永久型陰極板焊接關(guān)鍵制造技術(shù)研究.pdf

1、永久陰極銅電解技術(shù)是使用剛度和韌性較好的不銹鋼板做成陰極取代傳統(tǒng)的始極片，其省去了種板系統(tǒng)和始極片的剝離、加工系統(tǒng)，而且陰極板可以反復(fù)使用，從而縮短工藝流程，降低生產(chǎn)成本。永久陰極銅電解技術(shù)可使用高的電流密度和小的極距，單位面積產(chǎn)量高，特別適合大規(guī)模銅電解生產(chǎn)(200kt/a)，是當(dāng)前銅電解工藝的發(fā)展方向，目前國(guó)內(nèi)在建的大型銅電解工程全部采用永久型陰極板電解銅。但永久陰極銅電解精煉工藝核心消耗部件高性能陰極板的制造工藝國(guó)內(nèi)尚未很好解決，

2、仍需要大量從國(guó)外進(jìn)口，因此，實(shí)現(xiàn)高性能陰極板的國(guó)產(chǎn)化工藝與制造具有重要的工程與經(jīng)濟(jì)意義。本文采用高頻感應(yīng)釬焊的方法進(jìn)行永久型陰極板導(dǎo)電桿的焊接，實(shí)現(xiàn)銅鋼異種金屬的穩(wěn)定連接，同時(shí)采用脈沖TIG及脈沖等離子弧焊分別對(duì)不銹鋼面板與導(dǎo)電桿的進(jìn)行焊接。
　　首先，針對(duì)進(jìn)口永久陰極銅電解精煉工藝核心消耗部件高性能陰極板的整體規(guī)格、導(dǎo)電性能及其顯微組織等關(guān)鍵指標(biāo)及性能參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量與分析。采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)及輪廓儀測(cè)量了永久型陰極板的整體規(guī)格及其

3、平面度和直線度等相關(guān)數(shù)據(jù)，并采用最小二乘法計(jì)算平面度和直線度；采用智能金屬導(dǎo)電率儀對(duì)永久型陰極板導(dǎo)電桿及沿焊縫處電流分布進(jìn)行了測(cè)量與分析，并分析了其導(dǎo)電率，進(jìn)而得出電流從導(dǎo)電桿向不銹鋼板過(guò)渡的導(dǎo)電率分布及變化趨勢(shì)；采用掃描電鏡觀察永久型陰極板導(dǎo)電桿與不銹鋼板連接界面區(qū)的顯微組織，并利用EDS對(duì)其顯微區(qū)域的成分進(jìn)行分析，進(jìn)一步確定永久型陰極板導(dǎo)電桿與不銹鋼板連接界面中心區(qū)的化合物組成。
　　其次，采用低熱輸入且非接觸式加熱的高頻感應(yīng)

4、焊接，利用數(shù)控機(jī)床上下均勻移動(dòng)焊件的方式解決高頻感應(yīng)焊接過(guò)程中的加熱不均勻問(wèn)題，以 SnCu0.7錫焊絲作為釬料進(jìn)行陰極板導(dǎo)電桿鋼包銅結(jié)構(gòu)的高頻感應(yīng)熔釬焊工藝研究，試驗(yàn)中采用Raytek FR1B紅外測(cè)溫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻感應(yīng)熔釬焊工藝溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。研究表明，以 SnCu0.7錫焊絲作為釬料可以實(shí)現(xiàn)陰極板導(dǎo)電桿鋼包銅結(jié)構(gòu)的高頻感應(yīng)釬焊連接，通過(guò)本試驗(yàn)研究獲得的最佳工藝參數(shù)范圍能夠獲得內(nèi)外部質(zhì)量、連接強(qiáng)度優(yōu)良的接頭。
　　再次，

5、對(duì)不同高頻感應(yīng)釬焊工藝參數(shù)下的鋼包銅釬焊接頭進(jìn)行了導(dǎo)電性測(cè)量，研究不同熱輸入下接頭導(dǎo)電性不同的原因。同時(shí)，研究鋼包銅釬焊接頭界面微觀組織形貌及相的組成，進(jìn)一步完善鋼包銅結(jié)構(gòu)的高頻感應(yīng)釬焊焊接接頭的導(dǎo)電性能理論體系。分析認(rèn)為，溫度越高，原子的活性越大，液相釬料Sn向銅鋼兩側(cè)的母材中擴(kuò)散速度越高；但并不是溫度越高越好，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)母材金屬熔化，導(dǎo)致基體組織發(fā)生變化，雖然提高了部分接頭的導(dǎo)電性能，但是損失了整體的導(dǎo)電性能，結(jié)果表明最佳的釬焊溫

6、度區(qū)間為800-1200 ℃，其平均導(dǎo)電率為36％IACS。
　　最后，永久型陰極板導(dǎo)電桿與不銹鋼面板之間采用脈沖TIG焊和脈沖Plasma焊進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)分析。采用脈沖 TIG焊時(shí)，隨著焊接平均電流的增大，熔深有很明顯的增加，而且其焊縫成形也得到了很大的改善。在各個(gè)焊接參數(shù)中，峰值電流對(duì)焊縫成形以及熔深的影響最大，一般焊接過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)斷續(xù)的焊縫，甚至?xí)ɑ?；而基值電流在整個(gè)焊接實(shí)驗(yàn)中都起到一個(gè)保持焊接電

7、弧穩(wěn)定的作用，所以只要基值電流大于10A都會(huì)穩(wěn)定的焊接；占空比的影響也比較重要，尤其是熔深方面，隨著基值電流的增大，峰值電流的減小，焊縫成形變差，熔深減小，反之則會(huì)有所改善；采用脈沖Plasma焊接時(shí)，由于在焊接過(guò)程中，等離子體產(chǎn)生很大的電弧力，導(dǎo)致出現(xiàn)焊穿現(xiàn)象。等離子弧的穩(wěn)定性較差，對(duì)焊接工藝和規(guī)范參數(shù)的變化比較敏感，導(dǎo)致其焊接過(guò)程很難維持。雖然脈沖Plasma焊具有焊接熱輸入較少、故焊接熱影響區(qū)小等優(yōu)點(diǎn)，但針對(duì)本試驗(yàn)中的T型接頭焊縫