焊劑，型號(hào)為WHU-5型。

   自熔焊接速度非�？�，僅幾秒就可以完成焊接，產(chǎn)生熱量較高，可以有效的傳導(dǎo)至熔接部位，使其熔為一體，形成分子間結(jié)合。自熔焊接過(guò)程無(wú)須其他任何電源、氣源、熱源、能源，屬于典型的低碳型綠色焊接制造技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)包括：

    1、熔接點(diǎn)的載流能力（熔點(diǎn)）與導(dǎo)體相同，具有良好的導(dǎo)電性能，經(jīng)檢測(cè)，焊接前后的直流電阻比率變化率接近與零。

    2、焊接點(diǎn)是分子結(jié)合，不老化，焊接點(diǎn)不受腐蝕影響。

    3、不會(huì)受到高浪涌電流的損傷。

    4、設(shè)備簡(jiǎn)單、輕便；操作方便，無(wú)需有經(jīng)驗(yàn)人員。

   目前，采用自熔焊接技術(shù)已經(jīng)在多家鋁廠成功進(jìn)行水平母線的在線焊接。焊接修復(fù)效果良好，壓降多數(shù)在2-10mv，真實(shí)實(shí)現(xiàn)了冶金結(jié)合，安全可靠，非常大避免了熱噴涂等修復(fù)技術(shù)可能存在的巨大安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖6 自熔焊接水平母線