钛制圆弧波阳极板制造工艺研究

梁淑帼

(天华化工机械及自动化研究设计院有限公司，江苏 南京 210012)

电解二氧化锰(EMD)主要用在干电池中做去极化剂，是高性能碱锰电池的主要原料之一，目前国内改进EMD的生产技术并加大生产规模是未来EMD工业发展的必由之路。其中所使用的重要部件--圆弧波钛阳极板，可以保证电极表面相同，增强波纹板的强度，提高材料成形合格率，提高电解后阳极板表面二氧化锰的剥离效率，延长波纹板的使用寿命[1]。

1 制造工艺简介

波纹板为1.6mm的钛板(其结构如图1、图2所示),通过模具压制成型后与上下梁组焊，焊后进行消除应力热处理，再与悬梁、连接块、顶板组焊。顶板为TA2包T2复合棒，端部铣导电缺口。组焊结束后进行表面喷砂处理。在制作上，利用现有条件设备，形成成熟的工艺路线，满足图纸要求。

1-顶板;2-连接块;3-悬梁;4-顶梁;5-波纹板;6-底梁图1 阳极板结构简图

图2 阳极板波纹图

2 制造关键点

2.1 材料

压制波纹板的TA2板，执行标准GB/T3621-2007，取样复验化学成分和力学性能(具体结果见表1、2所示), 单片板的对角线误差不超过1mm，控制成型后的波高偏差-1 ～+1mm，波纹板垂直度公差≤6 mm，表面粗糙度达到150RMS。

表1 压制波纹板的TA2板的化学成分 %

表2 室温力学性能

2.2 焊接

施焊过程中控制较小的线能量，以防止焊接接头附近因焊接热量过高而降低结合强度，焊接完毕后，对焊缝的外观、成形等进行检验，着色探伤并按相关标准进行验收。

TA2之间选择STA10R焊条。焊接条件要求氩气纯度>99.99%，露点-50℃以下，氩气流量中主喷嘴为8～10L/min、跟踪保护控制为10～12L/min；焊接环境要求流动风速要小于1.5m/s，风沙天气不得打开门窗，焊接前要做彻底清洁工作，确保焊接现场施工的质量。

由于TA2板厚度仅有1.6mm，在制造过程中，若不注意表面的保护，所造成的缺陷会对今后设备在使用过程中产生许多不良的影响。所以在制造、运输等过程中，避免与碳钢接触，零部件的制作在专用场地内进行，施焊时应在焊道内引弧。场地内保持清洁、干燥，地面敷设橡胶或木质垫板。在生产过程中使用专用的滚轮架、吊夹具及工装设备。操作人员穿软质橡胶工作鞋，鞋底避免带有铁钉等尖锐异物。在做划线、号料等标记工作时使用无氯无硫记号笔书写，切割时水刀切割下料。零部件在周转和运输过程中，配备必要的防铁离子污染和磕碰划伤的运输工具。制作完成后，对表面进行酸洗去油污。

上下梁施焊前，检查两片波纹板的间隙应为11mm。避免强力组装，以减小焊接应力，防止焊接时产生裂纹。焊缝内的油污、氧化物应清理干净，焊缝间隙0～2mm。

每条焊缝焊接完成后，及时检查有无裂纹、气孔、咬边、飞溅等表面缺陷，发现时要及时按规定进行返修，直至合格。经表面检查合格后，角焊缝按JB/T4730.5-2005《压力容器无损检测》的要求进行着色探伤，探伤比例为100%，Ⅰ级合格。

2.3 模具

模具的设计制作是阳极板制作的关键点(模具的结构示意图如图3所示)，所用设备：Y32-500型500吨四柱油压机。

图3 波纹板压制模具结构示意图

单片波纹板是由平板通过模具冷压成波纹形状。模具的上下模的角度和弧度根据成型尺寸减掉板材成型后的波高方向和齿形角度的回弹所确定。因波纹板的成型过程受到材料力学性能、压制过程降速和压力变化，模具的吻合程度等诸多因素的影响，目前没有确定的计算公式，因此，模具的设计是通过在设备、场地固定的条件下进行多次试验，不断调整模具尺寸，通过统计数据比较达到最佳的成型状态。试验模具为厚度为60，长度为500，与波纹板同规格的长度500的钛板进行试验，通过卡尺测量波高及波形，齿形角度减少2度时达到最佳的波形状态。压制前，在钛板的一面每隔100长度在端部划出标记，压制成型后测量一端的直边距离，由此确定下料长度。

图4 检验量具结构示意图

1根据试验确定出模具尺寸，并进行精加工，表面抛光。模具固定在油压机上，按试验参数进行压制。成型后用与波形相同的齿形量具(如图4所示)检查波形，并通过表面探伤检查确定压制后表面没有损伤造成缺陷。

2.4 波纹板的组装

图5 组装成型的波纹管

组装前需将各零部件进行清理，保持洁净的材料；将阳极板放在不锈钢平台上，用压块进行固定、压紧；将4片波纹板与顶梁、底梁组对，保证无松动间隙；波纹板与底梁、顶梁正反满焊，焊接前须将板材、焊丝等清洗干净，不得有油污，焊接工作须在洁净厂房内完成，并且焊接全过程须保证阳极板干净，焊接时正反两面焊缝及热影响区都要氩气充分保护，焊枪后面拖罩或者喷嘴氩气保护；焊接人员的着装和手套须保持干净；组装后将阳极板通过横梁垂直悬挂，垂直度≤9mm。组装成型的波纹管如图5所示。

图6 喷砂后的阳极板表面

2.5 热处理

将10片波纹板水平放在一起用油压机压紧，四周用螺栓把紧，平整装入退火炉。

2.6 喷砂

经多次试验比较，喷砂采用50～80目金刚砂，空气流量为5m3/min,空气压力为0.294～0.588mPa,表面粗糙度达到150±25RMS。喷砂后的阳极板表面如图6所示。

2.7 包装

制作完毕后，垂直悬挂于支架箱中，每40片为一组，半片之间应用木条隔离，并用木楔将各板片固定，减少运输中的污染、磨擦、碰撞与变形。

3 制造过程中主要问题及解决办法

3.1 波深不均匀

波深不均匀主要是板在压制过程中受力不均匀造成的，其产生原因及解决办法如下：

(1)模具上部或下部有空间会造成波纹板受力不均，表现为两头深中间浅，板幅是两边窄中间宽，在压制之前，将上下模与压机接触面调整压紧(先用压块定好位置，再用螺栓把紧)；

(2)在压制时，还需保持模具上下模互相吻合，进行试运行，上下模的波峰对中，两模无间隙为最佳状态；

(3)油压机压力不稳定，也会造成压力不均匀，或没有达到压力，使板屈服，这就需要操作者在波纹板压制同时注意压机下压的速度和压力值保持稳定，油箱温度在持续升高后采取降温措施，并及时维护；

(4)压制板面后，距离退火时间较长，波纹产生反弹也会造成微量不均匀，因此波纹板成型之后24小时以内应与上下梁组焊进行退火处理；(5)通过正反面进行校形调整波形，同时需注意正反面刷油。

3.2 单波形状不对称

单波形状不对称，表现为以通过波峰的轴线为中心线，两边的波形一边高，一边低，主要原因为相邻两波成型时互相干扰。其解决措施如下：

(1)压制后尽快安排退火防止材料反弹，但反弹不是主要的因素；

(2)对波形观察，通过模具顶角减小角度，加大板面的收缩量来调整，此方法因需试调模具角度，周期较长，因此制作时未采用，还需后期继续试验；

(3)制作了一组连续六齿的模具，对初成型的波纹板进行校正，通过测量波高及相关尺寸，全部合格。

3.3 波纹板间距的控制

图纸中两片波纹板组对后的间距为11，要求单片波纹板压制时控制左端直边段为11，右端为自由端，但必须有直边。因此压制从左端开始，并用限位块定好位置。

3.4 复合棒回厂后的检验

(1)采购爆炸后轧制工艺的复合棒，材料回厂后进行UT检验，尤其是两端部分，不贴合率小于95%的拒收。因为复合棒分层将会直接影响横梁的导电问题；

(2)复合棒水平度的控制。复合棒回厂后，把水平度不够的应用压力校正的方法校正直至合格，可以进行热校。

3.5 板面的喷砂

(1)板面喷砂质量是影响电解时槽电压的主要因素，喷砂前，将除波纹板以外的所有部件用薄膜包好；

(2)在喷砂装置中保证稳定的空气流量，以免造成板面粗糙度不均匀；

(3)喷砂完成后，所有喷砂表面不得触摸；

(4)喷砂工序在外协运输及回厂过程，装车波纹板不得接触任何碳钢或地面影响喷砂质量。

4 结束语

通过长期不懈地对钛制圆弧波阳极板制造工艺进行的试验研究，本文提出了其制作工艺，只要严格按照本工艺，注意在制造过程中可能会遇到的问题，并使用本文提出的解决办法，能够保证阳极板的一次制造成功，并能安全顺利的投入运行。成型的阳极板波形均匀美观，电解时的槽电压稳定，表面粗糙度达到150±25RMS，能够很好地满足产品的要求。

[1] 符剑刚 ，许定胜 ，毛耀清， 等. 电解MnO2生产工艺的现状及进展[J].中国锰业，2004，22(1)26-32.