大型电解槽铝母线的焊接质量控制

（十一冶建设集团有限责任公司安装工程分公司电气公司，广西 柳州 547007）

某煤电有限公司电解槽制作安装工程项目，工程规模为50万吨再生铝，电流强度为500KA的高功效电解槽。铝母线安装量大，规格多，具有焊接截面大、操作空间狭窄、焊缝长焊口多等难点，单台电解槽合计210个焊口，焊缝长度单台合计为1973m。为确保每个焊口焊接合格，以满足通电压降达到设计要求。

1 大型电解槽铝母线施工特点

随着电解槽电流强度的提高，对母线配置难度也增大，尤其是焊接，本工程中对焊接质量的有更高要求，特点如下：母线结构复杂、流程严格；母线加工精度高,安装要求尺寸精确；槽上母线焊接空间狭小；槽间母线间隙小且焊接量大等特点。

2 铝母线焊接原理及方法

铝由于它的熔点低，极易氧化，生成气孔等特性，因而焊接难度较大，焊接方法与焊钢基本相同，但铝电解母线截面大，没有较高的热能很难满足焊接要求。经过多方面的科学论证，熔化极氩弧焊(MIG焊)具有电弧热量集中，焊接穿透力强，对母材熔深大、生产率高等优点。本工程采用半自动熔化极氩弧焊接技术对铝母线进行焊接。

2.1 材料及设备

（1）母材规格

焊接母材为各类规格的铸铝母线（截面积）：210mm＊380mm、120mm＊460mm、90mm＊460mm、60mm＊460mm等，其铝含量最低99.7%；

铝软带：δ=1mm，铝含量99.7%；

铝焊板：δ=10mm铝含量99.7%。

（2）焊接材料

铝焊丝：牌号SAL-2，AL≥99.7；

保护气体：GB/T 4842-2006中规定高纯氩技术指标---氩气纯度≥99.999%，纯氩气技术指标---氩气纯度≥99.99%。

（3）焊接设备

采用高质量、高效率的日本OTC半自动氩弧焊机。

2.2 MIG焊接工艺

（1）工艺原理

MIG焊是采用实芯焊丝，在惰性气体(Ar)保护下进行的一种电弧焊方法，该方法采取合适的焊接参数，对铝母线进行半自动焊接生产，以工艺保证焊接质量，克服了铝合金焊接时易出现熔合不良、气孔等缺陷，是一种焊接铝及铝合金较好的焊接方法。

（2）工艺流程

铝板的坡口制备，清理焊接区域(先化学法再机械法)，组对，打底焊，填充焊，盖面焊，机械磨平(砂轮)，组对下一层，焊接，检查验收。

图1 焊接位置示意图

（3）焊接技术

母线与母线之间既可通过多块铝板叠加焊接形成母线焊接接头，也可通过多束铝软带叠加焊接形成母线焊接接头，接头的焊缝有多种焊位，焊接位置示意图如图1所示。

a.熔化极氩弧焊焊接参数见表1（本分部工程板厚为10mm）。

表1 熔化极氩弧焊焊接参数

b.铝母线焊接接头的第一层铝焊板应采用无坡口、无间隙对（角）接，焊后的焊肉以不影响第二层铝焊板与第一层铝焊板的贴紧。第二层及其它各层铝焊板均应采用坡口填焊，铝焊板焊接铸铝母线端面的间隙为3mm～5mm，焊后的焊肉基本上与铝焊板齐平，焊完最后一层必须施以封口焊，使其焊肉高为2mm～3mm。

c.现场槽上铝母线各个焊接接头的焊接，按照先里后外，先下后上的顺序进行。

d.同一铝母线接头的焊接应一次连续焊成，硬焊片（铝焊板）的焊接按顺序应遵循先里后外、先下后上，以及焊完硬焊片（铝焊板）两焊接端口后再覆盖下一硬焊片（铝焊板）的原则。同一处有多个并列接头的焊接，应采用相互交错，分层渐进的焊接方法施焊。

e.铝母线接头焊成后，应在接头附近明显处打上焊工代号和日期钢印。焊工对发现的裂纹、气孔等严重缺陷，应及时反映和处理，不得随意覆盖、隐瞒缺陷。

（4）操作要点

a.施焊时应采用“左焊法”为宜。MIG焊熔滴过渡形式的选择采用射流过渡的形式。

b.施焊：在保证厚铝板一侧熔合良好的情况下，焊枪(焊丝)以直线或划小格向前运动，焊接速度适当快些。焊道要细、焊层要薄，控制熔池形状、熔化的铝屑不得超越焊丝之前，否则厚铝板一侧将会出现未熔合、焊道两侧夹角过深等缺陷。熄弧时，当焊丝运动到坡口边缘，焊丝应回焊20mm左右，防止产生弧坑，同时焊枪也不可马上抬起，应使滞后氩气功能继续保护尚未完全凝固的熔池免受空气的侵入，防止产生气孔。每个接头要连续焊完，中途不得停顿。

3 焊接过程的质量控制措施

铝母线的焊接是一种特殊过程，为保证母线的焊接质量，整个环节必须严格执行质量管理体系标准。

3.1 预控措施

为确保创优目标的实现,对焊接质量从源头开始控制，方案，作业指导书，施工工艺卡，操作规程，从人员、设备、材料、施工工艺等以几点做好充分的准备工作。

人：在人员管理方面组织并建立完善的质量岗位责任制，明确每个岗位职责。建立各项质量管理制度，制定质量管理目标，从公司管理层到焊接班组再到焊工全面落实质量奖惩制度；关键岗位及特殊工种必须持证上岗，根据实际情况进行岗前培训。

机：施工所用焊接设备、检测计量仪器在焊接前均进行技术鉴定，以保证焊接质量的技术要求。

料：焊接材料母线材料需经过三方（厂家、乙方、甲方）检测合格，遵照质量管理体系的物资验收程序进行验收后，才能使用。

法：进行焊接工艺评定，编制作业指导书，对作业人员进行技术交底。

环：针对当地的施工环境，合理安排施工进度，对可预见的环境因素采取预控措施。

3.2 施工过程控制及关键问题解决

大型电解槽的铝母线安装操作空间狭窄、焊缝长焊口多，焊接安装可分为槽外焊接预制和槽上焊接安装。为保证焊接安装过程中的质量，采取以下措施。

（1）首件认可

铝母线的安装采用先在槽外大规模组焊成部件的工序，在确保安装工序的前提下尽量减少现场槽上的焊接量，从而改善了安装及焊接环境，极大地提高了施工效率。因此，对于批量焊接的部件，必须进行首件认可，防止因质量问题造成大面积返工。

（2）变形处理

a.预制焊接时，因铝焊接应力容易导致变形，因此铝焊接通常在夹具紧固下进行，制作对应的胎具模具控制母线变形，以确保预制焊接后铝母线的尺寸符合设计文件要求。

b.安装焊接时，采用反变形措施。将不留间隙的焊板放入母线垂直中心1/2处，进行点固焊接。将留有间隙的焊板沿着中心向外分别焊接，同时也可采用两人对称焊接，效果更好。即，沿着中心焊板，第二块先焊左侧后焊右侧，第三块先焊右侧后焊左侧，如此循环进行焊接，保持母线受热均匀，使焊接变形量大为减小。

（3）开展质量控制活动

开展QC活动，不仅可以保证质量，还可以加快施工进度，因铝软带焊接位置比较狭窄，在质量控制和施工进度上都受到制约，通过QC小组开展的活动，并采取措施进行合理的控制，很好的解决了铝软带焊接难题。

4 结语

在焊接施工过程中，采用的先进设备以及先进焊接技术，经过现场精心管理和严格的质量控制，该工程铝母线焊接分部工程合格率达到100%，铝母线焊接接头电压降全部符合规范要求，电压降的降低大大降低了设计产能电能消耗。