锌电积铝阴极板焊接工艺技术

瞿 浩

(江西铜业集团(贵溪)冶金化工工程有限公司，江西 贵溪 335424)

1 引言

江西铜业铅锌金属有限公司主要生产铅、锌2种金属。锌金属的生产工艺是以净化后的锌浸出液配制电解液，采用不溶阳极，在直流电作用下使电解液中的金属锌离子沉积在铝阴极表面。锌电积铝阴极板的性能对锌电积工艺有着显著的影响，铝阴极板要求具有较好的导电性能和力学性能［1］。以前国内锌厂的锌电积工艺大多采用通流面积小、导电棒端部通流压降大的小极板，其导电棒采用熔焊接头导电头;个别新建锌厂采用进口的通流面积为3.2 m2的大极板。进口大极板生产的关键技术主要有两点:一是铜铝导电头的爆炸复合，二是铝合金导电棒、吊耳及铝板之间的相互焊接。冶金化工工程有限公司通过自主创新，很好地攻克了锌电积大极板研制的关键技术，于2011年成功研制出了性能优越的锌电积铝阴极板。本文仅就铝阴极板研制过程采取的焊接工艺技术作简单介绍。

2 铝的焊接性

铝的密度很小，仅为2.7g/cm3，具有良好的导电、导热性和较好的延展性 (延展性仅次于金和银)、线膨胀系数大，同时铝的表面因有致密的氧化物保护膜，不易受到腐蚀。铝及铝合金的焊接性差，在焊接时易产生气孔、裂纹、咬边、焊缝成形差等缺陷［2］。

3 铝阴极板焊接结构

锌电积铝阴极板设计采用纯铝材质作为板面，采用带嵌入式铜铝爆炸复合导电头的铝合金挤压棒作为导电棒，结构如图1所示，吊耳、导电棒及铝板之间设计采用连续焊缝焊接。

图1 锌电积铝阴极板外形图

4 焊接工艺

4.1 焊接方法

根据铝及铝合金的焊接特点，选用保护效果好、热量集中、热影响区范围小、自动化程度高的MIG焊焊接方法［3］，采用机器人实施焊接。

MIG焊是以连续送给并不断熔化的焊丝作为电极的一种氩弧焊方法，采用喷射过渡的熔滴过渡形式，焊丝熔滴以微小颗粒高速射入熔池，飞溅小，熔深大，过渡稳定，电弧的功率也较大。在MIG焊中，焊丝既是电极，又作为填充金属与被熔化的母材一起形成焊缝，可采用大电流焊接，焊件熔深大，焊接生产率很高。

4.2 焊接材料

焊缝金属的成分和组织决定着焊缝的强度、塑性、抗裂性、耐蚀性等［4］，因此合理选择焊接材料是至关重要的，是保障该项目成功的关键因素之一。通过试验分析，本次锌电积铝阴极板研制过程中选用了杂质含量少，镁含量适中的铝镁合金焊丝作为焊接填充材料。

4.3 焊前准备

(1)设计制作焊接工装夹具，以便焊接前将焊件装夹固定，减少焊接变形［5］。

(2)清洁好母材焊件。焊接前仔细清除铝板及铝合金导电棒焊接部位表面的氧化物等杂物。可使用不锈钢丝刷清除，刷除时不宜用力过猛，否则会导致氧化物嵌入铝及铝合金母材，刷到露出金属光泽即可。清理后的铝及铝合金母材在存放过程中会重新产生氧化膜，因此清除好的焊件在焊前存放的时间不宜太长，在潮湿的环境中，一般要在4 h内施焊［6］。

4.4 定位焊

先将焊件按设计图示位置要求装夹固定后作定位点焊，由于采用了工装夹具，只需在铝板两端点焊即可，焊点焊缝长度不大于1cm。

4.5 焊接

选派具有机器人操作及铝材焊接经验的熟练焊工进行焊接。焊接时以焊前试焊确定的工艺参数为准。焊前试焊的基本条件:φ1.2mm焊丝，焊丝伸出长度15mm，T形角焊缝。具体试焊参数见表1，试焊结果如图2。

表1 铝阴极板焊接工艺试验参数

图2 铝阴极板焊接工艺试验焊缝外观

试验2#由于参数和气流匹配合理，所有的焊接过程都非常稳定，声音节奏柔和，弧长稳定，从图2可以看出，焊缝美观，鱼鳞波纹细密，无气孔、裂纹等缺陷。

5 焊后检验

焊后要对焊缝质量及铝阴极板垂直度进行外观检验，焊缝表面应无咬边、凹坑、裂纹、夹渣、表面气孔等缺陷。阴极板垂直度要符合设计公差要求，焊缝检验不合格，则应削除不合格焊缝重新焊接直到合格为止，板面垂直度达不到要求，则可采用橡皮锤锤击法进行校平。

6 结语

锌电积大极板的研制过程中，铝及铝合金母材的焊接是攻关难点之一，研制人员通过技术分析和焊接试验，找到了针对性的焊接工艺措施，克服了焊接过程中的形变和焊缝质量缺陷，保证了焊接质量。研制生产的锌电积铝阴极板的各项性能指标达到了设计要求。该铝阴极板的研制成功填补了国内空白，具有极好的推广价值。

［1］ 谢兴同，古文全，薛涛，等.电解锌用铝阴极板生产工艺改进［J］.贵州科学，2012(1):7－8.

［2］ 曾乐.现代焊接技术手册［K］.上海:上海科学技术出版社，1993:740－741.

［3］ 黄勇，康龙.铝焊接烟尘及其危害与防护［J］.电焊机，2011(2):39.

［4］ 周大杰，张昕.铝镁合金与铸铝合金的焊接工艺［J］.焊接，2008(6):64.

［5］ 沙慧丽.防止和减少焊接残余变形与应力的措施［J］.职业，2009(5):32.

［6］ 樊斌峰，胡智清.铝及铝合金零件的焊接工艺方法［J］.人力资源管理，2009(12):109.